- Chemická štruktúra
- Syntéza etánu
- vlastnosti
- Rozpustnosť v etáne
- Kryštalizácia z etánu
- Spaľovanie etánu
- Etán v atmosfére a v nebeských telách
- aplikácia
- Výroba etylénu
- Základná chemická tvorba
- osviežujúci
- Riziká etánu
- Referencie
Ethan je jednoduchý uhľovodík všeobecného vzorca C 2 H 6 s povahou farby a bez zápachu plynu, ktorý má veľmi hodnotné a diverzifikované použitie v syntéze etylénu. Okrem toho je to jeden z pozemských plynov, ktorý bol detekovaný aj na iných planétach a hviezdnych telách okolo slnečnej sústavy. Objavil ju vedec Michael Faraday v roku 1834.
Medzi veľké množstvo organických zlúčenín tvorených atómami uhlíka a vodíka (známych ako uhľovodíky) sa nachádzajú tie, ktoré sa nachádzajú v plynnom stave pri okolitých teplotách a tlakoch, ktoré sa široko používajú v mnohých priemyselných odvetviach.
Zvyčajne pochádzajú z plynnej zmesi nazývanej „zemný plyn“, produkt vysokej hodnoty pre ľudstvo, a okrem iného tvoria alkány typu metánu, etánu, propánu a butánu; klasifikované podľa množstva atómov uhlíka v reťazci.
Chemická štruktúra
Etán je molekula so vzorcom C 2 H 6 , ktorý typicky ako spojenie dvoch metyl skupín (-CH 3 ), pre vytvorenie uhľovodíka jediné uhlík-uhlík. Je to navyše najjednoduchšia organická zlúčenina po metáne, ktorá je zastúpená takto:
H 3 C-CH 3
Atómy uhlíka v tejto molekule majú hybridizáciu typu 3 , takže molekulárne väzby vykazujú voľnú rotáciu.
Podobne existuje vnútorný jav etánu, ktorý je založený na rotácii jeho molekulárnej štruktúry a minimálnej energii potrebnej na vytvorenie rotácie väzby o 360 stupňov, ktorú vedci nazývajú „etánovou bariérou“.
Z tohto dôvodu sa etán môže objaviť v rôznych konfiguráciách v závislosti od jeho rotácie, aj keď jeho najstabilnejšia konformácia existuje, keď sú atómy vodíka navzájom oproti sebe (ako je vidieť na obrázku).
Autor: Jslipscomb, z Wikimedia Commons
Syntéza etánu
Etán sa dá ľahko syntetizovať z Kolbeovej elektrolýzy, organickej reakcie, v ktorej sa vyskytujú dva kroky: elektrochemická dekarboxylácia (odstránenie karboxylovej skupiny a uvoľnenie oxidu uhličitého) dvoch karboxylových kyselín a kombinácia produktov. medziprodukty za vzniku kovalentnej väzby.
Podobne elektrolýza kyseliny octovej vedie k tvorbe etánu a oxidu uhličitého, a táto reakcia sa používa na syntézu prvého.
Oxidácia anhydridu kyseliny octovej pôsobením peroxidov, čo je koncepcia podobná Kolbeovej elektrolýze, vedie tiež k tvorbe etánu.
Rovnakým spôsobom sa dá účinne oddeliť od zemného plynu a metánu skvapalňovacím procesom, pri ktorom sa používajú kryogénne systémy na zachytávanie tohto plynu a na jeho oddelenie od zmesí s inými plynmi.
Pre túto úlohu je preferovaný proces turbo expanzie: plynná zmes prechádza turbínou, ktorá spôsobuje jej expanziu, kým jej teplota neklesne pod -100 ° C.
Už v tomto okamihu môžu byť zložky zmesi diferencované, takže tekutý etán sa oddelí od plynného metánu a ostatných druhov, ktoré sa podieľajú na destilácii.
vlastnosti
Etán sa vyskytuje v prírode ako bezfarebný plyn bez zápachu a pri štandardných tlakoch a teplotách (1 atm a 25 ° C). Má teplotu varu -88,5 ° C a teplotu topenia -182,8 ° C. Nie je ovplyvnené ani vystavením silným kyselinám alebo zásadám.
Rozpustnosť v etáne
Molekuly etánu sú symetrické v konfigurácii a majú slabé atraktívne sily, ktoré ich držia pohromade, nazývané disperzné sily.
Keď sa etán skúsi rozpustiť vo vode, atraktívne sily vytvorené medzi plynom a kvapalinou sú veľmi slabé, takže je veľmi ťažké pre etán sa viazať s molekulami vody.
Z tohto dôvodu je rozpustnosť etánu značne nízka a pri stúpaní tlaku v systéme mierne stúpa.
Kryštalizácia z etánu
Etán môže byť stuhnutý, čo vedie k tvorbe nestabilných kryštálov etánu s kryštalickou štruktúrou.
Pri poklese teploty nad -183,2 ° C sa táto štruktúra stáva monoklinickou, čím sa zvyšuje stabilita jej molekuly.
Spaľovanie etánu
Tento uhľovodík, hoci sa bežne nepoužíva ako palivo, sa môže použiť v spaľovacích procesoch na výrobu oxidu uhličitého, vody a tepla, čo je znázornené takto:
2C 2 H 6 + 7o 2 → 4CO 2 + 6 H 2 O + 3 120 kJ
Existuje tiež možnosť spálenia tejto molekuly bez prebytočného kyslíka, ktorý je známy ako „neúplné spaľovanie“ a ktorý má za následok tvorbu amorfného uhlíka a oxidu uhoľnatého v nežiadúcej reakcii v závislosti od množstva aplikovaného kyslíka. :
2C 2 H 6 + 3O 2 → 4C + 6 H 2 O + teplo
2C 2 H 6 + 4O 2 → 2C + 2CO + 6 H 2 O + teplo
2C 2 H 6 + 5O 2 → 4CO + 6 H 2 O + teplo
V tejto oblasti dochádza k horeniu radom radikálových reakcií, ktoré sú očíslované stovkami rôznych reakcií. Napríklad neúplné spaľovacie reakcie môžu vytvárať zlúčeniny, ako je formaldehyd, acetaldehyd, metán, metanol a etanol.
Závisí to od podmienok, za ktorých reakcia prebieha a od voľných radikálových reakcií. Etylén sa môže vytvárať aj pri vysokých teplotách (600 - 900 ° C), čo je v priemysle vysoko požadovaný produkt.
Etán v atmosfére a v nebeských telách
Etán je prítomný v atmosfére planéty Zem v stopách a existuje podozrenie, že sa ľuďom podarilo túto koncentráciu zdvojnásobiť, odkedy začali vykonávať priemyselné činnosti.
Vedci sa domnievajú, že veľká časť súčasnej prítomnosti etánu v atmosfére je spôsobená spaľovaním fosílnych palív, aj keď globálne emisie etánu sa od zlepšenia technológií výroby bridlicového plynu znížili takmer o polovicu ( zdroj zemného plynu).
Tento druh sa prirodzene vyrába aj pôsobením slnečného žiarenia na atmosférický metán, ktorý rekombinuje a vytvára molekulu etánu.
Etán existuje v tekutom stave na povrchu Titanu, jedného zo Saturnových mesiacov. Toto sa vyskytuje vo väčšom množstve v rieke Vid Flumina, ktorá tečie viac ako 400 kilometrov k jednému z jeho morí. Táto zlúčenina bola tiež dokázaná na kométach a na povrchu Pluta.
aplikácia
Výroba etylénu
Použitie etánu je založené hlavne na výrobe etylénu, najrozšírenejšieho organického produktu vo svetovej výrobe, prostredníctvom procesu známeho ako krakovanie v plynnej fáze.
Tento proces spočíva v tom, že sa do pece privádza etánový nástrek zriedený vodnou parou a rýchlo sa zahreje bez kyslíka.
Reakcia prebieha pri extrémne vysokej teplote (medzi 850 a 900 ° C), ale doba zotrvania (čas, ktorý etán strávi v peci), musí byť krátka, aby bola reakcia účinná. Pri vyšších teplotách sa vytvára viac etylénu.
Základná chemická tvorba
Etán sa tiež študoval ako hlavná zložka pri tvorbe základných chemikálií. Oxidačná chlorácia je jedným z navrhovaných postupov na získanie vinylchloridu (súčasť PVC), ktorý nahrádza iné menej ekonomické a zložitejšie procesy.
osviežujúci
Nakoniec sa etán používa ako chladivo v bežných kryogénnych systémoch, čo tiež ukazuje schopnosť zmraziť malé vzorky v laboratóriu na analýzu.
Je to veľmi dobrá náhrada za vodu, ktorá ochladzovanie jemných vzoriek trvá dlhšie a môže tiež spôsobiť tvorbu škodlivých ľadových kryštálov.
Riziká etánu
- Etián má schopnosť vznietenia, hlavne ak sa viaže so vzduchom. Pri 3,0 až 12,5% objemu etánu vo vzduchu sa môže vytvoriť výbušná zmes.
-Môže obmedziť kyslík vo vzduchu, v ktorom sa nachádza, az tohto dôvodu predstavuje rizikový faktor pre udusenie ľudí a zvierat, ktoré sú prítomné a exponované.
- Etán v zmrazenej tekutej forme môže vážne spáliť pokožku, ak je s ňou v priamom kontakte, a tiež pôsobí ako kryogénne médium pre akýkoľvek predmet, ktorého sa dotýka, a za okamih zamrzne.
- Kvapalné etánové výpary sú ťažšie ako vzduch a sú koncentrované na zemi, čo môže predstavovať riziko vznietenia, ktoré môže spôsobiť reakciu spaľovacieho reťazca.
-Poškodzovanie etánom môže spôsobiť nevoľnosť, zvracanie a vnútorné krvácanie. Vdýchnutie, okrem udusenia, spôsobuje bolesti hlavy, zmätenosť a výkyvy nálady. Pri vysokých expozíciách je možná smrť na zástavu srdca.
- Predstavuje skleníkový plyn, ktorý spolu s metánom a oxidom uhličitým prispieva k globálnemu otepľovaniu a zmene podnebia spôsobených ľudským znečistením. Našťastie je menej hojný a odolný ako metán a absorbuje menej žiarenia ako metán.
Referencie
- Britannica, E. (nd). Ethan. Zdroj: britannica.com
- Nes, GV (nd). Monokryštálové štruktúry a distribúcia hustoty elektrónov etánu, etylénu a acetylénu. Získané z rug.nl
- Sites, G. (sf). Ethane: Zdroje a potopy. Načítané z webových stránok.google.com
- SoftSchools. (SF). Etánový vzorec. Obnovené zo softschools.com
- Wikipedia. (SF). Ethan. Zdroj: en.wikipedia.org