- Struktura chemiczna
- Synteza etanu
- Nieruchomości
- Rozpuszczalność w etanie
- Krystalizacja etanu
- Spalanie etanu
- Etan w atmosferze i ciałach niebieskich
- Aplikacje
- Produkcja etylenu
- Podstawowa formacja chemiczna
- Chłodziwo
- Ryzyko związane z etanem
- Bibliografia
Etanu jest prosty węglowodór o wzorze C 2 H 6 o charakterze bezbarwny i bez zapachu gazu o bardzo cenne i zróżnicowanych zastosowanie w syntezie etylenu. Ponadto jest to jeden z ziemskich gazów, który został również wykryty na innych planetach i ciałach gwiazdowych wokół Układu Słonecznego. Został odkryty przez naukowca Michaela Faradaya w 1834 roku.
Wśród dużej liczby związków organicznych utworzonych przez atomy węgla i wodoru (zwanych węglowodorami) są takie, które znajdują się w stanie gazowym w temperaturze i ciśnieniu otoczenia, które są szeroko stosowane w wielu gałęziach przemysłu.
Pochodzą one przeważnie z mieszaniny gazowej zwanej „gazem ziemnym”, produktu o wysokiej wartości dla ludzkości i składają się m.in. z alkanów typu metan, etan, propan i butan; klasyfikowane według ilości atomów węgla w łańcuchu.
Struktura chemiczna
Etan to cząsteczka o wzorze C 2 H 6 , zwykle postrzegana jako połączenie dwóch grup metylowych (-CH 3 ) w celu utworzenia węglowodoru pojedynczego wiązania węgiel-węgiel. Ponadto jest to najprostszy związek organiczny po metanie, reprezentowany w następujący sposób:
H 3 C-CH 3
Atomy węgla w tej cząsteczce mają hybrydyzację typu sp 3 , więc wiązania molekularne wykazują swobodną rotację.
Podobnie, istnieje nieodłączne zjawisko etanu, które opiera się na rotacji jego struktury molekularnej i minimalnej energii wymaganej do wytworzenia obrotu wiązania o 360 stopni, które naukowcy nazwali „barierą etanową”.
Z tego powodu etan może występować w różnych konfiguracjach w zależności od jego rotacji, nawet jeśli jego najbardziej stabilna konformacja istnieje, gdy atomy wodoru znajdują się naprzeciw siebie (jak widać na rysunku).
Autor: Jslipscomb, źródło Wikimedia Commons
Synteza etanu
Etan można łatwo zsyntetyzować z elektrolizy Kolbe, reakcji organicznej, w której zachodzą dwa etapy: elektrochemiczna dekarboksylacja (usunięcie grupy karboksylowej i uwolnienie dwutlenku węgla) dwóch kwasów karboksylowych oraz połączenie produktów półprodukty tworzące wiązanie kowalencyjne.
Podobnie elektroliza kwasu octowego powoduje powstawanie etanu i dwutlenku węgla, a reakcja ta służy do syntezy tego pierwszego.
Utlenianie bezwodnika octowego przez działanie nadtlenków, koncepcja podobna do elektrolizy Kolbe'a, również powoduje tworzenie etanu.
W ten sam sposób można go skutecznie oddzielić od gazu ziemnego i metanu w procesie skraplania, wykorzystując systemy kriogeniczne do wychwytywania tego gazu i oddzielania go od mieszanin z innymi gazami.
W tej roli preferowany jest proces turbo rozprężania: mieszanina gazów przepuszczana jest przez turbinę, powodując jej rozprężanie, aż do spadku temperatury poniżej -100 ºC.
Już na tym etapie można rozróżnić składniki mieszanki, dzięki czemu ciekły etan zostanie oddzielony od gazowego metanu i innych związków zaangażowanych w destylację.
Nieruchomości
Etan występuje w naturze jako bezwonny i bezbarwny gaz przy standardowym ciśnieniu i temperaturze (1 atm i 25 ° C). Ma temperaturę wrzenia -88,5 ° C i temperaturę topnienia -182,8 ° C. Nie ma również wpływu na działanie silnych kwasów lub zasad.
Rozpuszczalność w etanie
Cząsteczki etanu mają symetryczną konfigurację i mają słabe siły przyciągające, które utrzymują je razem, zwane siłami dyspersji.
Kiedy etan próbuje się rozpuścić w wodzie, siły przyciągania powstające między gazem a cieczą są bardzo słabe, więc etanowi bardzo trudno jest związać się z cząsteczkami wody.
Z tego powodu rozpuszczalność etanu jest znacznie niska i nieznacznie wzrasta, gdy ciśnienie w układzie jest podwyższone.
Krystalizacja etanu
Etan może ulec zestaleniu, powodując tworzenie się niestabilnych kryształów etanu o sześciennej strukturze krystalicznej.
Wraz ze spadkiem temperatury powyżej -183,2 ºC struktura ta staje się jednoskośna, co zwiększa stabilność jej cząsteczki.
Spalanie etanu
Węglowodór ten, mimo że nie jest powszechnie stosowany jako paliwo, może być używany w procesach spalania do wytwarzania dwutlenku węgla, wody i ciepła, co przedstawia się następująco:
2C 2 H 6 + 7O 2 → 4CO 2 + 6H 2 O + 3120 kJ
Istnieje również możliwość spalania tej cząsteczki bez nadmiaru tlenu, co jest określane jako „niecałkowite spalanie”, co skutkuje powstaniem amorficznego węgla i tlenku węgla w niepożądanej reakcji, w zależności od ilości zastosowanego tlenu. :
2C 2 H 6 + 3O 2 → 4C + 6H 2 O + Ogrzewanie
2C 2 H 6 + 4O 2 → 2C + 2CO + 6H 2 O + Ciepło
2C 2 H 6 + 5O 2 → 4CO + 6H 2 O + Ciepło
W tym obszarze spalanie zachodzi poprzez szereg reakcji wolnorodnikowych, które są ponumerowane w setkach różnych reakcji. Na przykład niecałkowite reakcje spalania mogą tworzyć związki, takie jak formaldehyd, aldehyd octowy, metan, metanol i etanol.
Będzie to zależeć od warunków, w których zachodzi reakcja i zachodzących reakcji wolnorodnikowych. Etylen może również powstawać w wysokich temperaturach (600-900 ° C), co jest bardzo pożądanym produktem w przemyśle.
Etan w atmosferze i ciałach niebieskich
Etan jest obecny w atmosferze Ziemi w śladowych ilościach i przypuszcza się, że ludziom udało się podwoić tę koncentrację, odkąd zaczęli uprawiać działalność przemysłową.
Naukowcy uważają, że znaczna część obecnej obecności etanu w atmosferze wynika ze spalania paliw kopalnych, chociaż globalna emisja etanu spadła prawie o połowę od czasu udoskonalenia technologii produkcji gazu łupkowego ( źródło gazu ziemnego).
Gatunek ten jest również wytwarzany naturalnie przez oddziaływanie światła słonecznego na metan atmosferyczny, który rekombinuje i tworzy cząsteczkę etanu.
Etan występuje w stanie ciekłym na powierzchni Tytana, jednego z księżyców Saturna. Występuje w większej ilości w rzece Vid Flumina, która przepływa przez ponad 400 kilometrów w kierunku jednego z jej mórz. Związek ten został również udowodniony na kometach i na powierzchni Plutona.
Aplikacje
Produkcja etylenu
Stosowanie etanu opiera się głównie na produkcji etylenu, najczęściej stosowanego produktu organicznego w światowej produkcji, w procesie znanym jako kraking w fazie pary.
Proces ten polega na przepuszczeniu rozrzedzonego parą etanu do pieca i jego nagrzaniu bez użycia tlenu.
Reakcja zachodzi w ekstremalnie wysokiej temperaturze (między 850 a 900 ° C), ale czas przebywania (czas, jaki etan spędza w piecu) musi być krótki, aby reakcja była skuteczna. W wyższych temperaturach powstaje więcej etylenu.
Podstawowa formacja chemiczna
Etan badano również jako główny składnik w tworzeniu podstawowych chemikaliów. Chlorowanie oksydacyjne to jeden z proponowanych procesów otrzymywania chlorku winylu (składnika PVC), zastępujący inne mniej ekonomiczne i bardziej skomplikowane.
Chłodziwo
Wreszcie etan jest używany jako czynnik chłodniczy w powszechnych układach kriogenicznych, wykazując również zdolność zamrażania małych próbek w laboratorium do analizy.
Jest bardzo dobrym zamiennikiem wody, która dłużej schładza delikatne próbki, a także może powodować tworzenie się szkodliwych kryształków lodu.
Ryzyko związane z etanem
-Etan ma zdolność zapłonu, głównie gdy wiąże się z powietrzem. Przy 3,0 do 12,5% objętości etanu w powietrzu może tworzyć się mieszanina wybuchowa.
-Może ograniczać zawartość tlenu w powietrzu, w którym się znajduje, iz tego powodu stanowi czynnik ryzyka uduszenia się ludzi i zwierząt, które są obecne i narażone.
-Etan w postaci zamrożonej cieczy może poważnie poparzyć skórę, jeśli zostanie z nią bezpośrednio zetknięty, a także działać jako medium kriogeniczne dla każdego przedmiotu, którego dotknie, zamrażając go w kilka chwil.
-Pary ciekłego etanu są cięższe od powietrza i koncentrują się na ziemi, co może stwarzać ryzyko zapłonu, który może wywołać reakcję łańcuchową spalania.
-Spożycie etanu może powodować nudności, wymioty i krwawienie wewnętrzne. Wdychanie, oprócz uduszenia, powoduje bóle głowy, dezorientację i wahania nastroju. Śmierć w wyniku zatrzymania krążenia jest możliwa przy wysokich wartościach ekspozycji.
- Stanowi gaz cieplarniany, który wraz z metanem i dwutlenkiem węgla przyczynia się do globalnego ocieplenia i zmian klimatycznych generowanych przez zanieczyszczenie człowieka. Na szczęście jest mniej obfity i trwały niż metan i pochłania mniej promieniowania niż metan.
Bibliografia
- Britannica, E. (nd). Etan. Pobrane z britannica.com
- Nes, GV (nd). Struktury monokryształów i rozkłady gęstości elektronów etanu, etylenu i acetylenu. Odzyskany z rug.nl
- Witryny, G. (sf). Ethane: źródła i zlewy. Pobrane z sites.google.com
- SoftSchools. (sf). Formuła etanu. Odzyskany z softschools.com
- Wikipedia. (sf). Etan. Pobrane z en.wikipedia.org