ЕТАН: СТРУКТУРА, СВОЙСТВА, ПРИЛОЖЕНИЯ И РИСКОВЕ - ХИМИЯ - 2025

На етан е проста въглеводород с формула C ₂ H ₆ с природата на безцветна и без мирис газ с високо ценен и разнообразен използване при синтеза на етилен. В допълнение, той е един от земните газове, който е открит и в други планети и звездни тела около Слънчевата система. Открит е от учения Майкъл Фарадей през 1834г.

Сред големия брой органични съединения, образувани от въглеродни и водородни атоми (известни като въглеводороди), има такива, които се намират в газообразно състояние при стайна температура и налягане, които са широко използвани в много индустрии.

Те обикновено идват от газообразната смес, наречена "природен газ", продукт с висока стойност за човечеството, и съставят алкани от типа метан, етан, пропан и бутан; класифицирано според количеството въглеродни атоми във веригата му.

Химическа структура

Етан е молекула с формула C ₂ H ₆, обикновено се разглежда като обединение на две метилови групи (-СН ₃) за образуване на въглеводород от единична въглерод-въглеродна връзка. В допълнение, това е най-простото органично съединение след метан, което е представено, както следва:

Н ₃, C-CH ₃

Въглеродните атоми в тази молекула имат хибридизация от тип ³ sp, така че молекулните връзки показват свободно въртене.

По същия начин има присъщо явление на етан, което се основава на въртенето на молекулната му структура и минималната енергия, необходима за произвеждане на въртене на връзката на 360 градуса, което учените нарекоха „етанова бариера“.

Поради тази причина етанът може да се появи в различни конфигурации в зависимост от въртенето си, въпреки че най-стабилната му конформация съществува там, където водородите са един срещу друг (както се вижда на фигурата).

От Jslipscomb, от Wikimedia Commons

Синтез на етан

Етанът може лесно да се синтезира от електролиза на Колбе - органична реакция, при която се осъществяват две стъпки: електрохимично декарбоксилиране (отстраняване на карбоксилната група и отделяне на въглероден диоксид) на две карбоксилни киселини и комбинация от продукти междинни съединения за образуване на ковалентна връзка.

По същия начин електролизата на оцетна киселина води до образуването на етан и въглероден диоксид и тази реакция се използва за синтеза на първия.

Окисляването на оцетен анхидрид под действието на пероксиди, концепция, подобна на тази при електролизата на Колбе, също води до образуването на етан.

По същия начин той може да бъде ефективно отделен от природен газ и метан чрез процес на втечняване, като се използват криогенни системи за улавяне на този газ и отделянето му от смеси с други газове.

Процесът на турборазширяване е предпочитан за тази роля: газовата смес се преминава през турбина, генерирайки разширяване на същата, докато температурата й не падне под -100 ° С.

Вече към този момент компонентите на сместа могат да бъдат диференцирани, така че течният етан ще бъде отделен от газообразния метан, а останалите видове, участващи в използването на дестилация.

Имоти

Етанът се среща в природата като без мирис и безцветен газ при стандартни налягания и температури (1 атм и 25 ° С). Той има температура на кипене -88,5 ºC и точка на топене -182,8 ºC. Освен това не се влияе от излагане на силни киселини или основи.

Разтворимост на етан

Молекулите на етана са симетрични по конфигурация и имат слаби атрактивни сили, които ги държат заедно, наречени дисперсионни сили.

Когато етанът се опитва да се разтвори във вода, привлекателните сили, образувани между газа и течността, са много слаби, така че е много трудно етанът да се свърже с молекулите на водата.

Поради тази причина разтворимостта на етан е значително ниска, леко се увеличава при повишаване на налягането на системата.

Кристализация на етан

Етанът може да се втвърди, което води до образуването на нестабилни етанови кристали с кубична кристална структура.

С понижаване на температурата над -183.2 ºC тази структура става моноклинна, повишаваща стабилността на молекулата си.

Изгаряне на етан

Този въглеводород, въпреки че не се използва широко като гориво, може да се използва в горивни процеси за генериране на въглероден диоксид, вода и топлина, което е представено както следва:

2С ₂ H ₆ + 7o ₂ → 4CO ₂ + 6H ₂ O + 3 120 кДж

Съществува и възможността за изгаряне на тази молекула без излишък от кислород, което е известно като "непълно изгаряне" и което води до образуване на аморфен въглерод и въглероден окис в нежелана реакция, в зависимост от количеството на прилагания кислород.:

2С ₂ H ₆ + 3O ₂ → 4С + 6H ₂ O + топлина

2С ₂ H ₆ + 4о ₂ → 2С + 2CO + 6H ₂ O + топлина

2С ₂ H ₆ + 5О ₂ → 4CO + 6H ₂ O + топлина

В тази област изгарянето става чрез поредица от реакции на свободни радикали, които са номерирани в стотиците различни реакции. Например, непълноценните реакции на горене могат да образуват съединения като формалдехид, ацеталдехид, метан, метанол и етанол.

Това ще зависи от условията, при които реакцията протича и реакциите на свободните радикали. Етиленът също може да се образува при високи температури (600-900 ° C), което е силно желан продукт от индустрията.

Етан в атмосферата и в небесните тела

Етанът присъства в атмосферата на планетата Земя в следи и се подозира, че хората са успели да удвоят тази концентрация, тъй като са започнали да практикуват промишлени дейности.

Учените смятат, че голяма част от присъствието на етан в атмосферата се дължи на изгарянето на изкопаеми горива, въпреки че глобалната емисия на етан е намаляла почти наполовина, след като технологиите за производство на шистов газ са подобрени (a източник на природен газ).

Този вид също се произвежда по естествен начин от въздействието на слънчевата светлина върху атмосферния метан, който рекомбинира и образува молекула етан.

Етанът съществува в течно състояние на повърхността на Титан, една от луните на Сатурн. Това се среща в по-голямо количество в река Вид Флумина, която тече повече от 400 километра към едно от моретата си. Това съединение е доказано и на комети, и на повърхността на Плутон.

Приложения

Производство на етилен

Използването на етан се основава главно на производството на етилен, най-широко използвания биологичен продукт в световното производство, чрез процес, известен като крекинг на парофазна фаза.

Този процес включва преминаване на разреден с пара етанон в пещ, бързо нагряване без кислород.

Реакцията протича при изключително висока температура (между 850 и 900 ° С), но времето на престой (времето, което етанът прекарва в пещта) трябва да бъде кратко, за да бъде реакцията ефективна. При по-високи температури се получава повече етилен.

Основна химическа формация

Етанът също е проучен като основен компонент при образуването на основни химикали. Окислителното хлориране е един от предлаганите процеси за получаване на винилхлорид (компонент на PVC), заместващ други по-малко икономични и по-сложни.

охладителен

И накрая, етанът се използва като хладилен агент в обикновени криогенни системи, като също така показва способността да замразява малки проби в лабораторията за анализ.

Той е много добър заместител на водата, което отнема повече време за охлаждане на деликатните проби, а също така може да предизвика образуването на вредни ледени кристали.

Рискове от етан

-Етанът има способността да възпламенява, главно когато се свързва с въздух. При 3,0 до 12,5% обем етан във въздуха може да се образува експлозивна смес.

-Той може да ограничи кислорода във въздуха, в който се намира, и поради тази причина представлява рисков фактор за задушаване за хора и животни, които присъстват и са изложени.

- Етанът в замразена течна форма може сериозно да изгори кожата, ако се осъществи директен контакт с нея, а също така действа като криогенна среда за всеки предмет, който докосне, замръзвайки го на моменти.

-Течните пари от етан са по-тежки от въздуха и се концентрират върху земята, това може да представлява риск от запалване, което може да генерира верижна реакция на горене.

-Приемането на етан може да причини гадене, повръщане и вътрешно кървене. Вдишването освен задушаване причинява главоболие, объркване и промени в настроението. Смърт от сърдечен арест е възможна при големи експозиции.

-Той представлява парников газ, който заедно с метана и въглеродния диоксид допринася за глобалното затопляне и климатичните промени, породени от замърсяването на човека. За щастие, той е по-малко обилен и издръжлив от метана и абсорбира по-малко радиация от метана.

Препратки

1. Britannica, E. (nd). Етан. Извлечено от britannica.com
2. Нес, GV (втори). Монокристални структури и разпределения на електронна плътност на етан, етилен и ацетилен. Възстановен от rug.nl
3. Сайтове, G. (ср.). Етан: Източници и мивки. Извлечено от sites.google.com
4. SoftSchools. (SF). Етан Формула. Възстановени от softschools.com
5. Wikipedia. (SF). Етан. Извлечено от en.wikipedia.org