ETHAN: STRUKTURA, VLASTNOSTI, POUŽITÍ A RIZIKA - CHEMIE - 2025

Ethan je jednoduchý uhlovodík obecného vzorce C ₂ H ₆ s povahou barvy a bez zápachu plynu, který má velmi hodnotné a diverzifikované použití v syntéze ethylenu. Kromě toho je to jeden z pozemských plynů, který byl detekován také na jiných planetách a hvězdných tělesech kolem Sluneční soustavy. To bylo objeveno vědcem Michael Faraday v 1834.

Mezi velkým počtem organických sloučenin tvořených atomy uhlíku a vodíku (známých jako uhlovodíky) jsou sloučeniny, které se nacházejí v plynném stavu při okolních teplotách a tlacích, které jsou široce používány v mnoha průmyslových odvětvích.

Tito obvykle pocházejí z plynné směsi zvané "zemní plyn", produkt vysoké hodnoty pro lidstvo, a mimo jiné tvoří alkany typu metanu, etanu, propanu a butanu; klasifikován podle množství atomů uhlíku v řetězci.

Chemická struktura

Etan je molekula se vzorcem C ₂ H ₆, který typicky jako spojení dvou methylových skupin (-CH ₃), pro vytvoření uhlovodíku jediné uhlík-uhlík. Je to navíc nejjednodušší organická sloučenina po metanu, která je zastoupena takto:

H ₃ C-CH ₃

Atomy uhlíku v této molekuly mají sp ³ typ hybridizace, takže molekulární vazby ukazují volné otáčení.

Stejně tak existuje vnitřní fenomén etanu, který je založen na rotaci jeho molekulární struktury a minimální energii potřebné k vytvoření rotace vazby o 360 stupňů, kterou vědci nazývají „etanovou bariérou“.

Z tohoto důvodu se může etan objevit v různých konfiguracích v závislosti na jeho rotaci, i když jeho nejstabilnější konformace existuje tam, kde jsou vodíky proti sobě (jak je vidět na obrázku).

Autor: Jslipscomb, z Wikimedia Commons

Syntéza etanu

Ethan lze snadno syntetizovat z Kolbeovy elektrolýzy, organické reakce, ve které nastávají dva kroky: elektrochemická dekarboxylace (odstranění karboxylové skupiny a uvolňování oxidu uhličitého) dvou karboxylových kyselin a kombinace produktů meziprodukty za vzniku kovalentní vazby.

Podobně elektrolýza kyseliny octové vede k tvorbě etanu a oxidu uhličitého a tato reakce se používá k syntéze prvního.

Oxidace anhydridu kyseliny octové působením peroxidů, koncepce podobné koncepci Kolbeovy elektrolýzy, také vede k tvorbě etanu.

Stejným způsobem lze účinně oddělit od zemního plynu a metanu zkapalňovacím procesem, přičemž k zachycení tohoto plynu a jeho separaci od směsí s jinými plyny se používají kryogenní systémy.

Pro tuto roli je upřednostňován proces turboexpanze: směs plynů prochází turbínou, která způsobuje její expanzi, dokud její teplota neklesne pod -100 ° C.

V tomto okamžiku mohou být složky směsi diferencovány, takže kapalný ethan bude separován od plynného metanu a dalších druhů zapojených do použití destilace.

Vlastnosti

Ethan se vyskytuje v přírodě jako bez zápachu a bezbarvý plyn při standardních tlacích a teplotách (1 atm a 25 ° C). Má bod varu -88,5 ° C a bod tání -182,8 ° C. Rovněž není ovlivněna expozicí silným kyselinám nebo zásadám.

Rozpustnost v etanu

Ethanové molekuly jsou v konfiguraci symetrické a mají slabé přitažlivé síly, které je drží pohromadě, nazývané disperzní síly.

Když se etan pokouší rozpouštět ve vodě, přitažlivé síly vytvářené mezi plynem a kapalinou jsou velmi slabé, takže pro etan je velmi obtížné vázat se s molekulami vody.

Z tohoto důvodu je rozpustnost etanu značně nízká a mírně se zvyšuje, když je tlak systému zvýšen.

Krystalizace etanu

Ethan může být ztuhnut, což vede k tvorbě nestabilních krystalů etanu s kubickou krystalickou strukturou.

S poklesem teploty nad -183,2 ° C se tato struktura stává monoklinickou, což zvyšuje stabilitu její molekuly.

Spalování etanu

Tento uhlovodík, ačkoli není běžně používán jako palivo, může být použit ve spalovacích procesech k výrobě oxidu uhličitého, vody a tepla, což je znázorněno takto:

2C ₂ H ₆ + 7O ₂ → 4CO ₂ + 6 H ₂ O + 3 120 kJ

Existuje také možnost spalování této molekuly bez přebytečného kyslíku, což je známé jako „neúplné spalování“ a které má za následek tvorbu amorfního uhlíku a oxidu uhelnatého v nežádoucí reakci v závislosti na množství aplikovaného kyslíku.:

2C ₂ H ₆ + 3O ₂ → 4 C + 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 této oblasti dochází ke spalování řadou reakcí volných radikálů, které jsou číslovány ve stovkách různých reakcí. Například neúplné spalovací reakce mohou tvořit sloučeniny, jako je formaldehyd, acetaldehyd, metan, methanol a ethanol.

To bude záviset na podmínkách, za kterých reakce probíhá a na volných radikálových reakcích. Ethylen může být také vytvářen při vysokých teplotách (600-900 ° C), což je v průmyslu velmi žádaný produkt.

Ethan v atmosféře a v nebeských tělech

Ethan je přítomen v atmosféře planety Země ve stopách a existuje podezření, že se lidem podařilo tuto koncentraci zdvojnásobit, protože začali praktikovat průmyslové činnosti.

Vědci se domnívají, že velká část současné přítomnosti etanu v atmosféře je způsobena spalováním fosilních paliv, i když globální emise etanu se snížily téměř o polovinu od zlepšení technologií výroby břidlicového plynu (zdroj zemního plynu).

Tento druh je také přirozeně produkován účinkem slunečního záření na atmosférický metan, který rekombinuje a vytváří molekulu ethanu.

Ethan existuje v tekutém stavu na povrchu Titanu, jednoho ze Saturnových měsíců. K tomu dochází ve větším množství v řece Vid Flumina, která teče více než 400 kilometrů směrem k jednomu ze svých moří. Tato směs byla také prokázána na kometách a na povrchu Pluta.

Aplikace

Výroba ethylenu

Použití etanu je hlavně založeno na výrobě ethylenu, nejrozšířenějšího organického produktu ve světové produkci, prostřednictvím procesu známého jako krakování v plynné fázi.

Tento proces zahrnuje zavedení parou zředěného přívodu etanu do pece a rychlé zahřátí bez kyslíku.

Reakce probíhá při extrémně vysoké teplotě (mezi 850 a 900 ° C), ale doba zdržení (doba, kterou ethan stráví v peci), musí být krátká, aby byla reakce účinná. Při vyšších teplotách se generuje více ethylenu.

Základní chemická formace

Ethan byl také studován jako hlavní složka při tvorbě základních chemických látek. Oxidační chlorace je jedním z navrhovaných postupů pro získání vinylchloridu (složka PVC), který nahrazuje jiné méně ekonomické a složitější procesy.

Chladivo

Nakonec se etan používá jako chladivo v běžných kryogenních systémech, což také ukazuje schopnost zmrazit malé vzorky v laboratoři pro analýzu.

Je to velmi dobrá náhrada za vodu, která k ochlazení delikátních vzorků trvá déle a může také způsobit tvorbu škodlivých ledových krystalů.

Rizika etanu

-Ethane má schopnost se vznítit, hlavně když se váže se vzduchem. Při obsahu ethanolu ve vzduchu 3,0 až 12,5% se může vytvořit výbušná směs.

-Může omezit kyslík ve vzduchu, ve kterém se nachází, az tohoto důvodu představuje rizikový faktor pro udušení lidí a zvířat, kteří jsou přítomni a vystaveni.

- Ethan ve zmrzlé tekuté formě může vážně spálit pokožku, pokud je s ní v přímém kontaktu, a také působit jako kryogenní médium pro jakýkoli předmět, kterého se dotkne, a během chvilky zmrzne.

- Kapalné výpary ethanolu jsou těžší než vzduch a jsou koncentrovány na zemi, což může představovat riziko vznícení, které může vyvolat reakci spalovacího řetězce.

- Poškození etanu může způsobit nevolnost, zvracení a vnitřní krvácení. Vdechnutí, kromě udusení, způsobuje bolesti hlavy, zmatek a výkyvy nálad. Při vysokých expozicích je možná smrt na srdeční zástavu.

- Představuje skleníkový plyn, který spolu s metanem a oxidem uhličitým přispívá ke globálnímu oteplování a změně klimatu způsobené lidským znečištěním. Naštěstí je méně hojný a odolný než metan a absorbuje méně záření než metan.

Reference

1. Britannica, E. (nd). Etan. Citováno z britannica.com
2. Nes, GV (nd). Monokrystalové struktury a distribuce hustoty elektronů etanu, ethylenu a acetylenu. Obnoveno z rug.nl
3. Sites, G. (sf). Ethane: Zdroje a dřezy. Citováno z sites.google.com
4. SoftSchools. (sf). Ethane Formula. Obnoveno ze softschools.com
5. Wikipedia. (sf). Etan. Citováno z en.wikipedia.org