Ацетилен

редактировать
Ненасыщенный углеводород с формулой C2H2
Ацетилен
Имена
Предпочтительное название IUPAC Ацетилен
Систематический IUPAC имя Ethyne
Идентификаторы
Номер CAS
3D-модель (JSmol )
Ссылка Beilstein 906677
ЧЭБИ
ChEMBL
  • ChEMBL116336
ChemSpider
ECHA InfoCard 100.000.743 Измените это на Wikidata
Номер EC
  • 200-816-9
Gmelin Каталожный номер 210
KEGG
PubChem CID
Номер RTECS
  • AO9600000
UNII
Номер ООН 1001 (растворенный ). 3138 (в смеси с этиленом и пропиленом )
CompTox Dashboard (EPA)
InChI
SMILES
Свойства
Химическая формула C2H2
Молярная масса 26,038 г · моль
Внешний видБесцветный газ
Запах Без запаха
Плотность 1,097 г / л = 1,097 кг / м
Точка плавления -80,8 ° С (-113,4 ° F; 192,3 K) Тройная точка при 1,27 атм.
Условия сублимации. -84 ° C; -119 ° F; 189 K (1 атм)
Растворимость в воде слаборастворимый
Давление пара 44,2 атм (20 ° C)
Кислотность (pK a)25
Конъюгированная кислота Этиний
Магнитная восприимчивость (χ)-12,5 × 10 см / моль
Структура
Молекулярная форма Линейная
Термохимия
Стандартная молярная. энтропия (S 298 )201 Дж / (моль · К)
Стандартная энтальпия. образования (ΔfH298 )+226,88 кДж / моль
Опасности
Пиктограммы GHS
Сигнальное слово GHS Опасно
Предупреждения об опасности GHS H220, H336
Меры предосторожности GHS P202, P210, P261, P271, P304, P340, P312, P377, P381, P403, P403, P233, P405, P501
NFPA 704 (огненный алмаз)Код воспламеняемости 4: Быстро или полностью испаряется при нормальных атмосферном давлении и температуре, или легко диспергируется в воздухе и легко горит. Температура вспышки ниже 23 ° C (73 ° F). Например. пропан Код здоровья 1: Воздействие вызовет раздражение но только ми ни остаточной травмы. Например. скипидар Код реактивности 3: Возможна детонация или взрывное разложение, но требуется сильный инициирующий источник, должен быть нагрет в замкнутом пространстве перед инициированием, вступает в реакцию с водой со взрывом или детонирует при сильном ударе. Например. перекись водорода Особые опасности (белый): без кода NFPA 704 четырехцветный алмаз 4 1 3
самовоспламенение. температура 300 ° C (572 ° F; 573 K)
NIOSH (пределы воздействия на здоровье США):
PEL (Допустимо)нет
REL (Рекомендуется)C 2500 ppm (2662 мг / м)
IDLH (Im опосредовать опасность)ND
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
☑ Y ( что такое ?)
Ссылки в информационном окне

Ацетилен(систематическое название : этин) - это химическое соединение по формуле C 2H2. Это углеводород и простейший алкин. Этот бесцветный газ (низшие углеводороды, как правило, газообразны по своей природе) широко используется в качестве топлива и химического строительного элемента. В чистом виде он нестабилен, поэтому с ним обычно обращаются как с раствором. Чистый ацетилен не имеет запаха, но коммерческие сорта обычно имеют заметный запах из-за примесей.

Как алкин, ацетилен ненасыщен, потому что два его атома углерода связаны вместе в тройной связи. Тройная связь углерод-углерод помещает все четыре атома на одну прямую с валентным углом CCH 180 °.

Содержание
  • 1 Discovery
  • 2 Подготовка
  • 3 Связь
  • 4 Физические свойства
    • 4.1 Изменения состояния
    • 4.2 Другое
  • 5 Области применения
    • 5.1 Сварка
    • 5.2 Переносное освещение
    • 5.3 Пластмассы и производные акриловой кислоты
    • 5.4 Нишевые применения
  • 6 Естественные явления
  • 7 Реакции
    • 7.1 Винилирование: гидратация, гидрогалогенирование и родственные реакции
    • 7.2 Добавление формальдегида
    • 7.3 Карбонилирование
    • 7.4 Металлоорганическая химия
    • 7.5 Кислотно-основные реакции
  • 8 Безопасность и обращение
  • 9 Ссылки
  • 10 Внешние ссылки
Discovery

Ацетилен был открыт в 1836 году Эдмундом Дэви, который определил его как «новый карбюратор водорода». Это было случайное открытие при попытке выделить металл калий. Нагревая карбонат калия с углеродом при очень высоких температурах, он получил остаток того, что сейчас известно как карбид калия (K 2C2), который реагировал с водой с выделением нового газа. Он был повторно открыт в 1860 году французским химиком Марселленом Бертло, который придумал название ацетилен. Эмпирическая формула Бертло для ацетилена (C 4H2), а также альтернативное название «quadricarbure d'hydrogène» (квадрикарбид водорода) были неверными, потому что химики в то время использовали неправильную атомную массу для углерода (6 вместо 12). Бертло смог приготовить этот газ, пропуская пары органических соединений (метанол, этанол и т. Д.) Через раскаленную трубу и собирая выходящий поток. Он также обнаружил, что ацетилен образовывался в результате искрения электричества через смешанные циан и водород газы. Позже Бертло получил ацетилен, пропуская водород между полюсами угольной дуги. Коммерчески доступный газообразный ацетилен может иметь запахи от примесей дивинилсульфида и фосфина.

Получение

С 1950-х годов ацетилен в основном производился путем частичного сжигания из метана. Это рекуперированный побочный продукт при производстве этилена путем крекинга углеводородов. В 1983 году этим методом было произведено около 400 000 тонн. Его присутствие в этилене обычно нежелательно из-за его взрывоопасности и способности отравлять катализаторы Циглера – Натта. Его селективно гидрируют в этилен, обычно с использованием катализаторов Pd-Ag.

До 1950-х годов, когда нефть вытеснила уголь в качестве основного источника из восстановленного углерода, ацетилена (и ароматической фракции из каменноугольной смолы ) были основным источником органических химикатов в химической промышленности. Он был получен путем гидролиза карбида кальция, реакции, открытой Фридрихом Вёлером в 1862 году и до сих пор знакомой студентам:

CaC 2 + 2H 2 O → Ca (OH) 2 + C 2H2

Производство карбида кальция требует чрезвычайно высоких температур, ~ 2000 ° C, что требует использования электродуговая печь. В США этот процесс был важной частью революции в химии конца 19 века, которая стала возможной благодаря масштабному проекту гидроэлектростанции на Ниагарском водопаде.

"ИЗ КАРБИДА КАЛЬЦИЯ. Поместите небольшие комочки карбида кальция (около 15 г) в перегонной колбе на 150 мл (или в колбе Бюхнера аналогичной емкости) и поместите в горлышко колбы высокую капельную воронку, стержень которой был оттянут в тонкий момент: шток должен проходить глубоко ниже бокового ответвления колбы. Подсоедините это боковое плечо к промывочной емкости, содержащей 10% водный раствор сульфата меди: таким образом, требуется высокая капельная воронка для создания достаточного «напора» воды в воронку, чтобы пропустить ацетилен через промывочную бутыль. Затем наденьте на промывочную бутыль подающую трубку, которая точно переходит в пневматический желоб. Заполните капельную воронку водой и дайте последней стечь по капле. переходят на карбид кальция: сразу образуется ацетилен, а при прохождении через раствор сульфата меди освобождается от сероводорода и т. д. Дайте газу выйти из нагнетательной трубки в пневматическом желобе до тех пор, пока выходящий газ не станет заметно пахнуть ацетиленом. Затем соберите пробу газа в небольшую пробирку точно так же, как описано для этилена. Зажигают образец горелкой, расположенной, как и прежде, на безопасном расстоянии от прибора. Если воздух в аппарате еще не был полностью вытеснен, образец газа взорвется с резким звуком: если, однако, ацетилен не содержит воздуха, он будет гореть тихо с очень дымным пламенем, оставляющим углерод в трубке. в явном контрасте с чистым пламенем горящего этилена ».

Связь

С точки зрения теории валентных связей, в каждом атоме углерода 2s орбиталь гибридизуется с одной 2p-орбиталью, образуя sp-гибрид. Две другие 2p-орбитали остаются негибридизированными. Два конца двух sp-гибридных орбиталей перекрываются с образованием сильной σ валентная связь между атомами углерода, в то время как на каждом из двух других концов атомы водорода присоединяются также посредством σ-связей. Две неизмененные 2p-орбитали образуют пару более слабых π-связей.

Поскольку ацетилен является линейным симметричная молекула, она обладает точечной группой D ∞h.

Физические свойства

Изменения состояния

При атмосферном давлении ацетилен не может существовать как жидкий и не имеет температуры плавления. Тройная точка на фазовой диаграмме соответствует температуре плавления (-80,8 ° C) при минимальном давлении, при котором может существовать жидкий ацетилен (1,27 атм). При температурах ниже тройной точки твердый ацетилен может непосредственно превращаться в пар (газ) посредством сублимации. Точка сублимации при атмосферном давлении составляет -84,0 ° C.

Other

При комнатной температуре растворимость ацетилена в ацетоне составляет 27,9 г на кг. Для того же количества диметилформамида (ДМФ) растворимость составляет 51 г. При давлении 20,26 бар растворимость увеличивается до 689,0 и 628,0 г для ацетона и ДМФ соответственно. Эти растворители используются в баллонах со сжатым газом.

Области применения

Сварка

Примерно 20% ацетилена поставляется промышленными газами за оксиацетилен газовая сварка и резка из-за высокой температуры пламени. При сжигании ацетилена с кислородом образуется пламя с температурой более 3600 К (3330 ° C; 6020 ° F), выделяя 11,8 кДж / г. Кислородно-ацетилен - это самый горячий из обычных топливных газов. Ацетилен является третьим по горячим температурам естественным химическим пламенем после 5260 K (4990 ° C; 9010 ° F) дицианоацетилена и цианогена при 4798 K (4525 ° C; 8177 ° F).. Кислородно-ацетиленовая сварка была популярным процессом сварки в предыдущие десятилетия. Развитие и преимущества процессов дуговой сварки сделали кислородно-топливную сварку практически исчезнувшей для многих приложений. Значительно снизилось использование ацетилена для сварки. С другой стороны, оборудование для кислородно-ацетиленовой сварки довольно универсально - не только потому, что горелка предпочтительна для некоторых видов сварки чугуна или стали (как в некоторых художественных приложениях), но также потому, что она легко поддается пайке, пайке-сварке. , нагрев металла (для отжига или отпуска, гибки или формовки), ослабление корродированных гаек и болтов и другие применения. Специалисты по ремонту кабелей Bell Canada до сих пор используют портативные комплекты горелок, работающих на ацетиленовом топливе, в качестве паяльного инструмента для герметизации стыков свинцовых гильз в люках и в некоторых местах с воздуха. Кислородно-ацетиленовую сварку также можно использовать в областях, где нет доступа к электричеству. Кислородно-ацетиленовая резка используется во многих цехах металлообработки. Для использования при сварке и резке рабочее давление должно контролироваться с помощью регулятора, поскольку выше 15 фунтов на кв. Дюйм (100 кПа) при воздействии ударной волны (вызванной, например, вспышкой ) ацетилен разлагается со взрывом на водород и углерод.

Ацетиленовый топливный контейнер / горелка, которые используются на острове Бали

Портативное освещение

Карбид кальция использовался для производства ацетилена, используемого в лампах для портативных или удаленных приложений. Он использовался для горняков и спелеологов до широкого использования ламп накаливания ; или много лет спустя светодиодное освещение малой мощности / высокой яркости; и до сих пор используется горнодобывающей промышленностью в некоторых странах, где отсутствуют законы о безопасности труда. Карбидные лампы также широко использовались в качестве фар первых автомобилей и в качестве первых источников света для маяков.

Пластмассы и производные акриловой кислоты

За исключением Китая, использование ацетилена в качестве химического сырья имеет снизился на 70% с 1965 по 2007 год из-за затрат и экологических соображений. Ацетилен может быть полугидрированным до этилена, обеспечивая исходное сырье для различных полиэтиленовых пластиков. Еще одним важным применением ацетилена, особенно в Китае, является его преобразование в производные акриловой кислоты . Эти производные образуют такие продукты, как акриловые волокна, стекла, краски, смолы и полимеры.

нишевые приложения

В 1881 году русский химик Михаил Кучеров описал гидратацию ацетилена до ацетальдегида с использованием таких катализаторов, как бромид ртути (II). До появления процесса Wacker эта реакция проводилась в промышленных масштабах.

полимеризация ацетилена с катализаторами Циглера – Натта производит полиацетиленовые пленки. Полиацетилен, цепь центров CH с чередующимися одинарными и двойными связями, был одним из первых обнаруженных органических полупроводников. Его реакция с йодом дает материал с высокой электропроводностью. Хотя такие материалы бесполезны, эти открытия привели к разработке органических полупроводников, что было признано Нобелевской премией по химии в 2000 г. Аланом Дж. Хигером, Алан Дж. МакДиармид и Хидеки Сиракава.

В начале 20 века ацетилен широко использовался для освещения, в том числе уличного освещения в некоторых городах. В большинстве ранних автомобилей использовались карбидные лампы до внедрения электрических фар.

В 1920-х годах чистый ацетилен экспериментально использовался в качестве ингаляционного анестетика.

Ацетилен иногда использовался для науглероживание (то есть закалка) стали, когда объект слишком большой, чтобы поместиться в печи.

Ацетилен используется для улетучивания углерода при радиоуглеродном датировании. Углеродистый материал в археологическом образце обрабатывают металлическим литием в небольшой специализированной исследовательской печи с образованием карбида лития (также известного как ацетилид лития). Затем карбид может взаимодействовать с водой, как обычно, с образованием газообразного ацетилена для подачи в масс-спектрометр для измерения изотопного отношения углерода-14 к углероду-12.

Естественное происхождение

Энергетическое богатство тройной связи C≡C и довольно высокая растворимость ацетилена в воде делают его подходящим субстратом для бактерий при условии наличия соответствующего источника. Идентифицирован ряд бактерий, живущих на ацетилене. Фермент ацетиленгидратаза катализирует гидратацию ацетилена с образованием ацетальдегида :

C2H2+ H 2 O → CH 3 CHO

Ацетилен - умеренно распространенное химическое вещество во Вселенной, часто связанное с атмосферой газовых гигантов. Одно любопытное открытие ацетилена было сделано на Энцеладе, спутнике Сатурна. Считается, что природный ацетилен образуется в результате каталитического разложения длинноцепочечных углеводородов при температурах 1700 К (1430 ° C; 2600 ° F) и выше. Поскольку такие температуры маловероятны для такого маленького удаленного тела, это открытие потенциально может свидетельствовать о каталитических реакциях на этой луне, что делает его многообещающим местом для поиска пребиотической химии.

Реакции

Винилирование : гидратация, гидрогалогенирование и родственные реакции

В реакциях винилированиясоединения HX присоединяются по тройной связи. К ацетилену добавляют спирты и фенолы, получая простые виниловые эфиры. Тиолы дают винилтиоэфиры. Аналогично, винилпирролидон и винилкарбазол производятся в промышленности путем винилирования 2-пирролидона и карбазола.

. Гидратация ацетилена представляет собой реакцию винилирования, но полученный виниловый спирт изомеризуется в ацетальдегид. Реакция катализируется солями ртути. Эта реакция когда-то была доминирующей технологией производства ацетальдегида, но она была вытеснена процессом Wacker, который дает ацетальдегид путем окисления этилена, более дешевого сырья. Аналогичная ситуация применима к превращению ацетилена в ценный винилхлорид посредством гидрохлорирования по сравнению с оксихлорированием этилена.

Добавление к формальдегиду

Ацетилен присоединяется к кетонам и альдегидам в присутствии основных катализаторов. С карбонильными группами для получения α -этиниловых спиртов в реакциях этинилирования : формальдегид последовательно дает пропаргиловый спирт и бутиндиол. 1,4-Бутиндиол таким образом получают промышленным способом из формальдегида и ацетилена.

Карбонилирование

Уолтер Реппе обнаружил, что в присутствии катализаторов, ацетилен реагирует с образованием широкого диапазона промышленно значимых химических веществ.

С монооксидом углерода ацетилен реагирует с образованием акриловой кислоты или сложных эфиров акриловой кислоты, которые можно использовать для производства акрилового стекла :

Металлоорганическая химия

Ацетилен и его производные (2-бутин, дифенилацетилен и т.д.) образуют комплексы с переходными металлами. Его связывание с металлом несколько похоже на связывание этиленовых комплексов. Эти комплексы являются промежуточными продуктами во многих каталитических реакциях, таких как тримеризация алкина до бензола, тетрамеризация до циклооктатетраена и карбонилирование до гидрохинона :

Fe (CO) 5 + 4 C 2H2+ 2 H 2 O → 2 C 6H4(OH) 2 + FeCO 3 в основных условиях (50- 80 ° C, 20-25 атм).

В присутствии некоторых переходных металлов алкины претерпевают метатезис алкинов.

Металл ацетилиды, разновидности формулы L n MC 2 R, также распространены. Ацетилид меди (I) и ацетилид серебра могут быть легко образованы в водных растворах из-за плохого равновесия растворимости.

Кислотно-основные реакции

Ацетилен имеет pKa 25, ацетилен может быть депротонирован с помощью супероснования с образованием ацетилида :

HC≡CH + RM → RH + HC≡CM

Эффективны различные металлоорганические и неорганические реагенты.

Безопасность и обращение

Ацетилен не особенно токсичен, но при образовании из карбида кальция он может содержать токсичные примеси, такие как следы фосфина и арсин, придающие ему отчетливый чесночный запах. Он также легко воспламеняется, как и большинство легких углеводородов, поэтому его используют при сварке. Его наиболее опасная опасность связана с его внутренней нестабильностью, особенно когда он находится под давлением: при определенных условиях ацетилен может реагировать в экзотермической реакции типа присоединения с образованием ряда продуктов, обычно бензола и / или винилацетилен, возможно, помимо углерода и водорода. Следовательно, ацетилен, если он инициирован интенсивным нагревом или ударной волной, может взрывоопасно разложиться, если абсолютное давление газа превышает примерно 200 килопаскалей (29 фунтов на квадратный дюйм). Большинство регуляторов и манометров на оборудовании сообщают манометрическое давление, поэтому безопасный предел для ацетилена составляет 101 кПа манометрическое или 15 фунтов на кв. Поэтому он поставляется и хранится растворенным в ацетоне или диметилформамиде (ДМФ), содержащемся в газовом баллоне с пористым наполнением (Агамассан ), что делает его безопасным для транспортировки и использования при правильном обращении. Ацетиленовые баллоны следует использовать в вертикальном положении, чтобы избежать извлечения ацетона во время использования.

Информация о безопасном хранении ацетилена в вертикальных баллонах предоставлена ​​OSHA, Ассоциацией сжатых газов, Управлением по безопасности и охране здоровья в шахтах США (MSHA). ), EIGA и других агентств.

Медь катализирует разложение ацетилена, и поэтому ацетилен не должен транспортироваться по медным трубам.

Баллоны следует хранить отдельно от окислителей, чтобы избежать обострения реакции в случае пожара. / утечка. Баллоны с ацетиленом не следует хранить в замкнутых пространствах, закрытых транспортных средствах, гаражах и зданиях, чтобы избежать непреднамеренной утечки, ведущей во взрывоопасную атмосферу. В США Национальный электротехнический кодекс (NEC) требует рассмотрения опасных зон, включая те, где ацетилен может быть выделен во время аварий или утечек. Рассмотрение может включать электрическую классификацию и использование перечисленных электрических компонентов Группы A в США. Дополнительная информация по определению областей, требующих особого внимания, содержится в NFPA 497. В Европе ATEX также требует рассмотрения опасных зон, где горючие газы могут выделяться во время аварий или утечек.

Ссылки
Внешние ссылки
В Викицитатнике есть цитаты, связанные с: ацетиленом

Последняя правка сделана 2021-06-08 21:10:19
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте