Acetilen

Iz Wikipedije, proste enciklopedije
Skoči na: navigacija, iskanje
Acetilen
Acetylene-CRC-IR-dimensions-2D.png
Acetylene-3D-vdW.png
IUPAC-ime acetilen
Sistematično ime etin
Identifikatorji
Številka CAS 74-86-2
Lastnosti
Molekulska formula C2H2
Molekulska masa 26,04 g/mol
Videz brezbarven plin
Gostota 1,097 kg/m3
Tališče

-80,8°C (sublimira)

Vrelišče

-84°C

Topnost (voda) 1,185 g/l pri 20°C
Topnost (aceton) ≈ 250 l/l acetona
Parni tlak 4,4 MPa
Kislost (pKa) 25
Struktura
Oblika molekule linearna
Termokemija
Standardna tvorbena
entalpija
ΔfHo298
226,88 kJ/mol
Podatki o eksplozivu
Občutljivost na tresljaje pri tlakih nad 100 kPa se lahko vname zaradi udarca
Hitrost eksplozije pri tlakih nad 200 kPa izredno eksploziven
Nevarnosti
EU klasifikacija Zelo lahko vnetljivo (F+)
NFPA 704
NFPA 704.svg
4
1
3
 
R-stavki R5, R6, R12
S-stavki (S2), (S9), S16, (S33)
Temperatura
samovžiga
305°C
Meje eksplozivnosti
2,5-80 vol %
Dovoljena stopnja
izpostavljenosti
(PEL)
ni podatka
LD50 ni podatka
Če ni navedeno drugače, podatki veljajo za
material v standardnem stanju (pri 25 °C, 100 kPa)

Acetilen ali etin je ogljikovodik s kemijsko formulo C2H2 (CH≡CH) in prvi člen v homologni vrsti alkinov.

Acetilen vsebuje trojno vez, zato spada k nenasičenim ogljikovodikom. Ogljikova atoma imata po dve sp hibridni orbitali, s katerima tvorita dve σ-vezi (C-C in C-H) in dve nehibridzirani p orbitali, s katerima tvorita dve π-vezi (druga in tretja vez C-C). Vezi C≡C-H tvorijo kot 180°, zato je molekula linearna.

Acetilen je leta 1836 odkril angleški kemik Edmund Davy. Imenoval "nov vodikov plin", potem pa so na odkritje pozabili. Leta 1860 ga je ponovno odkril francoski kemik Marcellin Berthelot in ga imenoval acetilen.

Fizikalne lastnosti[uredi | uredi kodo]

Acetilen je vnetljiv in eksploziven brezbarven plin z rahlo aromatičnim vonjem. Acetilen, proizveden iz kalcjevaga karbida, ima zaradi primesi (vodikov sulfid, arzin, fosfin) zelo značilen vonj. Ima vonj po česnu in je slabo zaznaven pri nizkih koncentracijah.

Sinteza[uredi | uredi kodo]

Osnovni surovini za sintezo acetilena sta kalcijev karbonat (apnenec, CaCO3) in premog. Kalcijev karbonat se s kalciniranjem pretvori v kalcijev oksid (žgano ali živo apno, CaO), premog pa s koksanjem v koks (C). Iz zmesi kalcijevega oksida in koksa pri visoki temperaturi nastane kalcijev karbid (CaC):

CaO + 3C → CaC2 + CO

Kalcijev karbid reagira z vodo, tako da nastane acetilen. Reakcijo je leta 1862 odkril nemški kemik Friedrich Wöhler:

CaC2 + 2H2O → Ca(OH)2 + C2H2

Sinteza kalcijevega karbida zahteva izredno visoko temperaturo, približno 2000°C, zato reakcija poteka v električni obločni peči.

Acetilen se lahko proizvaja tudi z nepopolnim zgorevanjem metana s kisikom ali s krekiranjem ogljikovodikov.

Berthelot je znal pripraviti acetilen tudi iz metanola, etanola, etilena in dietil etra, tako da je pare omenjenih reaktantov vodil skozi cev, segreto do rdečega žara. Poleg tega je odkril, da acetilen nastaja pri preskoku električne iskre skozi zmes cianogena (N≡C-C≡N) in vodika. Acetilen je sintetiziral tudi neposredno iz vodika in ogljika v električnem obloku z ogljenimi elektrodami.

Reakcije[uredi | uredi kodo]

  • Pri temperaturah preko 400°C brez prisotnosti kisika pride do termičnega razpada acetilena (piroliza). Glavna produkta razpada sta dimer vinilacetilen (C=C-C≡C) in benzen (C6H6). Pri temperaturah preko 900°C so glavni produkt razpada saje.
  • Berthelot je bil prvi, ki je dokaz, da iz alifatskih ogljikovodikov lahko nastanejo aromatske spojine. S segrevanjem v stekleni cevi je iz acetilena sintetiziral benzen, ki je vseboval nekaj toluena. Z oksidacijo acetilena je dobil ocetno (etanojsko) in oksalno kislino, z redukcijo pa etilen (eten) in etan.
  • S polimerizacijo acetilena s Ziegler-Nattovimi katalizatorji (titanove spojine in aluminijeve organske spojine, na primer (C2H5)3Al) je dobil film poliacetilena. Poliacetilen je veriga ogljikovih atomov, v kateri se izmenjujejo enojne in dvojne vezi in je prvi organski polprevodnik, ki so ga odkrili. Po adiciji joda iz njega nastane izjemno električno prevodna snov.
  • V reakciji, ki jo je leta 1881 odkril ruski kemik Mihail Kučerov,[1] se acetilen v prisotnosti živosrebrovih spojin, na primer HgBr2, hidrira v acetaldehid. Pred odkritjem Wackerjevega postopka so na ta način proizvajali acetaldehid tudi industrijsko.[2]
  • Acetilen tvori z mnogimi kovinskimi ioni acetilenide. Reakcija poteka s prepihavanjem acetilena skozi raztopino kovinske soli. Srebrov in bakrov acetilenid sta močna eksploziva. Bakrov acetilenid nastaja tudi s kovinskim bakrom in njegovimi zlitinami, zato ti materiali niso primerni za naprave, ki prihajajo v stik z acetilenom.

Reppejeva kemija[uredi | uredi kodo]

Nemški kemik Walter Reppe je odkril, da iz acetilena pri visokih tlakih v prisotnosti kovinskih katalizatorjev nastanejo pomembne industrijske kemikalije:

Reppe-chemnistry-vinylization.png
  • V reakcijah z aldehidi nastajajo etinil dioli:
Reppe-chemistry-endiol.png
Na ta način se iz acetilena in formaldehida (metanal) industrijsko proizvaja 1,4-butindiol:
HCCH + CH2O → CH2(OH)CCCH2OH
Reppe-chemistry-carbonmonoxide-01.png
Reppe-chemistry-carbonmonoxide-02.png
  • S ciklizacijo acetilena nastaneta benzen in ciklooktatetraen:
Reppe-chemistry-benzene.png
Reppe-chemistry-cyclooctatetraene.png

Uporaba[uredi | uredi kodo]

V ZDA se približno 80 % acetilena porabi za kemijske sinteze, ostalih 20 % pa za plamensko varjenje in rezanje. Temperatura plamena pri zgorevanju s kisikom je namreč izredno visoka – preko 3300°C. Pri gorenju se spošča 11,8 kJ/g (57.120 kJ/m3).[3]. Višjo temperaturo plamena imata samo dicianoacetilen (N≡C-C≡C-C≡N, 4990 °C) in cianogen (N≡C−C≡N, 4525°C).

Acetilen se uporablja tudi v acetilenskih (karbidnih) svetilkah, ki so jih včasih uporabljali rudarji (svetilke ne smemo zamenjati z Davyjevo svetilko), prvi avtomobili in jih še vedno uporabljajo jamarji. V karbidnih svetilkah se acetilen razvija sproti s kapljanjem vode na kalcijev karbid (CaC2), ki je zaprt v spodnjem delu svetilke.

Na začetku 20. stoletja se je acetilen ponekod uporabljal za mestno razsvetljavo.[4] Acetilen se včasih uporablja tudi za ogljičenje jekla, če so obdelovanci preveliki, da bi jih lahko ogljičili v peči.[3] Acetilen se uporablja tudi pri ugotavljanju starosti arheoloških najdb z radiokarbonsko metodo.

Prihodnost[uredi | uredi kodo]

Poraba acetilena bo v prihodnosti postopoma naraščala, predvsem zaradi velikih svetovnih zalog premoga in novih področij uporabe. Ena od novih aplikacij je pretvorba acetilena v etilen in nato v polietilen. V preteklosti se je acetilen, ki nastaja kot stranski produkt pri parnem krekiranju, že uporabljal za poizvodnjo etilena. Novi katalizatorji omogočajo pretvorbo tega acetilena v etilen z veliko večjim izkoristkom in manjšimi stroški.[5]

Glej tudi[uredi | uredi kodo]

Viri in opombe[uredi | uredi kodo]

  1. ^ Kutscheroff, M. Ber. Bunsenges. Phys. Chemie 1881, 1540–1542
  2. ^ Dmitry A. Ponomarev and Sergey M. Shevchenko (2007). "Hydration of Acetylene: A 125th Anniversary". J. Chem. Ed. 84 (10): 1725. 
  3. ^ 3,0 3,1 Acetylene | BOC Gases
  4. ^ The 100 most important chemical compounds: a reference guide
  5. ^ Acetylene: How Products are Made