Ethan Struktur, Eigenschaften, Anwendungen und Risiken

Die Ethan ist ein einfacher Kohlenwasserstoff der Formel C₂H₆ mit einer Art von farb- und geruchlosem Gas, das bei der Synthese von Ethylen sehr wertvoll und vielseitig eingesetzt wird. Außerdem ist es eines der irdischen Gase, das auch in anderen Planeten und Sternkörpern um das Sonnensystem nachgewiesen wurde. Es wurde von dem Wissenschaftler Michael Faraday im Jahre 1834 entdeckt.

Unter der großen Anzahl von organischen Verbindungen mit Kohlenstoffatomen und Wasserstoff gebildet (wie Kohlenwasserstoffe bekannt ist), gibt es diejenigen, die in einem gasförmigen Zustand sind bei Umgebungstemperaturen und -drücken, die stark in zahlreichen Industriezweigen eingesetzt werden.

Diese in der Regel kommen aus dem Gasgemisch „Erdgas“ genannt wird, ein Produkt von hohem Wert für die Menschheit und umfassen Alkane Typ Methan, Ethan, Propan und Butan und andere; klassifiziert nach der Menge an Kohlenstoffatomen in seiner Kette.

Index

• 1 Chemische Struktur
  • 1.1 Synthese von Ethan
• 2 Eigenschaften
  • 2.1 Löslichkeit von Ethan
  • 2.2 Kristallisation von Ethan
  • 2.3 Verbrennung von Ethan
  • 2.4 Ethan in der Atmosphäre und in Himmelskörpern
• 3 Verwendet
  • 3.1 Ethylenproduktion
  • 3.2 Schulung von Grundchemikalien
  • 3.3 Kältemittel
• 4 Ethan-Risiken
• 5 Referenzen

Chemische Struktur

Ethan ist ein Molekül mit der Formel C₂H₆, typischerweise als eine Vereinigung von zwei Methylgruppen (-CH₃) um den Kohlenwasserstoff einer einfachen Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung zu bilden. Es ist auch die einfachste organische Verbindung nach Methan, die wie folgt dargestellt wird:

H₃C-CH₃

Die Kohlenstoffatome in diesem Molekül besitzen eine sp-Hybridisierung³, so molekulare Bindungen freie Rotation.

Außerdem gibt es ein intrinsisches Phänomen von Ethan, die davon auf die Drehung der Molekülstruktur basiert und der minimalen Energie erforderlich, um eine Drehung der Verbindung 360, zu erzeugen, die Wissenschaftler haben „Barriere ethan“ genannt.

Aus diesem Grund kann Ethan in verschiedenen Konfigurationen entsprechend seiner Rotation präsentiert werden, obwohl seine stabilere Konformation dort existiert, wo die Wasserstoffatome einander gegenüberliegen (wie in der Figur gezeigt).

Synthese von Ethan

Ethan leicht aus der Kolbe-Elektrolyse hergestellt werden, eine organische Reaktion, in der zwei Schritten erfolgen: eine elektrochemische Decarboxylierung (Entfernung der Carboxylgruppe und Freisetzung von Kohlendioxid) aus zwei Carbonsäuren und Kombinationsprodukte Zwischenprodukte zur Bildung einer kovalenten Bindung.

In ähnlicher Weise führt die Elektrolyse von Essigsäure zur Bildung von Ethan und Kohlendioxid, und diese Reaktion wird verwendet, um die erstere zu synthetisieren.

Die Oxidation von Essigsäureanhydrid durch die Einwirkung von Peroxiden, ein Konzept ähnlich dem der Kolbe-Elektrolyse, führt auch zur Bildung von Ethan.

In gleicher Weise kann es durch einen Verflüssigungsvorgang effizient von Erdgas und Methan getrennt werden, wobei kryogene Systeme verwendet werden, um dieses Gas einzufangen und es von Gemischen mit anderen Gasen zu trennen.

Der Prozess der Turboexpansion wird für diese Rolle bevorzugt: Das Gasgemisch wird durch eine Turbine geleitet, die eine Expansion desselben erzeugt, bis seine Temperatur unter -100 ° C fällt.

Bereits zu diesem Zeitpunkt können differenzierte Komponenten der Mischung sein, so daß flüssiges Methan und Ethan Gas andere Spezies mit der Verwendung einer separaten Destillations beteiligt.

Eigenschaften

Ethan kommt in der Natur als geruchloses und farbloses Gas bei Standarddrücken und Temperaturen vor (1 atm und 25 ° C). Es hat einen Siedepunkt von -88,5 ° C und einen Schmelzpunkt von -182,8 ° C. Darüber hinaus wird es durch die Einwirkung von starken Säuren oder Basen nicht beeinflusst.

Ethanol-Löslichkeit

Ethanmoleküle haben eine symmetrische Konfiguration und haben schwache Anziehungskräfte, die sie zusammenhalten, Dispersionskräfte genannt.

Wenn versucht wird, Ethan in Wasser aufzulösen, sind die Anziehungskräfte, die zwischen dem Gas und der Flüssigkeit gebildet werden, sehr schwach, so dass es sehr schwierig ist, Ethan mit Wassermolekülen zu verbinden.

Aus diesem Grund ist die Löslichkeit von Ethan sehr gering und steigt bei steigendem Systemdruck leicht an.

Kristallisation von Ethan

Ethan kann sich verfestigen und instabile Ethankristalle mit kubischer Kristallstruktur bilden.

Bei einer Temperaturabnahme jenseits von -183,2 ° C wird diese Struktur monoklin, was die Stabilität ihres Moleküls erhöht.

Ethan-Verbrennung

Dieser Kohlenwasserstoff kann, obwohl er nicht in großem Umfang als Brennstoff verwendet wird, in Verbrennungsprozessen verwendet werden, um Kohlendioxid, Wasser und Wärme zu erzeugen, was wie folgt dargestellt wird:

2C₂H₆ + 7O₂ → 4 CO₂ + 6H₂O + 3120 kJ

Es besteht auch die Möglichkeit, dieses Molekül ohne Sauerstoffüberschuß zu verbrennen, was als "unvollständige Verbrennung" bekannt ist und in Abhängigkeit von der Menge an zugeführtem Sauerstoff zur Bildung von amorphem Kohlenstoff und Kohlenmonoxid in einer unerwünschten Reaktion führt :

2C₂H₆ + 3O₂ → 4C + 6H₂O + Hitze

2C₂H₆ + 4O₂ → 2C + 2CO + 6H₂O + Hitze

2C₂H₆ + 5O₂ → 4CO + 6H₂O + Hitze

In diesem Bereich erfolgt die Verbrennung durch eine Reihe von Reaktionen mit freien Radikalen, die in den Hunderten verschiedener Reaktionen nummeriert sind. Zum Beispiel können Verbindungen wie Formaldehyd, Acetaldehyd, Methan, Methanol und Ethanol bei unvollständigen Verbrennungsreaktionen gebildet werden.

Dies hängt von den Bedingungen ab, unter denen die Reaktion abläuft, und von den beteiligten Radikalreaktionen. Ethylen kann auch bei hohen Temperaturen (600-900 ºC) gebildet werden, was ein Produkt ist, das von der Industrie sehr erwünscht ist.

Ethan in der Atmosphäre und in Himmelskörpern

Ethan ist in der Atmosphäre des Planeten Erde in Spuren vorhanden, und es wird vermutet, dass der Mensch es geschafft hat, diese Konzentration zu verdoppeln, seit er begann, industrielle Aktivitäten zu praktizieren.

Wissenschaftler sind der Ansicht, dass ein großer Teil der derzeitigen Ethanvorkommen in der Atmosphäre auf die Verbrennung fossiler Brennstoffe zurückzuführen ist, obwohl die weltweite Emission von Ethan um fast die Hälfte zurückgegangen ist, seit die Technologien zur Schiefergasproduktion verbessert wurden (a Quelle von Erdgas).

Diese Art wird auch auf natürliche Weise durch die Einwirkung von Sonnenstrahlen auf atmosphärisches Methan erzeugt, das ein Molekül von Ethan rekombiniert und bildet.

Ethan existiert in flüssigem Zustand auf der Oberfläche von Titan, einem der Saturnmonde. Dies geschieht in größerer Menge im Fluss Vid Flumina, der mehr als 400 Kilometer in Richtung eines seiner Meere fließt. Diese Verbindung wurde auch auf Kometen und auf der Oberfläche von Pluto nachgewiesen.

Verwendet

Ethylenproduktion

Die Verwendung von Ethan basiert hauptsächlich auf der Herstellung von Ethylen, dem organischen Produkt, das in der Weltproduktion am meisten verwendet wird, durch ein Verfahren, das als Dampfcracken bekannt ist.

Dieser Prozess besteht darin, eine mit Dampf verdünnte Ethan-Beschickung in einen Ofen zu leiten und diesen ohne Sauerstoff schnell zu erwärmen.

Die Reaktion findet bei extrem hohen Temperaturen statt (zwischen 850 und 900 ° C), aber die Verweilzeit (die Zeit, die das Ethan im Ofen verbringt) muss kurz sein, damit die Reaktion wirksam ist. Bei höheren Temperaturen wird mehr Ethylen erzeugt.

Chemische Grundbildung

Ethan wurde auch als Hauptbestandteil bei der Bildung von Basischemikalien untersucht. Die oxidative Chlorierung ist einer der vorgeschlagenen Prozesse, um Vinylchlorid (eine Komponente von PVC) zu erhalten, wobei weniger teure und kompliziertere ersetzt werden.

Kühlmittel

Schließlich wird Ethan als Kältemittel in üblichen kryogenen Systemen verwendet, was auch die Fähigkeit zeigt, kleine Proben im Labor zur Analyse einzufrieren.

Es ist ein sehr guter Ersatz für Wasser, das länger braucht, um die empfindlichen Proben zu kühlen, und kann auch die Bildung schädlicher Eiskristalle verursachen.

Ethan-Risiken

- Das Ethan hat die Fähigkeit, sich zu entzünden, hauptsächlich wenn es sich mit der Luft verbindet. Bei Anteilen von 3,0 bis 12,5 Vol .-% Ethan in der Luft kann eine explosive Mischung gebildet werden.

- Es kann den Sauerstoff in der Luft, in der es gefunden wird, begrenzen und stellt daher ein Erstickungsrisiko für anwesende und exponierte Personen und Tiere dar.

- Das Ethan in gefrorener flüssiger Form kann die Haut ernsthaft verbrennen, wenn es direkt mit ihr in Kontakt kommt, und auch als kryogenes Medium für jedes Objekt dienen, das es berührt und es in Augenblicken einfriert.

-Die Dämpfe von flüssigem Ethan sind schwerer als Luft und sind auf dem Boden konzentriert, dies kann eine Entzündungsgefahr darstellen, die eine Reaktion der Verbrennungskette erzeugen kann.

-Eintreten von Ethan kann zu Übelkeit, Erbrechen und inneren Blutungen führen. Inhalation verursacht neben Erstickung Kopfschmerzen, Verwirrung und Stimmungsschwankungen. Tod bei Herzstillstand ist bei hoher Exposition möglich.

-Es handelt sich um ein Treibhausgas, das zusammen mit Methan und Kohlendioxid zur Erderwärmung und zum Klimawandel beiträgt, der durch die menschliche Verschmutzung verursacht wird. Zum Glück ist es weniger häufig und langlebiger als Methan und absorbiert weniger Strahlung als dies.

Referenzen

1. Britannica, E. (s.f.). Ethan. Von britannica.com abgerufen
2. Nes, G. V. (s.f.). Einkristallstrukturen und Elektronendichteverteilungen von Ethan, Ethylen und Acetylen. Von rug.nl wiederhergestellt
3. Sites, G. (s.f.). Ethane: Quellen und Senken. Von sites.google.com abgerufen
4. SoftSchulen. (s.). Ethan-Formel. Von softsschools.com wiederhergestellt
5. Wikipedia. (s.). Ethan. Von en.wikipedia.org abgerufen