Ацетилен - Вікіпедія.
 |
 |
| Етін |
| Ацетилен |
| C2H2 |
| 26,038 [1] г/моль |
| 1,0896 г/л |
| 11,4 ± 0,1 еВ [2] |
| -80,8 1277 мм Hg °C |
| −119 ± 1 градус Фаренгейта [2] |
| −83,6 °C |
| 335 °C |
| 2,5 ± 0,1 об.% [2] |
| −80,55 |
| 35,2 ° С; 6,4 МПа |
| 44,036 Дж/(моль К) |
| +226,88 кДж/моль |
| -1302 кДж/моль |
| 44,2±0,1 атм [2] |
| 25 |
| 100 18 мл/100 мл |
| 600 18 мл/100 мл |
| sp |
| 74-86-2 |
| 6326 |
| 200-816-9 |
| AO9600000 |
| 27518 |
| 1001 |
| 6086 |
| Наведено дані для стандартних умов (25 °C, 100 кПа), якщо не вказано інше. |
Зміст
В лабораторії
У лабораторії, а також у газозварювальному устаткуванні, ацетилен отримують дією води на карбід кальцію [3] (Ф. Велер, 1862);
C a C 2 + 2 H 2 O →Ca (OH) 2 + C 2 H 2 ↑ +2H_Orightarrow Ca(OH)_+C_H_uparrow >>>
а також при дегідруванні двох молекул метану при температурі понад 1400 °C:
2 C H 4 → C 2 H 2 + 3 H 2 \rightarrow C_H_+3H_>>
У промисловості
У промисловості ацетилен отримують гідролізом карбіду кальцію та піролізом вуглеводневої сировини - метану або пропану з бутаном. У разі ацетилен отримують разом із етиленом і домішками інших вуглеводнів. Карбідний метод дозволяє отримувати дуже чистий ацетилен, але потребує високої витрати електроенергії. Піроліз значно менш енерговитратний, т.к. для нагрівання реактора використовується згоряння того ж робочого газу в зовнішньому контурі, але в газовому потоці продуктів концентрація ацетилену низька. Виділення і концентрування індивідуального ацетилену у разі представляє складне завдання. Економічні оцінки обох методів численні, але суперечливі [4] [: Стор. 274].
Одержання піролізом
Електрокрекінг
Метан перетворюють на ацетилен і водень в електродугових печах (температура 2000-3000 ° С, напруга між електродами 1000). Метан у своїй розігрівається до 1600 °З. Витрата електроенергії становить близько 13000 кВт•год на 1 тонну ацетилену, що відносно багато (приблизно дорівнює енергії, що витрачається за карбідним методом) і тому є недоліком процесу. Вихід ацетилену становить 50%.
Регенеративний піроліз
Інша назва - Вульф-процес. Спочатку розігрівають насадку печі шляхом спалювання метану за 1350—1400 °С. Далі через розігріту насадку пропускають метан. Час перебування метану у зоні реакції дуже мало і становить частки секунди. Процес реалізований у промисловості, але економічно виявився не таким перспективним,як уважалося на стадії проектування.
Окислювальний піроліз
Метан змішують із киснем. Частину сировини спалюють, а тепло, що утворюється, витрачають на нагрівання залишку сировини до 1600 °С. Вихід ацетилену становить 30-32%. Метод має переваги — безперервний характер процесу та низькі енерговитрати. Крім того, з ацетиленом утворюється ще синтез-газ. Цей процес (закс-процес або BASF-процес) отримав найбільш широке впровадження.
Гомогенний піроліз
Є різновидом окислювального піролізу. Частина сировини спалюють із киснем у топці печі, газ нагрівається до 2000 °С. Потім середню частину печі вводять залишок сировини, попередньо нагрітий до 600 °С. Утворюється ацетилен. Метод характеризується більшою безпекою та надійністю роботи печі.
Піроліз у струмені низькотемпературної плазми
Процес розробляється з 1970-х років, але, незважаючи на перспективність, поки що не впроваджений у промисловості. Сутність процесу полягає у нагріванні метану іонізованим газом. Перевага методу полягає у відносно низьких енерговитратах (5000—7000 кВт•год) та високих виходах ацетилену (87 % у аргоновій плазмі та 73 % у водневій).
Карбідний метод
Цей спосіб відомий з XIX століття, але не втратив свого значення до теперішнього часу. Спочатку отримують карбід кальцію, сплавляючи оксид кальцію та кокс в електропечах при 2500-3000 ° С:
C a O + 3 C → C a C 2 + CO ↑ +CO\uparrow >>>
C a C O 3 → C a O + C O 2 ↑ \rightarrow CaO+CO_\uparrow >>>
Далі карбід кальцію обробляють водою:
C a C 2 + 2 H 2 O → C 2 H 2 + Ca ( O H ) 2 +2H_O\rightarrow C_H_+Ca(OH)_>>>
Отриманий ацетилен має високий рівень чистоти 99,9%. Основним недоліком процесує висока витрата електроенергії: 10000-11000 кВт · год на 1 тонну ацетилену.
Фізичні властивості
За нормальних умов — безбарвний газ, легший за повітря. Чистий 100% ацетилен не має запаху. Технічний ацетилен зберігається в балонах з пористим наповнювачем, просоченим ацетоном (бо чистий ацетилен при стисканні вибухає), і може містити інші домішки, які надають йому різкого запаху [5] . Малорозчинний у воді, добре розчиняється в ацетоні. Температура кипіння -83,6 ° C [6] . Потрійна точка -80,55 ° C при тиску 961,5 мм рт. ст., критична точка 35,18 ° C при тиску 61,1 атм [7] .
Ацетилен вимагає великої обережності під час звернення. Може вибухнути від удару при нагріванні до 500 °C або при стисканні вище 0,2 МПа [8] при кімнатній температурі. Струмінь ацетилену, випущена на відкрите повітря, може спалахнути від найменшої іскри, у тому числі від розряду статичної електрики з пальця руки. Для зберігання ацетилену використовуються спеціальні балони, заповнені пористим матеріалом, просоченим ацетоном [9].
Ацетилен виявлено на Урані та Нептуні.
Хімічні властивості
- Для ацетилену (етин) характерні реакції приєднання:
Ацетилен з водою у присутності солей ртуті та інших каталізаторів утворює оцтовий альдегід (реакція Кучерова). З огляду на наявність потрійного зв'язку, молекула високоенергетична і має велику питому теплоту згоряння — 14000 ккал/м³ (50,4 МДж/кг). При згорянні в кисні температура полум'я сягає 3150 °C. Ацетилен може полімеризуватися в бензол та інші органічні сполуки(Поліацетилен, вінілацетилен). Для полімеризації в бензол необхідний графіт і температура
500 °C. У присутності каталізаторів, наприклад трикарбоніл(трифенілфосфін)нікелю, температуру реакції циклізації можна знизити до 60-70 °C.
Крім того, атоми водню ацетилену відносно легко відщеплюються у вигляді протонів, тобто виявляє кислотні властивості. Так, ацетилен витісняє метан з ефірного розчину метилмагнійброміду (утворюється містить ацетиленід-іон розчин), утворює нерозчинні вибухові опади із солями срібла та одновалентної міді.
Основні хімічні реакції ацетилену (реакції приєднання, зведена таблиця 1.):
Основні хімічні реакції ацетилену (реакції приєднання, димеризації, полімеризації, цикломеризації, зведена таблиця 2.):
Ацетилен знебарвлює бромну воду та розчин перманганату калію.
Реагує з аміачними розчинами солей Cu(I) та Ag(I) з утворенням малорозчинних, вибухових ацетиленідів — ця реакція використовується для якісного визначення ацетилену та його відмінності від алкенів (які також знебарвлюють бромну воду та розчин перманганату калію).
Відкритий в 1836 Е. Деві, синтезований з вугілля і водню (дуговий розряд між двома вугільними електродами в атмосфері водню) М. Бертло (1862).
Застосування
- для газового зварювання та різання металів,
- як джерело дуже яскравого, білого світла в автономних світильниках, де він виходить реакцією карбіду кальцію та води (див. карбідна лампа),
- у виробництві вибухових речовин (див. ацетиленіди),
- для отримання оцтової кислоти, етилового спирту, розчинників, пластичних мас, каучуку, ароматичнихвуглеводнів.
- для отримання технічного вуглецю
- в атомно-абсорбційній спектрофотометрії при полум'яній атомізації
- у ракетних двигунах (разом з аміаком) [10]
Безпека
Оскільки ацетилен нерозчинний у воді, та його суміші з киснем можуть вибухати у дуже широкому діапазоні концентрацій, його не можна збирати в газометри.
Ацетилен вибухає при температурі близько 500 °C або тиск вище 0,2 МПа; КПВ 2,3-80,7%, температура самозаймання 335 °C. Вибухонебезпечність зменшується при розведенні ацетилену іншими газами, наприклад, азотом, метаном або пропаном.
При тривалому зіткненні ацетилену з міддю та сріблом утворюються ацетиленіди міді та срібла, які вибухають під час удару чи підвищення температури. Тому при зберіганні ацетилену не використовують матеріали, що містять мідь (наприклад, вентилі балонів).
Ацетилен має незначну токсичну дію. Для ацетилену нормований ПДКм. = ГДК с.с. = 1,5 мг/м³ згідно з гігієнічними нормативами ГН 2.1.6.1338-03 «Гранично допустимі концентрації (ГДК) забруднюючих речовин в атмосферному повітрі населених місць».
ПДКр.з. (Робочої зони) не встановлений (за ГОСТ 5457-75 і ГН 2.2.5.1314-03), так як концентраційні межі розподілу полум'я в суміші з повітрям становить 2,5-100%.
Зберігають і перевозять його в заповнених інертною пористою масою (наприклад, деревним вугіллям) сталевих балонах білого кольору (з червоним написом "А") у вигляді розчину в ацетоні під тиском 1,5-2,5 МПа.