- מבנה כימי
- סינתזה של אתאן
- נכסים
- מסיסות אתאן
- התגבשות אתאן
- בעירה של אתאן
- איתן באווירה ובגופים שמימיים
- יישומים
- ייצור אתילן
- היווצרות כימית בסיסית
- קירור
- סיכוני אתן
- הפניות
אתאן היא פחמימן פשוט של נוסחה C 2 H 6 עם אופי חסר צבע וגז ריח שיש לשימוש ובעל ערך המגוון מאוד בסינתזה של אתילן. בנוסף, זהו אחד הגזים היבשתיים שהתגלה גם בכוכבי לכת וגופים כוכבים אחרים סביב מערכת השמש. זה התגלה על ידי המדען מייקל פאראדיי בשנת 1834.
בין המספר הגדול של תרכובות אורגניות הנוצרות על ידי אטומי פחמן ומימן (המכונים פחמימנים), ישנם כאלה הנמצאים במצב גזי בטמפרטורות ולחץ הסביבה, הנמצאים בשימוש נרחב בתעשיות רבות.
אלה מגיעים בדרך כלל מתערובת הגזים הנקראת "גז טבעי", תוצר בעל ערך גבוה לאנושות, ומרכיבים אלקנים מסוג מתאן, אתאן, פרופאן ובוטאן, בין היתר; מסווג לפי כמות אטומי הפחמן בשרשרת שלה.
מבנה כימי
אתאן היא מולקולה עם הנוסחה C 2 H 6 , בדרך כלל נתפסת איחוד של שתי קבוצות מתיל (-CH 3 ) כדי ליצור את פחמימני של קשר פחמן-פחמן יחיד. זהו, בנוסף, התרכובת האורגנית הפשוטה ביותר לאחר מתאן, והיא מיוצגת באופן הבא:
H 3 C-CH 3
לאטומי הפחמן במולקולה זו יש הכלאה מסוג sp 3 , ולכן הקשרים המולקולריים מראים סיבוב חופשי.
כמו כן, קיימת תופעה מהותית של אתאן, המבוססת על סיבוב המבנה המולקולרי שלו ועל האנרגיה המינימלית הנדרשת כדי לייצר סיבוב קשר של 360 מעלות, מה שמדענים כינו "מחסום האתאן".
מסיבה זו, אתאן יכול להופיע בתצורות שונות בהתאם לסיבובו, אף כי הקונפורמציה היציבה ביותר שלו קיימת במקום שההידרוגנים זה מול זה (כפי שניתן לראות באיור).
מאת Jslipscomb, מ- Wikimedia Commons
סינתזה של אתאן
ניתן לסנתז אתן בקלות מהאלקטרוליזה של קולבה, תגובה אורגנית בה מתרחשים שני שלבים: דקארבוקסילציה אלקטרוכימית (הסרת קבוצת הקרבוקסיל ושחרור פחמן דו חמצני) של שתי חומצות קרבוקסיליות, ושילוב המוצרים ביניים ליצירת קשר קוולנטי.
באופן דומה, אלקטרוליזה של חומצה אצטית מולידה היווצרות אתאן ופחמן דו חמצני, ותגובה זו משמשת לסינתזה של הראשון.
חמצון האנהידריד האצטדי על ידי פעולת פרוקסידים, מושג הדומה לזה של האלקטרוליזה של קולבה, מביא גם להיווצרות אתאן.
באותו אופן ניתן להפריד אותו ביעילות מהגז הטבעי והמתאן על ידי תהליך נזילה, תוך שימוש במערכות קריוגניות בכדי לתפוס גז זה ולהפריד אותו מתערובות עם גזים אחרים.
תהליך ההתרחבות הטורבו מועדף לתפקיד זה: תערובת הגז מועברת דרך טורבינה, ומייצרת התרחבות של אותה, עד הטמפרטורה שלה יורדת מתחת ל -100 מעלות צלזיוס.
כבר בנקודה זו ניתן להבדיל בין מרכיבי התערובת, כך שהאיצן הנוזל יופרד מהמתן הגזי ושאר המינים המעורבים בשימוש בזיקוק.
נכסים
איתן מתרחש בטבע כגז חסר ריח וחסר צבע בלחצים וטמפרטורות סטנדרטיים (1 אטמוספרה ו 25 מעלות צלזיוס). יש לו נקודת רתיחה של -88.5 מעלות צלזיוס, ונקודת התכה של -182.8 מעלות צלזיוס. כמו כן, הוא אינו מושפע מחשיפה לחומצות או בסיסים חזקים.
מסיסות אתאן
מולקולות אתאן הינן סימטריות בתצורה ויש להן כוחות מושכים חלשים המחזיקים אותם זה בזה, המכונים כוחות פיזור.
כשמנסים אתן להתמוסס במים, הכוחות האטרקטיביים הנוצרים בין הגז לנוזל הם חלשים מאוד, ולכן קשה מאוד לאתאן להיקשר למולקולות המים.
מסיבה זו, מסיסות האתאן נמוכה במידה ניכרת, וגוברת מעט עם העלאת הלחץ של המערכת.
התגבשות אתאן
ניתן להתמצק אתאן, וכתוצאה מכך נוצרים גבישי אתאן לא יציבים בעלי מבנה גבישי מעוקב.
עם ירידה בטמפרטורה שמעבר ל- -183.2 מעלות צלזיוס, מבנה זה הופך למונוקליני, מה שמגביר את היציבות של המולקולה שלו.
בעירה של אתאן
פחמימן זה, אף שהוא אינו משמש כדלק רב, יכול לשמש בתהליכי בעירה לייצור פחמן דו חמצני, מים וחום, המיוצג כדלקמן:
2C 2 H 6 + 7O 2 → 4CO 2 + 6H 2 O + 3 120 kJ
קיימת גם אפשרות לשרוף מולקולה זו ללא עודף חמצן, המכונה "בעירה לא שלמה", וכתוצאה מכך נוצרת פחמן אמורפי ופחמן חד חמצני בתגובה לא רצויה, תלוי בכמות החמצן המופעלת. :
2C 2 H 6 + 3O 2 → 4C + 6H 2 O + חום
2C 2 H 6 + 4O 2 → 2C + 2CO + 6H 2 O + חום
2C 2 H 6 + 5O 2 → 4CO + 6H 2 O + חום
באזור זה הבעירה מתרחשת על ידי סדרה של תגובות רדיקליות חופשיות, הממוספרות במאות התגובות השונות. לדוגמה, תגובות בעירה לא שלמות יכולות ליצור תרכובות כמו פורמלדהיד, אצטאלדהיד, מתאן, מתנול ואתנול.
זה יהיה תלוי בתנאים שבהם התגובה מתרחשת ובתגובות הרדיקליות החופשיות הכרוכות בכך. אתילן יכול להיווצר גם בטמפרטורות גבוהות (600-900 מעלות צלזיוס), שהוא מוצר מבוקש ביותר על ידי התעשייה.
איתן באווירה ובגופים שמימיים
איתן נוכח באטמוספירה של כדור הארץ בכמויות עקבות, ועל פי החשד, בני האדם הצליחו להכפיל ריכוז זה מאז שהחלו לעסוק בפעילות תעשייתית.
מדענים חושבים שחלק גדול מהנוכחות הנוכחית של אתאן באטמוספירה נובעת משריפה של דלקים מאובנים, אם כי הפליטה העולמית של אתאן פחתה כמעט במחצית מאז שופרה טכנולוגיות ייצור גז פצלים (א מקור גז טבעי).
מין זה מופק באופן טבעי גם בהשפעת אור השמש על מתאן אטמוספרי, המתחבר מחדש ויוצר מולקולת אתאן.
איתן קיים במצב נוזלי על פני טיטאן, אחד מירחי שבתאי. זה מתרחש בכמות גדולה יותר בנהר Vid Flumina, הזורם יותר מ -400 קילומטרים לעבר אחד מימי הים. עדות למתחם זה על שביטים ועל פני פלוטו.
יישומים
ייצור אתילן
השימוש באתאן מבוסס בעיקר על ייצור אתילן, המוצר האורגני הנפוץ ביותר בייצור עולמי, דרך תהליך המכונה פיצוח של אדי.
תהליך זה כרוך בהעברת הזנת אתאן מדולל קיטור לתנור, ומחמם אותו במהירות ללא חמצן.
התגובה מתרחשת בטמפרטורה גבוהה במיוחד (בין 850 ל 900 מעלות צלזיוס), אך זמן המגורים (הזמן שהאתאן מבלה בכבשן) חייב להיות קצר בכדי שהתגובה תהיה אפקטיבית. בטמפרטורות גבוהות יותר נוצר יותר אתילן.
היווצרות כימית בסיסית
איתן נחקר גם כמרכיב עיקרי ביצירת כימיקלים בסיסיים. כלוריד חמצוני הוא אחד התהליכים המוצעים להשגת ויניל כלוריד (מרכיב מ- PVC), ומחליף אחרים פחות חסכוניים ומסובכים יותר.
קירור
לבסוף, אתאן משמש כחומר קירור במערכות קריוגניות נפוצות, ומראה גם את היכולת להקפיא דגימות קטנות במעבדה לצורך ניתוח.
זהו תחליף טוב מאוד למים, שלוקח זמן רב יותר לקרר דגימות עדינות, ויכול גם לגרום להיווצרות גבישים קרחיים מזיקים.
סיכוני אתן
לאתאן יש יכולת להצית, בעיקר כשהוא נקשר עם אוויר. באתאן בנפח של 3.0 עד 12.5% בנפח עלול להיווצר תערובת נפץ.
זה יכול להגביל את החמצן באוויר בו הוא נמצא, ומסיבה זו הוא מהווה גורם סיכון לחנק עבור אנשים ובעלי חיים שנמצאים ונחשפים.
- אתאן בצורת נוזל קפוא יכול לשרוף את העור בצורה קשה אם נוצר עמו מגע ישיר, וגם לפעול כמדיום קריוגני לכל חפץ שהוא נוגע בו, להקפיא אותו ברגעים.
אדי אתן קליליים הם כבדים יותר מאוויר והם מרוכזים על הקרקע, זה יכול להוות סיכון להצתה שיכול ליצור תגובה בשרשרת בעירה.
- בליעת אתן יכולה לגרום לבחילות, הקאות ודימום פנימי. שאיפה, בנוסף לחנק, גורמת לכאבי ראש, בלבול ותנודות במצב הרוח. מוות מדום לב אפשרי בחשיפות גבוהות.
הוא מייצג גז חממה שיחד עם מתאן ופחמן דו חמצני תורם להתחממות כדור הארץ ולשינויי אקלים שנוצרים כתוצאה מזיהום אנושי. למרבה המזל, הוא פחות שופע ועמיד יותר מתאן, וסופג פחות קרינה מאשר מתאן.
הפניות
- בריטניקה, א '(נ'). איתן. נשלח מ- britannica.com
- נס, GV (nd). מבנים גבישיים יחיד והתפלגות צפיפות אלקטרונים של אתאן, אתילן ואצטילן. התאושש מ- rug.nl
- אתרים, G. (sf). איתן: מקורות וכיורים. נשלח מ- sites.google.com
- SoftSchools. (sf). פורמולת איתן. התאושש מ- softschools.com
- ויקיפדיה. (sf). איתן. נשלח מ- en.wikipedia.org