Acetylen: chemické vlastnosti, příprava, použití, bezpečnostní opatření

Acetylen (nebo mezinárodní nomenklatura - ethin) je nenasycený uhlovodík patřící do třídy alkynů. Chemický vzorec acetylenu je C2H2. Atomové atomy uhlíku v molekule jsou spojeny trojitou vazbou. On je první ve své homologické sérii. Jedná se o bezbarvý plyn. Velmi hořlavý.

Získání

Všechny metody průmyslové výroby acetylenu konvergují na dva typy: hydrolýzu karbidu vápníku a pyrolýzu různých uhlovodíků. Ten vyžaduje méně energie, ale čistota produktu je poměrně nízká. Karbidová metoda je opačná.

Podstata pyrolýzy spočívá v tom, že metan, ethan nebo jiný lehký uhlovodík se při zahřátí na vysoké teploty (od 1000 ° C) mění na acetylen. Ohřev lze provádět elektrickým výbojem, plazmou nebo hořící částí suroviny. Problém je však v tom, že v důsledku pyrolýzní reakce může být vytvořeno nejen acetylen, ale také mnoho dalších produktů, které musí být později zlikvidovány.

2CH4 → C2H2 + 3H2

Karbidová metoda je založena na reakci interakce karbidu vápníku s vodou. Karbid vápníku se získává z jeho oxidu tavením s koksem v elektrických pecích. Takováto vysoká spotřeba energie. Ale čistota získaného acetylenem je extrémně vysoká (99,9%).

CaC2 + H20 - C2H2 + Ca (OH) ₂

V laboratoři lze acetylen získat také dehydrohalogenací dihalogenových derivátů alkanů za použití alkoholového alkalického roztoku.

CH 2C1-CH 2C1 + 2KOH → C 2H ₂ + 2KCl + 2H 2O

Fyzikální vlastnosti acetylenu

Acetylen je plyn bez barvy a zápachu. I když nečistoty mu mohou dát vůni česneku. Prakticky nerozpustný ve vodě, slabě rozpustný v acetonu. Při teplotě -83,8 ° C je zkapalněný.

Chemické vlastnosti acetylenu

Na základě trojné vazby acetylenu bude charakterizována adičními reakcemi a polymerizační reakce. Vodíkové atomy v molekule acetylenu mohou být nahrazeny jinými atomy nebo skupinami. Proto lze říci, že acetylen vykazuje kyselé vlastnosti. Podívejme se na chemické vlastnosti acetylenu na specifické reakce.

Případy reakce:

• Hydrogenace. Provádí se při vysoké teplotě a za přítomnosti katalyzátoru (Ni, Pt, Pd). Na palladiovém katalyzátoru může být neúplná hydrogenace.

• Halogenace To může být částečné i úplné. Je to snadné i bez katalyzátorů nebo topení. Ve světle chlorace přichází s výbuchem. Současně se acetylen úplně rozkládá na uhlík.

• Přístup k kyselině octové a ethanolu. Reakce probíhají pouze za přítomnosti katalyzátorů.

• Přidání kyseliny kyanovodíkové.

CH = CH + HCN → CH ₂ = CH-CN

Substituční reakce:

• Interakce acetylenu s kov-organickými sloučeninami.

CH = CH + 2C2H5MgBr → 2C2H6 + BrMgC≡CMgBr

• Interakce s kovovým sodíkem. Teplota 150 ° C nebo předběžné rozpuštění sodíku v čpavku je nutné.

2CH = CH + 2Na → 2CH = CNa + H ₂

• Interakce s komplexními solemi mědi a stříbra.

• Interakce s amidem sodným.

CH = CH + 2NaNH2 → NaC≡CNa + 2NH3

Polymerizační reakce:

• Dimerizace. Při této reakci se dvě molekuly acetylenu spojují do jedné. Je zapotřebí katalyzátor - monovalentní sůl mědi.
• Trimerizace. Při této reakci tvoří tři molekuly acetylenu benzen. Je nutné zahřát na 70 ° C, tlak a katalyzátor.
• Tetramerizace. V důsledku reakce se získá osmičlenný cyklus - cyklookatetraen. Tato reakce také vyžaduje malé množství tepla, tlaku a vhodného katalyzátoru. Jedná se obvykle o složité sloučeniny dvojmocného niklu.

To nejsou všechny chemické vlastnosti acetylenu.

Aplikace

Strukturní vzorec acetylenu nám ukazuje poměrně silnou vazbu mezi atomy uhlíku. Když se přeruší, například při spalování, uvolní se spousta energie. Z tohoto důvodu má plamen acetylenu rekordní vysokou teplotu kolem 4000 ° C. Používá se v hořácích pro svařování a řezání kovů, stejně jako u raketových motorů.

Plamen spalování acetylenu má také velmi vysoký jas, takže se často používá v osvětlovacích zařízeních. Používá se ve výbušné technice. Je pravda, že neuplatňuje samotný acetylen, ale jeho soli.

Jak je patrné z různých chemických vlastností, může být acetylen použit jako surovina pro syntézu dalších důležitých látek: rozpouštědla, laky, polymery, syntetická vlákna, plasty, organické sklo, výbušniny a kyselina octová.

Bezpečnost

Jak již bylo uvedeno, acetylen je hořlavou látkou. S kyslíkem nebo vzduchem vytváří extrémně hořlavé směsi. Při výbuchu je stačí jedna jiskra ze statické elektřiny, zahřívání na 500 ° C nebo malý tlak. Při teplotě 335 ° C se čistý acetylen spontánně vznítí.

Z tohoto důvodu je acetylen uložen ve válcích pod tlakem, které jsou naplněny porézní látkou (pemza, aktivní uhlí, azbest). Takto je acetylen distribuován v pórech, což snižuje riziko výbuchu. Často jsou tyto póry impregnovány acetonem, čímž vzniká acetylenový roztok. Někdy se acetylen zředí jinými, více inertními plyny (dusík, metan, propan).

Tento plyn má také toxický účinek. Při vdechování začne otravu těla. Příznaky otravy jsou nevolnost, zvracení, tinnitus a závratě. Velké koncentrace mohou dokonce vést ke ztrátě vědomí.