asetilen - Acetylene

Asetilen
Asetilen
Asetilen
Asetilen – boşluk dolduran model
katı asetilenin boşluk doldurma modeli
İsimler
Tercih edilen IUPAC adı
Asetilen
Sistematik IUPAC adı
etin
tanımlayıcılar
3B model ( JSmol )
906677
chebi
CHEMBL
Kimyasal Örümcek
ECHA Bilgi Kartı 1000.743 Bunu Vikiveri'de düzenleyin
AT Numarası
210
fıçı
RTECS numarası
ÜNİİ
BM numarası 1001 (çözünmüş)
3138 ( etilen ve propilen ile karışım halinde )
  • InChI=1S/C2H2/c1-2/h1-2H KontrolY
    Anahtar: HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N KontrolY
  • InChI=1/C2H2/c1-2/h1-2H
    Anahtar: HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYAY
Özellikleri
Cı- 2 , H 2
Molar kütle 26.038  g·mol -1
Görünüm renksiz gaz
Koku Kokusuz
Yoğunluk 1,1772 g / L = 1,1772 kg / 3 (0 ° C, 101.3 kPa)
Erime noktası -80.8 °C (−113.4 °F; 192.3 K) 1.27 atm'de üçlü nokta
-84 °C; -119 °F; 189 Bin (1 atm)
az çözünür
Buhar basıncı 44,2 atm (20 °C)
Asit (s K a ) 25
Eşlenik asit etinyum
-12.5 x 10 -6 cm 3 / mol
Yapı
Doğrusal
Termokimya
Std molar
entropi
( S o 298 )
201 J/(mol·K)
Std
oluşum entalpisi
f H 298 )
+226.88 kJ/mol
Tehlikeler
GHS piktogramları GHS02: YanıcıGHS07: Zararlı
GHS Sinyal kelimesi Tehlike
H220 , H336
P202 , P210 , P261 , P271 , P304 , P340 , P312 , P377 , P381 , P403 , P403 , P233 , P405 , P501
NFPA 704 (ateş elması)
1
4
3
300 °C (572 °F; 573 K)
NIOSH (ABD sağlığa maruz kalma sınırları):
PEL (İzin Verilebilir )
Yok
REL (Önerilen)
Cı 2500 ppm (2662 mg / m 3 )
IDLH (Ani tehlike)
ND
Aksi belirtilmedikçe, veriler standart durumdaki malzemeler için verilmiştir (25 °C [77 °F], 100 kPa'da).
KontrolY doğrulamak  ( nedir   ?) KontrolY☒n
Bilgi kutusu referansları

Asetilen ( sistematik ismi : etin ) olan kimyasal bileşik formülü ile 2 H 2 . Bir hidrokarbondur ve en basit alkindir . Bu renksiz gaz (düşük hidrokarbonlar genellikle doğada gaz halindedir) yaygın olarak yakıt ve kimyasal yapı taşı olarak kullanılır. Saf haliyle kararsızdır ve bu nedenle genellikle bir çözüm olarak ele alınır. Saf asetilen kokusuzdur, ancak ticari kaliteler genellikle divinil sülfit ve fosfin gibi safsızlıklar nedeniyle belirgin bir kokuya sahiptir .

Bir alkin olarak asetilen doymamıştır, çünkü iki karbon atomu üçlü bir bağla birbirine bağlanır . Karbon-karbon üçlü bağı, dört atomu da 180° CCH bağ açılarıyla aynı düz çizgiye yerleştirir.

keşif

Asetilen, 1836'da Edmund Davy tarafından keşfedildi ve onu "yeni bir hidrojen karbüratörü" olarak tanımladı. Potasyum metalini izole etmeye çalışırken tesadüfi bir keşifti . Potasyum karbonatı karbonla çok yüksek sıcaklıklarda ısıtarak , yeni gazı serbest bırakmak için suyla reaksiyona giren ve şimdi potasyum karbür olarak bilinen (K 2 C 2 ) bir kalıntı üretti . 1860 yılında acétylène adını alan Fransız kimyager Marcellin Berthelot tarafından yeniden keşfedildi . Asetilen (Cı için Berthelot ampirik formül 4 H 2 ), hem de alternatif isim "quadricarbure d'zincirdeki hidrojen" ( hidrojen quadricarbide o zaman kimyagerler karbon yanlış atomik kütle (yerine 12 6) kullanıldığı için), yanlış. Berthelot, organik bileşiklerin (metanol, etanol vb.) buharlarını kırmızı sıcak bir tüpten geçirerek ve atık suyu toplayarak bu gazı hazırlamayı başardı . Ayrıca asetilenin, karışık siyanojen ve hidrojen gazları yoluyla elektrik kıvılcımıyla oluştuğunu buldu . Berthelot daha sonra hidrojeni bir karbon arkının kutupları arasından geçirerek doğrudan asetileni elde etti .

Hazırlık

1950'lerden beri, asetilen ağırlıklı kısmi tarafından imal edilmiş yanma bölgesinin metan . Bu üretiminde bir geri kazanılan yan ürün etilen ile çatlama ve hidrokarbonlar . 1983 yılında bu yöntemle yaklaşık 400.000 ton üretildi. Patlayıcı karakteri ve Ziegler-Natta katalizörlerini zehirleme kabiliyeti nedeniyle etilen içindeki varlığı genellikle istenmez . Genellikle Pd-Ag katalizörleri kullanılarak seçici olarak etilene hidrojenlenir .

1950'lere kadar, indirgenmiş karbonun başlıca kaynağı olarak petrolün kömürün yerini aldığı zamana kadar , asetilen (ve kömür katranından elde edilen aromatik fraksiyon ), kimya endüstrisindeki organik kimyasalların ana kaynağıydı. 1862'de Friedrich Wöhler tarafından keşfedilen ve hala öğrencilere tanıdık gelen bir reaksiyon olan kalsiyum karbürün hidrolizi ile hazırlandı :

CaC 2 + 2H 2 O → Ca(OH) 2 + C 2 H 2↑

Kalsiyum karbür üretimi, bir elektrik ark ocağının kullanılmasını gerektiren ~2000 °C gibi aşırı yüksek sıcaklıklar gerektirir . ABD'de bu süreç, Niagara Şelaleleri'ndeki devasa hidroelektrik enerji projesinin sağladığı 19. yüzyılın sonlarında kimyadaki devrimin önemli bir parçasıydı .

Yapıştırma

Değerlik bağı teorisi açısından, her karbon atomunda 2s orbitali bir 2p orbitali ile hibritleşir ve böylece bir sp hibriti oluşturur. Diğer iki 2p orbitali hibritleşmemiş halde kalır. İki sp hibrit orbitalinin iki ucu , karbonlar arasında güçlü bir σ değerlik bağı oluşturmak için üst üste gelirken, diğer iki ucun her birinde hidrojen atomları da σ bağları ile bağlanır. Değişmeyen iki 2p orbitali, bir çift daha zayıf π bağı oluşturur .

Asetilen lineer simetrik bir molekül olduğu için D ∞h nokta grubuna sahiptir .

Fiziksel özellikler

Durum değişiklikleri

Atmosferik basınçta asetilen sıvı halde bulunamaz ve erime noktası yoktur. Üçlü nokta ile ilgili faz diyagramı bir erime noktasında (-80,8 ° C) en az bir basınçta olan sıvı asetilen var olabilir (1.27 atm) karşılık gelir. Üçlü noktanın altındaki sıcaklıklarda katı asetilen, süblimleşme yoluyla doğrudan buhara (gaz) dönüşebilir . Atmosferik basınçta süblimleşme noktası -84.0 °C'dir.

Diğer

Oda sıcaklığında asetilenin aseton içindeki çözünürlüğü kg başına 27.9 g'dır. Aynı miktarda dimetilformamid (DMF) için çözünürlük 51 g'dır. 20.26 bar'da, aseton ve DMF için çözünürlük sırasıyla 689.0 ve 628.0 g'a yükselir. Bu solventler basınçlı gaz tüplerinde kullanılır.

Uygulamalar

Kaynak

Asetilenin yaklaşık %20'si , alevin yüksek sıcaklığından dolayı oksiasetilen gazı kaynağı ve kesimi için endüstriyel gazlar endüstrisinden sağlanır . Asetilenin oksijenle yanması 3.600 K (3.330 °C; 6.020 °F) üzerinde bir alev üretir ve 11.8 kJ /g açığa çıkar  . Oksiasetilen en sıcak yanan yaygın yakıt gazıdır. Asetilen, disiyanoasetilenin 5,260 K (4,990 °C; 9,010 °F) ve 4,798 K (4,525 °C; 8,177 °F) sıcaklıktaki siyanojenden sonra üçüncü en sıcak doğal kimyasal alevdir . Oksi-asetilen kaynağı , önceki yıllarda popüler bir kaynak işlemiydi. Ark bazlı kaynak işlemlerinin geliştirilmesi ve avantajları, birçok uygulama için oksi-yakıt kaynağının neredeyse yok olmasına neden olmuştur. Kaynak için asetilen kullanımı önemli ölçüde azaldı. Öte yandan, oksi-asetilen kaynak ekipmanı oldukça çok yönlüdür - sadece torç bazı demir veya çelik kaynakları için tercih edildiğinden (belirli sanatsal uygulamalarda olduğu gibi) değil, aynı zamanda lehimleme, sert lehim kaynağına kolayca uyum sağladığı için. , metal ısıtma (tavlama veya temperleme, bükme veya şekillendirme için), aşınmış somun ve cıvataların gevşetilmesi ve diğer uygulamalar. Bell Canada kablo onarım teknisyenleri , rögarlarda ve bazı hava konumlarında kurşun kovan bağlantılarını yalıtmak için lehimleme aracı olarak hala portatif asetilen yakıtlı torç kitlerini kullanıyor . Oksiasetilen kaynağı, elektriğin kolayca erişilemediği alanlarda da kullanılabilir. Oksiasetilen kesim birçok metal imalathanesinde kullanılmaktadır. Kaynak ve kesmede kullanım için, çalışma basınçları bir regülatör tarafından kontrol edilmelidir, çünkü 15 psi'nin (100 kPa) üzerinde bir şok dalgasına maruz kaldığında (örneğin, bir geri tepme nedeniyle ), asetilen patlayarak hidrojen ve karbona ayrışır .

Bali adasında kullanıldığı şekliyle asetilen yakıt kabı/brülör

Taşınabilir aydınlatma

Taşınabilir veya uzak uygulamalar için lambalarda kullanılan asetilen üretmek için kalsiyum karbür kullanıldı. Akkor aydınlatmanın yaygın kullanımından önce madenciler ve mağaracılar için kullanılıyordu ; veya yıllar sonra düşük güçlü/yüksek lümenli LED aydınlatma; ve hala işyeri güvenliği yasaları olmayan bazı ülkelerde madencilik endüstrileri tarafından kullanılmaktadır. Karbür lambalar, aynı zamanda, erken motorlu taşıtlarda far olarak ve deniz fenerleri için erken bir ışık kaynağı olarak da yaygın olarak kullanılmıştır.

Plastikler ve akrilik asit türevleri

Çin dışında, asetilenin kimyasal hammadde olarak kullanımı, maliyet ve çevresel hususlar nedeniyle 1965'ten 2007'ye kadar %70 oranında azalmıştır. Asetilen edilebilir semihydrogenated için etilen bir çeşitliliği için bir ham madde sağlamak, polietilen plastik. Asetilenin özellikle Çin'deki bir diğer önemli uygulaması, akrilik asit türevlerine dönüştürülmesidir . Bu türevler, akrilik elyaflar , camlar , boyalar , reçineler ve polimerler gibi ürünler oluşturur .

Niş uygulamalar

1881'de Rus kimyager Mikhail Kucherov, cıva(II) bromür gibi katalizörler kullanarak asetilenin asetaldehite hidrasyonunu tanımladı . Wacker prosesinin ortaya çıkmasından önce , bu reaksiyon endüstriyel ölçekte gerçekleştirildi.

Polimerizasyon ile asetilen , Ziegler-Natta katalizörleri üreten poliaselilen filmler. Değişken tek ve çift bağlara sahip bir CH merkezleri zinciri olan poliasetilen, ilk keşfedilen organik yarı iletkenlerden biriydi . İyot ile reaksiyonu, elektriksel olarak oldukça iletken bir malzeme üretir. Bu tür malzemeler kullanışlı olmasa da, bu keşifler , 2000 yılında Alan J. Heeger , Alan G MacDiarmid ve Hideki Shirakawa'ya Nobel Kimya Ödülü tarafından tanınan organik yarı iletkenlerin gelişmesine yol açtı .

20. yüzyılın başlarında asetilen, bazı şehirlerde sokak aydınlatması da dahil olmak üzere aydınlatma için yaygın olarak kullanıldı. İlk otomobillerin çoğu , elektrikli farların benimsenmesinden önce karbür lambalar kullanıyordu .

1920'lerde saf asetilen deneysel olarak inhalasyon anestetik olarak kullanıldı .

Asetilen bazen nesne bir fırına sığmayacak kadar büyük olduğunda çeliğin karbürizasyonu (yani sertleştirilmesi) için kullanılır .

Asetilen, radyokarbon tarihlemesinde karbonu uçucu hale getirmek için kullanılır . Arkeolojik bir numunedeki karbonlu malzeme, lityum karbür (lityum asetilid olarak da bilinir) oluşturmak için küçük bir özel araştırma fırınında lityum metal ile işlenir . Karbür daha sonra karbon-14'ün karbon-12'ye izotopik oranını ölçmek için bir kütle spektrometresine beslenmek üzere asetilen gazı oluşturmak üzere her zamanki gibi su ile reaksiyona sokulabilir .

Doğal oluşum

C≡C üçlü bağının enerji zenginliği ve asetilenin sudaki oldukça yüksek çözünürlüğü, yeterli bir kaynağın mevcut olması koşuluyla, onu bakteriler için uygun bir substrat haline getirir. Asetilen üzerinde yaşayan bir dizi bakteri tespit edilmiştir. Enzim , asetilen hidrataz vermek üzere asetilen hidrasyonunu katalize asetaldehit :

C 2 H 2 + H 2 O → CH 3 CHO

Asetilen, evrende genellikle gaz devlerinin atmosferleriyle ilişkilendirilen orta derecede yaygın bir kimyasaldır . Asetilen biri meraklı keşif üzerindedir Enceladus , bir aya Satürn . Doğal asetilenin, 1.700 K (1.430 °C; 2.600 °F) ve üzeri sıcaklıklarda uzun zincirli hidrokarbonların katalitik ayrışmasından oluştuğuna inanılmaktadır . Bu kadar küçük bir uzak cisimde bu tür sıcaklıklar pek olası olmadığı için, bu keşif potansiyel olarak o ay içindeki katalitik reaksiyonları düşündürüyor ve bu da onu prebiyotik kimyayı araştırmak için umut verici bir yer haline getiriyor.

Reaksiyonlar

Vinilasyon: hidrasyon, hidrohalojenasyon ve ilgili reaksiyonlar

Gelen vinilasyon reaksiyonlar, HX bileşikleri üçlü bağa ekleyin. Alkoller ve fenoller asetilene eklenir ve vinil eterler verir . Tiyoller vinil tiyoeterler verir. Benzer şekilde, vinilpirolidon ve vinilkarbazol ve vinilasyon göre endüstriyel olarak üretilmiş 2-pirolidon ve karbazol .

reppe-kimya-vinilizasyon.png

Asetilenin hidrasyonu bir vinilasyon reaksiyonudur, ancak elde edilen vinil alkol asetaldehite izomerleşir . Reaksiyon cıva tuzları tarafından katalize edilir. Bu reaksiyon bir zamanlar asetaldehit üretimi için baskın teknolojiydi, ancak daha ucuz bir hammadde olan etilenin oksidasyonu yoluyla asetaldehit sağlayan Wacker işlemi ile yerini aldı . Benzer bir durum , etilenin oksiklorinasyonuna karşı hidroklorinasyon yoluyla asetilenin değerli vinil klorüre dönüştürülmesi için de geçerlidir .

formaldehit ilavesi

Asetilen, baz katalizörlerin varlığında ketonlara ve aldehitlere eklenir. İle karbonil grupları elde α - etinil alkoller içinde Etinil reaksiyonları: Formaldehit sırayla verir propargil alkol ve bütindiol . 1,4-Butynediol endüstriyel olarak formaldehit ve asetilenden bu şekilde üretilir .

Reppe-kimya-endiol-V1.svg

karbonilasyon

Walter Reppe , katalizörlerin varlığında asetilenin çok çeşitli endüstriyel olarak önemli kimyasallar vermek üzere reaksiyona girdiğini keşfetti .

Reppe-kimya-karbonmonoksit-01.png
Reppe-kimya-karbonmonoksit-02.png

Asetilen, karbon monoksit ile reaksiyona girerek akrilik cam üretmek için kullanılabilen akrilik asit veya akrilik esterler verir :

Organometalik kimya

Asetilen ve türevleri (2-bütin, difenilasetilen, vb.) geçiş metalleri ile kompleksler oluşturur . Metale bağlanması, etilen komplekslerininkine biraz benzer. Bu kompleksler, alkin trimerizasyonundan benzene, tetramerizasyonun siklooktatetraene ve karbonilasyonun hidrokinona dönüşmesi gibi birçok katalitik reaksiyonda ara ürünlerdir :

Reppe-kimya-benzene.png
Reppe-kimya-siklooctatetraene.png
Fe(CO) 5 + 4 C 2 H 2 + 2 H 2 O → 2 C 6 H 4 (OH) 2 + FeCO 3 temel koşullarda( 50-80 °C , 20-25 atm ).

Bazı geçiş metallerinin varlığında alkinler alkin metatezine uğrar .

Metal asetilidler , formül L türleri , n M-Cı- 2 R, de yaygındır. Bakır(I) asetilid ve gümüş asetilid , zayıf çözünürlük dengesi nedeniyle sulu çözeltilerde kolaylıkla oluşturulabilir .

Asit-baz reaksiyonları

Asetilen sahip p K a 25, asetilen edilebilir deprotone bir yan Superbase bir oluşturmak üzere asetilid :

HC≡CH + RM → RH + HC≡CM

Çeşitli organometalik ve inorganik reaktifler etkilidir.

Güvenlik ve kullanım

Asetilen özellikle toksik değildir, ancak kalsiyum karbürden üretildiğinde , ona belirgin bir sarımsak benzeri koku veren eser miktarda fosfin ve arsin gibi toksik safsızlıklar içerebilir . Aynı zamanda, çoğu hafif hidrokarbon gibi oldukça yanıcıdır, bu nedenle kaynakta kullanılır. Bunun en tekil tehlike basınçlandırılırken özellikle içsel dengesizliği ile ilgilidir: Belirli koşullar altında asetilen, içinde reaksiyona girebilen ekzotermik tipik haliyle, bir dizi ürün oluşturmak üzere ek tipi bir reaksiyon benzen ve / veya vinilasetat muhtemelen ek olarak, karbon ve hidrojendir . Sonuç olarak, asetilen, yoğun ısı veya bir şok dalgası tarafından başlatılırsa, gazın mutlak basıncı yaklaşık 200 kilopaskal'ı (29 psi) aşarsa patlayarak ayrışabilir. Ekipmandaki çoğu regülatör ve basınç ölçer, gösterge basıncını bildirir ve bu nedenle asetilen için güvenli sınır 101 kPa ölçer veya 15 psig'dir. Bu nedenle , gözenekli dolgulu ( Agamassan ) bir gaz silindirinde bulunan aseton veya dimetilformamid (DMF) içinde çözülmüş olarak tedarik edilir ve depolanır , bu da uygun taşıma koşuluyla taşınmasını ve kullanılmasını güvenli kılar. Kullanım sırasında aseton çekilmesini önlemek için asetilen tüpleri dik konumda kullanılmalıdır.

Asetilenin dik silindirlerde güvenli bir şekilde saklanmasına ilişkin bilgiler OSHA, Sıkıştırılmış Gaz Birliği, Amerika Birleşik Devletleri Maden Güvenliği ve Sağlık İdaresi (MSHA), EIGA ve diğer kurumlar tarafından sağlanmaktadır.

Bakır , asetilenin ayrışmasını katalize eder ve sonuç olarak asetilen bakır borularda taşınmamalıdır.

Yangın/sızıntı durumunda alevlenme reaksiyonunu önlemek için silindirler oksitleyicilerden ayrılmış bir alanda saklanmalıdır. Patlayıcı atmosfere yol açan istenmeyen sızıntıları önlemek için asetilen tüpleri kapalı alanlarda, kapalı araçlarda, garajlarda ve binalarda saklanmamalıdır. ABD'de Ulusal Elektrik Yasası (NEC), kazalar veya sızıntılar sırasında asetilenin serbest kalabileceği alanlar da dahil olmak üzere tehlikeli alanların dikkate alınmasını gerektirir. Dikkate alınması, elektrik sınıflandırmasını ve ABD'de listelenen A Grubu elektrikli bileşenlerin kullanımını içerebilir. Özel dikkat gerektiren alanların belirlenmesine ilişkin daha fazla bilgi NFPA 497'dedir. Avrupa'da ATEX, kazalar veya sızıntılar sırasında yanıcı gazların açığa çıkabileceği tehlikeli alanların da dikkate alınmasını gerektirir.

Referanslar

Dış bağlantılar