etan - Ethane

Etan
Gösterilen tüm örtülü hidrojenlerle etanın iskelet formülü
Tüm örtülü karbonların gösterildiği ve tüm açık hidrojenlerin eklendiği etanın iskelet formülü
Etanın top ve çubuk modeli
etanın boşluk doldurma modeli
İsimler
Tercih edilen IUPAC adı
Etan
Sistematik IUPAC adı
Dicarbane (asla tavsiye edilmez)
tanımlayıcılar
3B model ( JSmol )
1730716
chebi
CHEMBL
Kimyasal Örümcek
ECHA Bilgi Kartı 1000.741 Bunu Vikiveri'de düzenleyin
AT Numarası
212
Etan
RTECS numarası
ÜNİİ
BM numarası 1035
  • InChI=1S/C2H6/c1-2/h1-2H3 KontrolY
    Anahtar: OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N KontrolY
Özellikler
2 H 6
Molar kütle 30.070  g·mol -1
Dış görünüş renksiz gaz
Koku Kokusuz
Yoğunluk

544,0 kg / 3 (sıvı olarak -88,5 ° C),
206 kg / m 3 (kritik noktada 305,322 K)

Erime noktası -182.8 °C; -296,9 °F; 90.4 Bin
Kaynama noktası -88.5 °C; -127.4 °F; 184.6 bin
56,8 mg L- 1
Buhar basıncı 3.8453 MPa (21.1 °C'de)
19 nmol Pa -1 kg -1
Asit (s K a ) 50
Temellik (p K b ) -36
Eşlenik asit etanyum
-37,37 · 10 -6 cm 3 / mol
Termokimya
52.49 JK -1 mol -1
Std
oluşum entalpisi
f H 298 )
-84 kJ mol -1
Std
yanma entalpisi
c H 298 )
−1561.0–−1560.4 kJ mol −1
Tehlikeler
Güvenlik Bilgi Formu Bakınız: inchem.org veri sayfası
GHS piktogramları GHS02: Yanıcı
GHS Sinyal kelimesi Tehlike
H220 , H280
P210 , P410+403
NFPA 704 (ateş elması)
1
4
0
Alevlenme noktası −135 °C (−211 °F; 138 K)
472 °C (882 °F; 745 K)
Patlayıcı limitler %2,9-13
Bağıntılı bileşikler
İlgili alkanlar
Bağıntılı bileşikler
Ek veri sayfası
Kırılma indisi ( n ),
Dielektrik sabitir ), vb.
termodinamik
veriler
Faz davranışı
katı-sıvı-gaz
UV , IR , NMR , MS
Aksi belirtilmedikçe, veriler standart durumdaki malzemeler için verilmiştir (25 °C [77 °F], 100 kPa'da).
KontrolY doğrulamak  ( nedir   ?) KontrolY☒n
Bilgi kutusu referansları

Etan ( / ɛ θ N / veya / Ben bir θ n / ) bir bir organik kimyasal bileşik ile kimyasal formül C
2
H
6
. En standart sıcaklık ve basınç , etan, renksiz, kokusuz , gaz . Birçok hidrokarbon gibi , etan da endüstriyel ölçekte doğal gazdan ve petrol arıtımının petrokimyasal bir yan ürünü olarak izole edilir . Başlıca kullanımı, etilen üretimi için hammaddedir .

İlgili bileşikler, bir hidrojen atomunun başka bir fonksiyonel grupla değiştirilmesiyle oluşturulabilir ; etan parçasına bir etil grubu denir . Örneğin, bir etil grubu, bir bağlanmış hidroksil grubu verimleri , etanol , içeceklerde alkol.

Tarih

Etan ilk olarak 1834'te Michael Faraday tarafından bir potasyum asetat çözeltisinin elektrolizi uygulanarak sentezlendi . Bu reaksiyonun hidrokarbon ürününü metanla karıştırdı ve daha fazla araştırmadı. 1847-1849 döneminde , organik kimyanın radikal teorisini doğrulamak amacıyla , Hermann Kolbe ve Edward Frankland , propionitril ( etil siyanür ) ve etil iyodürün potasyum metali ile indirgenmesiyle etan üretti ve Faraday'ın yaptığı gibi, sulu asetatların elektrolizi . Tepkimelerin ürününü metil etan dimerinden ziyade metil radikali sandılar. Bu hata, tüm bu reaksiyonların ürününün aslında etan olduğunu gösteren Carl Schorlemmer tarafından 1864'te düzeltildi . Etan, 1864'te Edmund Ronalds tarafından Pennsylvania hafif ham petrolünde çözülmüş olarak keşfedildi .

Etan adı , organik kimyanın IUPAC terminolojisinden türetilmiştir . "Eth-", içilebilir alkol (etanol) için Almanca'dan türetilmiştir, e", karbon atomları arasında tek bir bağın varlığını ifade eder.

Özellikler

Standart sıcaklık ve basınçta etan renksiz, kokusuz bir gazdır. -88.5 °C (−127.3 °F) kaynama noktasına ve -182.8 °C (−297.0 °F) erime noktasına sahiptir. Katı etan çeşitli modifikasyonlarda mevcuttur. Normal basınç altında soğutmada, görünen ilk değişiklik , kübik sistemde kristalleşen plastik bir kristaldir . Bu formda, hidrojen atomlarının konumları sabit değildir; moleküller uzun eksen etrafında serbestçe dönebilir. Bu etanın ca altında soğutulması. 89.9 K (−183.2 °C; −297.8 °F) onu monoklinik yarı kararlı etan II'ye değiştirir ( uzay grubu P 21/n). Etan suda çok az çözünür.

]

Etanın bağ parametreleri mikrodalga spektroskopisi ve elektron kırınımı ile yüksek hassasiyetle ölçülmüştür: r C–C = 1.528(3) Å, r C–H = 1.088(5) Å ve ∠CCH = 111.6(5)° mikrodalga ve r C–C = 1.524(3) Å, r C–H = 1.089(5) Å ve ∠CCH = 111.9(5)° elektron kırınımı ile (parantez içindeki sayılar son rakamlardaki belirsizlikleri temsil eder).

Kimya

Etan, birleştirilmiş iki metil grubu , yani metil gruplarının bir dimeri olarak görülebilir . Laboratuarda etan, Kolbe elektrolizi ile uygun şekilde sentezlenebilir . Bu teknikte, bir asetat tuzunun sulu çözeltisi elektrolize edilir . En anot , asetat elde etmek için oksitlenir karbondioksit ve metil radikalleri ve yüksek reaktif metil radikalleri üretir etan birleşerek:

CH 3 COO → CH 3 • + CO 2 + e
CH 3 • + •CH 3 → C 2 H 6

Oksidasyonu ile sentezi asetik anhidrid ile peroksitler , kavramsal olarak benzerdir.

Etanın kimyası esas olarak serbest radikal reaksiyonlarını içerir . Etan, halojenlerle , özellikle klor ve bromla , serbest radikal halojenasyonu ile reaksiyona girebilir . Bu reaksiyon, etil radikalinin yayılması yoluyla ilerler :

C 2 H 5 • + Cl 2C 2 H 5 Cl + Cl•
Cl• + C 2 H 6 → C 2 H 5 • + HCl

Halojenli etanlar daha fazla serbest radikal halojenasyona uğrayabileceğinden, bu işlem birkaç halojenli ürünün bir karışımı ile sonuçlanır. Kimya endüstrisinde, herhangi bir özel iki karbonlu haloalkanın üretimi için daha seçici kimyasal reaksiyonlar kullanılır.

Yanma

Etanın tamamen yanması 1559.7 kJ/mol veya 51.9 kJ/g ısı yayar ve kimyasal denkleme göre karbondioksit ve su üretir.

2 C 2 H 6 + 7 O 2 → 4 CO 2 + 6 H 2 O + 3120 kJ

Yanma, aşırı oksijen olmadan da meydana gelebilir ve amorf karbon ve karbon monoksit karışımı oluşturabilir .

2 C 2 H 6 + 3 O 2 → 4 C + 6 H 2 O + enerji
2 C 2 H 6 + 5 O 2 → 4 CO + 6 H 2 O + enerji
2 C 2 H 6 + 4 O 2 → 2 C + 2 CO + 6 H 2 O + enerji vb.

Yanma, karmaşık bir dizi serbest radikal reaksiyonla gerçekleşir. Bilgisayar simülasyonları arasında kimyasal kinetik etan yanma reaksiyonları yüzlerce dahil ettik. Etan yanmasında önemli bir reaksiyon dizisi, bir etil radikalinin oksijen ile kombinasyonu ve ardından ortaya çıkan peroksitin etoksi ve hidroksil radikallerine parçalanmasıdır .

C 2 H 5 • + O 2 → C 2 H 5 OO•
C 2 H 5 OO• + HR → C 2 H 5 OOH + •R
C 2 H 5 OOH → C 2 H 5 O• + •OH

Eksik etan yanmasının başlıca karbon içeren ürünleri, karbon monoksit ve formaldehit gibi tek karbonlu bileşiklerdir . Bu tek karbonlu ürünleri vermek için etandaki karbon-karbon bağının kırılmasının önemli bir yolu , etoksi radikalinin bir metil radikali ve formaldehite ayrışmasıdır , bu da daha fazla oksidasyona uğrayabilir.

C 2 H 5 O• → CH 3 • + CH 2 O

Etanın eksik yanmasındaki bazı küçük ürünler arasında asetaldehit , metan , metanol ve etanol bulunur . Daha yüksek sıcaklıklarda, özellikle 600–900 °C (1,112–1,652 °F) aralığında, etilen önemli bir üründür. Bunun gibi reaksiyonlar yoluyla ortaya çıkar:

C 2 H 5 • + O 2C 2 H 4 + •OOH

Benzer reaksiyonlar (hidrojen çıkarıcı olarak oksijen dışındaki maddelerle), buharla parçalamada etandan etilen üretiminde yer alır .

etan bariyeri

Etan ( Newman projeksiyonunda gösterilmiştir ) karbon-karbon bağı etrafında dönmeye engeldir. Eğri, dönme açısının bir fonksiyonu olarak potansiyel enerjidir. Enerji bariyeri 12 kJ/mol veya yaklaşık 2.9 kcal/mol'dür .

Bir moleküler alt yapının bükülebilir bir bağ etrafında döndürülmesi genellikle enerji gerektirir. 360° bağ dönüşü oluşturmak için gereken minimum enerjiye dönme bariyeri denir .

Etan, bazen "etan bariyeri" olarak adlandırılan böyle bir dönme bariyerinin klasik, basit bir örneğini verir. Bu engelin en eski deneysel kanıtlarından biri (soldaki şemaya bakınız), etan entropisinin modellenmesiyle elde edilmiştir. Her iki uçtaki üç hidrojen, bariyeri aşmak için yeterli enerji sağlandığında merkezi karbon-karbon bağı etrafında fırıldak gibi dönebilir. Molekülün karşıt uçlarındaki hidrojen atomları arasındaki örtüşme (değişim) itmesi belki de en güçlü aday olmasına rağmen, bariyerin fiziksel kökeni hala tam olarak yerleşmemiştir, hiperkonjugasyonun kademeli konformasyon üzerindeki stabilize edici etkisi fenomene katkıda bulunur. Bununla birlikte, uygun bir başlangıç ​​noktası (ortogonal orbitaller) kullanan teorik yöntemler, etan rotasyon bariyerinin kökeninde hiperkonjugasyonun en önemli faktör olduğunu bulmaktadır.

1890-1891'e kadar kimyagerler, etan moleküllerinin, molekülün iki ucu birbirinden eğik olan kademeli konformasyonu tercih ettiğini öne sürdüler.

Üretme

Sonra metan , etan dünyanın en büyük ikinci bileşeni olan doğalgaz . Farklı gaz alanlarından gelen doğal gazın etan içeriği hacimce %1'den az ile %6'dan fazla arasında değişir. 1960'lardan önce, etan ve daha büyük moleküller tipik olarak doğal gazın metan bileşeninden ayrılmadı, sadece yakıt olarak metanla birlikte yakıldı. Günümüzde etan önemli bir petrokimya hammaddesidir ve en gelişmiş gaz sahalarında doğal gazın diğer bileşenlerinden ayrılır. Etan, petrol rafinasyonunun bir yan ürünü olarak üretilen gaz halindeki hidrokarbonların bir karışımı olan petrol gazından da ayrılabilir . Bununla birlikte, işleme tesisleri inşa etmenin ve çalıştırmanın ekonomisi değişebilir. İşlenmemiş doğal gazı bir tüketiciye göndermenin nispi değeri etan çıkarma değerini aşarsa, etan ekstraksiyonu yapılmayabilir, bu da aşağı akış sistemlerinde gazın değişen kalitesini yöneten operasyonel sorunlara neden olabilir.

Etan, kriyojenik sıcaklıklarda sıvılaştırılarak metandan en verimli şekilde ayrılır. Çeşitli soğutma stratejileri mevcuttur: şu anda yaygın olarak kullanılan en ekonomik süreç bir turbo genişletici kullanır ve doğal gazdaki etanın %90'ından fazlasını geri kazanabilir. Bu işlemde, soğutulmuş gaz bir türbin vasıtasıyla genleştirilir ve sıcaklık yaklaşık −100 °C'ye (−148 °F) düşürülür. Bu düşük sıcaklıkta, gaz halindeki metan, sıvılaştırılmış etan ve daha ağır hidrokarbonlardan damıtma yoluyla ayrılabilir . Daha fazla damıtma daha sonra etanı propandan ve daha ağır hidrokarbonlardan ayırır .

Etan oluşturulabilir elektroliz arasında asetat tuzları:

2 CH 3 COONa + 2 H 2 O → C 2 H 6 + 2 CO 2 + H 2 + 2 NaOH

kullanır

Etanın başlıca kullanımı, buharla parçalama yoluyla eten (etilen) üretimidir . Buharla seyreltildiğinde ve çok yüksek sıcaklıklara (900 °C veya daha fazla) kısa bir süre ısıtıldığında, ağır hidrokarbonlar daha hafif hidrokarbonlara parçalanır ve doymuş hidrokarbonlar doymamış hale gelir . Etan çatlama buhar eten için oldukça seçici olduğu için daha ağır hidrokarbonların çatlama buhar ürün karışımı daha zayıf eten içinde ve daha zengin bir ağır olarak verirken, etan, etilen üretimi için tercih edilir alkenler (olefinlerin) gibi, propen (propilen) ve bütadien , ve aromatik hidrokarbonlarda .

Deneysel olarak etan, diğer emtia kimyasalları için bir hammadde olarak araştırılmaktadır. Etanın oksidatif klorlanması uzun zamandır vinil klorür için eten klorlamadan potansiyel olarak daha ekonomik bir yol olarak görünmektedir . Bu reaksiyonu üretmek için birçok işlem patentlidir , ancak vinil klorür ve aşındırıcı reaksiyon koşulları (özellikle 500 °C'den yüksek sıcaklıklarda hidroklorik asit içeren bir reaksiyon karışımı) için zayıf seçicilik , çoğunun ticarileştirilmesini engellemiştir. Halen, INEOS 1000 t / (veren ton başına yılda en) etan-için-vinil klorür pilot tesis Wilhelmshaven içinde Almanya .

Benzer şekilde, Suudi Arabistan firması SABIC üretmek için yıllık bitki başına 30.000 ton inşaat açıkladı asetik asit etan oksidasyonu ile Yanbu . Bu sürecin ekonomik uygulanabilirliği, Suudi petrol sahaları yakınlarındaki düşük etan maliyetine bağlı olabilir ve dünyanın başka yerlerinde metanol karbonilasyonu ile rekabet edemeyebilir .

Etan, kriyojenik soğutma sistemlerinde soğutucu olarak kullanılabilir. Çok daha küçük bir ölçekte, bilimsel araştırmalarda, elektron mikroskobu ( kriyo-elektron mikroskobu ) için su bakımından zengin örnekleri vitrifiye etmek için sıvı etan kullanılır . -150 °C veya daha soğukta sıvı etana hızla batırılan ince bir su filmi, suyun kristalleşmesi için çok hızlı donar. Daha yavaş dondurma yöntemleri , numunelere zarar vererek yumuşak yapıları bozabilecek ve elektron ışınını dedektöre ulaşmadan saçarak görüntü kalitesini düşürebilecek kübik buz kristalleri üretebilir .

Sağlık ve güvenlik

Oda sıcaklığında etan son derece yanıcı bir gazdır. Hava ile hacimce %3-12,5 oranında karıştırıldığında patlayıcı bir karışım oluşturur.

Etanın kriyojenik sıvı olarak depolandığı durumlarda bazı ek önlemler gereklidir. Sıvı etan ile doğrudan temas şiddetli donma ile sonuçlanabilir . Sıvı etandan çıkan buharlar oda sıcaklığına gelene kadar havadan ağırdır ve zemin veya zemin boyunca akabilir, alçak yerlerde toplanabilir; buharlar bir tutuşturma kaynağıyla karşılaşırsa, kimyasal reaksiyon buharlaştıkları etan kaynağına geri dönebilir.

Etan oksijenin yerini alabilir ve boğulma tehlikesi oluşturabilir. Etan, bilinen bir akut veya kronik toksikolojik risk oluşturmaz. Kanserojen değildir .

Atmosferik ve dünya dışı etan

Titan'ın kuzey enlemlerinin bir fotoğrafı . Karanlık özellikler, etan içeren hidrokarbon gölleridir.

Etan, Dünya atmosferinde eser bir gaz olarak bulunur ve şu anda deniz seviyesinde 0.5 ppb konsantrasyona sahiptir, ancak günümüz atmosferindeki etanın önemli bir bölümünün ortaya çıkmış olabileceğinden, endüstri öncesi konsantrasyonunun milyarda sadece 0.25 kısım olması muhtemeldir. olarak fosil yakıtlar . Küresel etan miktarları olasılıkla nedeniyle, zamanla farklılık dışa dönük de doğalgaz sahaları . Küresel etan emisyon oranları 1984'ten 2010'a düştü, ancak ABD'deki Bakken Formasyonu'ndaki artan kaya gazı üretimi düşüşü yarı yarıya durdurdu.

Etan bir sera gazı olmasına rağmen , metandan çok daha az boldur, on yıldan fazla bir süreye kıyasla sadece birkaç aylık bir ömre sahiptir ve ayrıca kütleye göre radyasyonu emmede daha az etkilidir. Aslında, etanın küresel ısınma potansiyeli, büyük ölçüde atmosferdeki metana dönüşmesinden kaynaklanmaktadır. Tüm dört atmosferlerde eser bileşen olarak tespit edilmiştir dev gezegen ve atmosferinde Satürn uydusu Titan .

Atmosferik etan, Güneş'in metan gazı üzerindeki fotokimyasal etkisinden kaynaklanır ve bu atmosferlerde de bulunur: 160 nm'den daha kısa dalga boylarına sahip ultraviyole fotonları , metan molekülünü bir metil radikali ve bir hidrojen atomuna foto-ayrışabilir . İki metil radikali yeniden birleştiğinde sonuç etan olur:

CH 4 → CH 3 • + •H
CH 3 • + •CH 3 → C 2 H 6

Dünya atmosferinde, hidroksil radikalleri etanı yaklaşık üç aylık bir yarı ömürle metanol buharına dönüştürür .

Titan'da bu şekilde üretilen etanın ay yüzeyine geri yağdığından ve zamanla ayın kutup bölgelerinin çoğunu kaplayan hidrokarbon denizlerinde biriktiğinden şüpheleniliyor. Aralık 2007'de Cassini sondası Titan'ın güney kutbunda, gölün Dünya'daki Ontario Gölü'ne benzer alanı (yaklaşık 20.000 km 2 ) nedeniyle şimdi Ontario Lacus olarak adlandırılan en az bir göl buldu . Temmuz 2008'de sunulan kızılötesi spektroskopik verilerin daha fazla analizi, Ontario Lacus'ta sıvı etanın varlığı için ek kanıtlar sağladı. Cassini tarafından toplanan radar verileri kullanılarak Titan'ın kuzey kutbu yakınında , Ligeia Mare ve Kraken Mare olmak üzere önemli ölçüde daha büyük hidrokarbon gölleri keşfedildi. Bu göllerin öncelikle sıvı etan ve metan karışımı ile doldurulduğuna inanılmaktadır.

1996 yılında Hyakutake Kuyruklu Yıldızında etan tespit edildi ve o zamandan beri diğer bazı kuyruklu yıldızlarda tespit edildi . Bu uzak güneş sistemi gövdelerinde etanın varlığı, etanın güneş ve gezegenlerin oluştuğuna inanılan güneş bulutsusunun ilkel bir bileşeni olduğunu ima edebilir .

2006'da NASA/Ames Araştırma Merkezi'nden Dale Cruikshank ( New Horizons ortak araştırmacısı) ve meslektaşları, Plüton'un yüzeyinde etanın spektroskopik keşfini duyurdular .

Ayrıca bakınız

Referanslar

Dış bağlantılar