Этилен - Ethylene

Этилен
Этилен-CRC-MW-sizes-2D.png
Этилен-CRC-MW-3D-balls.png
Этилен-3D-vdW.png
Имена
Название ИЮПАК
Этилен
Предпочтительное название IUPAC
Этен
Идентификаторы
3D модель ( JSmol )
ЧЭБИ
ЧЭМБЛ
ChemSpider
ECHA InfoCard 100.000.742 Отредактируйте это в Викиданных
Номер ЕС
КЕГГ
UNII
  • InChI = 1S / C2H4 / c1-2 / h1-2H2 чек об оплатеY
    Ключ: VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N чек об оплатеY
  • InChI = 1 / C2H4 / c1-2 / h1-2H2
    Ключ: VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYAE
  • C = C
Характеристики
C
2
ЧАС
4
Молярная масса 28,054  г · моль -1
Появление бесцветный газ
Плотность 1,178 кг / м 3 при 15 ° C, газ
Температура плавления -169,2 ° С (-272,6 ° F, 104,0 К)
Точка кипения -103,7 ° С (-154,7 ° F, 169,5 К)
0,131 мг / мл (25 ° C); 2,9 мг / л
Растворимость в этаноле 4,22 мг / л
Растворимость в диэтиловом эфире хороший
Кислотность (p K a ) 44 год
Конъюгированная кислота Этений
-15,30 · 10 −6 см 3 / моль
Вязкость 10,28 мкПа · с
Структура
D
нуль
Термохимия
219,32 Дж · К −1 · моль −1
+52,47 кДж / моль
Опасности
Паспорт безопасности См .: страницу данных
ICSC 0475
GHS02: Легковоспламеняющийся GHS07: Вредно
R-фразы (устаревшие) R12 R67
S-фразы (устаревшие) (S2) S9 S16 S33 S46
NFPA 704 (огненный алмаз)
2
4
2
точка возгорания -136 ° С (-213 ° F, 137 К)
542,8 ° С (1009,0 ° F, 815,9 К)
Родственные соединения
Родственные соединения
Этан
ацетилен
пропен
Страница дополнительных данных
Показатель преломления ( n ),
диэлектрическая проницаемостьr ) и т. Д.
Термодинамические
данные
Фазовое поведение
твердое тело – жидкость – газ
УФ , ИК , ЯМР , МС
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
чек об оплатеY проверить  ( что есть   ?) чек об оплатеY☒N
Ссылки на инфобоксы

Этилен ( название IUPAC : этен ) представляет собой углеводород, имеющий формулу C
2
ЧАС
4
или H 2 C = CH 2 . Это бесцветный горючий газ со слабым сладко- мускусным запахом в чистом виде. Это простейший алкен (углеводород с двойными связями углерод-углерод ).

Этилен широко используется в химической промышленности, и его мировое производство (более 150 миллионов тонн в 2016 году) превышает производство любого другого органического соединения . Большая часть этой продукции идет на полиэтилен , широко используемый пластик, содержащий полимерные цепи звеньев этилена различной длины. Этилен также является важным природным гормоном растений и используется в сельском хозяйстве для ускорения созревания фруктов. Гидрат этилена этанола .

Структура и свойства

Орбитальное описание связи между этиленом и переходным металлом.

Этот углеводород имеет четыре атома водорода, связанных с парой атомов углерода , соединенных двойной связью . Все шесть атомов этилена компланарны . НСН угол составляет 117,4 °, близкий к 120 ° для идеальной sp² гибридизированного углерода. Молекула также относительно слаба: вращение вокруг связи CC - это процесс с очень низкой энергией, который требует разрыва π-связи путем подачи тепла при 50 ° C.

Π-связь в молекуле этилена отвечает за его полезную реактивность. Двойная связь - это область с высокой электронной плотностью , поэтому она подвержена атакам электрофилов . Многие реакции этилена катализируются переходными металлами, которые временно связываются с этиленом, используя как π-, так и π * -орбитали.

Этилен простая молекула и спектроскопически проста. Его УФ-видимый спектр до сих пор используется в качестве проверки теоретических методов.

Использует

Основные промышленные реакции этилена включают в себя в порядке масштаба: 1) полимеризацию , 2) окисление , 3) галогенирование и гидрогалогенирование , 4) алкилирование , 5) гидратацию , 6) олигомеризацию и 7) гидроформилирование . В США и Европе примерно 90% этилена используется для производства этиленоксида , этилендихлорида , этилбензола и полиэтилена . Большинство реакций с этиленом представляют собой электрофильное присоединение .

Основные виды промышленного использования этилена. По часовой стрелке от верхнего правого угла: его превращения в оксид этилена , предшественник этиленгликоля; в этилбензол , предшественник стирола ; к различным видам полиэтилена ; до этилендихлорида , предшественника винилхлорида .

Полимеризация

Полиэтилен потребляет более половины мировых поставок этилена. Полиэтилен, также называемый полиэтиленом и полиэтиленом , является наиболее широко используемым пластиком в мире. Он в основном используется для изготовления пленок для упаковки , мешков для переноски и вкладышей для мусора . Линейные альфа-олефины , полученные путем олигомеризации (образования коротких полимеров), используются в качестве прекурсоров , детергентов , пластификаторов , синтетических смазок , добавок, а также в качестве сомономеров при производстве полиэтиленов.

Окисление

Этилен окисляется с образованием окиси этилена , ключевого сырья для производства поверхностно-активных веществ и детергентов путем этоксилирования . Оксид этилена также гидролизуется с образованием этиленгликоля , широко используемого в качестве автомобильного антифриза, а также гликолей с более высокой молекулярной массой, простых эфиров гликоля и полиэтилентерефталата .

Этилен окисляется палладием с образованием ацетальдегида . Это преобразование остается основным промышленным процессом (10 млн кг / год). Процесс протекает через начальное комплексообразование этилена до центра Pd (II).

Галогенирование и гидрогалогенирование

Основные промежуточные продукты галогенирования и гидрогалогенирования этилена включают этилендихлорид , этилхлорид и этилендибромид . Добавление хлора влечет за собой « оксихлорирование », т.е. сам хлор не используется. Некоторые продукты, полученные из этой группы, включают поливинилхлорид , трихлорэтилен , перхлорэтилен , метилхлороформ , поливинилиденхлорид и сополимеры , а также бромистый этил .

Алкилирование

Основным химическим промежуточным продуктом алкилирования этиленом является этилбензол , предшественник стирола . Стирол используется в основном в полистироле для упаковки и изоляции, а также в бутадиен-стирольном каучуке для шин и обуви. В меньшем масштабе - этилтолуол , этиланилины, 1,4-гексадиен и алкилы алюминия . Продукты этих промежуточных продуктов включают полистирол , ненасыщенные полиэфиры и тройные сополимеры этилена и пропилена .

Оксо реакция

Гидроформилирования (реакция оксо) результатов этилена в пропионовом , предшественник пропионовой кислоты и н-пропилового спирт .

Гидратация

Этилен долгое время был основным неферментирующим предшественником этанола . Первоначальный метод предусматривал его преобразование в диэтилсульфат с последующим гидролизом. Основным методом, применяемым с середины 1990-х годов, является прямая гидратация этилена, катализируемая твердыми кислотными катализаторами :

С 2 Н 4 + Н 2 О → СН 3 СН 2 ОН

Димеризация в бутены

Этилен димеризован от hydrovinylation с получением п -butenes с использованием процессов , лицензированного Ламмесом или IFP . Процесс Lummus дает смешанные н- бутены (в основном 2-бутены ), а процесс IFP дает 1-бутен . 1-бутен используется в качестве сомономера при производстве некоторых видов полиэтилена .

Плоды и цветение

Этилен - гормон, влияющий на созревание и цветение многих растений. Он широко используется для контроля свежести в садоводстве и фруктах .

Ниша использует

Примером нишевого использования является анестезирующее средство (при соотношении этилена 85% и кислорода 15%). Другое применение - как сварочный газ.

Производство

Мировое производство этилена составило 107 миллионов тонн в 2005 году, 109 миллионов тонн в 2006 году, 138 миллионов тонн в 2010 году и 141 миллион тонн в 2011 году. К 2013 году этилен производили по крайней мере 117 компаний в 32 странах. Чтобы удовлетворить постоянно растущий спрос на этилен, резко увеличиваются производственные мощности во всем мире, особенно на Ближнем Востоке и в Китае .

Промышленный процесс

Этилен в нефтехимической промышленности производят несколькими способами . Первичный метод - паровой крекинг (SC), при котором углеводороды и пар нагреваются до 750–950 ° C. Этот процесс превращает крупные углеводороды в более мелкие и вводит ненасыщенность. Когда этан является сырьем, этилен является продуктом. Этилен отделяют от полученной смеси повторным сжатием и перегонкой . В Европе и Азии этилен получают в основном из крекинга нафты, газойля и конденсатов с совместным производством пропилена, олефинов C4 и ароматических углеводородов (пиролизный бензин). Другие технологии, используемые для производства этилена, включают окислительное сочетание метана , синтез Фишера-Тропша , превращение метанола в олефины (МТО) и каталитическое дегидрирование.

Лабораторный синтез

Хотя этилен имеет большое промышленное значение, его редко синтезируют в лаборатории, и его обычно покупают. Она может быть получена с помощью дегидратации этанола с серной кислотой или в газовой фазе с оксидом алюминия .

Биосинтез

Этилен в природе производится из метионина . Непосредственным предшественником является 1-аминоциклопропан-1-карбоновая кислота .

Лиганд

Димер хлорбис (этилен) родия представляет собой хорошо изученный комплекс этилена.

Этилен является основным лигандом в алкеновых комплексах переходных металлов . Одно из первых металлоорганических соединений, соль Цейзе, представляет собой комплекс этилена. Подходящие реагенты, содержащие этилен, включают Pt (PPh 3 ) 2 (C 2 H 4 ) и Rh 2 Cl 2 (C 2 H 4 ) 4 . Катализируемое Rh гидроформилирование этилена проводят в промышленном масштабе для получения пропионового альдегида .

История

Некоторые геологи и ученые полагают, что знаменитый греческий оракул в Дельфах ( Пифия ) вошел в состояние транса из-за воздействия этилена, поднимающегося из разломов земли.

Этилен, по-видимому, был открыт Иоганном Иоахимом Бехером , который получил его путем нагревания этанола с серной кислотой; он упомянул газ в своей « Physica Subterranea» (1669). Джозеф Пристли также упоминает газ в своих экспериментах и ​​наблюдениях, относящихся к различным разделам естественной философии: с продолжением наблюдений на воздухе (1779 г.), где он сообщает, что Ян Ингенхауз видел этилен, синтезированный таким же образом мистером Эне. в Амстердаме в 1777 году, и что впоследствии Ингенхауз сам добыл газ. Свойства этилена изучали в 1795 году четыре голландских химика, Иоганн Рудольф Дейманн, Адриен Паэтс ван Троствик, Антони Лауверенбург и Николас Бондт, которые обнаружили, что он отличается от газообразного водорода и содержит как углерод, так и водород. Эта группа также обнаружила, что этилен можно объединить с хлором для получения масла голландских химиков , 1,2-дихлорэтана ; это открытие дало этилену название, используемое для него в то время, олефиантный газ ( нефтесодержащий газ ). Термин олефиантный газ, в свою очередь, является этимологическим происхождением современного слова «олефин», класса углеводородов, в котором этилен является первым член.

В середине 19 века суффикс -ene (древнегреческий корень, добавляемый в конец женских имен, означающий «дочь») широко использовался для обозначения молекулы или ее части, которая содержала на один атом водорода меньше, чем молекула изменен. Таким образом, этилен ( C
2
ЧАС
4
) была «дочерью этила » ( C
2
ЧАС
5
). Название этилен использовалось в этом смысле еще в 1852 году.

В 1866 году немецкий химик Август Вильгельм фон Хофманн предложил систему номенклатуры углеводородов, в которой суффиксы -ane, -ene, -ine, -one и -une использовались для обозначения углеводородов цифрами 0, 2, 4, 6, и на 8 атомов водорода меньше, чем у их исходного алкана . В этой системе этилен превратился в этен . Система Хофмана в конечном итоге стала основой Женевской номенклатуры, одобренной Международным конгрессом химиков в 1892 году, которая остается ядром номенклатуры ИЮПАК . Однако к тому времени название этилен прочно закрепилось, и сегодня оно широко используется, особенно в химической промышленности.

После экспериментов Лакхардта, Крокера и Картера в Чикагском университете этилен использовался в качестве анестетика. Он оставался в использовании до 1940-х годов, даже когда хлороформ выводился из употребления. Его резкий запах и взрывной характер ограничивают его использование сегодня.

Номенклатура

Правила номенклатуры IUPAC 1979 г. сделали исключение для сохранения несистематического названия этилен ; однако это решение было отменено в правилах 1993 г. и остается неизменным в новейших рекомендациях 2013 г., поэтому название IUPAC теперь - этен . Обратите внимание, что в системе IUPAC название этилен зарезервировано для двухвалентной группы -CH 2 CH 2 -. Следовательно, такие названия, как окись этилена и дибромид этилена , разрешены, но использование названия этилен для двухуглеродного алкена не допускается . Тем не менее, использование названия этилен для H 2 C = CH 2 все еще широко распространено среди химиков в Северной Америке.

Безопасность

Как и все углеводороды, этилен является горючим удушающим веществом . Он внесен в список канцерогенов IARC класса 3 , поскольку в настоящее время нет доказательств того, что он вызывает рак у людей.

Смотрите также

  • RediRipe , детектор этилена во фруктах.

использованная литература

внешние ссылки