Ацетилен (або за міжнародною номенклатурою – етін) – це непредельный вуглеводень, що належить до класу алкіной. Хімічна формула ацетилену – C2H2. Атоми вуглецю в молекулі з’єднані потрійним зв’язком. Він є першим у своєму гомологическом ряду. Являє собою безбарвний газ. Дуже вогненебезпечний.
Отримання
Всі методи промислового одержання ацетилену сходяться до двох типів: гідроліз карбіду кальцію і піроліз різних вуглеводнів. Останній вимагає менших енерговитрат, але чистота продукту досить низька. У карбідного методу – навпаки.
Суть піролізу полягає в тому, що метан, етан або інший легкий вуглеводень при нагріванні до високих температур (1000 °C) перетворюється в ацетилен з виділенням водню. Нагрів може здійснюватися електричним розрядом, плазмою або спалюванням частини сировини. Але проблема полягає в тому, що в результаті реакції піролізу може утворюватися не тільки ацетилен, але і ще безліч різних продуктів, від яких згодом необхідно позбавлятися.
2CH4 → C2H2 + 3H2
Карбідний метод заснований на реакції взаємодії карбіду кальцію з водою. Карбід кальцію отримують з його оксиду, сплавляючи з коксом в електропечах. Звідси і такий високий витрата енергії. Зате чистота ацетилену, одержуваного таким способом, вкрай висока (99,9 %).
CaC2 + H2O → C2H2 + Ca(OH)2
В лабораторії ацетилен також можна отримати дегидрогалогенированием дигалогенпроизводных алканів з допомогою спиртового розчину лугу.
CH2Cl-CH2Cl + 2KOH → C2H2 + 2KCl + 2H2O
Фізичні властивості ацетилену
Ацетилен – це газ без кольору і запаху. Хоча домішки можуть давати йому часниковий запах. Практично не розчинний у воді, трохи розчинний в ацетоні. При температурі -83,8 °C зріджується.
Хімічні властивості ацетилену
Виходячи з потрійний зв’язку ацетилену, для нього будуть характерні реакції приєднання і реакції полімеризації. Атоми водню в молекулі ацетилену можуть заміщатися іншими атомами або групами. Тому можна сказати, що ацетилен проявляє кислотні властивості. Розберемо хімічні властивості ацетилену на конкретних реакціях.
Реакції приєднання:
- Гідрування. Здійснюється при високій температурі в присутності каталізатора (Ni, Pt, Pd). На палладиевом каталізаторі можливо неповне гідрування.
- Галогенирование. Може бути як частковим, так і повним. Йде легко навіть без каталізаторів або нагрівання. На світлі хлорування йде з вибухом. При цьому ацетилен повністю розпадається до вуглецю.
- Приєднання до оцтової кислоти і етилового спирту. Реакції йдуть тільки в присутності каталізаторів.
- Приєднання синильної кислоти.
CH≡CH + HCN → CH2=CH-CN
Реакції заміщення:
- Взаємодія ацетилену з метал-органічними сполуками.
CH≡CH + 2C2H5MgBr → 2C2H6 + BrMgC≡CMgBr
- Взаємодія з металевим натрієм. Необхідна температура 150 °C або попереднє розчинення натрію в аміаку.
2CH≡CH + 2Na → 2CH≡CNa + H2
- Взаємодія з комплексними солями міді і срібла.
- Взаємодія з аміда натрію.
CH≡CH + 2NaNH2 → NaC≡CNa + 2NH3
Реакції полімеризації:
- Дімерізація. При цій реакції дві молекули ацетилену об’єднуються в одну. Необхідний каталізатор – сіль одновалентной міді.
- Трімерізація. У цій реакції три молекули ацетилену утворюють бензол. Необхідний нагрів до 70 °C, тиск і каталізатор.
- Тетрамеризация. В результаті реакції виходить восьмичленный цикл – циклооктатетраен. Для цієї реакції також потрібно невеликий нагрів, тиск і відповідний каталізатор. Зазвичай це комплексні сполуки двовалентного нікелю.
Це далеко не всі хімічні властивості ацетилену.
Застосування
Структурна формула ацетилену вказує нам на досить міцний зв’язок між атомами вуглецю. При її розриві, наприклад при горінні виділяється дуже багато енергії. З цієї причини ацетиленовое полум’я має рекордно високою температурою – близько 4000 °C. Його використовують в пальники для зварювання та різання металу, а також в ракетних двигунах.
Полум’я горіння ацетилену має дуже високу яскравість, тому його часто використовують в освітлювальних приладах. Використовується він і в вибухотехніки. Правда, там застосовується не сам ацетилен, а його солі.
Як видно з різноманітних хімічних властивостей, ацетилен може застосовуватися як сировина для синтезу інших важливих речовин: розчинників, лаків, полімерів, синтетичних волокон, пластмас, органічного скла, вибухових речовин і оцтової кислоти.
Безпека
Як вже говорилося, ацетилен – вогненебезпечна речовина. З киснем або повітрям він здатний утворювати вкрай легкозаймисті суміші. Щоб викликати вибух, досить однієї іскри від статичної електрики, нагрівання до 500 °C або невеликого тиску. При температурі 335 °C чистий ацетилен самозаймається.
З-за цього ацетилен зберігають у балонах під тиском, які наповнені пористим речовиною (пемза, активоване вугілля, азбест). Таким чином, ацетилен розподіляється по порах, зменшуючи ризик вибуху. Часто ці пори просочують ацетоном, з-за чого утворюється розчин ацетилену. Іноді ацетилен розбавляють іншими, більш інертними газами (азот, метан, пропан).
Цей газ має і токсичною дією. При його вдиханні почнеться інтоксикація організму. Ознаками отруєння є нудота, блювота, шум у вухах, запаморочення. Великі концентрації можуть призводити навіть до втрати свідомості.
