Будова властивості етилену одержання та застосування його. Історія відкриття етилену

Енциклопедичний YouTube

• 1 / 5

  Етилен стали широко застосовувати як мономер перед Другою світовою війною у зв'язку з необхідністю отримання високоякісного ізоляційного матеріалу, здатного замінити полівінілхлорид. Після розробки методу полімеризації етилену під високим тиском та вивчення діелектричних властивостейодержуваного поліетилену почалося його виробництво спочатку у Великій Британії, а пізніше і в інших країнах.

  Основним промисловим методом одержання етилену є піроліз рідких дистилятів нафти або нижчих насичених вуглеводнів. Реакція проводиться в трубчастих печах при +800-950 ° С та тиску 0,3 МПа. При використанні сировини прямогонного бензину вихід етилену становить приблизно 30 %. Одночасно з етиленом утворюється також значна кількість рідких вуглеводнів, у тому числі ароматичних. При піролізі газойлю вихід етилену становить приблизно 15-25%. Найбільший вихід етилену - до 50% - досягається при використанні як сировина насичених вуглеводнів: етану, пропану та бутану. Їх піроліз проводять у присутності водяної пари.

  При випуску з виробництва, при товарно-облікових операціях, під час перевірки його відповідність нормативно-технічної документації проводиться відбір проб етилену за процедурою, описаної в ГОСТ 24975.0-89 «Етилен і пропилен . Методи відбору проб». Відбір проби етилену може проводитись і в газоподібному і в зрідженому вигляді спеціальні пробовідбірники за ГОСТ 14921.

  Етилен, що промислово отримується в Росії, повинен відповідати вимогам, викладеним у ГОСТ 25070-2013 «Етилен. Технічні умови".

  Структура виробництва

  Нині у структурі виробництва етилену 64 % посідає великотоннажні установки піролізу, ~17 % - на малотоннажні установки газового піролізу, ~11 % становить піроліз бензину і 8 % падає піроліз етану .

  Застосування

  Етилен є провідним продуктом основного, органічного синтезу і застосовується для отримання наступних сполук (перераховані в алфавітному порядку):

  • Дихлоретан/вінілхлорид (3-е місце, 12% всього обсягу);
  • Окис етілену (2-е місце, 14-15% всього обсягу);
  • Поліетилен (1-е місце, до 60% всього обсягу);

  Етилен у суміші з киснем використовувався в медицині для наркозу аж до середини 1980-х років у СРСР та на Близькому Сході. Етилен є фітогормоном практично у всіх рослин, серед іншого відповідає за опад голок у хвойних.

  Електронна та просторова будова молекули

  Атоми вуглецю знаходяться у другому валентному стані(Sр 2 -гібридизація). В результаті, на площині під кутом 120° утворюються три гібридні хмари, які утворюють три зв'язку з вуглецем і двома атомами водню; p-електрон, який не брав участь у гібридизації, утворює в перпендикулярній площиніπ-зв'язок із р-електроном сусіднього атома вуглецю. Так утворюється подвійний зв'язок між атомами вуглецю. Молекула має площинну будову.

  CH 2 =CH 2

  Основні хімічні властивості

  Етилен - хімічно активна речовина. Так як в молекулі між атомами вуглецю є подвійний зв'язок, то одна з них менш міцна, легко розривається, і за місцем розриву зв'язку відбувається приєднання, окислення, полімеризація молекул.

  • Галогенування:
  CH 2 =CH 2 + Br 2 → CH 2 Br-CH 2 Br Відбувається знебарвлення бромної води. Це якісна реакція на ненасичені сполуки.
  • Гідрування:
  CH 2 = CH 2 + H - H → CH 3 - CH 3 (під дією Ni)
  • Гідрогалогенування:
  CH 2 = CH 2 + HBr → CH 3 - CH 2 Br
  • Гідратація:
  CH 2 =CH 2 + HOH → CH 3 CH 2 OH (під дією каталізатора) Цю реакцію відкрив A.M. Бутлерів, і вона використовується для промислового отриманняетилового спирту.
  • Окислення:
  Етилен легко окислюється. Якщо етилен пропускати через розчин перманганату калію, він знебарвиться. Ця реакція використовується для відмінності граничних та ненасичених з'єднань. В результаті утворюється етиленгліколь. Рівняння реакції: 3CH 2 =CH 2 + 2KMnO 4 + 4H 2 O → 3HOH 2 C - CH 2 OH + 2MnO 2 + 2KOH
  • Горіння:
  C 2 H 4 + 3O 2 → 2CO 2 + 2H 2 O
  • Полімеризація (отримання поліетилену):
  nCH 2 =CH 2 → (-CH 2 -CH 2 -) n
  • Димеризація (В. Ш. Фельдблюм. Димеризація та диспропорціонування олефінів. М.: Хімія, 1978)
  2CH 2 =CH 2 →CH 2 =CH-CH 2 -CH 3

  Біологічна роль

  Етилен - перший з виявлених газоподібних рослинних гормонів, що має дуже широкий спектр біологічних ефектів. Етилен виконує в життєвому циклірослин різноманітні функції, серед яких контроль розвитку проростка, дозрівання плодів (зокрема, фруктів), розпускання бутонів (процес цвітіння), старіння та опадання листя та квіток. Етилен називають також гормоном стресу, оскільки він бере участь у реакції рослин на біотичний та абіотичний стрес, і синтез його в органах рослин посилюється у відповідь на різного родуушкодження. Крім того, як летюча газоподібна речовина, етилен здійснює швидку комунікацію між різними органами рослин і між рослинами в популяції, що важливо. зокрема, у разі розвитку стрес-стійкості.

  До найбільш відомих функційетилену відноситься розвиток так званої потрійної відповіді у етіолованих (вирощених у темряві) проростків при обробці цим гормоном. Потрійна відповідь включає три реакції: укорочення та потовщення гіпокотилю, укорочення кореня та посилення апікального гачка (різкий вигин верхньої частини гіпокотилю). Відповідь проростків на етилен дуже важливий на перших етапах їх розвитку, оскільки сприяє пробиванню паростків до світла.

  У комерційному зборі плодів і фруктів використовують спеціальні кімнати або камери для дозрівання плодів, в атмосферу яких етилен впорскується зі спеціальних каталітичних генераторів, що виробляють газоподібний етилен з рідкого етанолу. Зазвичай стимулювання дозрівання плодів використовується концентрація газоподібного етилену в атмосфері камери від 500 до 2000 ppm протягом 24-48 годин. При більш високій температуріповітря і більше високої концентраціїетилену в повітрі дозрівання плодів йде швидше. Важливо, однак, забезпечувати контроль вмісту вуглекислого газу в атмосфері камери, оскільки високотемпературне дозрівання (при температурі вище 20 градусів Цельсія) або дозрівання при високій концентрації етилену в повітрі камери призводить до різкого підвищення виділення вуглекислого газу швидко дозрівають плодами, часом до 10% вуглекислоти в повітрі через 24 години від початку дозрівання, що може призвести до вуглекислотного отруєння як працівників, що прибирають плоди, що вже дозріли, так і самих фруктів.

  Етилен використовувався для стимулювання дозрівання плодів ще в Стародавньому Єгипті. Стародавні єгиптяни навмисно дряпали або злегка м'яли, відбивали фініки, фіги та інші плоди з метою стимулювати їх дозрівання (ушкодження тканин стимулює утворення етилену тканинами рослин). Стародавні китайці спалювали дерев'яні ароматичні палички або ароматичні свічки в закритих приміщеннях з метою стимулювати дозрівання персиків (при згорянні свічок або дерева виділяється не тільки вуглекислий газ, а й недоокислені проміжні продукти горіння, зокрема і етилен). У 1864 році було виявлено, що витік природного газуз вуличних ліхтаріввикликає гальмування росту довколишніх рослин, їх скручування, аномальне потовщення стебел і коренів та прискорене дозрівання плодів. У 1901 році російський учений Дмитро Нелюбов показав, що активним компонентом природного газу, що викликає ці зміни, є не його основний компонент, метан, а присутній у ньому в малих кількостях етилен. Пізніше 1917 року Сара Дубт довела, що етилен стимулює передчасне опадання листя. Проте лише 1934 року Гейн виявив, що рослини синтезують ендогенний етилен. У 1935 році Крокер припустив, що етилен є рослинним гормоном, відповідальним за фізіологічне регулювання дозрівання плодів, а також за старіння вегетативних тканин рослини, опадання листя та гальмування росту.

  Цикл біосинтезу етилену починається з перетворення амінокислоти метіоніну на S-аденозил-метіонін (SAMe) за допомогою ферменту метіонін-аденозилтрансферази. Потім S-аденозил-метіонін перетворюється на 1-аміноциклопропан-1-карбоксилову кислоту (АЦК, ACC) за допомогою ферменту 1-аміноциклопропан-1-карбоксилат-синтетази (АЦК-синтетази). Активність АЦК-синтетази лімітує швидкість всього циклу, тому регуляція активності цього ферменту є ключовою у регуляції біосинтезу етилену у рослин. Остання стадія біосинтезу етилену вимагає наявності кисню і відбувається при дії ферменту аміноциклопропанкарбоксилат-оксидази (АЦК-оксидази), раніше відомої як етиленутворюючий фермент. Біосинтез етилену у рослин індукується як екзогенним, так і ендогенним етиленом (позитивна Зворотній зв'язок). Активність АЦК-синтетази і, відповідно, утворення етилену підвищується також при високих рівняхауксинів, особливо індол оцтової кислоти, та цитокінінів .

  Етиленовий сигнал у рослин сприймається мінімум п'ятьма різними сімействами трансмембранних рецепторів, що є димерами білків. Відомий, зокрема, рецептор етилену ETR 1 у арабідопсису ( Arabidopsis). Гени, що кодують рецептори для етилену, були клоновані у арабідопсису і потім у томату. Етиленові рецептори кодуються безліччю генів як у геномі арабідопсису, так і в геномі томатів. Мутації в будь-якому з сімейства генів, що складається з п'яти типів етиленових рецепторів у арабідопсису і мінімум з шести типів рецепторів у томату, можуть призвести до нечутливості рослин до етилену та порушень процесів дозрівання, росту та в'янення. Послідовності ДНК, характерні для генів етиленових рецепторів, було виявлено також у багатьох інших видів рослин. Більше того, етилензв'язуючий білок було знайдено навіть у ціанобактерій.

  Несприятливі зовнішні чинники, такі як недостатнє вміст кисню в атмосфері, повінь, посуха, заморозки, механічне пошкодження (поранення) рослини, напад патогенних мікроорганізмів, грибків або комах можуть викликати підвищене утворення етилену в тканинах рослин. Так, наприклад, при повені коріння рослини страждають від надлишку води та нестачі кисню (гіпоксії), що призводить до біосинтезу в них 1-аміноциклопропан-1-карбоксилової кислоти. АЦК потім транспортується провідними шляхами в стеблах вгору, до листя, і в листі окислюється до етилену. Етилен, що утворився, сприяє епінастичним рухам, що призводять до механічного струшування води з листя, а також в'янення та опадання листя, пелюсток квіток і плодів, що дозволяє рослині одночасно і позбутися надлишку води в організмі, і скоротити потребу в кисні за рахунок скорочення. загальної маситканин.

  Невеликі кількості ендогенного етилену також утворюються у клітинах тварин, включаючи людину, у процесі перекисного окиснення ліпідів. Деяка кількість ендогенного етилену потім окислюється до етиленоксиду, який має здатність алкілувати ДНК і білки, у тому числі гемоглобін (формуючи специфічний аддукт з N-термінальним валіном гемоглобіну - N-гідроксіетил-валін). Ендогенний етиленоксид також може алкілювати гуанінові основи ДНК, що призводить до утворення аддукту 7-(2-гідроксіетил)-гуаніну, і є однією з причин притаманного всім живим істотам ризику ендогенного канцерогенезу. Ендогенний етиленоксид також є мутагеном. З іншого боку, існує гіпотеза, що якби не утворення в організмі невеликих кількостей ендогенного етилену і відповідно етиленоксиду, швидкість виникнення спонтанних мутацій і відповідно швидкість еволюції була б значно нижчою.

  Примітки

  1. Devanney Michael T. Ethylene (англ.). SRI Consulting (September 2009). Архівовано 21 серпня 2011 року.
  2. Ethylene (англ.). WP Report. SRI Consulting (January 2010). Архівовано 21 серпня 2011 року.
  3. Газохроматографічне вимірювання масових концентрацій вуглеводнів: метану, етану, етилену, пропану, пропілену, бутану, альфа-бутилену, ізопентану в зоні повітря. Методичні вказівки. МУК 4.1.1306-03 (Утв. головним державним санітарним лікарем РФ 30.03.2003)
  4. «Зростання і розвиток рослин» В.В.Чуб
  5. «Delaying Christmas tree needle loss»
  6. Хомченком Г.П. §16.6. Етилен та його гомологи// Хімія для вступників до вузів. - 2-ге вид. - М.: Вища школа, 1993. - С. 345. - 447 с. - ISBN 5-06-002965-4.
  7. Lin, Z.; Zhong, S.; Grierson, D. (2009). «Recent advances in ethylene research». J. Exp. Bot. 60 (12): 3311-36. DOI: 10.1093/jxb/erp204. PMID.
  8. Ethylene and Fruit Ripening / J Plant Growth Regul (2007) 26:143-159 doi:10.1007/s00344-007-9002-y (англ.)
  9. Лутова Л.А.Генетика розвитку рослин/ред. С.Г. Інге-Вечтом. - 2-ге вид. - Санкт-Петербург: Н-Л, 2010. - С. 432.
  10. . ne-postharvest.com (недоступне посилання з 06-06-2015)
  11. Нельюбов Д. (1901). "Uber die horizontale Nutation der Stengel von Pisum sativum und einiger anderen Pflanzen". Beih Bot Zentralbl. 10 : 128-139.
  12. Doubt, Sarah L. (1917). "Респондування з Plants to Illuminating Gas". Botanical Gazette. 63 (3): 209-224.

  Фізичні властивості

  Етан за н. у.- безбарвний газ, без запаху. Молярна маса – 30,07. Температура плавлення –182,81 °C, кипіння -88,63 °C. . Щільність ρ газ. =0,001342 г/см³ або 1,342 кг/м³ (н. у.), ρ рідк. =0,561 г/см³ (T=-100 °C). Константа дисоціації 42 (у воді, прин. у.) [ джерело?]. Тиск пари при 0 ° С - 2,379 МПа.

  Хімічні властивості

  Хімічна формула C 2 H 6 (раціональна CН 3 СН 3). Найбільш характерні реакції заміщення водню галогенами, які проходять вільно радикальним механізмом. Термічне дегідрування етану при 550-650 ° С наводить кетену, при температурах понад 800 ° С - кацетилену (утворюється також бензолісажу). Пряме хлорування при 300-450 ° С - кетилхлориду, нитрування в газовій фазі дає суміш (3:1) нітроетана інітрометану.

  Отримання

  У промисловості

  У промисловості одержують із нафтових та природних газів, де він становить до 10 % за обсягом. У Росії вміст етану у нафтових газах дуже низький. У США та Канаді (де його вміст у нафтових та природних газах високо) служить основною сировиною для отримання етену.

  У лабораторних умов

  Одержують з йодметанапореакції Вюрца, ізацетату натріюелектролізомпореакції Кольбе, сплавленнямпропіонату натріяс лугом, ізетилбромідапореакції Гриньяра,гідруванняметена(над Pd) абоацетилену(у присутностіНікель Ренея).

  Застосування

  Основне використання етану у промисловості - отримання етилену.

  Бутан(C 4 H 10) - органічна сполука класу алканів. У хімії назва використовується переважно для позначення н-бутану. Таку ж назву має суміш н-бутану та його ізомера ізобутану CH(CH 3) 3 . Назва походить від кореня «бут-» (англійська назва олійної кислоти - butyric acid) та суфікса «-ан» (приналежність до алканів). У великих концентраціях отруйний, вдихання бутану викликає дисфункцію легенево-дихального апарату. Міститься в природному газі, утворюється при крекінгу нафтопродуктівпри поділі попутного нафтового газу, "жирного" природного газу. Як представник вуглеводневих газів пожежо- та вибухонебезпечний, малотоксичний, має специфічний характерний запах, має наркотичні властивості. За ступенем впливу на організм газ відноситься до речовин 4-го класу небезпеки (малонебезпечні) за ГОСТ 12.1.007-76. Шкідливо впливає на нервову систему .

  Ізомерія

  Бутан має два ізомера:

  Фізичні властивості

  Бутан - безбарвний горючий газ, зі специфічним запахом, що легко зріджується (нижче 0 ° C і нормальному тиску або при підвищеному тиску і звичайній температурі - легколетюча рідина). Точка замерзання -138 ° С (при нормальному тиску). Розчинністьу воді - 6,1 мг у 100 мл води (для н-бутану, при 20 °C, значно краще розчиняється в органічних розчинниках ). Може утворювати азеотропнусуміш з водою при температурі близько 100 °C та тиску 10 атм.

  Знаходження та отримання

  Міститься у газовому конденсаті та нафтовому газі (до 12 %). Є продуктом каталітичного та гідрокаталітичного крекінгунафтових фракцій. У лабораторії може бути отриманий реакції Вюрца.

  2 C 2 H 5 Br + 2Na → CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 3 + 2NaBr

  Сіроочищення (демеркаптанізація) бутанової фракції

  Прямогонну бутанову фракцію необхідно очищати від сірчистих сполук, які переважно представлені метил- та етил-меркаптанами. Метод очищення бутанової фракції від меркаптанів полягає у лужній екстракції меркаптанів з вуглеводневої фракції та подальшої регенерації лугу у присутності гомогенних або гетерогенних каталізаторів киснем повітря з виділенням дисульфідної олії.

  Застосування та реакції

  При вільнорадикальному хлоруванні утворює суміш 1-хлор-і 2-хлорбутану. Їх співвідношення добре пояснюється різницею міцності С-Нзв'язків у позиції 1 і 2 (425 і 411 кДж/моль). При повному згорянні повітря утворює вуглекислий газта воду. Бутан застосовується в суміші з пропаному запальничках, у газових балонах у зрідженому стані, де він має запах, оскільки містить спеціально додані одоранти. При цьому використовуються «зимові» та «літні» суміші з різним складом. Теплота згоряння 1 кг – 45,7 МДж (12,72 кВт·год).

  2C 4 H 10 + 13 O 2 → 8 CO 2 + 10 H 2 O

  При нестачі кисню утворюється сажаабо чадний газабо те й інше разом.

  2C 4 H 10 + 5 O 2 → 8 C + 10 H 2 O

  2C 4 H 10 + 9 O 2 → 8 CO + 10 H 2 O

  Фірмою Дюпонрозроблено метод отримання малеїнового ангідридуз н-бутану при каталітичному окисненні.

  2 CH 3 CH 2 CH 2 CH 3 + 7 O 2 → 2 C 2 H 2 (CO) 2 O + 8 H 2 O

  н-Бутан - сировина для отримання бутена, 1,3-бутадієну, компонент бензинів із високим октановим числом. Бутан високої чистоти і особливо ізобутан може бути використаний як холодоагент у холодильних установках. Продуктивність таких систем трохи нижча, ніж фреонових. Бутан безпечний для довкілля, на відміну фреонових холодоагентів.

  У харчовій промисловості бутан зареєстрований як харчової добавки E943a, а ізобутан - E943b, як пропелент, наприклад, в дезодорантах.

  Етилен(за ІЮПАК: Етен) - органічне хімічне з'єднання, що описується формулою 2 H 4 . Є найпростішим алкеном (олефіном). У природі етилен мало зустрічається. Це безбарвний горючий газ із слабким запахом. Частково розчинний у воді (25,6 мл 100 мл води при 0°C), етанолі (359 мл у тих же умовах). Добре розчиняється в діетиловому ефірі та вуглеводнях. Містить подвійний зв'язок і тому відноситься до ненасичених або ненасичених вуглеводням. Грає надзвичайно важливу рольу промисловості, а також є фітогормоном. Етилен - органічне з'єднання, що найбільш виробляється в світі ; загальне світове виробництво етилену в 2008 рокустановило 113 мільйонів тонн і продовжує зростати на 2-3% на рік .

  Застосування

  Етилен є провідним продуктом основного органічного синтезута застосовується для отримання наступних сполук (перераховані в алфавітному порядку):

  Вінілацетат;

  Дихлоретан / вінілхлорид(3-е місце, 12% всього обсягу);

  Окис етилену(2-е місце, 14-15% всього обсягу);

  Поліетилен(1-е місце, до 60% всього обсягу);

  Стирол;

  Оцтова кислота;

  Етилбензол;

  Етиленгліколь;

  Етиловий спирт.

  Етилен у суміші з киснем використовувався в медицині для наркозааж до середини 80-х років ХХ століття в СРСР та на Близькому Сході. Етилен є фітогормономпрактично у всіх рослин , між іншим відповідає за опадання голок у хвойних.

  Основні хімічні властивості

  Етилен – хімічно активна речовина. Так як в молекулі між атомами вуглецю є подвійний зв'язок, то одна з них менш міцна, легко розривається, і за місцем розриву зв'язку відбувається приєднання, окислення, полімеризація молекул.

  Галогенування:

  CH 2 =CH 2 + Cl 2 → CH 2 Cl-CH 2 Cl

  Відбувається знебарвлення бромної води. Це якісна реакція на ненасичені сполуки.

  Гідрування:

  CH 2 = CH 2 + H - H → CH 3 - CH 3 (під дією Ni)

  Гідрогалогенування:

  CH 2 = CH 2 + HBr → CH 3 - CH 2 Br

  Гідратація:

  CH 2 =CH 2 + HOH → CH 3 CH 2 OH (під дією каталізатора)

  Цю реакцію відкрив AM. Бутлерів і вона використовується для промислового отримання етилового спирту.

  Окислення:

  Етилен легко окислюється. Якщо етилен пропускати через розчин перманганату калію, він знебарвиться. Ця реакція використовується для відмінності граничних та ненасичених з'єднань.

  Окис етилену - неміцна речовина, кисневий місток розривається та приєднується вода, в результаті утворюється етиленгліколь:

  C 2 H 4 + 3O 2 → 2CO 2 + 2H 2 O

  Полімеризація:

  nCH 2 =CH 2 → (-CH 2 -CH 2 -) n

  ІзопренСН 2 =С(СН 3)-СН=СН 2 2-метилбутадієн-1,3 - ненасичений вуглеводень дієнового ряду (C n H 2n−2 ) . У нормальних умовахбезбарвна рідина. Він являється мономеромдля натурального каучукуі структурною одиницеюдля безлічі молекул інших природних сполук - ізопреноїдів, або терпеноїдів. . Розчинимо в спирті. Ізопрем полімеризується, даючи ізопренові каучуки. Ізопрен також вступає в реакцію полімеризаціїіз сполуками вінілового ряду.

  Знаходження та отримання

  Натуральний каучук є полімером ізопрену - найчастіше цис-1,4-поліізопреном з молекулярною масою від 100,000 до 1,000,000. Як домішки містить кілька відсотків інших матеріалів, таких як білки, жирні кислоти, смоли та неорганічні речовини. Деякі джерела натурального каучуку називаються гутаперчаі складається з транс-1,4-поліізопрену, структурний ізомерщо має схожі, але не ідентичні властивості. Ізопрен виробляється та виділяється в атмосферу багатьма видами дерев (головний з них - дуб) Річне виробництво ізопрену рослинністю близько 600 млн т., причому половина виробляється тропічними широколистими деревами, решта виробляється чагарниками. Після потрапляння в атмосферу ізопрен перетворюється вільними радикалами (такими як гідроксил (OH) радикал) і меншою мірою озоном в різні речовини, такі як альдегіди, гідроксипероксиди, органічні нітрати та епоксиди, які змішуються з водними краплями, утворюючи аерозолі або серпанок. Цей механізм дерева використовують не тільки для того, щоб уникнути перегріву листя Сонцем, але й для захисту від вільних радикалів, особливо озону. Ізопрен вперше було отримано термічною обробкою натурального каучуку. Найбільш промислово доступний як продукт термічного крекінгу лігроїнуабо олії, а також як побічний продукт при виробництві етилену. Виробляється близько 20,000 тонн на рік. Близько 95% виробництва ізопрену використовується для виробництва цис-1,4-поліізопрену – синтетичного варіанту природного каучуку.

  Бутадієн-1,3(Дівініл) СН 2 = СН-СН = СН 2 - ненасичений вуглеводень, Найпростіший представник дієнових вуглеводнів.

  Фізичні властивості

  Бутадієн - безбарвний газз характерним запахом, Температура кипіння−4,5 °C, Температура плавлення−108,9 °C, Температура спалаху−40 °C, гранично допустима концентраціяу повітрі (ГДК) 0,1 г/м³, густина 0,650 г/см³ при −6 °C.

  Слабо розчинний у воді, добре розчинний у спирті, гасі з повітрям у кількості 1,6-10,8 %.

  Хімічні властивості

  Бутадієн схильний до полімеризаціїлегко окислюється повітрямз освітою перекиснихз'єднань, що прискорюють полімеризацію.

  Отримання

  Бутадієн отримують за реакцією Лебедєвапропусканням етилового спиртучерез каталізатор:

  2CH 3 CH 2 OH → C 4 H 6 + 2H 2 O + H 2

  Або дегідрогенізацією нормального бутилена:

  CH 2 = CH-CH 2 -CH 3 → CH 2 = CH-CH = CH 2 + Н 2

  Застосування

  Полімеризацією бутадієну отримують синтетичний каучук. Сополімеризацією з акрилонітриломі стироломотримують АБС-пластик.

  Бензол (C 6 H 6 , Ph H) - органічна хімічна сполука, безбарвна рідиназ приємним солодкуватим запахом. Найпростіший ароматичний вуглеводень. Бензол входить до складу бензину, широко застосовується в промисловості, є вихідною сировиною для виробництва ліків, різних пластмас, синтетичної гумибарвників. Хоча бензол входить до складу сирої нафти, в промислових масштабахвін синтезується з інших її компонентів. Токсичний, канцерогенний.

  Фізичні властивості

  Безбарвна рідина із своєрідним різким запахом. Температура плавлення = 5,5 °C, температура кипіння = 80,1 °C, щільність = 0,879 г/см³, молярна маса= 78,11 г/моль. Подібно до всіх вуглеводнів бензол горить і утворює багато кіптяви. З повітрям утворює вибухонебезпечні суміші, добре змішується з ефірами, бензиномта іншими органічними розчинниками з водою утворює азеотропну суміш з температурою кипіння 69,25 °C (91% бензолу). Розчинність у воді 1,79 г/л (25 °C).

  Хімічні властивості

  Для бензолу характерні реакції заміщення - бензол реагує з алкенами, хлор алканами, галогенами, азотноїі сірчаною кислотами. Реакції розриву бензольного кільця відбуваються у жорстких умовах (температура, тиск).

  Взаємодія з хлором у присутності каталізатора:

  6 H 6 + Cl 2 -(FeCl 3)→ З 6 H 5 Cl + HCl утворюється хлорбензол

  Каталізатори сприяють створенню активної електрофільної частинки шляхом поляризації атомів галогену.

  Cl-Cl + FeCl 3 → Cl ઠ - ઠ +

  З 6 H 6 + Cl ઠ - -Cl ઠ + + FeCl 3 → [З 6 H 5 Cl + FeCl 4 ] → З 6 H 5 Cl + FeCl 3 + HCl

  За відсутності каталізатора при нагріванні чи освітленні йде радикальна реакція заміщення.

  С 6 H 6 + 3Cl 2 -(освітлення)→ C 6 H 6 Cl 6 утворюється суміш ізомерів гексахлорциклогексану відео

  Взаємодія з бромом (чистий):

  Взаємодія з галогенопохідними алканами ( реакція Фріделя-Крафтса):

  З 6 H 6 + З 2 H 5 Cl -(AlCl 3)→ З 6 H 5 З 2 H 5 + HCl утворюється етилбензол

  З 6 H 6 + HNO 3 -(H 2 SO 4)→ З 6 H 5 NO 2 + H 2 O

  Структура

  

  Бензол за складом відноситься до ненасичених вуглеводням(Гомологічний ряд C n H 2n-6), але на відміну від вуглеводнів ряду етилену C 2 H 4 виявляє властивості, властиві ненасиченим вуглеводням (їм характерні реакції приєднання) лише за жорстких умовах, тоді як до реакцій заміщення бензол більш схильний. Така «поведінка» бензолу пояснюється його особливою будовою: знаходженням усіх зв'язків і молекул на одній площині та наявністю в структурі сполученої 6π-електронної хмари. Сучасне уявлення про електронну природу зв'язків у бензолі ґрунтується на гіпотезі Лайнуса Полінга, який запропонував зображати молекулу бензолу у вигляді шестикутника з вписаним колом, підкреслюючи тим самим відсутність фіксованих подвійних зв'язків та наявність єдиної електронної хмари, що охоплює всі шість атомів вуглецю циклу.

  Виробництво

  На сьогоднішній день існує три принципово різні способи виробництва бензолу.

  Коксування кам'яного вугілля. Цей процес історично був першим і був основним джерелом бензолу до Другої світової війни. Нині частка бензолу, одержуваного у такий спосіб, становить менше 1 %. Слід додати, що бензол, що отримується з кам'яновугільної смоли, містить значну кількість тіофену, що робить такий бензол сировиною, непридатною для ряду технологічних процесів.

  Каталітичний риформінг(аромаїзинг) бензинових фракцій нафти. Цей процес є основним джерелом бензолу США. У Західної Європи, Росії та Японії цим способом отримують 40-60 % від загальної кількостіречовини. У цьому процесі крім бензолу утворюються толуолі ксилоли. Зважаючи на те, що толуол утворюється в кількостях, що перевищують попит на нього, його також частково переробляють у:

  бензол - методом гідродеалкілування;

  суміш бензолу та ксилолів – методом диспропорціонування;

  Піролізбензинових та більш важких нафтових фракцій. До 50% бензолу виробляється цим методом. Поряд із бензолом утворюються толуол та ксилоли. У деяких випадках всю цю фракцію направляють на стадію деалкілування, де і толуол, і ксилоли перетворюються на бензол.

  Застосування

  Бензол входить до десятки найважливіших речовин хімічної промисловості. [ джерело не вказано 232 дні ] Більшу частину бензолу використовують для синтезу інших продуктів:

  • близько 50% бензолу перетворюють на етилбензол (алкілюваннябензолу етиленом);

    близько 25% бензолу перетворюють на кумол (алкілюваннябензолу пропіленом);

    приблизно 10-15% бензолу гідруютьв циклогексан;

    близько 10% бензолу витрачається на виробництво нітробензолу;

    2-3% бензолу перетворюють на лінійні алкілбензоли;

    приблизно 1% бензолу використовується для синтезу хлорбензолу.

  У значно менших кількостях бензол використовується для синтезу деяких інших сполук. Зрідка і в крайніх випадках, через високу токсичність, бензол використовується як розчинника. Крім того, бензол входить до складу бензину. Зважаючи на високу токсичність, його зміст новими стандартами обмежений введенням до 1 %.

  Толуол(від вик. Tolu, Толуанський бальзам) - метилбензол, безбарвна рідина з характерним запахом, відноситься до арен.

  Толуол отриманий вперше П. Пельтьє у 1835 р. при перегонці соснової смоли. У 1838 виділено А. Девілем з бальзаму, привезеного з міста Толу до Колумбії, на честь якого отримав свою назву.

  Загальна характеристика

  Безбарвна рухлива летюча рідина з різким запахом, виявляє слабку наркотичну дію. Змішується в необмежених межах з вуглеводнями, багатьма спиртамиі ефірамине змішується з водою. Показник заломленнясвітла 1,4969 за 20 °C. Горючий, згоряє полум'ям, що коптить.

  Хімічні властивості

  Для толуолу характерні реакції електрофільного заміщення в ароматичному кільці та заміщення у метильній групі за радикальним механізмом.

  Електрофільне заміщенняв ароматичному кільці йде переважно в орто-і пара-положення щодо метильної групи.

  Крім реакцій заміщення, толуол входить у реакції приєднання (гідрування), озонолізу. Деякі окислювачі (лужний розчин перманганату калію, розведена азотна кислота) окислюють метильну групу до карбоксильної. Температура спалахування 535 °C. Концентраційна межа поширення полум'я, %об. Температурна межа поширення полум'я, °C. Температура спалаху становить 4 °C.

  Взаємодія з перманганатом калію в кислому середовищі:

  5С 6 H 5 СH 3 + 6KMnO 4 + 9H 2 SO 4 → 5С 6 H 5 СOOH + 6MnSO 4 + 3K 2 SO 4 + 14H 2 O утворення бензойної кислоти

  Отримання та очищення

  Продукт каталітичного риформінгу бензиновихфракцій нафти. Виділяється селективною екстракцією та наступною ректифікацією. Також хороші виходи досягаються при каталітичному дегідруванні гептанучерез метилциклогексан. Очищають толуол аналогічно бензолу, тільки у разі застосування концентрованою сірчаної кислотине можна забувати, що толуол сульфуєтьсялегше бензолу, отже, необхідно підтримувати нижчу температуру реакційної суміші(менше 30 °C). Толуол також утворює з водою азеотропну суміш .

  Толуол можна отримати з бензолу по реакції Фріделя-Крафтса:

  Застосування

  Сировина для виробництва бензолу, бензойної кислоти, нітротолуолів(в тому числі тринітротолуолу), толуїлендіізоціанатів(через динітротолуол та толуїлендіамін) бензилхлоридута ін. органічних речовин.

  Є розчинникомдля багатьох полімерів, входить до складу різних товарних розчинників для лаківі фарб. Входить до складу розчинників: Р-40, Р-4, 645, 646 , 647 , 648. Застосовується як розчинник у хімічному синтезі.

  Нафталін- З 10 Н 8 тверде кристалічна речовиназ характерним запахом. У воді не розчиняється, але добре - у бензоле, ефірі, спирті, хлороформі.

  Хімічні властивості

  Нафталін за хімічними властивостями подібний до бензолом: легко нітрується, сульфується, взаємодіє з галогенами. Відрізняється від бензолу тим, що ще легше входить у реакції.

  Фізичні властивості

  Щільність 1.14 г/см³, температура плавлення 80.26 °C, температура кипіння 218 °C, розчинність у воді приблизно 30 мг/л, температура спалаху 79 - 87 °C, температура самозаймання 525 °C, молярна маса 128.17052 г/моль.

  Отримання

  Отримують нафталін з кам'яновугільної смоли. Також нафталін можна виділяти з важкої смоли піролізу (загартована олія), яка застосовується у процесі піролізу на етиленових установках.

  Також нафталін виробляють терміти. Coptotermes formosanus , щоб захистити свої гнізда від мурах, грибків та нематод .

  Застосування

  Важлива сировина хімічної промисловості: застосовується для синтезу фталевого ангідриду, тетраліну, декаліна, різноманітних похідних нафталіну.

  Похідні нафталіну застосовують для отримання барвниківі вибухових речовин, в медицині, як інсектицид.










ПРОМЫШЛЕННЫЙ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КРЕКИНГ АЛКАНОВ АЛКАН АЛКАН + АЛКЕН С БОЛЕЕ ДЛИННОЙ С МЕНЕЕ ДЛИНОЙ С БОЛЕЕ ДЛИННОЙ С МЕНЕЕ ДЛИНОЙ УГЛЕРОДНОЙ УГЛЕРОДНОЙ УГЛЕРОДНОЙ УГЛЕРОДНОЙ ЦЕПЬЮ ЦЕПЬЮ ЦЕПЬЮ ЦЕПЬЮ ПРИМЕР: t= C t= C С 10 Н 22 C 5 H 12 + C 5 H 10 З 10 Н 22 C 5 H 12 + C 5 H 10 декан пентан пентен декан пентан пентен
















ЛАБОРАТОРНИЙ СПОСІБ ОТРИМАННЯ ДЕГІДРОГАЛОГЕНУВАННЯ ВИДАЛИТИ ВОДОРОД ГАЛОГЕН ДІЯ ВИДАЛИТИ ВОДОРОД ГАЛОГЕН ДІЯПРИКЛАД: спиртовий спиртовий H H розчин H H розчин Н-С–С-Н+КОНН 2 С+Н 2 СН 2 СН 2 СН 2 2 2 2 2 (етилен)


















РЕАКЦІЯ ПОЛІМЕРИЗАЦІЇ Це процес з'єднання однакових молекул у більші. ПРИКЛАД: n CH 2 =CH 2 (-CH 2 -CH 2 -)n етилен поліетилен (мономер) (полімер) n – ступінь полімеризації, показує кількість молекул, що вступили в реакцію -CH 2 -CH 2 - структурна ланка





Застосування етилену ВластивістьЗастосуванняПриклад 1. ПолімеризаціяВиробництво поліетилену, пластмас 2. Галогенування Отримання розчинників 3. Гідрогалогенування Для: місцева анестезія, одержання розчинників, у с/г для знезараження зерносховищ




ВластивістьЗастосуванняПриклад 4. Гідратація Одержання етилового спирту, що використовується як розчинник, антисептик у медицині, у виробництві синтетичного каучуку 5. Окислення розчином KMnO 4 Отримання антифризів, гальмівних рідин, Виробництво пластмас 6. Особлива властивістьетилену: Етилен прискорює дозрівання плодів


Яскравий представник не граничних вуглеводнів- Етен (етилен). Фізичні властивості: безбарвний горючий газ, вибухонебезпечний у суміші з киснем та повітрям. У значних кількостях етилен отримують з нафти для подальшого синтезу цінних органічних речовин (одноатомних та двоатомних спиртів, полімерів, оцтової кислоти та інших сполук).

етилену, sp 2 -гібридизація

Вуглеводні, подібні за будовою та властивостями з етеном, називаються алкенами. Історично закріпився ще один термін для цієї групи – олефіни. Загальна формула C n H 2n відбиває склад всього класу речовин. Перший його представник — етилен, у молекулі якого атоми вуглецю утворюють не три, а лише два зв'язки з воднем. Алкени - ненасичені або ненасичені сполуки, їх формула C2H4. Змішуються формою та енергії тільки 2 p- і 1 s-електронна хмара атома вуглецю, всього формуються три õ-зв'язку. Цей стан називається sp2-гібридизацією. Четверта валентність вуглецю зберігається, у молекулі виникає π-зв'язок. У структурній формулі особливість будови відбивається. Але символи для позначення різних типівзв'язку на схемах зазвичай використовуються однакові - рисочки чи крапки. Будова етилену визначає її активна взаємодіяз речовинами різних класів. Приєднання води та інших частинок відбувається завдяки розриву неміцного π-зв'язку. Звільнені валентності насичуються за рахунок електронів кисню, водню, галогенів.

Етилен: фізичні властивості речовини

Етен при звичайних умовах(нормальному атмосферному тискуі температурі 18 ° C) - безбарвний газ. Він має солодкий (ефірний) запах, його вдихання надає наркотичну дію на людину. Твердить при -169,5°C, плавиться за таких же температурних умов. Кипить етен за -103,8°C. Запалює при нагріванні до 540°C. Газ добре горить, полум'я світиться, зі слабкою кіптявою. Етилен розчиняється в ефірі та ацетоні, значно менше - у воді та спирті. Округлена молярна маса речовини – 28 г/моль. Третій та четвертий представники гомологічного ряду етену – теж газоподібні речовини. Фізичні властивості п'ятого та наступних алкенів відрізняються, вони є рідинами та твердими тілами.

Отримання та властивості етилену

Німецький хімік Йоган Бехер випадково використовував у дослідах із концентрованою сірчаною кислотою. Так вперше було отримано етен у лабораторних умовах (1680 рік). У середині XIXстоліття А.М. Бутлеров дав з'єднанню назву етилен. Фізичні властивості також були описані відомим російським хіміком. Бутлеров запропонував структурну формулу, що відбиває будову речовини. Способи його отримання у лабораторії:



1. Каталітичне гідрування ацетилену.
2. Дегідрогалогенування хлоретану в реакції з концентрованим спиртовим розчином сильної основи (лугу) при нагріванні.
3. Відщеплення води від молекул етилового Проходить реакція у присутності сірчаної кислоти. Її рівняння: Н2С-СН2-ОН → Н2С=СН2 + Н2О

Промислове отримання:

• переробка нафти - крекінг та піроліз вуглеводневої сировини;
• дегідрування етану у присутності каталізатора. H 3 C-CH 3 → H 2 C=CH 2 + H 2

Будова етилену пояснює його типові хімічні реакції- Приєднання частинок атомами C, які знаходяться при кратному зв'язку:

1. Галогенування та гідрогалогенування. Продуктами цих реакцій є галогенові.
2. Гідрування (насичення етану.
3. Окислення до двоатомного спирту етиленгліколю. Його формула: OH-H2C-CH2-OH.
4. Полімеризація за схемою: n(H2C=CH2) → n(-H2C-CH2-).





Області застосування етилену

При фракційній у великих обсягах Фізичні властивості, будова, хімічна природаречовини дозволяють використовувати його у виробництві етилового спирту, галогенопохідних, спиртів, оксиду, оцтової кислоти та інших сполук. Етен - мономер поліетилену, а також вихідне з'єднання для полістиролу.

Дихлоретан, який одержують з етену та хлору, є хорошим розчинником, використовується у виробництві полівінілхлориду (ПВХ). З поліетилену низького та високого тискувиготовляють плівку, труби, посуд, з полістиролу - футляри для CD-дисків та інші деталі. ПВХ - це основа лінолеуму, що не промокають плащів. У сільському господарствіетеном обробляються плоди перед збиранням урожаю для прискорення дозрівання.

Ненасичені вуглеводні з подвійний хімічним зв'язкому молекулах відносять до групи алкенів. Першим представником гомологічного ряду є етен або етилен, формула якого: C 2 H 4 . Алкени часто називають олефінами. Назва є історичною і виникла у 18-му столітті, після отримання продукту взаємодії етилену з хлором - етилхлориду, що має вигляд маслянистої рідини. Тоді етен і назвали олійним газом. У нашій статті ми вивчимо його хімічні властивості, а також отримання та застосування у промисловості.

Взаємозв'язок між будовою молекули та властивостями речовини

Відповідно до теорії будови органічних речовин, запропонованої М. Бутлеровим, характеристика сполуки повністю залежить структурної формулита виду зв'язків його молекули. Хімічні властивостіетилену також визначаються просторовою конфігурацією атомів, гібридизацією електронних хмар та наявністю в його молекулі пи-зв'язку. Два негібридизовані p-електрони атомів вуглецю перекриваються в площині, перпендикулярній площині самої молекули. Формується подвійний зв'язок, розрив якого обумовлює здатність алкенів до реакцій приєднання та полімеризації.

Фізичні властивості

Етен - це газоподібна речовиназ ледь вловимим своєрідним запахом. Воно погано розчинне у воді, але добре розчиняється в бензолі, тетрахлорметані, бензині та інших органічних розчинниках. Виходячи з формули етилену С 2 Н 4 його молекулярна масадорівнює 28, тобто етен трохи легше за повітря. У гомологічному ряді алкенів зі збільшенням їхньої маси агрегатний стан речовин змінюється за схемою: газ - рідина - тверда сполука.

Одержання газу в лабораторії та промисловості

Нагріваючи етиловий спирт до 140 ° С у присутності концентрованої сірчаної кислоти, можна отримати етилен у лабораторних умовах. Ще один спосіб – відщеплення атомів водню від молекул алканів. Діючи їдким натріємабо калієм на галогензаміщені сполуки граничних вуглеводнів, наприклад, хлоретан, добувають етилен. У промисловості найбільш перспективним способом його одержання є переробка природного газу, а також піроліз та крекінг нафти. Усі хімічні властивості етилену - реакції гідратації, полімеризації, приєднання, окислення - пояснюються наявністю у його молекулі подвійного зв'язку.

Взаємодія олефінів з елементами головної підгрупи сьомої групи

Всі члени гомологічного ряду етену приєднують атоми галогенів за місцем розриву пі-зв'язку у своїй молекулі. Так, водний розчинброма червоно-коричневого кольору знебарвлюється, у результаті утворюється рівняння етилену - диброметан:

C 2 H 4 + Br 2 = C 2 H 4 Br 2

Аналогічно протікає реакція з хлором та йодом, у ній приєднання атомів галогенів також відбувається за місцем руйнування подвійного зв'язку. Усі сполуки - олефіни можуть взаємодіяти з галогеноводородами: хлороводнем, фтороводнем і т.д. В результаті реакції приєднання, що протікає за іонним механізмом, утворюється речовини - галогенопохідні граничних вуглеводнів: хлоретан, фторетан.



Промислове виробництво етанолу

Хімічні властивості етилену часто використовують для отримання важливих речовин, що широко застосовуються в промисловості та побуті. Наприклад, нагріваючи етен з водою в присутності ортофосфорної або сірчаної кислот під дією каталізатора відбувається процес гідратації. Він іде із заснуванням етилового спирту - багатотоннажного продукту, одержуваного на хімічних підприємствах органічного синтезу. Механізм реакції гідратації відбувається за аналогією з іншими реакціями приєднання. Крім того, взаємодія етилену з водою також відбувається в результаті розриву пі-зв'язку. До вільних валентностей атомів вуглецю етену приєднуються атоми водню та гідроксогрупа, що входять до складу молекули води.

Гідрогенізація та горіння етилену

Незважаючи на все сказане вище, реакція сполуки водню не має великого практичного значення. Однак вона показує генетичний зв'язокміж різними класами органічних сполук, в даному випадкуалканів та олефінів. Приєднуючи водень, етен перетворюється на етан. Протилежний процес – відщеплення від граничних вуглеводнів атомів водню призводить до утворення представника алкенів – етену. Жорстке окислення олефінів, зване горінням, супроводжується виділенням великої кількостітепла, реакція є екзотермічною. Продукти згоряння однакові для речовин усіх класів вуглеводнів: алканів, ненасичених сполук ряду етилену та ацетилену, ароматичних речовин. До них відносяться вуглекислий газ та вода. Повітря реакції з етиленом утворює вибухову суміш.



Реакції окиснення

Етен може окислюватись розчином перманганату калію. Це одна з якісних реакцій, за допомогою якої доводять наявність подвійного зв'язку у складі речовини, що визначається. Фіолетове забарвленнярозчину зникає внаслідок розриву подвійного зв'язку та утворення двоатомного граничного спирту – етиленгліколю. Продукт реакції має широкий спектр застосування в промисловості як сировина для отримання синтетичних волокон, наприклад лавсана, вибухових речовинта антифризів. Як бачимо, хімічні властивості етилену використовуються для отримання цінних сполук та матеріалів.



Полімеризація олефінів

Підвищення температури, збільшення тиску та застосування каталізаторів - це необхідні умовидля проведення процесу полімеризації. Його механізм відрізняється від реакцій приєднання чи окислення. Він є послідовне зв'язування багатьох молекул етилену в місцях розриву подвійних зв'язків. Продуктом реакції є поліетилен, Фізичні характеристикиякого залежить від величини n - ступеня полімеризації. Якщо вона невелика, то речовина знаходиться в рідкому агрегатному стані. Якщо показник наближається до 1000 ланок, з такого полімеру виготовляють поліетиленову плівку, гнучкі шланги. Якщо ступінь полімеризації перевищує 1500 ланок у ланцюгу, то матеріал є тверда речовина білого кольору, жирне на дотик.



Він йде на виготовлення суцільнолитих виробів та пластикових труб. Галогенпохідна сполука етилену - тефлон має антипригарні властивості і є широко застосовуваним полімером, затребуваним при виготовленні мультиварок, сковорід, жаровень. Його висока здатністьпротистояти стирання використовується у виробництві мастил до автомобільних двигунів, а низька токсичність та толерантність до тканин людського організмудозволили застосовувати тефлонові протези у хірургії.



У нашій статті ми розглянули такі хімічні властивості олефінів, як горіння етилену, реакції приєднання, окислення та полімеризації.