อีเทน: โครงสร้างคุณสมบัติการใช้งานและความเสี่ยง - เคมี - 2025

อีเทนเป็นสารไฮโดรคาร์บอนที่เรียบง่ายของสูตร C ₂ H ₆กับธรรมชาติของไม่มีสีไม่มีกลิ่นและก๊าซที่มีการใช้งานที่มีคุณค่าอย่างมากและมีความหลากหลายในการสังเคราะห์เอทิลีนที่ นอกจากนี้ยังเป็นหนึ่งในก๊าซบนบกที่ถูกตรวจพบในดาวเคราะห์ดวงอื่นและร่างกายของดาวฤกษ์รอบ ๆ ระบบสุริยะ นักวิทยาศาสตร์ Michael Faraday ค้นพบในปีพ. ศ. 2377

ในบรรดาสารประกอบอินทรีย์จำนวนมากที่เกิดจากอะตอมของคาร์บอนและไฮโดรเจน (เรียกว่าไฮโดรคาร์บอน) มีสารประกอบเหล่านี้ที่พบในสถานะก๊าซที่อุณหภูมิและความกดดันโดยรอบซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในหลายอุตสาหกรรม

สิ่งเหล่านี้มักมาจากส่วนผสมของก๊าซที่เรียกว่า "ก๊าซธรรมชาติ" ซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์ที่มีมูลค่าสูงสำหรับมนุษยชาติและประกอบขึ้นเป็นแอลเคนของมีเธนอีเทนโพรเพนและบิวเทนเป็นต้น จำแนกตามจำนวนอะตอมของคาร์บอนในห่วงโซ่

โครงสร้างทางเคมี

อีเทนเป็นโมเลกุลที่มีสูตร C ₂ H ₆โดยทั่วไปจะเห็นว่าเป็นการรวมตัวของกลุ่มเมธิลสองกลุ่ม (-CH ₃ ) เพื่อสร้างไฮโดรคาร์บอนของพันธะคาร์บอน - คาร์บอนเดี่ยว นอกจากนี้สารประกอบอินทรีย์ที่ง่ายที่สุดรองจากมีเธนซึ่งแสดงเป็นดังนี้:

H ₃ C-CH ₃

อะตอมของคาร์บอนในโมเลกุลนี้มีการผสมพันธุ์แบบ sp ³ดังนั้นพันธะโมเลกุลจึงแสดงการหมุนอิสระ

ในทำนองเดียวกันมีปรากฏการณ์ภายในของอีเทนซึ่งขึ้นอยู่กับการหมุนของโครงสร้างโมเลกุลและพลังงานขั้นต่ำที่จำเป็นในการทำให้เกิดการหมุนของพันธะ 360 องศาซึ่งนักวิทยาศาสตร์เรียกว่า "กำแพงกั้นอีเทน"

ด้วยเหตุนี้อีเทนจึงสามารถปรากฏในรูปแบบที่แตกต่างกันขึ้นอยู่กับการหมุนของมันแม้ว่าโครงสร้างที่เสถียรที่สุดจะมีอยู่โดยที่ไฮโดรเจนอยู่ตรงข้ามกัน (ดังที่เห็นในรูป)

โดย Jslipscomb จาก Wikimedia Commons

การสังเคราะห์อีเทน

อีเทนสามารถสังเคราะห์ได้ง่ายจากการอิเล็กโทรลิซิส Kolbe ซึ่งเป็นปฏิกิริยาอินทรีย์ที่เกิดขึ้นสองขั้นตอน: การแยกสารเคมีทางเคมีไฟฟ้า (การกำจัดหมู่คาร์บอกซิลและการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์) ของกรดคาร์บอกซิลิกสองตัวและการรวมกันของผลิตภัณฑ์ ตัวกลางในการสร้างพันธะโควาเลนต์

ในทำนองเดียวกันอิเล็กโทรลิซิสของกรดอะซิติกก่อให้เกิดการก่อตัวของอีเทนและคาร์บอนไดออกไซด์และปฏิกิริยานี้จะใช้ในการสังเคราะห์อดีต

การเกิดออกซิเดชันของอะซิติกแอนไฮไดรด์โดยการกระทำของเปอร์ออกไซด์ซึ่งเป็นแนวคิดที่คล้ายกับการอิเล็กโทรลิซิสของ Kolbe ยังส่งผลให้เกิดอีเทน

ในทำนองเดียวกันสามารถแยกออกจากก๊าซธรรมชาติและก๊าซมีเทนได้อย่างมีประสิทธิภาพด้วยกระบวนการทำให้เป็นของเหลวโดยใช้ระบบการแช่แข็งเพื่อจับก๊าซนี้และแยกออกจากของผสมกับก๊าซอื่น ๆ

กระบวนการขยายเทอร์โบเป็นที่ต้องการสำหรับบทบาทนี้: ส่วนผสมของก๊าซจะถูกส่งผ่านกังหันทำให้เกิดการขยายตัวเช่นเดียวกันจนกระทั่งอุณหภูมิลดลงต่ำกว่า-100ºC

เมื่อถึงจุดนี้ส่วนประกอบของส่วนผสมสามารถแยกความแตกต่างได้ดังนั้นอีเทนเหลวจะถูกแยกออกจากก๊าซมีเทนที่เป็นก๊าซและชนิดอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องกับการใช้การกลั่น

คุณสมบัติ

อีเทนเกิดขึ้นในธรรมชาติเป็นก๊าซที่ไม่มีกลิ่นและไม่มีสีที่ความดันและอุณหภูมิมาตรฐาน (1 atm และ 25 ° C) มีจุดเดือด -88.5 ºCและจุดหลอมเหลว -182.8 ºC นอกจากนี้ยังไม่ได้รับผลกระทบจากการสัมผัสกับกรดหรือเบสแก่

ความสามารถในการละลายของอีเทน

โมเลกุลของอีเทนมีลักษณะสมมาตรและมีแรงดึงดูดที่อ่อนแอซึ่งยึดเข้าด้วยกันเรียกว่าแรงกระจาย

เมื่อพยายามละลายอีเทนในน้ำแรงดึงดูดที่เกิดขึ้นระหว่างก๊าซและของเหลวจะอ่อนแอมากดังนั้นอีเทนจึงจับกับโมเลกุลของน้ำได้ยากมาก

ด้วยเหตุนี้ความสามารถในการละลายของอีเทนจึงต่ำมากโดยเพิ่มขึ้นเล็กน้อยเมื่อความดันของระบบสูงขึ้น

การตกผลึกของอีเทน

อีเทนสามารถแข็งตัวทำให้เกิดผลึกอีเทนที่ไม่เสถียรโดยมีโครงสร้างผลึกลูกบาศก์

เมื่ออุณหภูมิลดลงเกิน -183.2 ºCโครงสร้างนี้จะกลายเป็น monoclinic เพิ่มความเสถียรของโมเลกุล

การเผาไหม้ของอีเทน

ไฮโดรคาร์บอนนี้แม้ว่าจะไม่ได้ใช้เป็นเชื้อเพลิงอย่างแพร่หลาย แต่ก็สามารถใช้ในกระบวนการเผาไหม้เพื่อสร้างก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์น้ำและความร้อนซึ่งแสดงได้ดังนี้:

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

นอกจากนี้ยังมีความเป็นไปได้ที่จะเผาโมเลกุลนี้โดยไม่มีออกซิเจนส่วนเกินซึ่งเรียกว่า "การเผาไหม้ที่ไม่สมบูรณ์" และส่งผลให้เกิดการก่อตัวของคาร์บอนอสัณฐานและคาร์บอนมอนอกไซด์ในปฏิกิริยาที่ไม่ต้องการขึ้นอยู่กับปริมาณออกซิเจนที่ใช้ :

2C ₂ H ₆ + 3O ₂ → 4C + 6H ₂ O + ความร้อน

2C ₂ H ₆ + 4O ₂ → 2C + 2CO + 6H ₂ O + ความร้อน

2C ₂ H ₆ + 5O ₂ → 4CO + 6H ₂ O + ความร้อน

ในบริเวณนี้การเผาไหม้เกิดขึ้นโดยชุดของปฏิกิริยาอนุมูลอิสระซึ่งมีจำนวนในปฏิกิริยาที่แตกต่างกันหลายร้อยปฏิกิริยา ตัวอย่างเช่นปฏิกิริยาการเผาไหม้ที่ไม่สมบูรณ์อาจก่อตัวเป็นสารประกอบเช่นฟอร์มาลดีไฮด์อะซิทัลดีไฮด์มีเทนเมทานอลและเอทานอล

สิ่งนี้จะขึ้นอยู่กับสภาวะที่ปฏิกิริยาเกิดขึ้นและปฏิกิริยาอนุมูลอิสระที่เกี่ยวข้อง เอทิลีนสามารถเกิดขึ้นได้ที่อุณหภูมิสูง (600-900 ° C) ซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์ที่ต้องการอย่างมากในอุตสาหกรรม

อีเทนในบรรยากาศและในวัตถุท้องฟ้า

อีเทนมีอยู่ในชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์โลกตามร่องรอยและเป็นที่น่าสงสัยว่ามนุษย์สามารถเพิ่มความเข้มข้นนี้ได้เป็นสองเท่าตั้งแต่พวกเขาเริ่มปฏิบัติกิจกรรมทางอุตสาหกรรม

นักวิทยาศาสตร์คิดว่าการปรากฏตัวของอีเทนในชั้นบรรยากาศส่วนใหญ่เกิดจากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงฟอสซิลแม้ว่าการปล่อยอีเทนทั่วโลกจะลดลงเกือบครึ่งหนึ่งเนื่องจากเทคโนโลยีการผลิตก๊าซจากชั้นหินได้รับการปรับปรุง (ก แหล่งก๊าซธรรมชาติ)

สายพันธุ์นี้เกิดขึ้นตามธรรมชาติโดยผลกระทบของแสงแดดต่อก๊าซมีเทนในชั้นบรรยากาศซึ่งรวมตัวกันใหม่และสร้างโมเลกุลของอีเทน

อีเทนอยู่ในสถานะของเหลวบนพื้นผิวของไททันซึ่งเป็นดวงจันทร์ดวงหนึ่งของดาวเสาร์ สิ่งนี้เกิดขึ้นในปริมาณที่มากขึ้นในแม่น้ำ Vid Flumina ซึ่งไหลเป็นระยะทางกว่า 400 กิโลเมตรไปยังทะเลแห่งหนึ่ง สารประกอบนี้ยังปรากฏบนดาวหางและบนพื้นผิวดาวพลูโต

การประยุกต์ใช้งาน

การผลิตเอทิลีน

การใช้อีเทนส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับการผลิตเอทิลีนซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์อินทรีย์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตของโลกโดยใช้กระบวนการที่เรียกว่าการกะเทาะเฟสไอ

กระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับการป้อนอีเทนที่เจือจางด้วยไอน้ำเข้าไปในเตาเผาโดยให้ความร้อนอย่างรวดเร็วโดยไม่ใช้ออกซิเจน

ปฏิกิริยาเกิดขึ้นที่อุณหภูมิสูงมาก (ระหว่าง 850 ถึง 900 ° C) แต่เวลาที่อยู่อาศัย (เวลาที่อีเทนใช้ในเตาเผา) ต้องสั้นเพื่อให้ปฏิกิริยามีประสิทธิภาพ ที่อุณหภูมิสูงขึ้นจะมีการสร้างเอทิลีนมากขึ้น

การก่อตัวทางเคมีพื้นฐาน

อีเทนยังได้รับการศึกษาว่าเป็นองค์ประกอบหลักในการก่อตัวของสารเคมีพื้นฐาน คลอไรด์ออกซิเดทีฟเป็นหนึ่งในกระบวนการที่เสนอเพื่อให้ได้ไวนิลคลอไรด์ (ส่วนประกอบของพีวีซี) แทนที่อื่น ๆ ที่ประหยัดน้อยกว่าและซับซ้อนกว่า

สารทำความเย็น

สุดท้ายอีเทนถูกใช้เป็นสารทำความเย็นในระบบการแช่แข็งทั่วไปนอกจากนี้ยังแสดงให้เห็นถึงความสามารถในการแช่แข็งตัวอย่างขนาดเล็กในห้องปฏิบัติการเพื่อการวิเคราะห์

เป็นสารทดแทนน้ำที่ดีมากซึ่งใช้เวลานานกว่าในการทำให้ตัวอย่างที่ละเอียดอ่อนเย็นลงและอาจทำให้เกิดผลึกน้ำแข็งที่เป็นอันตรายได้

ความเสี่ยงของอีเทน

- อีเทนมีความสามารถในการจุดไฟส่วนใหญ่เมื่อจับกับอากาศ ที่ปริมาณอีเทน 3.0 ถึง 12.5% ​​ในอากาศอาจเกิดส่วนผสมที่ระเบิดได้

- สามารถ จำกัด ออกซิเจนในอากาศที่พบได้และด้วยเหตุนี้จึงเป็นปัจจัยเสี่ยงต่อการหายใจไม่ออกสำหรับคนและสัตว์ที่มีอยู่และสัมผัส

- อีเทนในรูปของเหลวแช่แข็งสามารถทำให้ผิวหนังไหม้ได้อย่างรุนแรงหากสัมผัสโดยตรงกับมันและยังทำหน้าที่เป็นตัวกลางในการแช่แข็งสำหรับวัตถุใด ๆ ที่สัมผัสทำให้เป็นน้ำแข็งในช่วงเวลาหนึ่ง

- ไอระเหยของอีเทนเหลวจะหนักกว่าอากาศและกระจุกตัวอยู่ที่พื้นซึ่งอาจเสี่ยงต่อการจุดระเบิดที่อาจก่อให้เกิดปฏิกิริยาลูกโซ่การเผาไหม้

- การกลืนกินอีเทนอาจทำให้เกิดอาการคลื่นไส้อาเจียนและเลือดออกภายใน นอกเหนือจากการหายใจไม่ออกยังทำให้ปวดหัวสับสนและอารมณ์แปรปรวน อาจเสียชีวิตจากภาวะหัวใจหยุดเต้นเมื่อได้รับความเสี่ยงสูง

- แสดงถึงก๊าซเรือนกระจกที่ร่วมกับมีเทนและคาร์บอนไดออกไซด์ก่อให้เกิดภาวะโลกร้อนและการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศที่เกิดจากมลพิษของมนุษย์ โชคดีที่มีความอุดมสมบูรณ์และทนทานน้อยกว่าก๊าซมีเทนและดูดซับรังสีน้อยกว่าก๊าซมีเทน

อ้างอิง

1. บริแทนนิกา, E. (nd). ก๊าซอีเทน สืบค้นจาก britannica.com
2. Nes, GV (nd) โครงสร้างผลึกเดี่ยวและการกระจายความหนาแน่นของอิเล็กตรอนของอีเทนเอทิลีนและอะเซทิลีน กู้คืนจาก rug.nl
3. ไซต์, G. (sf). อีเทน: แหล่งที่มาและอ่างล้างมือ ดึงมาจาก sites.google.com
4. SoftSchools (เอสเอฟ) สูตรอีเทน. กู้คืนจาก softschools.com
5. วิกิพีเดีย (เอสเอฟ) ก๊าซอีเทน สืบค้นจาก en.wikipedia.org