T. 5. s. 495-496
ETYLEN (eten) CH 2 \u003d CH 2, molekylär massa 28,05; färglös gas med en lätt lukt; smältpunkt -169,15°C, kokpunkt -103,71°C; d -1044 0,566; t krit 9,2°C, p krit 5,042 MPa; r (vätskor) 0,161 mPa s; y (vätskor) 16,4 mN/m; ångtryck (kPa): 4110 (0°C), 2200 (-25°C), 151 (-100°C); Cp 62,16 J/(mol K) (-193°C); AH 0 brände -1400 kJ/mol. Löslighet (ml i 100 ml lösningsmedel vid 0°C): vatten 25,6, etanol 359; fritt löslig i dietyleter och kolväten.
Eten finns praktiskt taget inte i naturen. I små mängder bildas det i vävnaderna hos växter och djur som en mellanprodukt av metabolism. Det har egenskaperna hos fytohormoner - det saktar ner tillväxten, påskyndar cellernas åldrande, mognar och faller av frukter.
Enligt kemiska egenskaper - typisk representant olefiner, är mycket reaktiv, speciellt i elektrofila additionsreaktioner. När eten reagerar med klor bildas dikloretan, som vid avhydroklorering övergår i vinylklorid; den senare kan erhållas i ett steg i närvaro av kiselsilicid vid 450-550°C. Hydrering av eten leder till etylalkohol, hydrohalogenering till etylklorid, interaktion med SCl 2 eller S 2 Cl 2 - till senapsgas S (CH 2 CH 2 Cl) 2, oxidation med syre eller luft i närvaro av Ag-oxid vid 200- 300°C - till etylenoxid; vätskefasoxidation med syre i vattenlösningar PdCl2 och CuCl2 vid 130°C och 0,3 MPa - till acetaldehyd; under samma betingelser bildas vinylacetat i närvaro av CH3COOH.
Eten är ett alkyleringsmedel som ofta används för bensenalkylering; reaktionen utförs i gasfas vid 400-450°C och ett tryck av 1,4 MPa i närvaro av AlCl3 i ett stationärt lager av kiselgur impregnerat med H 3 RO 4 (du kan använda BF 3 och zeoliter).
Eten är den initiala föreningen för produktion av höga och lågtryck och etylenoligomerer, som är basen för ett antal syntetiska smörjoljor. Genom sampolymerisation av eten med propen på Ziegler-Natta-katalysatorer erhålls eten-propengummin som har ökat motståndskraft mot oxidation och nötning. Inom industrin erhålls också sampolymerer av eten med styren och vinylacetat.
Den huvudsakliga metoden för att framställa eten är pyrolys av flytande petroleumdestillat eller lägre paraffinkolväten. Reaktionen utförs vanligtvis i rörugnar vid 750-900°C och ett tryck av 0,3 MPa. I Ryssland, Västeuropa och Japan, råmaterialet är rakbensin; utbytet av eten är cirka 30 % med samtidig bildning av en betydande mängd flytande produkter, inklusive aromatiska kolväten. Under pyrolysen av dieselbrännolja är utbytet av eten 15-25%. I USA är den huvudsakliga råvaran lätta alkaner (etan, propan, butan), vilket beror på deras höga innehåll i naturgas insättningar Nordamerika; etylenutbytet är ca 50%.
En metod har utvecklats för att framställa eten från metan: 2CH4 → C2H4 + H2; reaktionen utförs på oxiderna av Mn, Tl, Cd eller Pb vid 500-900°C i närvaro av syre. Pyrolysgaser separeras genom fraktionerad absorption, djupkylning och destillation under tryck. Den renaste etenen erhålls genom dehydratisering av etanol vid 400-450°C över Al 2 O 3, denna metod är lämplig för laboratorieproduktion av eten.
Eten används i industriell organisk syntes (i ett antal processer tränger det undan acetylen), såväl som en växttillväxtregulator, för att påskynda fruktmognad, växtavklingning och minska för tidigt fruktfall.
Eten är explosivt, CPV 3-34% (volym), flampunkt 136,1°С, självantändningstemperatur 540°С, MPC in atmosfärisk luft 3 mg / m 3, i luften i arbetsområdet 100 mg / m 3.
Världsproduktion 50 miljoner ton per år (1988).
Belyst.: Kirk-Othmer encyclopedia, 3:e upplagan, v. 9, N.Y., 1980, sid. 393-431.
DEFINITION
Eten (eten)- den första representanten för ett antal alkener - omättade kolväten med en dubbelbindning.
Formel - C 2 H 4 (CH 2 \u003d CH 2). Molekylvikt (massa av en mol) - 28 g / mol.
Kolväteradikalen som bildas av eten kallas vinyl (-CH = CH 2). Kolatomerna i etenmolekylen är i sp 2 hybridisering.
Kemiska egenskaper hos eten
Eten kännetecknas av reaktioner som fortskrider genom mekanismen av elektrofil, addition, radikalsubstitutionsreaktioner, oxidation, reduktion, polymerisation.
Halogenering(elektrofil addition) - interaktionen av eten med halogener, till exempel med brom, där bromvatten blir avfärgat:
CH 2 \u003d CH 2 + Br 2 \u003d Br-CH 2 -CH 2 Br.
Etenhalogenering är också möjlig vid upphettning (300C), i detta fall bryts inte dubbelbindningen - reaktionen fortsätter enligt radikalsubstitutionsmekanismen:
CH2 \u003d CH2 + Cl2 → CH2 \u003d CH-Cl + HCl.
Hydrohalogenering- interaktionen mellan eten och vätehalogenider (HCl, HBr) med bildning av halogenerade alkaner:
CH2 \u003d CH2 + HCl → CH3-CH2-Cl.
Hydrering- interaktion av eten med vatten i närvaro av mineralsyror (svavelsyra, fosfor) med bildning av mättad envärd alkohol - etanol:
CH2 \u003d CH2 + H2O → CH3-CH2-OH.
Bland reaktionerna av elektrofil addition särskiljs addition hypoklorsyra(1), reaktioner hydroxi- och alkoxikvicksilering(2, 3) (att erhålla organiska kvicksilverföreningar) och hydroborering (4):
CH2 \u003d CH2 + HClO → CH2 (OH) -CH2-Cl (1);
CH2 \u003d CH2+ (CH3COO)2 Hg + H2O → CH2(OH) -CH2-Hg-OCOCH3 + CH3COOH (2);
CH2 = CH2+ (CH3COO) 2 Hg + R-OH → R-CH2 (OCH3) -CH2-Hg-OCOCH3 + CH3COOH (3);
CH2 \u003d CH2 + BH3 → CH3-CH2-BH2 (4).
Nukleofila additionsreaktioner är karakteristiska för etenderivat innehållande elektronbortdragande substituenter. Bland de nukleofila additionsreaktionerna är en speciell plats upptagen av additionsreaktionerna av cyanvätesyra, ammoniak och etanol. Till exempel,
2 ON-CH \u003d CH2 + HCN → 2 ON-CH2-CH2-CN.
Under oxidationsreaktioner etylen är bildningen av olika produkter möjlig, och sammansättningen bestäms av oxidationsförhållandena. Till exempel under oxidation av eten under milda förhållanden(oxidationsmedel - kaliumpermanganat), π-bindningen bryts och bildandet av tvåvärd alkohol - etylenglykol inträffar:
3CH2 \u003d CH2 + 2KMnO4 + 4H2O \u003d 3CH2 (OH) -CH2 (OH) + 2MnO2 + 2KOH.
På hård oxidation etylen med en kokande lösning av kaliumpermanganat i sur miljö pågår fullständig paus bindningar (σ-bindningar) för att bilda myrsyra och koldioxid:
Oxidation eten syre vid 200°C i närvaro av CuCl 2 och PdCl 2 leder till bildning av acetaldehyd:
CH 2 \u003d CH 2 + 1 / 2O 2 \u003d CH 3 -CH \u003d O.
På återhämtning eten är bildandet av etan, en representant för klassen av alkaner. Reduktionsreaktionen (hydreringsreaktionen) av eten fortskrider genom en radikalmekanism. Villkoret för att reaktionen ska fortskrida är närvaron av katalysatorer (Ni, Pd, Pt), samt uppvärmning av reaktionsblandningen:
CH 2 \u003d CH 2 + H 2 \u003d CH 3 -CH 3.
Eten kommer in polymerisationsreaktion. Polymerisation - processen för bildning av en förening med hög molekylvikt - en polymer - genom att kombinera med varandra med användning av huvudvalenserna för molekylerna av den ursprungliga lågmolekylära substansen - en monomer. Etenpolymerisation sker under verkan av syror (katjonmekanism) eller radikaler (radikalmekanism):
n CH2 \u003d CH2 \u003d - (-CH2-CH2-) n-.
Fysiska egenskaper hos eten
Eten är en färglös gas med en lätt lukt, lätt löslig i vatten, löslig i alkohol och lättlöslig i dietyleter. Bildar en explosiv blandning när den blandas med luft
Etenproduktion
De viktigaste metoderna för att producera eten:
— dehydrohalogenering av halogenderivat av alkaner under inverkan av alkohollösningar av alkalier
CH3-CH2-Br + KOH → CH2 = CH2 + KBr + H2O;
— Dehalogenering av dihalogenerade alkaner under inverkan av aktiva metaller
Cl-CH2-CH2-Cl + Zn → ZnCl2 + CH2 = CH2;
- uttorkning av eten när den värms upp med svavelsyra (t > 150 C) eller när dess ånga leds över katalysatorn
CH3-CH2-OH → CH2 = CH2 + H2O;
— dehydrering av etan vid upphettning (500°C) i närvaro av en katalysator (Ni, Pt, Pd)
CH 3 -CH 3 → CH 2 \u003d CH 2 + H 2.
Applicering av eten
Eten är en av de viktigaste föreningarna som produceras i enorma industriell skala. Det används som råmaterial för framställning av en hel rad olika organiska föreningar (etanol, etylenglykol, ättiksyra, etc.). Eten fungerar som råmaterial för framställning av polymerer (polyeten, etc.). Det används som ett ämne som påskyndar tillväxten och mognaden av grönsaker och frukter.
Exempel på problemlösning
EXEMPEL 1
| Övning | Genomför en rad transformationer etan → eten (eten) → etanol → eten → kloretan → butan. |
| Beslut | För att erhålla eten (eten) från etan är det nödvändigt att använda etandehydreringsreaktionen, som fortsätter i närvaro av en katalysator (Ni, Pd, Pt) och vid upphettning: C2H6 → C2H4 + H2. Produktionen av etanol från eten utförs genom reaktionen av hydratisering som flyter med vatten i närvaro av mineralsyror (svavelsyra, fosfor): C2H4 + H2O \u003d C2H5OH. För att erhålla eten från etanol används en dehydreringsreaktion: Produktionen av kloretan från eten utförs genom hydrohalogeneringsreaktionen: C2H4 + HCl → C2H5Cl. För att få butan från kloretan används Wurtz-reaktionen: 2C2H5CI + 2Na → C4H10 + 2NaCl. |
EXEMPEL 2
| Övning | Beräkna hur många liter och gram eten som kan erhållas från 160 ml etanol, vars densitet är 0,8 g/ml. |
| Beslut | Eten kan erhållas från etanol genom en dehydreringsreaktion, vars tillstånd är närvaron av mineralsyror (svavelsyra, fosforsyra). Vi skriver reaktionsekvationen för framställning av eten från etanol: C2H5OH → (t, H2SO4) → C2H4 + H2O. Hitta massan av etanol: m (C2H5OH) \u003d V (C2H5OH) x ρ (C2H5OH); m (C2H5OH) \u003d 160 × 0,8 \u003d 128 g. Molar massa(molekylvikt på en mol) etanol, beräknat med hjälp av tabellen kemiska grundämnen DI. Mendeleev - 46 g/mol. Hitta mängden etanolämne: v (C2H5OH) \u003d m (C2H5OH)/M (C2H5OH); v (C2H5OH) \u003d 128/46 \u003d 2,78 mol. Enligt reaktionsekvationen v (C 2 H 5 OH): v (C 2 H 4) \u003d 1: 1, därför v (C 2 H 4) \u003d v (C 2 H 5 OH) \u003d 2,78 mol . Molär massa (molekylvikt av en mol) av eten, beräknad med hjälp av tabellen över kemiska grundämnen av D.I. Mendeleev - 28 g/mol. Hitta massan och volymen av eten: m(C2H4) = v(C2H4) x M(C2H4); V(C2H4) = v(C2H4) x Vm; m (C2H4) \u003d 2,78 × 28 \u003d 77,84 g; V (C 2 H 4) \u003d 2,78 × 22,4 \u003d 62,272 liter. |
| Svar | Massan av eten är 77,84 g, volymen av eten är 62,272 liter. |
Eten(annat namn - eten) — kemisk förening, beskriven med formeln C2H4. Eten finns praktiskt taget inte i naturen. Det är en färglös brandfarlig gas med en lätt lukt. Delvis löslig i vatten(25,6 ml i 100 ml vatten vid 0°C), etanol (359 ml under samma betingelser). Det löser sig väl i dietyleter och kolväten.
Eten är den enklaste alkenen(olefin). Den innehåller en dubbelbindning och tillhör därför omättade föreningar. Spelar extremt viktig roll inom industrin, och är också ett fytohormon.
Råvaror för polyeten med mera
Eten är det mest producerade organisk förening i världen; allmän världsproduktion etylen 2005 uppgick till 107 miljoner ton och fortsätter att växa med 4-6 % per år. källa industriell produktion eten är pyrolysen av olika kolväteråvaror, till exempel etan, propan, butan, som ingår i associerade gaser från oljeproduktion; från flytande kolväten - lågoktanfraktioner av direkt destillation av olja. Utbytet av eten är ca 30%. Samtidigt bildas propen och ett antal flytande produkter (inklusive aromatiska kolväten).
Etylenklorering ger 1,2-dikloretan, hydratisering leder till etylalkohol, interaktion med HCl leder till etylklorid. När etylen oxideras med atmosfäriskt syre i närvaro av en katalysator, bildas etylenoxid. Vid katalytisk oxidation i flytande fas med syre erhålls acetaldehyd, under samma förhållanden i närvaro av ättiksyra erhålls vinylacetat. Eten är ett alkyleringsmedel, till exempel kan det under Friedel-Crafts reaktionsförhållanden alkylera bensen och andra aromatiska föreningar. Eten kan polymerisera i närvaro av katalysatorer både oberoende och fungera som en sammonomer, vilket bildar ett brett spektrum av polymerer med olika egenskaper.
Ansökan
Eten är en av grundprodukterna inom industriell kemi och är basen i ett antal synteskedjor. Den huvudsakliga användningen av eten är som monomer vid framställning av polyeten(den största polymeren i världens produktion). Beroende på polymerisationsbetingelserna erhålls lågtryckspolyeten och högtryckspolyeten.
Polyeten används också för framställning av ett antal sampolymerer, inklusive med propen, styren, vinylacetat och andra. Eten är råvaran för framställning av etylenoxid; som alkyleringsmedel - vid framställning av etylbensen, dietylbensen, trietylbensen.
Eten används som råvara för produktion av acetaldehyd och syntetiska etanol . Det används också för syntes av etylacetat, styren, vinylacetat, vinylklorid; vid framställning av 1,2-dikloretan, etylklorid.
Eten används för acceleration av fruktmognaden- till exempel tomater, meloner, apelsiner, mandariner, citroner, bananer; avlövning av växter, vilket minskar fruktens abscission före skörd, för att minska styrkan i fästningen av frukter till moderväxter, vilket underlättar mekaniserad skörd.
Vid höga koncentrationer har eten en negativ effekt på människor och djur. narkotisk effekt.
Fysiska egenskaper hos eten:
Eten är en färglös gas med en lätt lukt, lätt löslig i vatten, löslig i alkohol och lättlöslig i dietyleter. Bildar en explosiv blandning när den blandas med luft.
Kemiska egenskaper eten:
Eten kännetecknas av reaktioner som fortskrider genom mekanismen för elektrofil, addition, radikalsubstitutionsreaktioner, oxidation, reduktion, polymerisation.
Halogenering(elektrofil addition) - interaktionen av eten med halogener, till exempel med brom, där bromvatten blir avfärgat:
CH2 = CH2 + Br2 = Br-CH2-CH2Br.
Etenhalogenering är också möjlig vid upphettning (300C), i detta fall bryts inte dubbelbindningen - reaktionen fortsätter enligt radikalsubstitutionsmekanismen:
CH2 = CH2 + Cl2 -> CH2 = CH-Cl + HCl.
Hydrohalogenering - interaktionen av eten med vätehalogenider (HCl, HBr) för att bilda halogenerade alkaner:
CH2 = CH2 + HCl → CH3-CH2-Cl.
Hydrering - interaktionen av eten med vatten i närvaro av mineralsyror (svavelsyra, fosfor) med bildandet av en begränsande envärd alkohol - etanol:
CH2 \u003d CH2 + H2O → CH3-CH2-OH.
Bland reaktionerna av elektrofil addition särskiljs addition hypoklorsyra(1), reaktioner av hydroxi- och alkoxikvicksilver (2, 3) (erhåller organiska kvicksilverföreningar) och hydroborering (4):
CH2 = CH2 + HClO → CH2(OH)-CH2-Cl (1);
CH2 = CH2 + (CH3COO)2Hg + H2O → CH2(OH)-CH2-Hg-OCOCH3 + CH3COOH (2);
CH2 = CH2 + (CH3COO)2Hg + R-OH → R-CH2(OCH3)-CH2-Hg-OCOCH3 + CH3COOH (3);
CH2 = CH2 + BH3 -> CH3-CH2-BH2 (4).
Nukleofila additionsreaktioner är karakteristiska för etenderivat innehållande elektronbortdragande substituenter. Bland de nukleofila additionsreaktionerna är en speciell plats upptagen av additionsreaktionerna av cyanvätesyra, ammoniak och etanol. Till exempel,
2ON-CH = CH2 + HCN → 2ON-CH2-CH2-CN.
Under loppet av etylenoxidationsreaktioner är bildningen av olika produkter möjlig, och sammansättningen bestäms av oxidationsförhållandena. Sålunda, under oxidationen av eten under milda förhållanden (oxidationsmedlet är kaliumpermanganat), bryts π-bindningen och bildandet av tvåvärd alkohol - etylenglykol inträffar:
3CH2 = CH2 + 2KMnO4 + 4H2O = 3CH2(OH)-CH2(OH) + 2MnO2 + 2KOH.
Under den hårda oxidationen av eten med en kokande lösning av kaliumpermanganat i ett surt medium bryts bindningen (σ-bindningen) helt med bildning av myrsyra och koldioxid:
Oxidation av eten med syre vid 200°C i närvaro av CuCl2 och PdCl2 leder till bildning av acetaldehyd:
CH2 \u003d CH2 + 1 / 2O2 \u003d CH3-CH \u003d O.
När eten reduceras bildas etan, en representant för alkanklassen. Reduktionsreaktionen (hydreringsreaktionen) av eten fortskrider genom en radikalmekanism. Villkoret för att reaktionen ska fortskrida är närvaron av katalysatorer (Ni, Pd, Pt), samt uppvärmning av reaktionsblandningen:
CH2 = CH2 + H2 = CH3-CH3.
Eten går in i polymerisationsreaktionen. Polymerisation - processen för bildning av en förening med hög molekylvikt - en polymer - genom att kombinera med varandra med hjälp av huvudvalenserna för molekylerna av den ursprungliga lågmolekylära substansen - en monomer. Etenpolymerisation sker under inverkan av syror (katjonmekanism) eller radikaler (radikalmekanism).
