Etilēna ražošana un ķīmiskās īpašības. Pirmais alkēnu pārstāvis ir etilēns. Etilēna fizikālās īpašības, ražošana, pielietojums. Problēmu risināšanas piemēri

Spilgts nepiesātināto ogļūdeņražu pārstāvis ir etēns (etilēns). Fizikālās īpašības: Bezkrāsaina uzliesmojoša gāze, sprādzienbīstama, sajaucoties ar skābekli un gaisu. No naftas ievērojamos daudzumos etilēnu iegūst vērtīgu organisko vielu (vienvērtīgo un divvērtīgo spirtu, polimēru, etiķskābes un citu savienojumu) turpmākai sintēzei.

etilēns, sp 2 -hibridizācija

Ogļūdeņražus, kas pēc struktūras un īpašībām ir līdzīgi etēnam, sauc par alkēniem. Vēsturiski šai grupai ir fiksēts cits termins - olefīni. Vispārējā formula C n H 2n atspoguļo visas vielu klases sastāvu. Tās pirmais pārstāvis ir etilēns, kura molekulā oglekļa atomi veido nevis trīs, bet tikai divas x-saites ar ūdeņradi. Alkēni ir nepiesātināti vai nepiesātināti savienojumi, to formula ir C 2 H 4 . Tikai oglekļa atoma 2 p- un 1 s-elektronu mākonis sajaucas pēc formas un enerģijas, kopā veidojas trīs õ-saites. Šo stāvokli sauc par sp2 hibridizāciju. Saglabājas ceturtā oglekļa valence, molekulā parādās π-saite. Strukturālajā formulā tiek atspoguļota struktūras iezīme. Bet simboli dažādu savienojumu veidu apzīmēšanai diagrammās parasti tiek izmantoti vienādi - domuzīmes vai punkti. Etilēna struktūra nosaka tā aktīvo mijiedarbību ar dažādu klašu vielām. Ūdens un citu daļiņu pievienošana notiek trauslās π-saites pārraušanas dēļ. Atbrīvotās valences ir piesātinātas skābekļa, ūdeņraža, halogēnu elektronu dēļ.

Etilēns: vielas fizikālās īpašības

Etēns normālos apstākļos (normāls atmosfēras spiediens un 18°C ​​temperatūra) ir bezkrāsaina gāze. Tam ir salda (ēteriska) smarža, tā ieelpošana iedarbojas uz cilvēku narkotiski. Sacietē -169,5°C, kūst tajā pašā temperatūras apstākļi. Etēns vārās -103,8°C. Uzkarsējot līdz 540°C, aizdegas. Gāze deg labi, liesma ir gaiša, ar vāju sodrēju. Etilēns šķīst ēterī un acetonā, daudz mazāk šķīst ūdenī un spirtā. Vielas noapaļotā molārā masa ir 28 g/mol. Trešais un ceturtais etēna homologās sērijas pārstāvis ir arī gāzveida vielas. Piektā un nākamo alkēnu fizikālās īpašības ir atšķirīgas, tie ir šķidrumi un cietas vielas.

Etilēna sagatavošana un īpašības

Vācu ķīmiķis Johans Behers eksperimentos nejauši izmantoja koncentrētu sērskābi. Tātad pirmo reizi etēns tika iegūts laboratorijas apstākļos (1680). 19. gadsimta vidū A.M. Butlerovs savienojumu nosauca par etilēnu. Fizikālās īpašības, un tās aprakstīja arī slavens krievu ķīmiķis. Butlerovs ierosināja strukturālā formula atspoguļojot matērijas struktūru. Metodes tā iegūšanai laboratorijā:

1. Acetilēna katalītiskā hidrogenēšana.
2. Hloretāna dehidrohalogenēšana reakcijā ar koncentrētu stipras bāzes (sārmu) spirta šķīdumu, karsējot.
3. Ūdens atdalīšana no etilmolekulām Reakcija notiek sērskābes klātbūtnē. Tā vienādojums ir: H2C-CH2-OH → H2C=CH2 + H2O

Rūpnieciskā saņemšana:

• naftas pārstrāde - ogļūdeņražu izejvielu krekinga un pirolīze;
• etāna dehidrogenēšana katalizatora klātbūtnē. H3C-CH3 → H2C \u003d CH2+H2

Etilēna struktūra izskaidro tā tipiskās ķīmiskās reakcijas - daļiņu pievienošanu ar C atomiem, kas atrodas daudzkārtējā saitē:

1. Halogenēšana un hidrohalogenēšana. Šo reakciju produkti ir halogēna atvasinājumi.
2. Hidrogenēšana (etāna piesātinājums.
3. Oksidēšana par dihidrospirtu etilēnglikolu. Tās formula ir: OH-H2C-CH2-OH.
4. Polimerizācija pēc shēmas: n(H2C=CH2) → n(-H2C-CH2-).

Pielietojums etilēnam

Frakcionējot lielos apjomos Vielas fizikālās īpašības, struktūra, ķīmiskais raksturs ļauj to izmantot etilspirta, halogēna atvasinājumu, spirtu, oksīda, etiķskābes un citu savienojumu ražošanā. Etēns ir polietilēna monomērs un arī polistirola pamatsavienojums.

Dihloretāns, ko iegūst no etēna un hlora, ir labs šķīdinātājs, ko izmanto polivinilhlorīda (PVC) ražošanā. Plēve, caurules, trauki ir izgatavoti no zema un augstspiediena polietilēna, kompaktdisku maciņi un citas detaļas izgatavotas no polistirola. PVC ir linoleja, ūdensizturīgu lietusmēteļu pamats. Lauksaimniecībā augļus pirms ražas novākšanas apstrādā ar etēnu, lai paātrinātu nogatavošanos.

Kvīts

Etilēnu sāka plaši izmantot kā monomēru pirms Otrā pasaules kara, jo bija nepieciešams iegūt augstas kvalitātes izolācijas materiālu, kas varētu aizstāt polivinilhlorīdu. Pēc metodes izstrādes etilēna polimerizācijai zem augsta spiediena un iegūtā polietilēna dielektrisko īpašību izpētes, sākās tā ražošana, vispirms Lielbritānijā, vēlāk arī citās valstīs.

Galvenā rūpnieciskā metode etilēna ražošanai ir šķidro naftas destilātu vai zemāk piesātināto ogļūdeņražu pirolīze. Reakciju veic cauruļu krāsnīs +800-950 °C un 0,3 MPa spiedienā. Ja kā izejvielu izmanto tiešās destilācijas benzīnu, etilēna iznākums ir aptuveni 30%. Vienlaikus ar etilēnu veidojas arī ievērojams daudzums šķidro ogļūdeņražu, tostarp aromātisko. Dīzeļdegvielas pirolīzes laikā etilēna iznākums ir aptuveni 15-25%. Vislielākā etilēna iznākums - līdz 50% - tiek sasniegts, ja kā izejvielas tiek izmantoti piesātinātie ogļūdeņraži: etāns, propāns un butāns. To pirolīzi veic tvaika klātbūtnē.

Izlaižot no ražošanas, preču uzskaites operāciju laikā, pārbaudot tās atbilstību normatīvajai un tehniskajai dokumentācijai, etilēna paraugus ņem saskaņā ar procedūru, kas aprakstīta GOST 24975.0-89 “Etilēns un propilēns. Izlases metodes". Etilēna paraugu ņemšanu var veikt gan gāzveida, gan sašķidrinātā veidā īpašos paraugu ņemamos saskaņā ar GOST 14921.

Krievijā rūpnieciski ražotajam etilēnam jāatbilst prasībām, kas noteiktas GOST 25070-2013 “Etilēns. Specifikācijas".

Ražošanas struktūra

Šobrīd etilēna ražošanas struktūrā 64% ietilpst lielas tonnāžas pirolīzes iekārtās, ~17% - mazas tonnāžas gāzes pirolīzes rūpnīcās, ~11% ir benzīna pirolīze, bet 8% - etāna pirolīze.

Pieteikums

Etilēns ir galvenais organiskās sintēzes produkts, un to izmanto, lai iegūtu šādus savienojumus (norādīti alfabētiskā secībā):

• Dihloretāns / vinilhlorīds (3. vieta, 12% no kopējā tilpuma);
• Etilēnoksīds (2. vieta, 14-15% no kopējā tilpuma);
• Polietilēns (1. vieta, līdz 60% no kopējā apjoma);

Etilēns sajaukts ar skābekli tika izmantots medicīnā anestēzijai līdz 80. gadu vidum PSRS un Tuvajos Austrumos. Etilēns ir fitohormons gandrīz visos augos, cita starpā tas ir atbildīgs par skujkoku skuju nokrišanu.

Molekulas elektroniskā un telpiskā struktūra

Oglekļa atomi atrodas otrajā valences stāvoklī (sp 2 hibridizācija). Rezultātā plaknē 120° leņķī veidojas trīs hibrīdmākoņi, kas veido trīs σ-saites ar oglekļa un diviem ūdeņraža atomiem; p-elektrons, kas nepiedalījās hibridizācijā, perpendikulārā plaknē veido π-saiti ar blakus esošā oglekļa atoma p-elektronu. Tas veido dubultsaiti starp oglekļa atomiem. Molekulai ir plakana struktūra.

Galvenās ķīmiskās īpašības

Etilēns - ķīmiski aktīvā viela. Tā kā molekulā starp oglekļa atomiem ir dubultsaite, viens no tiem, mazāk stiprs, viegli pārtrūkst, un saites pārrāvuma vietā molekulas savienojas, oksidējas un polimerizējas.

• Halogenēšana:

• Hidrogenēšana:

• Hidrohalogenēšana:

• Hidratācija:

• Oksidācija:

• Degšana:

• Polimerizācija (polietilēna iegūšana):

Bioloģiskā loma

Viena no pazīstamākajām etilēna funkcijām ir tā sauktās trīskāršās reakcijas attīstība etiolētos (tumsā audzētos) stādos, apstrādājot ar šo hormonu. Trīskāršā atbilde ietver trīs reakcijas: hipokotila saīsināšanu un sabiezēšanu, saknes saīsināšanu un apikālā āķa nostiprināšanos (ass līkums hipokotila augšdaļā). Stādu reakcija uz etilēnu ir ārkārtīgi svarīga to attīstības pirmajos posmos, jo tas veicina stādu iekļūšanu pret gaismu.

Komerciālajā augļu un augļu novākšanā augļu nogatavināšanai izmanto speciālas telpas vai kameras, kurās etilēnu ievada no speciāliem katalītiskajiem ģeneratoriem, kas no šķidrā etanola ražo gāzveida etilēnu. Parasti, lai stimulētu augļu nogatavošanos, gāzveida etilēna koncentrācija kameras atmosfērā ir no 500 līdz 2000 ppm 24-48 stundas. Ar vairāk paaugstināta temperatūra gaiss un augstāka etilēna koncentrācija gaisā, augļu nogatavošanās notiek ātrāk. Tomēr ir svarīgi nodrošināt oglekļa dioksīda satura kontroli kameras atmosfērā, jo nogatavināšana augstā temperatūrā (temperatūra virs 20 grādiem pēc Celsija) vai nogatavināšana pie augstas etilēna koncentrācijas kameras gaisā izraisa strauju ogļskābās gāzes emisijas no strauji nogatavojušajiem augļiem, dažkārt līdz 10%.ogļskābā gāze gaisā pēc 24 stundām no nogatavošanās sākuma, kas var izraisīt saindēšanos ar ogļskābo gāzi gan darbiniekiem, kuri novāc jau nogatavojušos augļus, gan pašiem augļiem.

Kopš tā laika etilēnu izmanto, lai stimulētu augļu nogatavošanos Senā Ēģipte. Senie ēģiptieši tīši skrāpēja vai nedaudz skrāpēja, sita nost dateles, vīģes un citus augļus, lai stimulētu to nogatavošanos (audu bojājumi stimulē etilēna veidošanos augu audos). Senie ķīnieši telpās dedzināja koka vīraka kociņus vai aromātiskās sveces, lai stimulētu persiku nogatavošanos (dedzinot sveces vai malku, izdalās ne tikai ogļskābā gāze, bet arī nepilnīgi oksidētie starpsadegšanas produkti, tai skaitā etilēns). 1864. gadā tika atklāts, ka dabasgāze, kas noplūda no ielu lampām, izraisīja augšanas kavēšanu tuvējo augu garumā, to sagriešanos, stublāju un sakņu nenormālu sabiezēšanu un paātrina augļu nogatavošanos. 1901. gadā krievu zinātnieks Dmitrijs Ņeļubovs parādīja, ka dabasgāzes aktīvā sastāvdaļa, kas izraisa šīs izmaiņas, ir nevis tās galvenā sastāvdaļa metāns, bet gan tajā nelielos daudzumos esošais etilēns. Vēlāk 1917. gadā Sāra Dubta pierādīja, ka etilēns stimulē priekšlaicīgu lapu krišanu. Tomēr tikai 1934. gadā Geins atklāja, ka augi paši sintezē endogēno etilēnu. . 1935. gadā Krokers ierosināja, ka etilēns ir augu hormons, kas atbild par augļu nogatavošanās fizioloģisko regulēšanu, kā arī par auga veģetatīvo audu novecošanos, lapu krišanu un augšanas kavēšanu.

Jauniešu cikls

Etilēna biosintētiskais cikls sākas ar aminoskābes metionīna pārvēršanu par S-adenozilmetionīnu (SAMe), ko veic enzīms metionīna adenoziltransferāze. Tad S-adenozil-metionīns tiek pārveidots par 1-aminociklopropān-1-karbonskābi (ACA, ACC), izmantojot enzīmu 1-aminociklopropān-1-karboksilāta sintetāzi (ACC sintetāzi). ACC sintetāzes aktivitāte ierobežo visa cikla ātrumu, tāpēc šī enzīma aktivitātes regulēšana ir svarīga etilēna biosintēzes regulēšanā augos. Pēdējam etilēna biosintēzes posmam ir nepieciešams skābeklis, un tas notiek, iedarbojoties enzīmam aminociklopropāna karboksilāta oksidāze (ACC oksidāze), kas agrāk bija pazīstams kā etilēnu veidojošs enzīms. Etilēna biosintēzi augos ierosina gan eksogēnais, gan endogēnais etilēns (pozitīva atgriezeniskā saite). ACC sintetāzes aktivitāte un attiecīgi etilēna veidošanās palielinās arī pie augsta auksīnu, īpaši indoletiķskābes, un citokinīnu līmeņa.

Etilēna signālu augos uztver vismaz piecas dažādas transmembrānu receptoru ģimenes, kas ir olbaltumvielu dimēri. Jo īpaši zināms etilēna receptors ETR 1 Arabidopsis ( Arabidopsis). Gēni, kas kodē etilēna receptorus, ir klonēti Arabidopsis un pēc tam tomātos. Etilēna receptorus kodē vairāki gēni gan Arabidopsis, gan tomātu genomos. Mutācijas jebkurā gēnu saimē, kas sastāv no piecu veidu etilēna receptoriem Arabidopsis un vismaz sešu veidu receptoriem tomātos, var izraisīt augu nejutīgumu pret etilēnu un nobriešanas, augšanas un vīšanas procesu traucējumus. Etilēna receptoru gēniem raksturīgas DNS sekvences ir atrastas arī daudzās citās augu sugās. Turklāt zilaļģēs pat ir atrasts etilēnu saistošs proteīns.

Nelabvēlīgi ārējie faktori, piemēram, nepietiekams skābekļa saturs atmosfērā, plūdi, sausums, sals, auga mehāniski bojājumi (traumas), patogēnu mikroorganismu, sēnīšu vai kukaiņu uzbrukumi, var izraisīt palielinātu etilēna veidošanos augu audos. Tā, piemēram, plūdu laikā auga saknes cieš no pārmērīga ūdens un skābekļa trūkuma (hipoksija), kas tajās izraisa 1-aminociklopropān-1-karbonskābes biosintēzi. Pēc tam ACC tiek transportēts pa ceļiem kātos līdz lapām un lapās oksidējas līdz etilēnam. Iegūtais etilēns veicina epinastiskas kustības, izraisot mehānisku ūdens izkratīšanu no lapām, kā arī lapu, ziedu ziedlapu un augļu vītināšanu un krišanu, kas ļauj augam vienlaicīgi atbrīvoties no liekā ūdens organismā un samazināt nepieciešamību pēc skābekli, samazinot kopējo audu masu.

Neliels endogēnā etilēna daudzums veidojas arī dzīvnieku šūnās, tostarp cilvēkos, lipīdu peroksidācijas laikā. Daļa endogēnā etilēna pēc tam tiek oksidēti par etilēnoksīdu, kam ir spēja alkilēt DNS un olbaltumvielas, tostarp hemoglobīnu (veidojot specifisku aduktu ar hemoglobīna N-gala valīnu, N-hidroksietil-valīnu). Endogēnais etilēnoksīds var arī alkilēt DNS guanīna bāzes, kā rezultātā veidojas 7-(2-hidroksietil)-guanīna adukts, un tas ir viens no iemesliem, kas izraisa endogēnas kanceroģenēzes risku visām dzīvajām būtnēm. Endogēnais etilēnoksīds ir arī mutagēns. No otras puses, pastāv hipotēze, ka, ja organismā neveidotos neliels daudzums endogēnā etilēna un attiecīgi etilēna oksīda, tad spontānu mutāciju ātrums un attiecīgi arī evolūcijas ātrums būtu daudz lielāks. zemāks.

Piezīmes

1. Devannijs Maikls T. Etilēns(Angļu) (saite nav pieejama). SRI Consulting (2009. gada septembris). Arhivēts no oriģināla, laiks: 2010. gada 18. jūlijā.
2. Etilēns(Angļu) (saite nav pieejama). WP ziņojums. SRI Consulting (2010. gada janvāris). Arhivēts no oriģināla, laiks: 2010. gada 31. augusts.
3. Ogļūdeņražu: metāna, etāna, etilēna, propāna, propilēna, butāna, alfa-butilēna, izopentāna masas koncentrāciju gāzu hromatogrāfiskie mērījumi darba zonas gaisā. Metodiskie norādījumi. MUK 4.1.1306-03 (apstiprināts ar Krievijas Federācijas galvenā valsts sanitārā ārsta 2003. gada 30. martu)
4. "Augu augšana un attīstība" V. V. Čubs (nenoteikts) (saite nav pieejama). Iegūts 2007. gada 21. janvārī. Arhivēts no oriģināla 2007. gada 20. janvārī.
5. "Ziemassvētku egles adatas nozaudēšanas aizkavēšana"
6. Khomčenko G.P. §16.6. Etilēns un tā homologi// Ķīmija reflektantiem augstskolās. - 2. izd. - M.: Augstskola, 1993. - S. 345. - 447 lpp. - ISBN 5-06-002965-4.
7. V. Š. Feldblūms. Olefīnu dimerizācija un disproporcija. Maskava: Ķīmija, 1978
8. Līns, Z.; Džons, S.; Griersons, D. (2009). "Pēdējie sasniegumi etilēna izpētē". J. Exp. bot. 60 (12): 3311-36. DOI:10.1093/jxb/erp204. PMID.
9. Etilēns un augļu nogatavošanās / J Augu augšanas regula (2007) 26:143-159 doi: 10.1007/s00344-007-9002-y
10. Lutova L.A. Augu attīstības ģenētika / red. S.G. Inge-Večtomovs. - 2. izdevums - Sanktpēterburga: N-L, 2010. - S. 432.
11. . ne-postharvest.com Arhivēts 2010. gada 14. septembrī vietnē Wayback Machine
12. Ņeļubovs D. N. (1901). "Par horizontālo nutāciju Pisum sativum un dažos citos augos". Sanktpēterburgas Dabas vēstures biedrības materiāli. 31 (viens). , arī Beihefte zum "Bot. Centralblatt, X sēj., 1901

DEFINĪCIJA

Etilēns (etēns)- pirmais vairāku alkēnu pārstāvis - nepiesātinātie ogļūdeņraži ar vienu dubultsaiti.

Formula - C 2 H 4 (CH 2 \u003d CH 2). Molekulmasa (viena mola masa) - 28 g / mol.

Ogļūdeņraža radikāli, kas veidojas no etilēna, sauc par vinilu (-CH = CH 2). Oglekļa atomi etilēna molekulā atrodas sp 2 hibridizācijā.

Etilēna ķīmiskās īpašības

Etilēnu raksturo reakcijas, kas notiek pēc elektrofīlo, pievienošanas, radikāļu aizvietošanas reakciju, oksidācijas, reducēšanas un polimerizācijas mehānisma.

Halogenēšana(elektrofīlā pievienošana) - etilēna mijiedarbība ar halogēniem, piemēram, ar bromu, kurā broma ūdens atkrāsojas:

CH 2 \u003d CH 2 + Br 2 \u003d Br-CH 2 -CH 2 Br.

Etilēna halogenēšana iespējama arī karsējot (300C), šajā gadījumā dubultsaite neplīst - reakcija notiek pēc radikālas aizstāšanas mehānisma:

CH 2 \u003d CH 2 + Cl 2 → CH 2 \u003d CH-Cl + HCl.

Hidrohalogenēšana- etilēna mijiedarbība ar ūdeņraža halogenīdiem (HCl, HBr), veidojot halogenētus alkānus:

CH 2 \u003d CH 2 + HCl → CH 3 -CH 2 -Cl.

Hidratācija- etilēna mijiedarbība ar ūdeni minerālskābju (sērskābe, fosforskābe) klātbūtnē, veidojot piesātinātu vienvērtīgu spirtu - etanolu:

CH 2 \u003d CH 2 + H 2 O → CH 3 -CH 2 -OH.

Starp elektrofīlās pievienošanas reakcijām izšķir pievienošanu hipohlorskābe(1), reakcijas hidroksi- un alkoksimerkurācija(2, 3) (dzīvsudraba iegūšana organiskie savienojumi) un hidroborēšana (4):

CH2 \u003d CH2 + HClO → CH2(OH)-CH2-Cl (1);

CH 2 \u003d CH 2 + (CH 3 COO) 2 Hg + H 2 O → CH 2 (OH) -CH 2 -Hg-OCOCH 3 + CH 3 COOH (2);

CH 2 = CH 2 + (CH 3 COO) 2 Hg + R-OH → R-CH 2 (OCH 3) -CH 2 -Hg-OCOCH 3 + CH 3 COOH (3);

CH2 \u003d CH2 + BH3 → CH3-CH2-BH2 (4).

Nukleofīlās pievienošanās reakcijas ir raksturīgas etilēna atvasinājumiem, kas satur elektronus izvelkas aizvietotājus. Starp nukleofīlajām pievienošanas reakcijām īpaša vieta aizņem ciānūdeņražskābes, amonjaka, etanola pievienošanas reakcijas. Piemēram,

2 ON-CH \u003d CH 2 + HCN → 2 ON-CH 2 -CH 2 -CN.

Laikā oksidācijas reakcijas iespējama etilēna veidošanās dažādi produkti, un sastāvu nosaka oksidācijas apstākļi. Piemēram, etilēna oksidēšanas laikā vieglos apstākļos(oksidētājs - kālija permanganāts), π-saite pārtrūkst un veidojas divvērtīgs spirts - etilēnglikols:

3CH 2 \u003d CH 2 + 2KMnO 4 + 4H 2 O \u003d 3CH 2 (OH) -CH 2 (OH) + 2MnO 2 + 2KOH.

Plkst cieta oksidēšana etilēns ar verdošu kālija permanganāta šķīdumu skābā vidē, notiek pilnīga saites (σ-saite) šķelšanās, veidojoties skudrskābei un oglekļa dioksīdam:

Oksidācija etilēns skābeklis 200 C temperatūrā CuCl 2 un PdCl 2 klātbūtnē izraisa acetaldehīda veidošanos:

CH 2 = CH 2 + 1 / 2O 2 = CH 3 - CH \u003d O.

Plkst atveseļošanās etilēns ir etāna veidošanās, alkānu klases pārstāvis. Etilēna reducēšanas reakcija (hidrogenēšanas reakcija) notiek ar radikālu mehānismu. Reakcijas norises nosacījums ir katalizatoru (Ni, Pd, Pt) klātbūtne, kā arī reakcijas maisījuma karsēšana:

CH 2 = CH 2 + H 2 \u003d CH 3 - CH 3.

Etilēns ienāk polimerizācijas reakcija. Polimerizācija - augstas molekulmasas savienojuma - polimēra - veidošanās process, savienojoties savā starpā, izmantojot sākotnējās zemas molekulmasas vielas - monomēra - molekulu galvenās valences. Etilēna polimerizācija notiek skābju (katjonu mehānisms) vai radikāļu (radikāļu mehānisms) iedarbībā:

n CH2 \u003d CH2 \u003d - (-CH2-CH2-) n -.

Etilēna fizikālās īpašības

Etilēns ir bezkrāsaina gāze ar vieglu smaku, nedaudz šķīst ūdenī, šķīst spirtā un viegli šķīst dietilēterī. Sajaucot ar gaisu, veido sprādzienbīstamu maisījumu

Etilēna ražošana

Galvenās etilēna ražošanas metodes:

— alkānu halogēna atvasinājumu dehidrohalogenēšana sārmu spirta šķīdumu iedarbībā

CH3-CH2-Br + KOH → CH2 = CH2 + KBr + H2O;

— dihalogenēto alkānu dehalogenēšana aktīvo metālu iedarbībā

Cl-CH2-CH2-Cl + Zn → ZnCl2 + CH2 = CH2;

- etilēna dehidratācija, kad to karsē ar sērskābi (t > 150 C) vai kad tā tvaiki tiek izlaisti pāri katalizatoram

CH3-CH2-OH → CH2 = CH2 + H2O;

— etāna dehidrogenēšana karsējot (500C) katalizatora (Ni, Pt, Pd) klātbūtnē

CH3-CH3 → CH2 \u003d CH2+H2.

Etilēna pielietojums

Etilēns ir viens no svarīgākajiem savienojumiem, ko ražo milzīgā rūpnieciskā mērogā. To izmanto kā izejvielu dažādu organisko savienojumu (etanola, etilēnglikola, etiķskābes uc) ražošanai. Etilēns kalpo kā izejviela polimēru (polietilēna utt.) ražošanai. To lieto kā vielu, kas paātrina dārzeņu un augļu augšanu un nogatavošanos.

Problēmu risināšanas piemēri

1. PIEMĒRS

2. PIEMĒRS

Etilēna atklāšanas vēsture

Etilēnu pirmo reizi ieguva vācu ķīmiķis Johans Behers 1680. gadā, iedarbojoties ar vitriola eļļu (H 2 SO 4) uz vīna (etil) spirtu (C 2 H 5 OH).

CH 3 -CH 2 -OH + H 2 SO 4 → CH 2 \u003d CH 2 + H 2 O

Sākotnēji tas tika identificēts ar "degošu gaisu", t.i., ar ūdeņradi. Vēlāk, 1795. gadā, holandiešu ķīmiķi Deimans, Pots-van-Trusvik, Bonds un Lauerenburgs līdzīgi ieguva etilēnu un aprakstīja to ar nosaukumu "naftas gāze", jo viņi atklāja etilēna spēju piesaistīt hloru, veidojot eļļainu šķidrumu - etilēnu. hlorīds ("holandiešu ķīmiķu eļļa"), (Prohorovs, 1978).

Etilēna, tā atvasinājumu un homologu īpašību izpēte sākās 19. gadsimta vidū. Šo savienojumu praktiskās izmantošanas sākumu noteica klasiskie pētījumi par A.M. Butlerovs un viņa studenti nepiesātināto savienojumu jomā un īpaši Butlerova ķīmiskās struktūras teorijas radīšana. 1860. gadā viņš ieguva etilēnu, vara iedarbojoties uz metilēnjodīdu, izveidojot etilēna struktūru.

1901. gadā Dmitrijs Nikolajevičs Ņeļubovs laboratorijā Sanktpēterburgā audzēja zirņus, bet sēklas deva savītus, saīsinātus stādus, kuriem galotne bija saliekta ar āķi un nelocījās. Siltumnīcā un svaigs gaiss stādi bija vienmērīgi, augsti, un galotne ātri iztaisnoja āķi gaismā. Neļubovs ierosināja, ka faktors, kas izraisa fizioloģiskais efekts, atrodas laboratorijas gaisā.

Toreiz telpas bija apgaismotas ar gāzi. Tā pati gāze dega ielu lampās, un jau sen ir novērots, ka gāzes vada avārijas gadījumā gāzes noplūdes vietas tuvumā stāvošie koki priekšlaicīgi nodzeltē un nomet lapas.

Apgaismošanas gāze saturēja dažādus organisko vielu. Lai noņemtu gāzes piejaukumu, Ņeļubovs to izlaida caur sakarsētu cauruli ar vara oksīdu. Zirņu stādi normāli attīstījās "attīrītā" gaisā. Lai precīzi noskaidrotu, kura viela izraisa stādu reakciju, Ņeļubovs pēc kārtas pievienoja dažādas apgaismojuma gāzes sastāvdaļas un konstatēja, ka etilēna pievienošana izraisa:

1) lēna stāda garuma augšana un sabiezēšana,

2) "neliecama" apikāla cilpa,

3) Mainot stāda orientāciju telpā.

Šo stādu fizioloģisko reakciju sauc par trīskāršo reakciju uz etilēnu. Zirņi bija tik jutīgi pret etilēnu, ka sāka tos izmantot biopārbaudēs, lai noteiktu zemu šīs gāzes koncentrāciju. Drīz vien tika atklāts, ka etilēns izraisa arī citas sekas: lapu krišanu, augļu nogatavošanos utt. Izrādījās, ka augi paši spēj sintezēt etilēnu; etilēns ir fitohormons (Petuškova, 1986).

Etilēna fizikālās īpašības

Etilēns- organisks ķīmisks savienojums, kas aprakstīts ar formulu C 2 H 4 . Tas ir vienkāršākais alkēns ( olefīns).

Etilēns ir bezkrāsaina gāze ar vāji saldu smaržu, kuras blīvums ir 1,178 kg/m³ (vieglāks par gaisu), un tās ieelpošana rada narkotisku iedarbību uz cilvēkiem. Etilēns šķīst ēterī un acetonā, daudz mazāk šķīst ūdenī un spirtā. Sajaucot ar gaisu, veido sprādzienbīstamu maisījumu

Sacietē pie -169,5°C, kūst tādos pašos temperatūras apstākļos. Etēns vārās –103,8°C. Uzkarsējot līdz 540°C, aizdegas. Gāze deg labi, liesma ir gaiša, ar vāju sodrēju. Vielas noapaļotā molārā masa ir 28 g/mol. Trešais un ceturtais etēna homologās sērijas pārstāvis ir arī gāzveida vielas. Piektā un nākamo alkēnu fizikālās īpašības ir atšķirīgas, tie ir šķidrumi un cietas vielas.

Etilēna ražošana

Galvenās etilēna ražošanas metodes:

Alkānu halogēna atvasinājumu dehidrohalogenēšana sārmu spirta šķīdumu iedarbībā

CH3-CH2-Br + KOH → CH2 = CH2 + KBr + H2O;

Dihalogenēto alkānu dehalogenēšana aktīvo metālu iedarbībā

Cl-CH2-CH2-Cl + Zn → ZnCl2 + CH2 = CH2;

Etilēna dehidratācija, kad to karsē ar sērskābi (t>150˚ C) vai kad tā tvaiki tiek izlaisti pāri katalizatoram

CH3-CH2-OH → CH2 = CH2 + H2O;

Etāna dehidrogenēšana karsējot (500C) katalizatora (Ni, Pt, Pd) klātbūtnē

CH3-CH3 → CH2 \u003d CH2+H2.

Ķīmiskās īpašības etilēns

Etilēnu raksturo reakcijas, kas notiek pēc elektrofīlo, pievienošanas, radikāļu aizvietošanas reakciju, oksidācijas, reducēšanas un polimerizācijas mehānisma.

1. Halogenēšana(elektrofīlā pievienošana) - etilēna mijiedarbība ar halogēniem, piemēram, ar bromu, kurā broma ūdens atkrāsojas:

CH 2 \u003d CH 2 + Br 2 \u003d Br-CH 2 -CH 2 Br.

Etilēna halogenēšana iespējama arī karsējot (300C), šajā gadījumā dubultsaite neplīst - reakcija notiek pēc radikālas aizstāšanas mehānisma:

CH 2 \u003d CH 2 + Cl 2 → CH 2 \u003d CH-Cl + HCl.

2. Hidrohalogenēšana- etilēna mijiedarbība ar ūdeņraža halogenīdiem (HCl, HBr), veidojot halogenētus alkānus:

CH 2 \u003d CH 2 + HCl → CH 3 -CH 2 -Cl.

3. Hidratēšana- etilēna mijiedarbība ar ūdeni minerālskābju (sērskābes, fosforskābes) klātbūtnē, veidojot piesātinātu vienvērtīgu spirtu - etanolu:

CH 2 \u003d CH 2 + H 2 O → CH 3 -CH 2 -OH.

Starp elektrofīlās pievienošanas reakcijām izšķir pievienošanu hipohlorskābe(1), reakcijas hidroksi- un alkoksimerkurācija(2, 3) (dzīvsudraba organisko savienojumu iegūšana) un hidroborēšana (4):

CH2 \u003d CH2 + HClO → CH2(OH)-CH2-Cl (1);

CH 2 \u003d CH 2 + (CH 3 COO) 2 Hg + H 2 O → CH 2 (OH) -CH 2 -Hg-OCOCH 3 + CH 3 COOH (2);

CH 2 = CH 2 + (CH 3 COO) 2 Hg + R-OH → R-CH 2 (OCH 3) -CH 2 -Hg-OCOCH 3 + CH 3 COOH (3);

CH2 \u003d CH2 + BH3 → CH3-CH2-BH2 (4).

Nukleofīlās pievienošanās reakcijas ir raksturīgas etilēna atvasinājumiem, kas satur elektronus izvelkas aizvietotājus. Starp nukleofīlajām pievienošanas reakcijām īpašu vietu ieņem ciānūdeņražskābes, amonjaka un etanola pievienošanas reakcijas. Piemēram,

2 ON-CH \u003d CH 2 + HCN → 2 ON-CH 2 -CH 2 -CN.

4. oksidēšana. Etilēns viegli oksidējas. Ja etilēnu izlaiž cauri kālija permanganāta šķīdumam, tas kļūs bezkrāsains. Šo reakciju izmanto, lai atšķirtu piesātinātos un nepiesātinātos savienojumus. Rezultāts ir etilēnglikols.

3CH 2 \u003d CH 2 + 2KMnO 4 + 4H 2 O \u003d 3CH 2 (OH) -CH 2 (OH) + 2MnO 2 + 2KOH.

Plkst cieta oksidēšana etilēns ar verdošu kālija permanganāta šķīdumu skābā vidē, notiek pilnīga saites (σ-saite) šķelšanās, veidojoties skudrskābei un oglekļa dioksīdam:

Oksidācija etilēns skābeklis 200 C temperatūrā CuCl 2 un PdCl 2 klātbūtnē izraisa acetaldehīda veidošanos:

CH 2 = CH 2 + 1 / 2O 2 = CH 3 - CH \u003d O.

5. hidrogenēšana. Plkst atveseļošanās etilēns ir etāna veidošanās, alkānu klases pārstāvis. Etilēna reducēšanas reakcija (hidrogenēšanas reakcija) notiek ar radikālu mehānismu. Reakcijas norises nosacījums ir katalizatoru (Ni, Pd, Pt) klātbūtne, kā arī reakcijas maisījuma karsēšana:

CH 2 = CH 2 + H 2 \u003d CH 3 - CH 3.

6. Etilēns nonāk polimerizācijas reakcija. Polimerizācija - augstas molekulmasas savienojuma - polimēra - veidošanās process, savienojoties savā starpā, izmantojot sākotnējās zemas molekulmasas vielas - monomēra - molekulu galvenās valences. Etilēna polimerizācija notiek skābju (katjonu mehānisms) vai radikāļu (radikāļu mehānisms) iedarbībā:

n CH2 \u003d CH2 \u003d - (-CH2-CH2-) n -.

7. Degšana:

C 2 H 4 + 3O 2 → 2CO 2 + 2H 2 O

8. Dimerizācija. Dimerizācija- jaunas vielas veidošanās process, apvienojot divus strukturālos elementus (molekulas, ieskaitot olbaltumvielas, vai daļiņas) kompleksā (dimērā), ko stabilizē vājas un/vai kovalentas saites.

2CH 2 = CH 2 → CH 2 \u003d CH-CH 2 -CH 3

Pieteikums

Etilēnu izmanto divās galvenajās kategorijās: kā monomēru, no kura tiek veidotas lielas oglekļa ķēdes, un kā izejmateriālu citiem divu oglekļa savienojumiem. Polimerizācijas ir daudzu mazu etilēna molekulu atkārtotas kombinācijas lielākās. Šis process notiek plkst augsts spiediens un temperatūras. Etilēna pielietojums ir daudz. Polietilēns ir polimērs, ko īpaši lielos daudzumos izmanto iepakojuma plēvju, stiepļu pārklājumu un plastmasas pudeles. Vēl viens etilēna kā monomēra lietojums attiecas uz lineāru α-olefīnu veidošanos. Etilēns ir izejmateriāls vairāku divu oglekļa savienojumu, piemēram, etanola ( rūpnieciskais alkohols), etilēnoksīds ( antifrīzs, poliestera šķiedras un plēves), acetaldehīds un vinilhlorīds. Papildus šiem savienojumiem etilēns ar benzolu veido etilbenzolu, ko izmanto plastmasas un sintētiskā kaučuka ražošanā. Attiecīgā viela ir viens no vienkāršākajiem ogļūdeņražiem. Tomēr etilēna īpašības padara to bioloģiski un ekonomiski nozīmīgu.

Etilēna īpašības nodrošina labu komerciālu pamatu liels skaits organiskie (satur oglekli un ūdeņradi) materiāli. Atsevišķas etilēna molekulas var savienot kopā, lai izveidotu polietilēnu (kas nozīmē daudzas etilēna molekulas). Polietilēnu izmanto plastmasas ražošanai. Turklāt to var izmantot, lai izgatavotu mazgāšanas līdzekļi un sintētiskās smērvielas, kas ir ķīmiskas vielas, ko izmanto berzes samazināšanai. Etilēna izmantošana stirolu iegūšanai ir aktuāla gumijas un aizsargiepakojuma veidošanas procesā. Turklāt to izmanto apavu, īpaši sporta apavu, rūpniecībā, kā arī to ražošanā auto riepas. Etilēna izmantošana ir komerciāli svarīga, un pati gāze ir viens no visbiežāk ražotajiem ogļūdeņražiem pasaules mērogā.

Etilēnu izmanto speciāla stikla ražošanai automobiļu rūpniecībai.