Какие химические свойства проявляет этан

этан простой углеводород формулы C2H6 с природой бесцветного газа без запаха, который имеет очень ценное и разнообразное применение в синтезе этилена. Кроме того, это один из земных газов, который также был обнаружен на других планетах и ​​звездных телах вокруг Солнечной системы. Он был открыт ученым Майклом Фарадеем в 1834 году.

Среди большого количества органических соединений, образованных атомами углерода и водорода (известных как углеводороды), есть те, которые находятся в газообразном состоянии при температурах и давлениях окружающей среды, которые чрезвычайно используются во многих отраслях промышленности..

Они обычно происходят из газообразной смеси, называемой «природный газ», продукта, представляющего большую ценность для человечества, и составляют метан, этан, пропан и бутан, среди прочих; классифицируется в зависимости от количества атомов углерода в его цепи.

индекс

• 1 Химическая структура 
  • 1.1 Синтез этана
• 2 свойства
  • 2.1 Растворимость этана
  • 2.2 Кристаллизация этана
  • 2.3 Сжигание этана
  • 2.4 Этан в атмосфере и в небесных телах
• 3 использования
  • 3.1 Производство этилена
  • 3.2 Обучение основным химическим веществам
  • 3.3 Хладагент
• 4 Риск этана
• 5 ссылок

Химическая структура 

Этан является молекулой с формулой С2H6, обычно рассматривается как объединение двух метильных групп (-CH3) с образованием углеводорода простой углерод-углеродной связи. Это также самое простое органическое соединение после метана, представленное следующим образом:

H3С-СН3

Атомы углерода в этой молекуле обладают sp-гибридизацией3, поэтому молекулярные связи имеют свободное вращение.

Также существует внутреннее явление этана, которое основано на одинаковом вращении молекулярной структуры и минимальной энергии, необходимой для вращения связи на 360 градусов, которое ученые назвали «этановым барьером»..

По этой причине этан может встречаться в различных конфигурациях в зависимости от его вращения, даже если существует более стабильная конформация, когда атомы водорода находятся напротив друг друга (как показано на рисунке)..

Синтез этана

Этан может быть легко синтезирован из электролиза Колбе, органической реакции, в которой происходят две стадии: электрохимическое декарбоксилирование (удаление карбоксильной группы и выделение углекислого газа) двух карбоновых кислот и комбинация продуктов промежуточные соединения с образованием ковалентной связи.

Точно так же электролиз уксусной кислоты приводит к образованию этана и углекислого газа, и эта реакция используется для синтеза первого.

Окисление уксусного ангидрида под действием пероксидов, концепция, аналогичная концепции электролиза Колбе, также приводит к образованию этана.

Таким же образом он может быть эффективно отделен от природного газа и метана процессом сжижения с использованием криогенных систем для улавливания этого газа и отделения его от смесей с другими газами..

Для этой роли предпочтителен процесс турбонаддува: газовая смесь пропускается через турбину, создавая ее расширение, пока ее температура не опустится ниже -100ºC..

Уже на этом этапе компоненты смеси могут быть дифференцированы, так что жидкий этан будет отделен от газообразного метана и других видов, связанных с использованием перегонки.

свойства

Этан встречается в природе как газ без цвета и запаха при стандартных давлениях и температурах (1 атм и 25 ° C). Он имеет температуру кипения -88,5 ºC и температуру плавления -182,8 ºC. Кроме того, он не подвержен воздействию сильных кислот или оснований..

Растворимость в этаноле

Молекулы этана имеют симметричную конфигурацию и имеют слабые силы притяжения, которые удерживают их вместе, называемые силами рассеивания.

Когда пытаются растворить этан в воде, силы притяжения, возникающие между газом и жидкостью, очень слабы, поэтому очень трудно соединить этан с молекулами воды..

По этой причине растворимость этана является значительно низкой, слегка увеличиваясь при повышении давления в системе..

Кристаллизация этана

Этан может затвердеть, что приводит к образованию нестабильных кристаллов этана с кубической кристаллической структурой.

При понижении температуры выше -183,2 ° С эта структура становится моноклинной, что повышает стабильность ее молекулы.

Сжигание этана

Этот углеводород, даже если он широко не используется в качестве топлива, может использоваться в процессах сжигания для производства углекислого газа, воды и тепла, который представлен следующим образом:

2С2H6 + 7O2 → 4CO2 + 6H2O + 3120 кДж

Существует также возможность сжигания этой молекулы без избытка кислорода, который известен как «неполное сгорание» и который приводит к образованию аморфного углерода и оксида углерода в нежелательной реакции, в зависимости от количества применяемого кислорода. :

2С2H6 + 3О2 → 4C + 6H2O + Тепло

2С2H6 + 4О2 → 2C + 2CO + 6H2O + Тепло

2С2H6 + 5О2 → 4CO + 6H2O + Тепло

В этой области сгорание происходит посредством ряда свободнорадикальных реакций, которые пронумерованы сотнями различных реакций. Например, такие соединения, как формальдегид, ацетальдегид, метан, метанол и этанол, могут образовываться в неполных реакциях сгорания..

Это будет зависеть от условий, при которых протекает реакция, и от участия свободнорадикальных реакций. Этилен также может образовываться при высоких температурах (600-900 ºC), что является продуктом, весьма востребованным промышленностью..

Этан в атмосфере и небесных телах

Этан присутствует в атмосфере планеты Земля в следах, и есть подозрение, что человеку удалось удвоить эту концентрацию с тех пор, как он начал заниматься производственной деятельностью.

Ученые считают, что большая часть присутствия этана в атмосфере обусловлена ​​сжиганием ископаемого топлива, хотя глобальные выбросы этана сократились почти вдвое с тех пор, как были усовершенствованы технологии добычи сланцевого газа ( источник природного газа).

Эта разновидность также произведена естественно воздействием солнечных лучей на атмосферный метан, который рекомбинирует и формирует молекулу этана.

Этан существует в жидком состоянии на поверхности Титана, одной из лун Сатурна. Это происходит в большем количестве в реке Вид Флумина, которая течет более 400 километров к одному из своих морей. Также было обнаружено, что это соединение на кометах и ​​на поверхности Плутона.

приложений

Производство этилена

Использование этана основано главным образом на производстве этилена, наиболее широко используемого органического продукта в мире, посредством процесса, известного как паровой крекинг..

Этот процесс состоит из подачи подачи этана, разбавленного паром, в печь, быстрого нагревания без кислорода.

Реакция происходит при очень высокой температуре (между 850 и 900 ºC), но время пребывания (время, которое этан проводит в печи) должно быть коротким, чтобы реакция была эффективной. При более высоких температурах вырабатывается больше этилена.

Обучение основным химическим веществам

Этан также был изучен в качестве основного компонента в образовании основных химических веществ. Окислительное хлорирование является одним из процессов, предложенных для получения винилхлорида (компонента из ПВХ), заменяя менее дорогие и более сложные.

холодильный

Наконец, этан используется в качестве хладагента в обычных криогенных системах, также показывая способность замораживать небольшие образцы в лаборатории для анализа..

Это очень хороший заменитель воды, который занимает больше времени для охлаждения деликатных образцов, а также может привести к образованию вредных кристаллов льда.

Этан рискует

-Этан обладает способностью воспламеняться, особенно когда он связывается с воздухом. При процентном содержании этана в воздухе от 3,0 до 12,5% может образоваться взрывоопасная смесь.

-Он может ограничивать содержание кислорода в воздухе, в котором он находится, и по этой причине представляет собой фактор риска удушья для людей и животных, которые присутствуют и подвергаются воздействию.

-Этан в замороженной жидкой форме может сильно обжечь кожу, если он вступает в непосредственный контакт с ней, а также действовать как криогенная среда для любого объекта, к которому он прикасается, мгновенно замораживая его.

-Пары жидкого этана тяжелее воздуха и концентрируются на земле, это может представлять опасность воспламенения, которое может вызвать цепную реакцию горения.

-Прием этана может вызвать тошноту, рвоту и внутреннее кровотечение. Вдыхание, помимо удушья, вызывает головные боли, спутанность сознания и перепады настроения. Смерть от остановки сердца возможна при высокой экспозиции.

-Он представляет собой парниковый газ, который вместе с метаном и углекислым газом способствует глобальному потеплению и изменению климата, вызванному загрязнением человека. К счастью, он менее распространен и долговечен, чем метан, и поглощает меньше радиации, чем этот..

ссылки

1. Britannica, E. (s.f.). Этан. Получено с сайта britannica.com
2. Нес, Г. В. (с.ф.). Монокристаллические структуры и распределения электронной плотности этана, этилена и ацетилена. Восстановлено с rug.nl
3. Сайты, Г. (с.ф.). Этан: источники и раковины. Получено с sites.google.com
4. SoftSchools. (Н.Д.). Этана Формула. Восстановлено от softschools.com
5. Wikipedia. (Н.Д.). Этан. Получено с en.wikipedia.org

Посмотрите видеоматериал:

Предельные, углеводороды ряда метана (алканы)

Алканы, или парафины — алифатические
предельные углеводороды, в молекулах которых атомы углерода связаны между собой
простой s-связью.
Оставшиеся валентности углеродного атома, не затраченные на связь с другими
атомами углерода, полностью насыщены водородом. Поэтому предельные углеводороды
содержат в молекуле максимальное число водородных атомов.

Углеводороды ряда алканов имеют общую
формулу CnH2n+2. В таблице представлены некоторые
представители ряда алканов и их некоторые физические свойства.

Из таблицы видно, что эти углеводороды
отличаются друг от друга количеством групп – СН2-.Такой ряд сходных
по строению, обладающих близкими химическими свойствами и отличающихся друг от
друга числом данных групп называется гомологическим рядом. А вещества,
составляющие его, называются гомологами.

Тренажёр
№1 – Гомологи и изомеры

Тренажёр
№2. – Гомологический ряд предельных углеводородов

Физические
свойства

Первые четыре
члена гомологического ряда метана — газообразные вещества, начиная с пентана —
жидкости, а углеводороды с числом углеродных атомов 16 и выше — твердые
вещества (при обычной температуре). Алканы — неполярные соединения и трудно
поляризуемые. Они легче воды и в ней практически не растворяются. Не
растворяются также в других растворителях с высокой полярностью. Жидкие алканы
— хорошие растворители для многих органических веществ. Метан и этан, а также
высшие алканы не имеют запаха. Алканы — горючие вещества. Метан горит
бесцветным пламенем.

Получение
алканов

Для получения
алканов используют в основном природные источники.

Газообразные
алканы получают из природного и попутных нефтяных газов, а твердые алканы — из
нефти. Природной смесью твердых высокомолекулярных алканов является горный
воск —природный битум.

1. Из
простых веществ: 

nC + 2nН2500 °С, кат →  СnН2n+ 2

2. Действие
металлического натрия на галогенопроизводные алканов— реакция А.Вюрца:

2CH3-Cl + 2Na → CH3-CH3
+ 2NaCl

Химические свойства алканов

1. Реакции замещения –  Галогенирование (стадийно)

CH4 + Cl2 hν → CH3Cl(хлорметан) + HCl (1 стадия)
;                       

метан                                                                                                                

CH3Cl + Cl2 hν →  CH2Cl2 (дихлорметан)+ HCl (2 стадия);

СH2Cl2 + Cl2 hν →  CHCl3 (трихлорметан)+ HCl (3 стадия);

CHCl3 + Cl2 hν →  CCl4 (хлорметан)+ HCl (4 стадия).

2. Реакции горения (горят светлым не коптящим пламенем)

CnH2n+2 + O2t→ nCO2 +
(n+1)H2O

Горение метана

Горение пропан-бутановой смеси

3. Реакции разложения

а) Крекинг при температуре 700-1000°С разрываются (-С-С-)
связи:

C10H22 → C5H12
+ C5H10

б) Пиролиз при температуре 1000°С разрываются все связи,
продукты – С (сажа) и Н2:

  СH4    1000°С→
C + 2H2

Применение

·        
Предельные
углеводороды находят широкое применение в самых разнообразных сферах жизни и
деятельности человека.

·        
Использование
в качестве топлива – в котельных установках, бензин, дизельное топливо,
авиационное топливо, баллоны с пропан-бутановой смесью для бытовых плит

·        
Вазелин
используется в медицине, парфюмерии, косметике, высшие алканы входят в состав
смазочных масел, соединения алканов применяются в качестве хладагентов в
домашних холодильниках

·        
Смесь
изомерных пентанов и гексанов называется петролейным эфиром и применяется в
качестве растворителя. Циклогексан также широко применяется в качестве
растворителя и для синтеза полимеров.

·        
Метан
используется для производства шин и краски

·        
Значение
алканов в современном мире огромно. В нефтехимической промышленности предельные
улеводороды являются базой для получения разнообразных органических соединений,
важным сырьем в процессах получения полупродуктов для производства пластмасс,
каучуков, синтетических волокон, моющих средств и многих других веществ. Велико
значение  в медицине, парфюмерии и косметике.

Самостоятельная работа:

№1.
Составьте уравнения реакций горения этана и бутана.

№2.
Составьте
уравнения реакций получения бутана из следующих галогеналканов:

CH3 – Cl (хлорметан) и C2H5 – I (йодэтан).

№3. Осуществите
превращения по схеме, назовите продукты:

C→ CH4 → CH3Cl → C2H6
→ CO2

№4. Реши кроссворд

По горизонтали:

1.
Алкан, имеющий молекулярную формулу С3Н8.
2. Простейший представитель предельных углеводородов.
3. Французский химик, имя которого носит реакция получения углеводородов с
более длинной углеродной цепью взаимодействием галогенопроизводных предельных
углеводородов с металлическим натрием.
4. Геометрическая фигура, которую напоминает пространственное строение молекулы
метана.
5. Трихлорметан.
6. Название радикала С2Н5–.
7. Наиболее характерный вид реакций для алканов.
8. Агрегатное состояние первых четырех представителей алканов при нормальных
условиях.

Если
вы правильно ответили на вопросы, то в выделенном столбце по вертикали получите
одно из названий предельных углеводородов.  

Сфотографируйте и вышлите работу прикрепив файл ГОРИЗОНТАЛЬНО в теме письма указав ФИО и ТЕМУ АЛКАНЫ!