Etilenă

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Etilenă
formula structurala
model molecular
Numele IUPAC
etenă
Denumiri alternative
etilenă

gaz olefinic

Caracteristici generale
Formula moleculară sau brută C 2 H 4
Masa moleculară ( u ) 28.054
Aspect gaz incolor
numar CAS 74-85-1
Numărul EINECS 200-815-3
PubChem 6325
ZÂMBETE
C=C
Proprietăți fizico-chimice
Densitate (kg m −3 , în cs ) 1.2612
Solubilitate în apă insolubil
Temperatură de topire −169 ° C (104 K)
Δ fus H 0 (kJ mol −1 ) 3.35
Δ fus S 0 (J K −1 mol −1 ) 32.2
Temperatura de fierbere −103,7 ° C (169,4 K)
Δ eb H 0 (kJ mol −1 ) 13.544
Δ eb S 0 (J K −1 mol −1 ) 79,95
Punct triplu 104,0 K
120 Pa
Punct critic 282,5 K
5,06 × 10 6 Pa
Presiunea de vapori ( Pa ) la 273 K. 4,1 × 10 6
Proprietăți termochimice
Δ f H 0 (kJ mol −1 ) 52.4
Δ f G 0 (kJ mol −1 ) 68.4
S 0 m (J K −1 mol −1 ) 219.3
C 0 p, m (J K −1 mol −1 ) 42,9
Informații de siguranță
Punct de flacără −136 ° C (137 K)
Limite de explozie 2,7 - 36%
Temperatură de autoaprindere 450 ° C (723 K)
Simboluri de pericol chimic
extrem de inflamabil iritant gaz comprimat
Pericol
Fraze H 220 - 280 - 336
Sfaturi P 210 - 260 - 304 + 340 - 315 - 377 - 381 - 405 - 403 [1]

Etilena ( denumirea IUPAC : etena ) este cea mai simplă dintre alchene , având formula chimică C 2 H 4 .

La temperatura și presiunea ambiantă apare ca un gaz incolor, cu un miros ușor dulce și extrem de inflamabil . Pe lângă faptul că este un produs important în industria chimică (este de exemplu compusul chimic din care se obține polietilena ), este și un hormon (pentru maturare) al multor specii de plante .

Gruparea funcțională corespunzătoare unei molecule de etilenă lipsită de un atom de hidrogen este denumită în mod obișnuit vinil și compușii care conțin această grupă sunt numiți compuși vinilici .

fundal

Gazul ar fi fost observat conștient pentru prima dată în 1669 de chimistul german Johann Becher ( Physica subterranea ), care l-ar fi obținut prin reacția etanolului și a acidului sulfuric . Cu certitudine, etilena a fost cunoscută începând din 1795 cu numele de „gaz olefinic”, care i-a fost dat după ce a observat că prin reacția cu clorul formează 1,2-dicloroetan , un lichid uleios, sintetizat pentru prima dată în 1785 de către patru chimisti olandezi .

John Dalton a propus formula structurală în 1806 . În a doua jumătate a secolului al XIX-lea, formula propusă pentru etilenă a fost utilizată ca bază pentru acizii carboxilici vegetali (de exemplu acidul succinic ).

Numele „etilenă” a intrat în uz la mijlocul secolului al XIX-lea , unde sufixul -ene , folosit în sensul „derivă din”, a fost adăugat la numele etilului radical (C 2 H 5 -) și a rămas în folosiți până în 1852 .
În 1866 August Wilhelm von Hofmann , propunând o nouă nomenclatură, și-a schimbat numele în etenă . Nomenclatura lui Hofmann a devenit apoi baza pe care a fost dezvoltată nomenclatura IUPAC .

Geometrie moleculară

Cei doi atomi de carbon sunt uniți printr-o legătură dublă covalentă , rotația în jurul căreia necesită mult mai multă energie decât rotația din jurul unei legături simple. De fapt, în condiții normale, rotația este împiedicată.

Datorită hibridizării sp² a orbitalilor atomilor de carbon, molecula este plană, ceea ce înseamnă că toți cei șase atomi se află pe un singur plan . Unghiul format din cele două legături carbon-hidrogen ale fiecărui atom de carbon este de 117 °, ușor diferit de unghiul teoretic prevăzut de 120 ° pentru o geometrie trigonală.

Legătura dublă dintre cei doi atomi de carbon, cu densitatea sa mare de electroni , face ca molecula de etilenă să fie mult mai reactivă din punct de vedere chimic decât cea a moleculelor similare fără legătura dublă (cum ar fi etanul ).

Proprietăți și precauții

Reactivitatea etilenei și a tuturor alchenelor se exprimă în principal prin reacția de adăugare la dubla legătură și conversia acesteia în două legături simple; această reacție este exotermă și, prin urmare, este însoțită de o dezvoltare a căldurii .

Etilena este ușor solubilă în apă (250 mg / L la 0 ° C) și mult mai solubilă în solvenți organici nepolari . Are un miros dulce și neplăcut; Ca toate alchenele, acesta este perceptibil prin simțul mirosului uman, pragul de sensibilitate este de 260 ml / .

Etilena arde rapid în aer cu o flacără strălucitoare, cu funingine. Datorită inflamabilității sale ridicate, recipientele de etilenă trebuie depozitate într-un loc bine ventilat. Trebuie păstrat la distanță de scântei sau alte surse de aprindere , trebuie să aveți grijă să evitați descărcările datorate acumulării de electricitate statică . În procente între 3% și 36%, formează un amestec exploziv cu aerul .

Prin inhalare, etilena provoacă greață , amețeli și poate duce la inconștiență .

Producție și disponibilitate

Producția anuală de etilenă la scară industrială în 2000 a fost de aproximativ 100 de milioane de tone (din care 26,6 milioane de tone au fost produse în Statele Unite ). [2] În 1989 , Germania , cu 2,9 milioane de tone, a fost cel mai mare producător european de etilenă, urmată de Franța (2,5 milioane de tone) și Regatul Unit (1,9 milioane de tone).

Producția europeană de etilenă (UE-15 + Norvegia) în 2011 a fost de aproximativ 19,6 milioane de tone [3] .

Etilena a fost sintetizată inițial prin deshidratarea etanolului și prin izolarea din gazul de cocserie ; deși aceste procese au fost înlocuite cu altele, ele sunt încă în uz astăzi în unele țări în curs de dezvoltare din America de Sud , Asia și Africa . În țările industrializate , principala sursă de etilenă este crăparea termică a gazelor naturale , etanului și a altor hidrocarburi superioare ( nafta , motorină ) [2] și izolarea acesteia de gazele obținute în procesele de cracare și reformare din rafinăriile de petrol ; aceste procese au un randament mai mare. [ fără sursă ]

În laborator , etilena poate fi obținută prin reacție de eliminare , prin reacția 1,2-dicloroetanului cu zincul metalic:

Etilena este, de asemenea, componenta principală a gazului lemnos , adică gazul obținut prin distilarea lemnului în absența aerului.

Plantele o produc din aminoacidul metionină . Pentru organismele vegetale este un hormon care stimulează maturarea .

Este prezent în depozitele de gaze naturale ; unele dintre ele (în principal în America ) conțin până la 20%.

Rețeaua de distribuție

În Germania și părți ale Țărilor de Jos există o rețea de distribuție pentru etilenă (și alte produse de bază pentru industria chimică) pentru a o transporta din Rotterdam și Anvers către siturile chimice din zonele Köln și Emscher-Lippe . Guvernele locale din Saxonia Inferioară și Schleswig-Holstein mențin o rețea de distribuție din regiunea Ruhr până pe coasta Germaniei. În plus, 54 de kilometri de linie leagă așezările industriale Brunsbüttel și Stade , la nord și sud de râul Elba .

Schleswig-Holstein și Saxonia Inferioară, ca parte a unui plan de conectare între fabricile promovat de federația industriilor chimice germane ( Verbands der Chemischen Industrie - VCI ), intenționează să extindă și să îmbunătățească rețeaua. Din zona Stade, rețeaua este conectată la conducta de gaz directă către Böhlen în Saxonia și se studiază o conexiune suplimentară cu marile situri chimice Wilhelmshaven și Gelsenkirchen .

Utilizări și aplicații

Procese chimice industriale

Proces Wacker pentru producerea de aldehide din alchene ( acetaldehidă din etilenă în acest caz)

Etilena este materia primă pentru sinteza a nenumărați compuși organici , inclusiv antracen , 2-cloroetanol , cloroetan , propanal , acetaldehidă , izopren , acetat de vinil , acid propanoic , butenă , stiren , etandiol .

Cantități mici sunt, de asemenea, utilizate pentru sinteza oxidului de etilenă și a etanolului .

În procesul Wacker , etilena este convertită la scară industrială în acetaldehidă prin reacția cu oxigenul molecular catalizat de sărurile de cupru și paladiu . Cu acest proces se produc cantități uriașe de aldehide .

Astăzi etilena reprezintă în industria chimică materia primă din care sunt produși 30% din toți compușii petrochimici ; datorită costului său de producție mai redus și a disponibilității sale mai mari în comparație cu petrolul , a înlocuit acetilena în acest rol de compus cheie de la sfârșitul celui de-al doilea război mondial .

Este, de asemenea, compusul inițial pentru producția de numeroase materiale plastice , cum ar fi polietilena (care consumă cea mai mare cantitate în acest domeniu), eterul polivinilic, clorura de polivinil (PVC), poliesterii , copolimerul dintre etilenă și acetat de vinil (E / VA) , acetat de polivinil , polistiren (prin etilbenzen ).

Următoarea diagramă prezintă unele dintre cele mai importante procese chimice industriale care utilizează etilena ca materie primă:


Etilenă
( alchilare )
(oxidare directă parțială)
( polimerizare )
( oxidare parțială )
(clorurare directă sau oxiclorurare)
Etilbenzen
Oxid de etilenă
Polietilena
Acetaldehidă
1,2-dicloroetan
( dehidrogenare )
( cataliză acidă sau cale termică)
(oxidare)
( termoliza )
Stiren
Etilen glicol
Glicoleteri , etanolamine și polietoxilați
Acid acetic
Clorură de vinil
( polimerizare )
( polimerizare )
( polimerizare )
Polistiren
Polietilen glicol
Clorura de polivinil

Alte utilizări

Alături de gazul de râs , etilena a găsit, de asemenea, utilizarea ca anestezic de câțiva ani. Are un efect narcotic și relaxant asupra mușchilor . Odată cu această ocupare, a fost folosită pentru prima dată în mod public în Chicago în 1923 ; puterea sa narcotică este puțin mai mare decât cea a gazelor care râd și are un mecanism de acțiune similar cu acesta. Astăzi nu mai este folosit ca anestezic datorită mirosului și inflamabilității sale neplăcute. Mai mult, puterea sa narcotică este mai puțin eficientă decât cea a altor substanțe; pentru a avea un efect bun, amestecul narcotic trebuie să conțină de fapt cel puțin 80% etilenă.

Etilena este, de asemenea, utilizată pentru a finaliza coacerea fructelor necoapte ale unor plante ( ananas , banană , roșie ). [4]

Etilena este, de asemenea, utilizată ca combustibil pentru aruncătorii de flacără .

În cele din urmă, este utilizat în producția de arme chimice (cum ar fi gazul de muștar , numit și 2,2'-dicloroetilsulfură). În Germania imediat după război , în absența combustibilului , sub formă de gaz lemnos (obținut prin distilarea lemnului în absența oxigenului), a fost folosit și ca combustibil pentru camioane .

Regulator de creștere a plantelor

Biosinteza etilenei

S-a demonstrat că celulele animale produc și răspund la etilenă, deși rolul său este neclar [5] .

Cu toate acestea, etilena este mai renumită ca fitohormon , care este un hormon vegetal. Este sintetizat de plante pornind de la aminoacidul metionină , parțial stimulat de auxina fitohormonică. Ca hormon, afectează germinarea și îmbătrânirea plantei. Provoacă coacerea fructelor, dezvoltarea mugurilor, căderea frunzelor toamna și moartea unor părți ale plantei. Ca gaz, se găsește în toate spațiile intracelulare.

Deja în 1901 Dimitri Neljubow a dovedit că etilena provoacă așa-numitul răspuns triplu la plante, care apare la plantele carbogazoase cu acesta. Efectul constatat asupra plantelor din vecinătatea conductelor cu scurgeri, care suferă o creștere considerabilă, este clar vizibil.

Este o inhibare a creșterii verticale în asociere cu o îngroșare a tulpinii și o dezactivare a gravitropismului și, prin urmare, a creșterii în direcția gravitației Pământului. Acest efect apare printr-o reorientare a microtubulilor care acționează ca un fel de structură scheletică care oferă direcția de creștere (de acumulare a fibrelor de celuloză) a lăstarului. Scopul biologic se presupune a fi depășirea obstacolelor, etilena se formează pe parcursul întregii creșteri și se acumulează în amonte de obstacole, stimulând îngroșarea și, prin urmare, mărind forța exprimată de vârful rădăcinii.

A doua funcție a etilenei se referă la diferite procese legate de îmbătrânirea plantelor, inclusiv maturarea fructelor, dezvoltarea mugurilor, căderea frunzelor (abscisie) și moartea unor părți ale plantei (senescență). Pentru aceste funcții este esențial efectul de creștere exponențial al etilenei disponibile, din care se poate deduce că sinteza etilenei este un proces auto-catalitic care permite, de exemplu, toate fructele plantei să se coacă în același timp. Acest efect este exploatat în agricultură pentru a reactiva procesele metabolice ulterior și a finaliza astfel maturarea fructelor recoltate necoapte.

Rosiile sunt deseori recoltate încă nu coapte, transportate și coapte doar la destinație cu ajutorul etilenei sau chiar prin punerea lor în contact cu fructe deja coapte care, prin eliberarea etilenei, își finalizează maturarea.

De la mijlocul anilor 1990 s - au cultivat roșii modificate genetic ( Flavor-Saver ) care sunt deosebit de durabile, deoarece gena lor pentru producția de etilenă a fost blocată în mod intenționat. Roșiile de acest fel pot fi maturate la cerere, prin carbonatare cu etilenă.

Etilena este, de asemenea, esențială în rolul său de „semnal de alarmă” chimico-fizic în caz de infestare a plantei de către paraziți, precum și de rupturi sau distorsiuni. Împreună cu alte substanțe precum acidul salicilic , etilena marchează zona deteriorată și stimulează producția de fitotoxine. Fiind un gaz și, prin urmare, răspândirea, „alarme” de etilenă prin stimularea reacțiilor în cascadă, de asemenea, părțile învecinate ale plantei și plantele învecinate.

Mecanismul de acțiune al etilenei, ca și al altor fitohormoni, este încă puțin investigat. Se presupune că etilena acționează asupra receptorilor specifici ( receptorii ETR) de pe membrana reticulului endoplasmatic declanșând astfel o cascadă de evenimente în interiorul celulei . De fapt, activarea enzimei serotonină - treonină- chinasi CTR1 care activează la rândul său o proteină specifică din nucleul celulei (proteina EIN3 / EIL) care acționează ca factor de transcripție în sinteza proteinelor și inițiază expresia unele gene specifice. Prima genă identificată ca țintă pentru această proteină s-a numit factor eten-răspuns 1 , ERF1. Acest factor reglează activitatea a numeroase gene, astfel încât acțiunea etilenei asupra acestuia declanșează o gamă largă de efecte genetice. De exemplu, în timpul maturizării duce la producerea de enzime care înmoaie pereții celulari; în timpul senescenței, stimulează producția de enzime care degradează chitina și celuloza ( chitinaza și celulaza ). Gama de răspunsuri modulate de etilenă la stres datorită paraziților sau rupturilor plantelor este deosebit de largă; în aceste cazuri, pe lângă chitinază (care acționează ca otravă asupra insectelor ), se produc glucanază , inhibitori ai proteinazei (care, prin blocarea activității enzimelor care degradează proteinele, împiedică creșterea ciupercilor ) și multe alte substanțe defensive.

Sinteza etilenei în plante constituie un ciclu metabolic numit ciclul Yang . Ciclul începe de la aminoacidul metionină , care într-o primă etapă formează S-adenosil metionina prin cuplarea cu o unitate de adenozină . Acesta se descompune în acid 1-aminociclopropancarboxilic (ACC) care eliberează etilenă prin acțiunea ACC- oxidazei . Producția de ACC-oxidază este la rândul ei stimulată de etilenă, creând astfel o reacție în lanț care stimulează producția de etilenă și în celulele vecine.

Reacții

În condiții optime de oxigenare, etilena arde complet, transformându-se în dioxid de carbon și apă :

La încălzire în absența aerului, se descompune în metan și carbon

Datorită nesaturării datorită dublei legături carbon-carbon, etilena suferă reacții de adiție electrofilă foarte ușor. Poate adăuga, de exemplu, apă, hidrogen sau halogeni .

Etilena adaugă o moleculă de apă pentru a da etanol , cu toate acestea, în absența unui catalizator adecvat , viteza de reacție este foarte mică.

Etilena adaugă cu ușurință o moleculă de clor pentru a da 1,2-dicloroetan

Etilena reacționează cu hidrogenul la presiune ridicată pentru a da etan în prezența unui catalizator metalic, cum ar fi platina sau nichelul .

Etilena, în prezența radicalilor liberi , la presiuni ridicate și la temperaturi de aproximativ 200 ° C, sau în prezența catalizatorilor (cum ar fi cei de tip Ziegler Natta), polimerizează , dând polietilenă (sau polietilenă )

Cu reacție endotermică , poate fi descompus și în hidrogen și acetilenă (sau etină )

În cele din urmă, prin reacția cu aerul sau oxigenul la presiune ridicată, în prezența argintului ca catalizator, la temperaturi cuprinse între 220 ° C și 280 ° C, etilena suferă o epoxidare și se transformă în oxid de etilenă (sau oxiran )

Imagini 3D ale moleculei

Etilen anaglif . Pentru o vizualizare corectă, purtați ochelari cu lentile albastre și roșii.
Model 3D de etilenă cu ochi încrucișați. Pentru vizualizarea corectă, utilizați tehnica de autostereogramă .

Notă

  1. ^ foaie informativă etilenă pe IFA-GESTIS Arhivat 16 octombrie 2019 la Arhiva Internet .
  2. ^ a b Weissermel-Arpe , p. 63 .
  3. ^ Appe - Statistici trimestriale de producție 2004-2011 Arhivat 8 noiembrie 2012 la Internet Archive . (cons. 27.08.2012)
  4. ^ Vezi secțiunea „rol biologic”
  5. ^ Abeles FB, Morgan PW, Saltveit ME,Ethylene in Plant Biology , New York: Academic Press, 1992.

Bibliografie

Alte proiecte

linkuri externe

Controllo di autorità Thesaurus BNCF 24418 · LCCN ( EN ) sh85045433 · GND ( DE ) 4140264-9 · BNF ( FR ) cb12062004j (data) · BNE ( ES ) XX534539 (data) · NDL ( EN , JA ) 00562060