- Struttura chimica
- Sintesi di etano
- Proprietà
- Solubilità dell'etano
- Cristallizzazione dell'etano
- Combustione di etano
- Etano nell'atmosfera e nei corpi celesti
- applicazioni
- Produzione di etilene
- Formazione chimica di base
- Refrigerante
- Rischi di etano
- Riferimenti
L' etano è un semplice idrocarburo di formula C 2 H 6 con una natura di gas incolore e inodore avente un uso molto prezioso e diversificato nella sintesi dell'etilene. Inoltre, è uno dei gas terrestri che è stato rilevato anche in altri pianeti e corpi stellari intorno al Sistema Solare. Fu scoperto dallo scienziato Michael Faraday nel 1834.
Tra i numerosi composti organici formati da atomi di carbonio e idrogeno (noti come idrocarburi), ci sono quelli che si trovano allo stato gassoso a temperature e pressioni ambiente, che sono ampiamente utilizzati in numerose industrie.
Questi di solito provengono dalla miscela gassosa chiamata "gas naturale", un prodotto di alto valore per l'umanità, e costituiscono alcani del tipo metano, etano, propano e butano, tra gli altri; classificato in base alla quantità di atomi di carbonio nella sua catena.
Struttura chimica
L'etano è una molecola di formula C 2 H 6 , tipicamente vista come un'unione di due gruppi metilici (-CH 3 ) per formare l'idrocarburo di un singolo legame carbonio-carbonio. È, inoltre, il composto organico più semplice dopo il metano, essendo rappresentato come segue:
H 3 C-CH 3
Gli atomi di carbonio in questa molecola hanno ibridazione di tipo sp 3 , quindi i legami molecolari mostrano una rotazione libera.
Allo stesso modo, c'è un fenomeno intrinseco dell'etano, che si basa sulla rotazione della sua struttura molecolare e sull'energia minima richiesta per produrre una rotazione del legame di 360 gradi, che gli scienziati hanno chiamato "barriera dell'etano".
Per questo motivo l'etano può presentarsi in diverse configurazioni a seconda della sua rotazione, anche se esiste la sua conformazione più stabile dove gli idrogeni sono uno di fronte all'altro (come si vede in figura).
Di Jslipscomb, da Wikimedia Commons
Sintesi di etano
L'etano può essere facilmente sintetizzato dall'elettrolisi di Kolbe, una reazione organica in cui avvengono due fasi: una decarbossilazione elettrochimica (rimozione del gruppo carbossilico e rilascio di anidride carbonica) di due acidi carbossilici e la combinazione dei prodotti intermedi per formare un legame covalente.
Allo stesso modo, l'elettrolisi dell'acido acetico dà luogo alla formazione di etano e anidride carbonica, e questa reazione viene utilizzata per sintetizzare il primo.
Anche l'ossidazione dell'anidride acetica per azione dei perossidi, concetto simile a quello dell'elettrolisi di Kolbe, porta alla formazione di etano.
Allo stesso modo, può essere efficacemente separato dal gas naturale e dal metano mediante un processo di liquefazione, utilizzando sistemi criogenici per catturare questo gas e separarlo dalle miscele con altri gas.
Per questo ruolo si preferisce il processo di turboespansione: la miscela di gas viene fatta passare attraverso una turbina, generando un'espansione della stessa, fino a quando la sua temperatura non scende sotto i -100ºC.
Già a questo punto, i componenti della miscela possono essere differenziati, quindi l'etano liquido sarà separato dal metano gassoso e dalle altre specie coinvolte con l'uso di una distillazione.
Proprietà
L'etano è presente in natura come gas inodore e incolore a pressioni e temperature standard (1 atm e 25 ° C). Ha un punto di ebollizione di -88,5 ºC e un punto di fusione di -182,8 ºC. Inoltre, non è influenzato dall'esposizione ad acidi o basi forti.
Solubilità dell'etano
Le molecole di etano hanno una configurazione simmetrica e hanno forze attrattive deboli che le tengono insieme, chiamate forze di dispersione.
Quando si cerca di dissolvere l'etano in acqua, le forze attrattive formate tra il gas e il liquido sono molto deboli, quindi è molto difficile che l'etano si leghi alle molecole d'acqua.
Per questo motivo la solubilità dell'etano è notevolmente bassa, aumentando leggermente all'aumentare della pressione dell'impianto.
Cristallizzazione dell'etano
L'etano può essere solidificato, determinando la formazione di cristalli di etano instabili con una struttura cristallina cubica.
Con una diminuzione della temperatura oltre -183,2 ºC, questa struttura diventa monoclina, aumentando la stabilità della sua molecola.
Combustione di etano
Questo idrocarburo, pur essendo poco utilizzato come combustibile, può essere utilizzato nei processi di combustione per generare anidride carbonica, acqua e calore, che è rappresentato come segue:
2C 2 H 6 + 7O 2 → 4CO 2 + 6H 2 O + 3120 kJ
C'è anche la possibilità di bruciare questa molecola senza eccesso di ossigeno, che è nota come "combustione incompleta", e che provoca la formazione di carbonio amorfo e monossido di carbonio in una reazione indesiderata, a seconda della quantità di ossigeno applicato. :
2C 2 H 6 + 3O 2 → 4C + 6H 2 O + Riscaldare
2C 2 H 6 + 4O 2 → 2C + 2CO + 6H 2 O + Riscaldare
2C 2 H 6 + 5O 2 → 4CO + 6H 2 O + Riscaldare
In quest'area la combustione avviene tramite una serie di reazioni dei radicali liberi, che sono numerate in centinaia di reazioni differenti. Ad esempio, reazioni di combustione incomplete possono formare composti come formaldeide, acetaldeide, metano, metanolo ed etanolo.
Ciò dipenderà dalle condizioni in cui si verifica la reazione e dalle reazioni dei radicali liberi coinvolte. L'etilene può anche essere formato ad alte temperature (600-900 ° C), che è un prodotto altamente desiderato dall'industria.
Etano nell'atmosfera e nei corpi celesti
L'etano è presente nell'atmosfera del pianeta Terra in tracce e si sospetta che gli esseri umani siano riusciti a raddoppiare questa concentrazione da quando hanno iniziato a praticare attività industriali.
Gli scienziati ritengono che gran parte dell'attuale presenza di etano nell'atmosfera sia dovuta alla combustione di combustibili fossili, sebbene l'emissione globale di etano sia diminuita di quasi la metà da quando sono state migliorate le tecnologie di produzione del gas di scisto (a fonte di gas naturale).
Questa specie è prodotta naturalmente anche dall'effetto della luce solare sul metano atmosferico, che si ricombina e forma una molecola di etano.
L'etano esiste allo stato liquido sulla superficie di Titano, una delle lune di Saturno. Ciò avviene in maggiore quantità nel fiume Vid Flumina, che scorre per oltre 400 chilometri verso uno dei suoi mari. Questo composto è stato evidenziato anche sulle comete e sulla superficie di Plutone.
applicazioni
Produzione di etilene
L'utilizzo dell'etano si basa principalmente sulla produzione di etilene, il prodotto organico più utilizzato nella produzione mondiale, attraverso un processo noto come cracking in fase vapore.
Questo processo prevede il passaggio di un'alimentazione di etano diluito con vapore in un forno, riscaldandolo rapidamente senza ossigeno.
La reazione avviene ad una temperatura estremamente elevata (tra 850 e 900 ° C), ma il tempo di permanenza (il tempo che l'etano trascorre nel forno) deve essere breve affinché la reazione sia efficace. A temperature più elevate, viene generato più etilene.
Formazione chimica di base
L'etano è stato anche studiato come componente principale nella formazione di sostanze chimiche di base. La clorazione ossidativa è uno dei processi proposti per ottenere il cloruro di vinile (un componente del PVC), in sostituzione di altri meno economici e più complicati.
Refrigerante
Infine, l'etano viene utilizzato come refrigerante nei comuni sistemi criogenici, dimostrando anche la capacità di congelare piccoli campioni in laboratorio per l'analisi.
È un ottimo sostituto dell'acqua, che impiega più tempo per raffreddare i campioni delicati e può anche causare la formazione di dannosi cristalli di ghiaccio.
Rischi di etano
-Ethane ha la capacità di infiammarsi, principalmente quando si lega con l'aria. Con una percentuale di etano in volume compresa tra il 3,0 e il 12,5% nell'aria, può formarsi una miscela esplosiva.
-Può limitare l'ossigeno nell'aria in cui si trova, e per questo motivo presenta un fattore di rischio di soffocamento per le persone e gli animali che sono presenti ed esposti.
-L'etano in forma liquida congelata può bruciare seriamente la pelle se viene messo a diretto contatto con essa, e agire anche come mezzo criogenico per qualsiasi oggetto che tocchi, congelandolo in pochi istanti.
-I vapori liquidi di etano sono più pesanti dell'aria e sono concentrati sul terreno, questo può presentare un rischio di accensione che può generare una reazione a catena di combustione.
-L'ingestione di etano può causare nausea, vomito ed emorragie interne. L'inalazione, oltre al soffocamento, provoca mal di testa, confusione e sbalzi d'umore. La morte per arresto cardiaco è possibile ad alte esposizioni.
-Rappresenta un gas serra che, insieme al metano e all'anidride carbonica, contribuisce al riscaldamento globale e ai cambiamenti climatici generati dall'inquinamento umano. Fortunatamente, è meno abbondante e durevole del metano e assorbe meno radiazioni del metano.
Riferimenti
- Britannica, E. (nd). Etano. Estratto da britannica.com
- Nes, GV (nd). Strutture monocristalline e distribuzioni di densità elettronica di etano, etilene e acetilene. Recupero da rug.nl
- Sites, G. (sf). Etano: fonti e affondamenti. Estratto da sites.google.com
- SoftSchools. (Sf). Formula di etano. Recuperato da softschools.com
- Wikipedia. (Sf). Etano. Estratto da en.wikipedia.org