Struttura, proprietà, usi e rischi dell'etano

il etano è un semplice idrocarburo di formula C₂H₆ con una natura di gas incolore e inodore che ha un uso altamente prezioso e diversificato nella sintesi dell'etilene. Inoltre, è uno dei gas terrestri che è stato rilevato anche in altri pianeti e corpi celesti attorno al Sistema Solare. Fu scoperto dallo scienziato Michael Faraday nell'anno 1834.

Tra il gran numero di composti organici formati da atomi di carbonio e idrogeno (noti come idrocarburi), ci sono quelli che sono allo stato gassoso a temperature e pressioni ambientali, che sono ampiamente utilizzati in molte industrie.

Questi di solito provengono dalla miscela gassosa chiamata "gas naturale", un prodotto di alto valore per l'umanità, e costituiscono metano tipo metano, etano, propano e butano, tra gli altri; classificato in base alla quantità di atomi di carbonio nella sua catena.

indice

• 1 struttura chimica
  • 1.1 Sintesi di etano
• 2 proprietà
  • 2.1 Solubilità di etano
  • 2.2 Cristallizzazione di etano
  • 2.3 Combustione di etano
  • 2.4 Etano nell'atmosfera e nei corpi celesti
• 3 usi
  • 3.1 Produzione di etilene
  • 3.2 Formazione di prodotti chimici di base
  • 3.3 Refrigerante
• 4 rischi di etano
• 5 riferimenti

Struttura chimica

L'etano è una molecola con formula C₂H₆, generalmente visto come unione di due gruppi metilici (-CH₃) per formare l'idrocarburo di un semplice legame carbonio-carbonio. È anche il composto organico più semplice dopo il metano, che è rappresentato come segue:

H₃C-CH₃

Gli atomi di carbonio in questa molecola possiedono l'ibridazione sp³quindi i legami molecolari presentano una rotazione libera.

Inoltre, v'è un fenomeno intrinseco di etano, che si basa sulla rotazione della struttura molecolare della stessa e l'energia minima necessaria per produrre una rotazione di collegamento 360, che gli scienziati hanno chiamato "barriera etano".

Per questo motivo, l'etano può essere presentato in diverse configurazioni in base alla sua rotazione, anche se la sua conformazione più stabile esiste dove gli idrogeni sono l'uno di fronte all'altro (come mostrato nella figura).

Sintesi di etano

Etano può essere facilmente sintetizzato dalla elettrolisi Kolbe, una reazione organica in cui si verificano due fasi: una decarbossilazione elettrochimica (rimozione del gruppo carbossilico e il rilascio di anidride carbonica) di due acidi carbossilici, e prodotti di combinazione intermedi per formare un legame covalente.

Allo stesso modo, l'elettrolisi dell'acido acetico provoca la formazione di etano e anidride carbonica e questa reazione viene utilizzata per sintetizzare il primo.

L'ossidazione di anidride acetica mediante l'azione dei perossidi, un concetto simile a quello dell'elettrolisi di Kolbe, si traduce anche nella 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.

Il processo di turboespansione è preferito per questo ruolo: la miscela di gas viene fatta passare attraverso una turbina, generando un'espansione dello stesso, fino a quando la sua temperatura scende al di sotto di -100 ° C.

Già a questo punto, i componenti della miscela possono essere differenziati, in modo che l'etano liquido venga separato dal metano gassoso e dalle altre specie coinvolte con l'uso di una distillazione.

proprietà

L'etano si presenta in natura come un gas inodore e incolore a pressioni e temperature standard (1 atm e 25 ° C). Ha un punto di ebollizione di -88,5 ° C e un punto di fusione di -182,8 ° C. Inoltre, non è influenzato dall'esposizione a acidi o basi forti.

Solubilità di etanolo

Le molecole di etano sono simmetriche nella configurazione e hanno deboli forze di attrazione che le tengono insieme, chiamate forze di dispersione.

Quando l'etano viene provato a dissolversi in acqua, le forze di attrazione formate tra il gas e il liquido sono molto deboli, quindi è molto difficile collegare l'etano con le molecole d'acqua.

Per questo motivo, la solubilità dell'etano è considerevolmente bassa, aumentando leggermente quando la pressione del sistema sale.

Cristallizzazione di etano

L'etano può essere solidificato, con conseguente formazione di cristalli di etano instabili con una struttura cristallina cubica.

Con una diminuzione della temperatura oltre -183,2 ° C, questa struttura diventa monoclina, aumentando la stabilità della sua molecola.

Combustione di etano

Questo idrocarburo, anche se non è ampiamente usato come combustibile, può essere utilizzato nei processi di combustione per generare anidride carbonica, acqua e calore, che è rappresentato come segue:

2C₂H₆ + 7O₂ → 4CO₂ + 6H₂O + 3120 kJ

C'è anche la possibilità di bruciare questa molecola senza un eccesso di ossigeno, che è noto come "combustione incompleta", e che si traduce nella formazione di carbonio amorfo e monossido di carbonio in una reazione indesiderata, a seconda della quantità di ossigeno applicata :

2C₂H₆ + 3O₂ → 4C + 6H₂O + calore

2C₂H₆ + 4O₂ → 2C + 2CO + 6H₂O + calore

2C₂H₆ + 5O₂ → 4CO + 6H₂O + calore

In questa area, la combustione avviene attraverso una serie di reazioni di radicali liberi, che sono numerate in centinaia di reazioni diverse. Per esempio, composti come formaldeide, acetaldeide, metano, metanolo ed etanolo possono essere formati in reazioni di combustione incomplete.

Ciò dipenderà dalle condizioni in cui si verifica la reazione e dalle reazioni dei radicali liberi coinvolti. L'etilene può anche essere formato a temperature elevate (600-900 ºC), che è un prodotto molto 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 l'essere umano sia riuscito a raddoppiare questa concentrazione da quando ha iniziato a praticare attività industriali.

Gli scienziati pensano 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 le tecnologie di produzione di gas di scisto sono state migliorate (a fonte di gas naturale).

Questa specie è anche prodotta naturalmente dall'effetto dei raggi solari 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 quantità maggiori nel fiume Vid Flumina, che scorre per oltre 400 chilometri verso uno dei suoi mari. Questo composto è stato anche dimostrato sulle comete e sulla superficie di Plutone.

applicazioni

Produzione di etilene

L'uso dell'etano è basato principalmente sulla produzione di etilene, il prodotto biologico di maggior utilizzo nella produzione mondiale, attraverso un processo noto come steam cracking.

Questo processo consiste nel far passare una carica di etano diluito con vapore in un forno, riscaldandolo rapidamente senza ossigeno.

La reazione avviene ad una temperatura estremamente elevata (tra 850 e 900 ºC), ma il tempo di permanenza (il tempo trascorso dall'etano all'interno del forno) deve essere breve affinché la reazione sia efficace. A temperature più elevate, viene generata più etilene.

Formazione chimica di base

L'etano è stato anche studiato come componente principale nella formazione di prodotti chimici di base. La clorurazione ossidativa è uno dei processi proposti per ottenere il cloruro di vinile (un componente del PVC), sostituendo quelli meno costosi e più complicati.

refrigerante

Infine, l'etano è utilizzato come refrigerante nei comuni sistemi criogenici, mostrando anche la capacità di congelare piccoli campioni in laboratorio per l'analisi.

È un ottimo sostituto per l'acqua, che impiega più tempo a raffreddare i campioni delicati e può anche generare la formazione di cristalli di ghiaccio nocivi.

Rischio di etano

-L'etano ha la capacità di accendersi, soprattutto quando si unisce all'aria. A percentuali del 3,0 al 12,5% del volume di etano nell'aria, si può formare 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 seriamente bruciare la pelle se viene a contatto diretto con esso, e anche agire come mezzo criogenico per qualsiasi oggetto che tocca, congelandolo in un attimo.

-I vapori di etano liquido sono più pesanti dell'aria e sono concentrati a terra, questo può presentare un rischio di ignizione che può generare una reazione a catena di combustione.

-Ingestione di etano può causare nausea, vomito e emorragia interna. L'inalazione, oltre al soffocamento, causa mal di testa, confusione e sbalzi d'umore. La morte a causa di arresto cardiaco è possibile a esposizioni elevate.

-Si rappresenta un gas a effetto serra che, insieme a metano e 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 di questo.

riferimenti

1. Britannica, E. (s.f.). Etano. Estratto da britannica.com
2. Nes, G. V. (s.f.). Strutture monocristalline e distribuzioni di densità elettronica di etano, etilene e acetilene. Recuperato da rug.nl
3. Sites, G. (s.f.). Etano: fonti e pozzi. Estratto da sites.google.com
4. SoftSchools. (N.d.). Formula di etano. Recuperato da softschools.com
5. Wikipedia. (N.d.). Etano. Estratto da en.wikipedia.org