Ацетилен

Ацетилен
	; Ацетилен
	; Ацетилен
	; Ацетилен - просторова модель
	; просторова модель твердого ацетилену
Систематична назва	Ethyne
Ідентифікатори
Номер CAS	74-86-2
PubChem	6326
Номер EINECS	200-816-9
DrugBank	DB15906
KEGG	C01548
Назва MeSH	D02.455.326.397.259
ChEBI	27518
RTECS	AO9600000
SMILES	C#C
InChI	1/C2H2/c1-2/h1-2H
Номер Бельштейна	906677
Номер Гмеліна	210
Властивості
Молекулярна формула	C2H2
Молярна маса	26,04 г/моль
Зовнішній вигляд	Безбарвний газ
Запах	Без запаху
Густина	1,097 г/л = 1.097 кг/м3
Тпл	−80,8
Розчинність (вода)	малорозчинний
Тиск насиченої пари	44,2 атм (20 °C)
Кислотність (pKa)	25
Структура
Геометрія	Лінійна[en]
Термохімія
Ст. ентальпія; утворення ΔfHo; 298	+226.88 кДж/моль
Ст. ентропія So; 298	201 Дж/(моль·К)
Небезпеки
ГДК (США)	немає
ГГС піктограми
ГГС запобіжних заходів	P202, P210, P261, P271, P304, P340, P312, P377, P381, P403, P403, P233, P405, P501
NFPA 704	4 1 3
	Якщо не зазначено інше, дані наведено для речовин у стандартному стані (за 25 °C, 100 кПа)
	Інструкція з використання шаблону
	Примітки картки

Ацетиле́н (етин) — органічна сполука, перший представник ряду алкінів. Безбарвний газ, без запаху, легший за повітря.

Фізичні властивості

Ацетилен — при нормальних умовах — безбарвний газ, малорозчинний у воді, легший за повітря. При сильному охолодженні переходить відразу в білу кристалічну речовину, минаючи рідкий стан. При −83,6 °C випаровується (сублімує), не розплавляючись. При стисненні розкладається з вибухом, зберігають в балонах, заповнених активованим вугіллям, що просочене ацетоном, в якому ацетилен розчиняється під тиском у великих кількостях. Вибухонебезпечний.

C₂Н₂ виявлений на Урані і Нептуні.

Будова

Хімічна формула C₂Н₂. Два магнітні ядра є еквівалентними з точки зору симетрії:

\varepsilon (H_{1})=\varepsilon (H_{2})

,

де

\varepsilon

— хімічний зсув. Спінова система C₂Н₂ —

A_{2}.

Спінова система ${}^{13}C$ ізотоп-заміщеного похідного $H_{1}-{}^{13}C\equiv {}^{13}C-H_{2}$ : $AA'XX'.$ Два протони й два ядра ${}^{13}C$ є хімічно, але не магнітно еквівалентні. Оскільки константи спін-спінової взаємодії не є рівними:

J(H_{1}-C_{1})\neq J(H_{1}-C_{2});\quad J(H_{2}-C_{1})\neq J(H_{2}-C_{2}).

Отримання

Раніше ацетилен одержували лише з карбіду кальцію при взаємодії його з водою, переважно в апаратах із саморегулюванням реакції, що діяли за принципом апарату Кіппа:

Великі кількості ацетилену добувають при термічному розкладі (піролізі) метану (природного газу):

{\ce {2CH4 -> C2H2 + 3H2}}

Процес проводять при температурі близько 1500 °C. Щоб запобігти розкладу одержаного ацетилену на вуглець і водень, метан швидко продувають через зону високої температури. При цьому разом з ацетиленом утворюється також водень.

Його також можна отримати дегідрогалогенуванням дибромоетану за допомогою гідроксиду калію:

{\ce {Br-CH2-CH2-Br +2KOH ->[NR_4Cl]HC#CH +2KBr +2H2O}}

Хімічні властивості

У хімічному відношенні ацетилен активніший, ніж етилен. Висока хімічна активність ацетилену обумовлюється наявністю в його молекулі потрійного зв'язку. Для ацетилену, як і етилену, характерні реакції окиснення, приєднання і полімеризації.

Реакції окиснення

Окиснення з утворенням карбонових кислот

Алкіни окиснюються з розщепленням потрійного зв'язку і утворенням карбонових кислот. У випадку ацетилену це буде мурашина кислота. Окисниками можуть бути перманганат, дихромат калію, оксид хрому(VI), озон.

{\ce {HC#CH + 3O + H2O ->2HCOOH}}

Реакція горіння

Ацетилен горить кіптявим полум'ям. Суміш ацетилену з повітрям чи з киснем вибухонебезпечна. Межі вибуховості його сумішей з повітрям складають 2,2–81; з киснем — 2,3–93 об'ємних %.

\mathrm {2C_{2}H_{2}+5O_{2}\rightarrow 4CO_{2}+2H_{2}O}

Реакції приєднання

Взаємодія з галогенами та галогеноводнями

Ацетилен легко знебарвлює бромну воду, приєднуючи при цьому бром за місцем розриву спочатку одного, а потім і другого зв'язку з утворенням відповідно дибромоетену С₂Н₂Br₂, а потім тетрабромоетану С₂Н₂Br₄:

У присутності гідроксиду натрію може також вступати у реакції заміщення з бромом:

{\ce {HC#CH +Br2 ->[NaOH,-HBr]HC#CBr +Br2 ->[NaOH, -HBr]BrC#CBr}}

При взаємодії з хлороводнем у присутності каталізатора ацетилен утворює вінілхлорид СН₂=CHCl:

Ця реакція має велике практичне значення, оскільки вінілхлорид широко використовується для одержання полімерних матеріалів.

Приєднання карбонільних сполук

При приєднанні карбонільних сполук утворюються спирти. В цій реакції, на відміну від інших реакцій приєднання, потрійний зв'язок залишається. З формальдегідом утворює пропінол, а далі — 2-бутин-1,4-діол:

{\ce {HC#CH +H2CO ->HC#C-CH2-OH +H2CO ->HO-CH2-C#C-CH2-OH}}

При взаємодії з іншими альдегідами утворює вторинні спирти, а з кетонами — третинні:

{\ce {HC#CH +R-CHO ->HC#C-CH(R)-OH}}

{\ce {HC#CH +R2CO ->HC#C-CR2-OH}}

Приєднання кислот

Ацетилен може приєднувати карбонові кислоти, утворюючи естери вінілового спирту. Каталізатором у цій реакції є солі ртуті(II) та міді(I):

{\ce {HC#CH +H-O-CO-CH3 ->[Hg]CH2=CH-O-CO-CH3}}

Вінілацетат, який утворюється при взаємодії ацетилену з оцтовою кислотою, використовується для отримання полівінілацетату (ПВА) — полімеру з широким застосуванням.

Вінілові естери, що утворюються при цій реакції, здатні ще приєднувати карбонові кислоти з утворенням діестерів — ацеталів:

Гідрування

У присутності порошку нікелю як каталізатора ацетилен легко вступає і в реакцію гідрування. При цьому, як і у випадку галогенування, реакція відбувається у дві стадії. Спочатку утворюється етилен, а потім етан:

\mathrm {H-C\equiv C-H+H_{2}{\xrightarrow {Ni}}CH_{2}=CH_{2}}

\mathrm {CH_{2}=CH_{2}+H_{2}\longrightarrow CH_{3}-CH_{3}}

Взаємодія зі спиртами

В присутності алкоголятів взаємодіє зі спиртами, утворюючи етери:

{\ce {HC#CH +ROH ->[RONa]H2C=CH-O-R}}

Механізм реакції такий: спочатку алкоголят розпадається на ${\ce {R-O-}}$ та ${\ce {Na+}}$ . Потім ${\ce {R-O-}}$ приєднується до молекули ацетилену, утворюючи карбоаніон та іон металу, а від молекули спирту відщеплюється протон, який приєднується до карбоаніона. ${\ce {R-O-}}$ , що залишився від спирту, взаємодіє з новою молекулою ацетилену, і реакція повторюється.

При взаємодії ацетилену зі спиртами та монооксидом вуглецю утворюються естери — акрилати:

{\ce {HC#CH +ROH +CO->H2C=CH-CO-O-R}}

Полімеризацією метилакрилату, який утворюється у цій реакції (якщо там метанол) отримають поліметилакрилат.

Гідратація

Ацетилен вступає також у реакцію гідратації з утворенням етаналю:

{\ce {HC#CH +H2O ->CH3-CHO}}

Каталізатором у цій реакції є розчин сульфату ртуті у 10 % сульфатній кислоті. Спочатку іон Hg²⁺ перетворюється на Hg⁺, а H₂O — на H₂O⁺. Ці іони приєднуються до потрійного зв'язку з утворенням ${\ce {Hg+ -CH=CH-O+H2}}$ . Потім протон відщеплюється і знову приєднується у вигляді атома водню на місце іона ртуті, залишаючи каталізатор:

{\ce {Hg+ -CH=CH-OH + H+ ->H-CH=CH-OH + Hg^2+}}

.

Далі, завдяки кето-енольній таутомерії, отриманий вініловий спирт перетворюється на етаналь:

{\ce {H2C=CH-OH <=>> H3C-CH=O}}

.

Інші реакції приєднання

Також приєднує синильну кислоту з утворенням акрилонітрилу:

{\ce {HC#CH +HCN ->H2C=CH-CN}}

Взаємодія з металами

Внаслідок високої електронегативності вуглецю в стані sp³-гібридизації атоми водню в ацетилені є рухливими, тобто ацетилен є слабкою кислотою. При пропусканні ацетилену у розчини солей перехідних металів випадає осад ацетиленидів металів, наприклад ацетиленід срібла.

Полімеризація

Докладніше: Полімеризація алкінів

У присутності CuCl в кислому середовищі може димеризуватися з утворенням вінілацетилену. При цьому утворюється побічний продукт — дивінілацетилен:

{\ce {2HC#CH ->[H^+, CuCl]H2C=CH-C#CH}}

{\ce {H2C=CH-C#CH +HC#CH ->H2C=CH-C#C-CH=CH2}}

При нагріванні до 450 °C у присутності активованого вугілля циклотримеризується з утворенням бензену:

При нагріванні до 100 °C циклотетрамеризується з утворенням октатетраєну (реакція проходить аналогічно тримеризації, але в ній беруть участь чотири молекули).

У присутності радикальних ініціаторів або металоорганічних каталізаторів полімеризується у полієн:

{\ce {nHC#CH ->(-CH=CH-)n}}

Застосування

Головною галуззю застосування ацетилену є хімічна промисловість. Ацетилен служить вихідною сировиною для синтезу таких важливих хімічних продуктів, як пластмаси, бензол, ацетатна кислота і ін. У техніці значні кількості ацетилену використовуються при автогенному зварюванні і різанні металів.

Примітки

↑ Acyclic Hydrocarbons. Rule A-3. Unsaturated Compounds and Univalent Radicals [Архівовано 10 жовтня 2000 у Wayback Machine.], IUPAC Nomenclature of Organic Chemistry
↑ Acetylene - Gas Encyclopedia Air Liquide. Air Liquide. Архів оригіналу за 4 травня 2022. Процитовано 27 вересня 2018.
↑ ^а ^б NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards #0008. Національний інститут охорони праці (NIOSH).

Див. також

Реакція Кучерова

Джерела

Вікісховище має мультимедійні дані за темою: Ацетилен

Хімія / Ф. А. Деркач. — Львів: Видавництво Львівського держуніверситету, 1968.
Шемчук Л. М. Ацетиленові вуглеводні // Фармацевтична енциклопедія [Архівовано 10 березня 2016 у Wayback Machine.]
Ластухін Ю. О., Воронов С. А. Органічна хімія. — 3-є. — Львів: Центр Європи, 2006. — 864 с. — ISBN 966-7022-19-6.
Глосарій термінів з хімії // Й.Опейда, О.Швайка. Інститут фізико-органічної хімії та вуглехімії ім. Л. М. Литвиненка НАН України, Донецький національний університет — Донецьк: «Вебер», 2008. — 758 с. ISBN 978-966-335-206-0

Посилання

Ацетилен [Архівовано 27 вересня 2020 у Wayback Machine.] // ВУЕ

[1] Acyclic Hydrocarbons. Rule A-3. Unsaturated Compounds and Univalent Radicals [Архівовано 10 жовтня 2000 у Wayback Machine.], IUPAC Nomenclature of Organic Chemistry

[airliquide-2] Acetylene - Gas Encyclopedia Air Liquide. Air Liquide. Архів оригіналу за 4 травня 2022. Процитовано 27 вересня 2018.

[NIOSH-3] а ^б NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards #0008. Національний інститут охорони праці (NIOSH).

[1]

[3]

[2]

Ацетилен
Ацетилен
Ацетилен
Ацетилен - просторова модель
просторова модель твердого ацетилену
Систематична назва	Ethyne^[1]
Ідентифікатори
Номер CAS	74-86-2
PubChem	6326
Номер EINECS	200-816-9
DrugBank	DB15906
KEGG	C01548
Назва MeSH	D02.455.326.397.259
ChEBI	27518
RTECS	AO9600000
SMILES	C#C
InChI	1/C2H2/c1-2/h1-2H
Номер Бельштейна	906677
Номер Гмеліна	210
Властивості
Молекулярна формула	C₂H₂
Молярна маса	26,04 г/моль
Зовнішній вигляд	Безбарвний газ
Запах	Без запаху
Густина	1,097 г/л = 1.097 кг/м³
Т_пл	−80,8
Розчинність (вода)	малорозчинний
Тиск насиченої пари	44,2 атм (20 °C)^[3]
Кислотність (pK_a)	25^[2]
Структура
Геометрія	Лінійна^[en]
Термохімія
Ст. ентальпія утворення Δ_fH^o ₂₉₈	+226.88 кДж/моль
Ст. ентропія S^o ₂₉₈	201 Дж/(моль·К)
Небезпеки
ГДК (США)	немає^[3]
ГГС піктограми
ГГС запобіжних заходів	P202, P210, P261, P271, P304, P340, P312, P377, P381, P403, P403, P233, P405, P501
NFPA 704	4 1 3
Якщо не зазначено інше, дані наведено для речовин у стандартному стані (за 25 °C, 100 кПа)
Інструкція з використання шаблону
Примітки картки