Ацетилен

хімічна сполука

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

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 15906
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)[3]
Кислотність (pKa) 25[2]
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[3]
ГГС піктограми GHS02: ВогненебезпечноThe exclamation-mark pictogram in the Globally Harmonized System of Classification and Labelling of Chemicals (GHS)
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

Фізичні властивості ред.

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 ред.

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

 ,
де   — хімічний зсув. Спінова система C2Н2 —  

Спінова система   ізотоп-заміщеного похідного  :   Два протони й два ядра   є хімічно, але не магнітно еквівалентні. Оскільки константи спін-спінової взаємодії не є рівними:

 

Отримання ред.

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):

 

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:

 

Хімічні властивості ред.

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 ред.

Окиснення з утворенням карбонових кислот ред.

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.

 

Реакція горіння ред.

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 %.

 

Реакції приєднання ред.

Взаємодія з галогенами та галогеноводнями ред.

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:

 

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 ред.

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:

 

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

 
 

Приєднання кислот ред.

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

 

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 ред.

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:

 
 

Взаємодія зі спиртами ред.

В присутності алкоголятів взаємодіє зі спиртами, утворюючи етери:

 

Механізм реакції такий: спочатку алкоголят розпадається на   та  . Потім   приєднується до молекули ацетилену, утворюючи карбоаніон та іон металу, а від молекули спирту відщеплюється протон, який приєднується до карбоаніона.  , що залишився від спирту, взаємодіє з новою молекулою ацетилену, і реакція повторюється.

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

 

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

Гідратація ред.

Ацетилен вступає також у реакцію гідратації з утворенням етаналю:

 

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  . Потім протон відщеплюється і знову приєднується у вигляді атома гідрогену на місце іона ртуті, залишаючи каталізатор:

 .

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

 .

Інші реакції приєднання ред.

Також приєднує синильну кислоту з утворенням акрилонітрилу:

 

Взаємодія з металами ред.

Внаслідок високої електронегативності карбону в стані sp3-гібридизації атоми гідрогену 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 ред.

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

 
 

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:

 

Застосування ред.

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 ред.

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

Див. також ред.

Джерела ред.

Посилання ред.