Ацетилен

хімічна сполука

Ацетиле́н (етин) — безбарвний газ, без запаху, легший за повітря.

Ацетилен
Acetylene-CRC-IR-dimensions-2D.png
Ацетилен
Acetylene-CRC-IR-3D-balls.png
Ацетилен
Acetylene-3D-vdW.png
Ацетилен - просторова модель
Acetylene-xtal-3D-vdW-111.png
просторова модель твердого ацетилену
Систематична назва Ethyne[1]
Ідентифікатори
Номер CAS 74-86-2
PubChem 6326
Номер EINECS 200-816-9
KEGG C01548
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
ΔfHo298
+226.88 кДж/моль
Ст. ентропія So298 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
NFPA 704.svg
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 властивостіРедагувати

Ацетилен — при нормальних умовах — безбарвний газ з різким неприємним запахом, малорозчинний в воді, легший за повітря. При сильному охолодженні переходить відразу в білу кристалічну речовину, минаючи рідкий стан. При —83,6°С випаровується (сублімує), не розплавляючись. При стисненні розкладається з вибухом, зберігають в балонах, заповнених активованим вугіллям, що просочене ацетоном, в якому ацетилен розчиняється під тиском в великих кількостях. Вибухонебезпечний. C2Н2 виявлений на Урані і Нептуні.

БудоваРедагувати

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:

 

Хімічні властивостіРедагувати

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 окисненняРедагувати

Окиснення з утворенням карбонових кислотРедагувати

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

 

Реакція горінняРедагувати

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 приєднанняРедагувати

Взаємодія з галогенами та галогеноводнямиРедагувати

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 сполукРедагувати

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 кислотРедагувати

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

 

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

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

ГідруванняРедагувати

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 спиртамиРедагувати

В присутності алкоголятів взаємодіє зі спиртами, утворюючи етери:

 

Механізм реакції такий: спочатку алкоголят роспадається на   та  . Потім   приєднується до молекули ацетилена, утворюючи карбоаніон, та іон металу, а від молекули спирта 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.

ГідратаціяРедагувати

Ацетилен вступає також у реакцію гідратації з утворенням етаналю:

 

Каталізатором у цій реакції є розчин сульфату меркурію у 10% сульфатній кислоті. Cпочатку іон Hg2+ переторюється 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 іону меркурію, залишаючи каталізатор:  . Далі завдяки кето-енольній таутомерії отриманий вініловий спирт перетворюється на етаналь:  .

Інші реакції приєднанняРедагувати

Також приєднує синильну кислоту з утворенням акрилонітрилу:

 

Взаємодія з металламиРедагувати

Внаслідок високої електронегативності карбону в стані sp3-гібридизації атоми гідрогену в ацетилені є рухливими, тобто ацетилен є слабкою кислотою. При пропусканні ацетилена у розчини солей перехідних металлів випадає осад ацетиленидів металлів, наприклад ацетиленід срібла.

ПолімеризаціяРедагувати

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

 

 

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

При нагріванні до 100°С 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:

 

ЗастосуванняРедагувати

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.

ОтриманняРедагувати

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

 

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

  • 2СН4 -> С2Н2 + 3Н2

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 диброметану за допомогою гідроксиду калію:

 

ПриміткиРедагувати

Див. такожРедагувати

ДжерелаРедагувати

ПосиланняРедагувати