ეთანი

ეთანი — ალკანების კლასის ორგანული ნაერთია. ბუნებაში არსებობს ბუნებრივი აირის, ნავთობის და სხვა ნახშირწყალბადების შემადგენლობაში. საინტერესოა, რომ ტიტანის ზედაპირზე (სატურნის თანამგზავრი) დაბალი ტემპერატურის პირობებში (−180 °C) არსებობს მთელი რიგი თხევადი მეთან-ეთანის ნარევების ტბები და მდინარეები.
ეთანი სინთეთიკურად პირველად მიღებული იქნა 1834 წელს მაიკლ ფარადეის მიერ, კალიუმის აცეტატის ელექტროლიზის მეშვეობით.
სახელწოდება ეთანი წარმოადგენს IUPAC-ის ნომენკლატურის ორგანული ქიმიის წარმოებულს. "ეთ-" ("ETH-") აღნიშნავს ნახშირბადის 2 ატომის არსებობას, და "-ანი" მიუთითებს რომ მათ შორის არის ერთი ბმა კავშირი.
ფიზიკური თვისებები
ეთანი — უფერო, უსუნო აირია.
სიმკვრივე T=-100 °C ρთხ.=0,561 გრ/სმ³
სიმკვრივე ნ.პ. ρაირი.=0,001342 გრ/სმ³ ან 1,342 კგ/მ³
ეთანის ბარიერი
მოლეკულური სუბსტრუქტურის ბრუნვა გრეხილი კავშირის ირგვლივ ჩვეულბრივ საჭიროებს ენერგიას.
მინიმუმ ენერგიას რომელიც საჭიროა კავშირის 360 გრადუსით შემობრუნებისათვის ეწოდება ბრუნვის ბარიერი.
ეთანი იძლევა ასეთი ბრუნვის ბარიერის კლასიკურ მარტივ მაგალითს, რომელსაც ზოგჯერ უწოდებენ "ეთანის ბარიერს".
ცენტრალური ნახშირბად-ნახშირბადის კავშირის ორივე ბოლოზე არის სამი თავისუფალი მბრუნავი წყალბადი, იმ პირობით, რომ გააჩნიათ საკმარისი ენერგია რათა გადალახონ ნახშირბად-წყალბადის კავშირების ბარიერი, მოლეკულის ორივე ბოლოში.
ქიმიური თვისებები
ქიმიური ფორმულაა C2H6. ყველაზე დამახასიათებელი რეაქციაა წყალბადის ჩანაცვლება ჰალოგენებით, რომელიც მიმდინარეობს თავისუფალ რადიკალური მექანიზმით.
ლაბორატორიის პირობებში, ეთანი შეიძლება მივიღოთ ელექტროლიზის კოლბაში. აცეტატის მარილის წყლის ხსნარის ელექტროლიზით. ანოდზე აცეტატი იჟანგება, წარმოიქმნება ნახშირბადის დიოქსიდი და მეთილის რადიკალები, მეთილის რადიკალების მაღალი რეაქტიულობის ხარჯზე ისინი კომბილირდებიან და ქმნიან ეთანს:
CH3COO− → CH3• + CO2 + e−
CH3• + •CH3 → C2H6
მეორე მეთოდი, ძმრის ანჰიდრიდით და პეროქსიდით, რომელიც კონცეპტუალურად მსგავსია.
ეთანის ქიმია ასევე ძირითადად მოიცავს თავისუფალი რადიკალების რეაქციას. ეთანს შეუძლია შევიდეს რეაქციაში ჰალოგენებთან, განსაკუთრებულად ქლორთან და ბრომთან, თავისუფალი რადიკალების ჰალოგენირებით. ეს რეაქცია მიმდინარეობს ეთილენის რადიკალების გავრცელებით:
C2H5• + Cl2 → C2H5Cl + Cl•
Cl• + C2H6 → C2H5• + HCl
რადგანაც ეთანის ჰალოგენირება შეიძლება გაგრძელდეს და გავრცელდეს თავისუფალი რადიკალების ჰალოგენირების გარეთაც, ამ პროცესს მივყავართ რამდენიმე ჰალოგენირებული პროდუქტის ნარევის შექმნამდე.
წვა
ეთანის სრული წვისას გამოყოფს 1559,7 კჯ/მოლ, ან 51,9 კჯ/გ, სითბოს, და წარმოიქმნება ნახშირორჟანგს და წყალს შემდეგი ქიმიური განტოლების მიხედვით:
2 C2H6 + 7 O2 → 4 CO2 + 6 H2O + 3170 კჯ
წვა ხდება თავისუფალი რადიკალების რეაქციების რთული სერიებით. ეთანის წვის ქიმიური კინეტიკის კომპიუტერულმა მოდელირებამ აჩვენა ასობით რეაქცია. ეთანის წვის რეაქციების სერიაში მნიშვნელოვანია ეთილენის რადიკალისა და ჟანგბადის რეაქცია, და მიღებული ზეჟანგის შემდგომი დაშლა ეთოქსად და ჰდროქსილის რადიკალად.
C2H5• + O2 → C2H5OO•
C2H5OO• + HR → C2H5OOH + •R
C2H5OOH → C2H5O• + •OH
ეთანის არასრული წვის ძირითად ნახშირბად-შემცველ პროდუქტებს წარმოადგენენ ერთ ნახშირბადიანი ნაერთები, როგორებიცაა ნახშირბადის მონოქსიდი და ფორმალდეჰიდი. ერთ-ერთ მთავარ მიმართულებას, სადაც ნახშირბად-ნახშირბადის ბმები, კავშირები ეთანში ირღვევა წარმოადგენს მონო ნახშირბადის პროდუქტების ეთოქსის რადიკალების დაშლა გარდაქმნა მეთილის რადიკალებად და ფორმალდეჰიდებად, რომლებსაც თავის მხრივ შეუძლიათ შემდგომი დაჟანგვა.
C2H5O• → CH3• + CH2O
ეთანის არასრული წვის ზოგ უმნიშვნელო პროდუქტს შეადგენს აცეტალდეჰიდი, მეთანი, მეთანოლი და ათანოლი. უფრო მაღალი ტემპერატურის დროს, განსაკუთრებით 600-900 °C-ის დიაპაზონში, ეთილენი წარმოადგენს მნიშვნელოვან პროდუქტს. ის ჩნდება შემდეგი რეაქციის მიხედვით:
C2H5• + O2 → C2H4 + •OOH
მსგავსი რეაქციები იღებენ მონაწილეობას ეთილენის წარმოებაში ეთანის ორთქლის კრეკინგით.
ფიზიოლოგიური ქმედება
გააჩნია ნარკოტიკული ზემოქმედება. ნორმალურ პირობებში, ეთანი წარმოადგენს საწვავ აირს. ჰაერთან არევისას მოცულობის 3,0% - 12,5%-მდე, ის წარმოქმნის ფეთქებად ნარევებს.
იქ სადაც ეთანი ინახება როგორც კრეოგენული სითხე საჭიროა უსაფრთხოების დამატებითი ზომები. თხევად ეთანთან პირდაპირმა კონტაქტმა შეიძლება გამოიწვიოს სერიოზული წაყინვა. ამას გარდა, თხევადი ეთანიდან აორთქლებული ორთქლი, სანამ ის არ გათბება ოთახის ტემპერატურამდე, ჰაერზე მძიმეა და შეუძლია მიწაზე იხოხოს ან გროვდება დაბალ ადგილებში.
ჭურჭელში სადაც იყო ეთანი შეიძლება სიცოცლისათვის საჭირო ჟანგბადის ნაკლებობა აყოს. ამას გარდა არის გაგუდვის საშიშროება, ეთანი არ წარმოადგენს მწვავე ან ქრონიკულ ტოქსიკური რისკის ნივთიერებას.
მიღება
მრეწველობაში ეთანს მიიღებენ ნავთობისაგან და ბუნებრივი აირიდან. მეთანის შემდეგ, ეთანი წარმოადგენს ბუნებრივი აირის სიდიდით მეორე კომპონენტს. სხვადასხვა საბადოს ბუნებრივ აირში ეთანის შემცველობა მერყეობს მოცულობის 1%-ზე ნაკლებიდან 6%-ზე მეტამდე. 1960 წლამდე, ეთანს და უფრო მსხვილ მოლეკულებს როგორც წესი არ ანცალკევებდნენ ბუნებრივი აირის მეთანის კომპონენტებისაგან, არამედ უბრალოდ წვავდნენ მეთანთან ერთად როგორც საწვავს. მაგრამ დღეს, ეთანი წარმოადგენს მეტად მნიშვნელოვან ნავთობქიმიურ ნედლეულს, და მას ანცალკევებენ ბუნებრივი აირის სხვა კომპონენტებისაგან. ეთანი ასევე შეიძლება გამოყოფილ იქნას ნავთობის აირისაგან. აიროვანი ნახშილწყალბადების ნარევები, რომლებიც წარმოიქმნებიან როგორც ნავთობის გადამუშავების გვერდული პროდუქტი. ქარხნების მშენებლობის და გაშვების ეკონომიკა შესაცვლელია, მაგრამ თუკი დაუმუშავებელი აირის მიწოდების შეფარდებითი ღირებულება აღემეტება ეთანის გამოყოფის ღირებულებას, მაშინ ქარხანა არ შეიძლება გაშვებულ იქნას.
გამოყენება
მრეწველობაში ეთანს ძირითადად გამოიყენებენ - ეთილენის მისაღებად. მის და ორთქლის ნაზავს მოკლე დროით აცხელებენ მაღალ ტემპერატურამდე (900 °C ან კიდევ უფრო მაღლა), მძიმე ნახშირწყალბადები იშლებიან მჩატე ნახშირწყალბადებად, და გაჯერებული ნახშირწყალბადები ხდებიან გაუჯერებლად. ეთილენის წარმოებისათვის ეთანი საუკეთესოა, ამიტომაც ეთანის ორთქლური კრეკინგი საკმაოდ სელექციურია ეთილენისათვის, იმ დროს როცა მძიმე ნახშირწყალბადების ორთქლის კრეკინგი იძლევა პროდუქტების ნარევს სადაც ეთილენი უფრო ნაკლებადაა და ბლომადაა უფრო მძიმე ალკანები (ოლეფინები), როგორებიცაა პროპილენი და ბუტადიენი და არომატული ნახშირყალბადები.
ეთანის ჟანგვა ქლორირებამ დიდი ხანია აჩვენა პოტენციურად ეკონომიური მიმართულება ვინიქლორიდისათვის ვიდრე ეთილენის ქლორირებაა. ამ რეაქციის ჩატარების ბევრი პროცესი იქნა დაპატენტებული.
საუდის არაბეთში, იანბუში ფირმა SABIC განაცხადა 30000 ტ / ძმრის მჟავის წარმოების ქახნის აშენების შესახებ ეთანის ჟანგვის გზით. ამ პროექტის ეკონომიკური მიზანშეწონილობა გათვლილია ეთანის დაბალ ფასზე საუდის არაბეთის საბადოებთან სიახლოვის გამო, და ის ვერ იქნება კონკურენტუნარიან მათანოლის კარბონილირებისას მსოფლიოს სხვა ქვეყნებში.
ეთანი შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც მაცივარ აგენტი გაცივების კრიოგენულ სისტემებში. გაცილებით მცირე მასშტაბით სამეცნიერო კვლევებში თხევადი ეთანი გამოიყენება ელექტრონულ მიკროსკოპში.
ატმოსფერული და დედამიწის დამატებითი ეთანი
ეთანი ხდება აირი რომელიც ტოვებს თავის კვალს ატმოსფეროში, დღეს მისი კონცენტაცია ზღვის დონეზე არის 0,5 ppbv, მაგრამ ალბათ მისი ინდუსტრიალიზაციამდე კონცენტრაცია იყო ბევრად ნაკლები ვიდრე ახლა, რადგანაც ეთანის მნიშვნელოვანი ნაწილი ატმოსფეროში ჩნდება როგორც მოპოვებადი საწვავის სახეობა. თუმცა ეთანი სასათბურე ეფექტის გამომწვევი აირია, ის გაცილებით ნაკლებია, ვიდრე მეთანი, და ასევე ნაკლებად ეფექტურია მასასთან შედარებით. ის ასევე აღმოჩენილი იქნა როგორც ატმოსფეროს კომპონენტი ყველა ოთხ გიგანტ-პლანეტაზე, სატურნის მთვარის ტიტანის ატმოსფეროში.
ატმოსფერული ეთანი არის მეთანის აირზე მზის ფოტოქიმიური ზემოქმედების შედეგი, ამ ატმოსფეროებში: მოკლე ტალღების ულტრაიისფერ ფოტონებს 160 ნმ შეუძლიათ მეთანის მოლეკულების ფოტო-დისოციაცია მეთილის რადიკალად და წყალბადის ატომად. როდესაც ორი მეთილენის რადიკალი რეკომბინირდებიან შედეგად წარმოიქმნება ეთანი:
CH4 → CH3• + •H
CH3• + •CH3 → C2H6
2007 წლის დეკემბერში ზონდმა "კასინიმ" ტიტანის სამხრეთ პოლუსთან აღმოაჩინა სულ ცოტა ერთი ზღვა ანუ ტბა მაინც რომელსაც დღეს უწოდებენ ონტარიო ლეკუს მისი დედამიწის ონტარიოს ტბასთან მსგავსების გამო (მიახლოებით 20 000 კმ²). შემდგომი ინფრაწითელი სპექტრული მონაცემების ანალიზის შედეგად 2008 წლის ივნისში წარმოადგინეს უფრო დაწვრილებითი მტკიცებულება თხევადი ეთანის არსებობის შესახებ ონტარიოს ლაკისში.
1996 წელს, ეთანი აღმოჩენილ იქნა კომეტა ხიაკუტაკეზე, და მას შემდეგ ის სხვა რამდენიმე კომეტაზეც იყო ნანახი. ეთანის არსებობა მზის სისტემის ამ ნაწილში შეიძლება დაკავშირებული იყოს, იმასთან რომ ეთანი არის როგორც მზის ნისლიანობის თავდაპირველი კომპონენტი, რისგანაც როგორც ვარაუდობენ წარმოიქმნება მზე და პლანეტები.
2006 წელს დეილ კუიკშანკმა NASA / Ames Research Center და მისმა კოლეგებმა განაცხადეს ეთანის სპექტროსკოპული აღმოჩენის შესახებ პლუტონის ზედაპირზე.
შენიშვნები
ლიტერატურა
რესურსები ინტერნეტში
International Chemical Safety Card 0266
Market-Driven Evolution of Gas Processing Technologies for NGLs
Staggered and eclipsed ethane
ორგანული ქიმია
ალკანები
ნახშირწყალბადები