Etāns

Vēsture

Etānu pirmo reizi ieguva Maikls Faradejs 1834. gadā, elektrolizējot kālija acetāta šķīdumu. Viņš reakcijā radušos ogļūdeņradi uzskatīja par metānu un nepētīja to tālāk. Laika periodā no 1847. līdz 1849. gadam, cenšoties attaisnot radikāļu teoriju organiskajā ķīmijā, Hermans Kolbe un Eduards Franklands ieguva etānu, reducējot propionitrilu (etilcianīdu) un etiljodīdu ar metālisku kāliju, kā arī pēc Faradeja metodes elektrolizējot acetāta ūdens šķīdumu. Tomēr viņi šo reakciju produktu nosauca par metilradikāli, nevis metilgrupas dimēru — etānu. Šo kļūdu laboja Karls Šorlemmers 1864. gadā, pierādot, ka visās veiktajās reakcijās rodas etāns.
Etāna nosaukums ir veidots saskaņā ar IUPAC nomenklatūru. "Et-" ir atvasināts no alkohola (etanola) nosaukuma,, bet izskaņa "-āns" attiecas uz savienojumiem ar vienkāršām saitēm starp oglekļa atomiem — alkāniem.

Īpašības

Normālos apstākļos etāns ir gāze bez smaržas un krāsas. Tā vārīšanās temperatūra ir -88,5 °C un kušanas temperatūra -182,8 °C. Cietam etānam pastāv vairākas modifikācijas. Dzesējot normālā spiedienā, parādās pirmā modifikācija, kas ir plastiskais kristāls: kristalizācija. Šajā formā ūdeņraža atomiem nav noteiktas pozīcijas. Molekulas brīvi rotē ap savu asi. Etāna šķīdība ūdenī ir neliela.

Ražošana

Pēc metāna, etāns ir otra lielākā dabasgāzes sastāvdaļa. Etāna saturs dabas gāzē ir no mazāk kā 1 % līdz pat 6 % pēc tilpuma. Pirms 1960 g. etāns un lielākās molekulas parasti nebija atdalītas no metāna sastāvdaļām dabasgāzē, bet tika sadedzinātas kopā ar metānu kā degviela. Šodien etāns ir svarīga naftas ķīmijas izejviela un ir atdalīta no citiem komponentiem. Etāns var būt arī atdalīts no naftas gāzes, mikstūrā no gāzveida ogļūdeņraža maisījumiem, ko iegūst kā blakusproduktu naftas rafinēšanas laikā. Būvniecības ekonomika var mainīties, taču ja vērtība sūtīt nepabeigtu dabasgāzi apsteigs vērtību iegūstot etānu, etāna iegūšana varētu beigties. Tā varētu izraisīt kvalitātes maiņu gāzes sistēmās. Etānu visefektīvāk atdala no metāna sašķidrinot tos kriogēnās temperatūrās. Pastāv dažādas dzesēšanas metodes, visekonomiskākā metode ir izmantojot turbo detanderu un ar tā palīdzību var atgūt vairāk nekā 90% etāna no dabasgāzes. Šajā procesā atdzesēta gāze tiek paplašināta caur turbīnu, samazinot temperatūru ap -100 °C. Tik zemā temperatūrā gāzveida metāns var tikt atdalīts no šķidrā etāna un smagāku ogļūdeņražu destilācijas ceļā. Tālāka destilācija vēlāk atdala etānu no propāna un smagākiem ogļūdeņražiem.

Izmantošana

Etāns galvenokārt tiek izmantots lai iegūtu etilēnu, kas tiek iegūts krekinga tvaicēšanas procesā. Kad etēns tiek atšķaidīts ar tvaiku un īsā laika posmā karsēts ļoti augstā temperatūrā (900 °C vai vairāk) smagie ogļūdeņraži sadalās vieglākos ogļūdeņražos un piesātinātie ogļūdeņraži kļūst nepiesātināti. Etāns ir īpašs priekš etilēna radīšanas, jo tvaika krekings ir ļoti pateicīgs priekš etilēna, tikmēr tvaika krekings no smagākām ogļūdeņražu vielām producē vājāku etilēna mikstūru un bagātīgāku alkēnu (olefīnu), kā piemēram propēnu(propilēnu) un butadiēnu, kā arī aromātiskos ogļūdeņražus. Eksperimentāli, etāns ir kā izejviela citu preču ķīmiskajām vielām. Oksidatīvā etāna hlorēšana ir ļoti ilgu laiku kalpojusi kā krietni ekonomiskāks veids lai iegūtu vinilhlorīdu nekā etilēna hlorēšana. Daudz procesi lai panāktu šo rezultātu ir patentēti, bet mazā izvēle attiecībā uz vinilhlorīda un kodīgās reakcijas apstākļiem (it īpaši reakcija, miksējot sālsskābes temperatūrā, kas pārsniedz 500 °C ) tiek kavēti lielākā daļa no tiem. Pašreiz, INEOS tiek saražotas 1000 t/a (tonnas gadā) no etāna uz vinilhlorīdu. Līdzīgi, Saūda Arābijas firma SABIC ir paziņojusi audzēt 30000 tonnas gadā lai saražotu etiķskābes etānu. Šo ekonomisko procesu pastāvēšanu var raksturot ar zemajām etāna izmaksām kas ir Saūda Arābijas naftas laukos, un tie nevar būt konkurētspējīgi ar metanola karbonilēšanu citviet pasaulē. Etāns var tikt izmantots arī kā aukstumaģents kriogēnās saldēšanas sistēmās. Daudz mazākā mērogā, zinātniskajos izmeklējumos, šķidro etānu izmanto lai pārvērstu bagātīga ūdens kristālus elektromikraskopijā. Nelielu ūdens slāni iegremdējot etānā −150 °C vai aukstākā, sasalst ātri lai ūdens kristalizētos. Ar lēnākām saldēšanas metodēm, ledus kristāli var traucēt mīkstajai struktūrai un sabojāt paraugus.