Etāns

Etāns (C2H6) ir ogļūdeņradis. Etāns ir otrs vienkāršākais alkāns (pēc metāna). Etāns normālos apstākļos ir bezkrāsaina gāze bez smaržas. Etāns ir sastopams naftā un dabasgāzē, no kā to arī iegūst. Etānu galvenokārt lieto par etilēna izejvielu.

 Vēsture 
Etānu pirmo reizi ieguva Maikls Faradejs 1834. gadā, elektrolizējot kālija acetāta šķīdumu. Viņš reakcijā radušos ogļūdeņradi uzskatīja par metānu un nepētīja to tālāk.Faraday, Michael (1834). "Experimental researches in electricity: Seventh series". Philosophical Transactions. 124: 77—122. doi:10.1098/rstl.1834.0008 Laika periodā no 1847. līdz 1849. gadam, cenšoties attaisnot radikāļu teoriju organiskajā ķīmijā, Hermans Kolbe un Eduards Franklands ieguva etānu, reducējot propionitrilu (etilcianīdu)Frankland, Edward (1850). "On the isolation of the organic radicals". Journal of the Chemical Society. 2: (3) 60—74.doi:10.1039/QJ8490100060.  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.Schorlemmer, Carl (1864). Annalen der Chemie. 132: 234.

Etāna nosaukums ir veidots saskaņā ar IUPAC nomenklatūru. "Et-" ir atvasināts no alkohola (etanola) nosaukuma,"the definition of ethyl". Dictionary.com. Retrieved 2016-03-12. bet izskaņa "-āns" attiecas uz savienojumiem ar vienkāršām saitēm starp oglekļa atomiem — alkāniem.

Īpašības
Normālos apstākļos etāns ir gāze bez smaržas un krāsas. Etāna šķīdība ūdenī ir neliela. Tā vārīšanās temperatūra ir −88,5 °C un kušanas temperatūra −182,8 °C. Cietam etānam pastāv vairākas modifikācijas. Dzesējot normālā spiedienā, pirmā rodas modifikācija, kas ir tā saucamais plastiskais kristāls. Šajā formā ūdeņraža atomiem kristālrežģī nav noteiktas pozīcijas un etāna molekulas brīvi rotē ap savu garenasi.

Ķīmijā
Etāns ir divu metilgrupu savienojums, ko var uzskatīt par "metilgrupas dimēru". Laboratorijā etānu sintezē no acetātiem ar Kolbes elektrolīzes metodi. Kolbes elektrolīzē pie anoda norisinās acetāta oksidēšanās, rodoties oglekļa dioksīdam un metilradikāļiem. Ļoti reaģētspējīgie metilradikāļi savienojas savā starpā un rodas etāns:
 CH3COO− → CH3• + CO2 + e−
 CH3• + •CH3 → C2H6
Etāna sintēze, oksidējot acetanhidrīdu ar peroksīdu, ir konceptuāli līdzīga Kolbes elektrolīzei.

Etāna ķīmija galvenokārt saistīta ar brīvo radikāļu reakcijām. Etāns var reaģēt ar halogēniem, īpaši ar hlora un broma radikāļiem, ko dēvē arī par brīvo radikāļu halogenēšanu. Šī reakcija notiek ar etilradikāļu palīdzību:
 C2H5• + Cl2 → C2H5Cl + Cl•
 Cl• + C2H6 → C2H5• + HCl
Tā kā hloretāns var pēc tāda paša mehānisma halogenēties tālāk, šajā procesā rodas vairāku halogenētu produktu sajaukums. Konkrētu halogēnogļūdeņražu iegūšanai jāizmanto selektīvās ķīmiskās reakcijas.

Degšana
Etāna degšana norisinās pie  1559.7 kJ/mol, vai  51.9 kJ/g, siltumdaudzuma, veidojot oglekļa dioksīdu un ūdeni saskaņā ar ķīmisko vienādojumu
 2 C2H6 + 7 O2 → 4 CO2 + 6 H2O + 3120 kJ
Degšana var norisināties bez skābekļa pārākuma (nepietiekamā tā daudzumā), veidojot amorfo oglekli un oglekļa monoksīdu.
 2 C2H6 + 3 O2 → 4 C + 6 H2O + enerģija
 2 C2H6 + 5 O2 → 4 CO + 6 H2O + enerģija
 2 C2H6 + 4 O2 → 2 C + 2 CO + 6 H2O + enerģija etc.
Sadegšana rodas sarežģītu, brīvo radikāļu reakcijas rezultātā. Sadegot etānam, ir simtiem dažādu reakciju. Etāna degšanas procesā ar etilradikāļiem,  skābekļa atdalīšanās rezultātā peroksīdi pievienojas etoksāma un hidroksila radikāļiem. 
 C2H5• + O2 → C2H5OO•
 C2H5OO• + HR → C2H5OOH + •R
 C2H5OOH → C2H5O• + •OH
Galvenie oglekli saturošie  nepilnīgas etāna sadegšanas produkti ir savienojumi ar vienu oglekļa atomu (piemēram, formaldehīds vai oglekļa monoksīds). Ir svarīgi precīzi noskaidrot, kuru oglekļa-oglekļa saiti etānā atdalot, veidojas šis viena oglekļa produkts, kurš tad pēc tam var radīt tālāku oksidēšanos.
 C2H5O• → CH3• + CH2O

Daži nelieli produkti no nepilnīgas etāna sadegšanas sevī ietver acetaldehīdus, metānu, metanolu un etanolu. Augstākās temperatūrās, it īpaši temperatūrā no 600 – 900 ° C etilēns ir ļoti nozīmīgs produkts. 
Līdzīgas reakcijas ar skābekli, veidojas iegūstot etilēnu no etāna tvaika krekinga procesā.
 C2H5• + O2 → C2H4 + •OOH

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 etāns 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 īpaši izdevīgs etilēna ražošanai, jo tvaika krekings ir ļoti efektīvs 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 vinilhlorīda ieguvei, nekā etilēna hlorēšana. Daudzi procesi ir patentēti, lai panāktu šo rezultātu, bet mazā izvēle attiecībā uz vinilhlorīda un kodīgās reakcijas apstākļiem (it īpaši reakcija, sajaucot sālsskābes temperatūrā, kas pārsniedz 500 °C) kavē lielāko daļu no tiem.

INEOS ražo 1000 t/a (tonnas gadā) no etāna uz vinilhlorīdu. 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 elektromikroskopijā. 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.

 Atsauces 

 Ārējās saites 

Kategorija:Alkāni