Etano – producción, propiedades, usos

Etano: características generales

Los compuestos del carbono con el hidrógeno se denominan hidrocarburos . En química orgánica , dependiendo de la estructura química de dichos compuestos, se distinguen series (o familias) homólogas de compuestos químicos, caracterizadas por una fórmula general compartida. El etano pertenece a la serie homóloga de los alcanos , o hidrocarburos saturados (también llamados hidrocarburos parafínicos). Se caracterizan por el hecho de que todos los enlaces entre los átomos de carbono y de hidrógeno están saturados. La fórmula molecular del etano es C ₂ H ₆ . Cada uno de los átomos de carbono de la molécula adopta la hibridación sp ³ y es tetravalente. Los átomos individuales están conectados entre sí mediante enlaces covalentes. Los dos átomos de carbono de una molécula de etano se unen directamente entre sí mediante un enlace simple. Además, hay tres enlaces de cada átomo de carbono a los que están unidos los átomos de hidrógeno. A diferencia de sus homólogos insaturados de etano, eteno y etino (también conocidos como etileno y acetileno), las moléculas de etano no muestran isomería cis-trans que son comunes a estos compuestos e implican diferentes configuraciones espaciales de sustituyentes alrededor del anillo de carbono.

Preparación y propiedades.

En el gas natural se encuentran pequeñas cantidades de etano. Sin embargo, cabe señalar que, en comparación con el componente principal del gas natural, el metano , el etano constituye sólo aproximadamente el 1 %del mismo. El etano también acompaña a los depósitos de petróleo. Otras fuentes de etano incluyen productos de pirólisis de biomasa y biogás generado en digestores anaeróbicos diseñados específicamente. A escala industrial, también se extrae mediante craqueo con vapor, refinación y otros procesamientos de petróleo crudo . A mayor escala, el etano se obtiene como producto del procesamiento térmico del petróleo crudo y del carbón. A escala de laboratorio, el compuesto se puede obtener mediante reacción de electrólisis de una solución concentrada de acetato de sodio. Además de etano, la reacción también produce dióxido de carbono. Otro método utilizado frecuentemente es la hidrogenación catalítica de eteno (un representante de los alquenos ). En este proceso, una molécula de hidrógeno se une al doble enlace insaturado compartido por los átomos de carbono. En condiciones normales, la reacción no es muy eficiente, por lo que los procesos de hidrogenación de eteno se llevan a cabo en presencia de un catalizador de platino.

Las propiedades físicas y químicas del etano:

• Gas incoloro e inodoro (a temperatura ambiente).
• Insoluble en agua.
• Bien soluble en disolventes orgánicos.
• Altamente inflamable.
• Sufre reacciones de combustión completa e incompleta.
• Tiene baja reactividad química.
• Su densidad es mayor que la del aire.
• No tóxico.

El etano es un compuesto químico difícilmente reactivo. Esto se debe a que todos los átomos de la molécula comparten enlaces simples que son difíciles de romper. Sin embargo, los derivados del etano, representantes de los alquenos y alquinos , como el eteno y el etino, también llamado acetileno, muestran un comportamiento diferente. Sus moléculas contienen enlaces dobles y triples insaturados entre átomos de carbono, respectivamente. Dado que tales enlaces son fáciles de romper, hacen que dichos compuestos sean altamente reactivos, como, por ejemplo, en la reacción de sustitución. La principal reacción química del etano es la combustión. Dependiendo de las condiciones de combustión, es decir, del suministro de aire u oxígeno, los productos de la combustión pueden diferir:

• La combustión completa se produce con acceso ilimitado al aire. Es el más eficiente energéticamente. Los productos de la reacción incluyen dióxido de carbono y moléculas de agua.
• La combustión incompleta ocurre con un suministro de aire limitado. No es eficiente debido a los productos resultantes. La combustión incompleta produce monóxido de carbono (II) y agua, o carbono y agua, que son venenosos.

Aplicaciones de etano

Junto con el propano y el butano , el etano se utiliza como materia prima energética . El etano es uno de los principales componentes de los combustibles para las estufas de campamento debido a su alta inflamabilidad, falta de olor y alto poder calorífico. Es menos importante para calentar casas y apartamentos. El etano es una materia prima importante en la industria química . Se utiliza no sólo para generar energía sino también en numerosos procesos industriales. El etano se utiliza, entre otros, para la producción de alcohol etílico, acetileno o etilenglicol. También es un componente importante en los procesos de fabricación de plásticos . El etano es un aditivo de la gasolina . El objetivo de añadir etano a la gasolina es aumentar su índice de octanaje. El etano también es un componente de agentes anticongelantes y detergentes . Gracias a sus propiedades puede servir como refrigerante. En tales aplicaciones, está marcado como R-170. Diseñado para su uso particularmente en refrigeración a baja temperatura. Una aplicación interesante del etano es su uso en la industria alimentaria. Acelera la maduración de determinados productos, especialmente de las frutas.

Derivados clave del etano

Etileno

El eteno es un representante de la serie homóloga de alquenos. Dos átomos de hidrógeno que forman la cadena de hidrocarburos comparten un doble enlace insaturado. El eteno, también llamado comúnmente etileno, es un producto de la deshidrogenación catalítica del etano. La deshidrogenación suele realizarse con un catalizador de níquel. Un enlace insaturado en la molécula de eteno hace que el compuesto sea altamente reactivo. Se agrega fácilmente al doble enlace de moléculas como cloro, bromo, cloruro de hidrógeno, bromuro de hidrógeno, agua y más. El eteno también sufre polimerización , que implica la unión de fragmentos cortos (monómeros) en cadenas largas ( polímeros ). El producto de este proceso catalítico es una sustancia transparente llamada polietileno . El polietileno es un producto básico muy utilizado para fabricar envases, botellas de plástico , películas para envolver, películas fotográficas y mucho más. En la industria, el eteno se utiliza esencialmente para la producción de plásticos. Además, sirve como sustrato en los procesos de obtención de compuestos como el ácido acético , el alcohol etílico y el etilenglicol.

Acetileno

Otro derivado del etano es el acetileno. Es el primer representante de la serie homóloga de alquinos. La molécula de acetileno está formada por dos átomos de carbono y dos átomos de hidrógeno. Esta estructura química sugiere que existe un triple enlace insaturado entre los átomos de carbono. El enlace determina en gran medida las propiedades del compuesto. El acetileno es un gas extremadamente reactivo. Sufre reacciones de combustión y adición (con bromo, cloro , bromo-hidrógeno, entre otros). Al igual que el etileno, sufre una reacción de polimerización para formar poliacetileno. A pesar de sus interesantes funciones (como la conductividad eléctrica), el compuesto es difícil de obtener. En la industria química, también se puede utilizar para sintetizar disolventes orgánicos. El acetileno tiene una amplia gama de aplicaciones en diversos sectores de la industria. Una de las aplicaciones más importantes son los sopletes de oxiacetileno. Se utilizan para trabajar y cortar metales, así como para soldar. También existen lámparas de acetileno en las que se utiliza el gas como iluminante. Históricamente se producía y quemaba en las llamadas lámparas de carburo. Hoy en día, este método ya no se utiliza. El acetileno de alta pureza se administra a los pacientes en forma de anestesia.

Etanol

El etanol es un líquido incoloro con olor característico, sabor astringente y alta volatilidad. El alcohol etílico es un derivado del etano que contiene un grupo hidroxilo -OH en su molécula. El etanol es muy polar y se mezcla con agua en cualquier proporción. El etanol también es un disolvente de varios compuestos orgánicos. Aunque es un derivado del etano, se obtiene a escala industrial mediante fermentación alcohólica de materias primas que contienen azúcares. Pueden ser patatas, maíz o cereales. El producto terminado se separa y purifica por destilación. La concentración máxima alcanzable de etanol es aproximadamente del 96%(mezcla azeotrópica de etanol y agua). El etanol tiene la mayor importancia en la industria alimentaria. Se utiliza no sólo para la producción de bebidas alcohólicas, sino también de vinagre y aromas alimentarios. En la industria farmacéutica se utiliza para elaborar jarabes y desinfectantes tópicos. Por sus propiedades, el alcohol etílico también se utiliza en la industria cosmética para elaborar perfumes.

Etilenglicol

Al igual que el etanol, el etilenglicol es otro derivado alcohólico del etano. Este compuesto está formado por dos átomos de carbono conectados por un enlace simple, al que están unidos dos grupos -OH hidroxilo. El glicol se presenta en forma de un líquido espeso e incoloro. Se disuelve fácilmente en agua. El etilenglicol es un ejemplo del alcohol polihidroxi más simple. Es relativamente barato de fabricar pero su principal desventaja es que cristaliza a bajas temperaturas. El etilenglicol es uno de los ingredientes clave utilizados en productos anticongelantes para sistemas HVAC y automotrices. La sustancia también se encuentra en varios productos domésticos, incluidos detergentes, cosméticos, pinturas y disolventes. Otros usos del etilenglicol incluyen la producción de plásticos, tintas y portadores de calor.