Etano: produzione, proprietà, usi

Etano: caratteristiche generali

I composti del carbonio con l’idrogeno sono chiamati idrocarburi . In chimica organica , a seconda della struttura chimica di tali composti, si distinguono serie – o famiglie – omologhe di composti chimici, caratterizzate da una formula generale condivisa. L’etano appartiene alla serie omologa degli alcani , ovvero degli idrocarburi saturi (detti anche idrocarburi paraffinici). Sono caratterizzati dal fatto che tutti i legami tra gli atomi di carbonio e di idrogeno sono saturi. La formula molecolare dell’etano è C ₂ H ₆ . Ciascuno degli atomi di carbonio nella molecola adotta l’ibridazione sp ³ ed è tetravalente. I singoli atomi sono collegati tra loro da legami covalenti. I due atomi di carbonio in una molecola di etano si legano direttamente tra loro con un singolo legame. Inoltre, ci sono tre legami per ciascun atomo di carbonio a cui sono attaccati gli atomi di idrogeno. A differenza delle controparti insature di etano, etene ed etino (noti anche come etilene e acetilene), le molecole di etano non mostrano isomerismo cis-trans comune a questi composti e coinvolgono diverse configurazioni spaziali dei sostituenti attorno all’anello di carbonio.

Preparazione e proprietà

Piccole quantità di etano si trovano nel gas naturale. Va però sottolineato che rispetto al principale costituente del gas naturale, ovvero il metano , l’etano ne costituisce solo l’1%circa. L’etano accompagna anche i depositi di petrolio. Altre fonti di etano includono i prodotti della pirolisi della biomassa e il biogas generato in digestori anaerobici appositamente progettati. Su scala industriale, viene estratto anche mediante steam cracking , raffinazione e altre lavorazioni del petrolio greggio . Su scala più ampia, l’etano si ottiene come prodotto della lavorazione termica del petrolio greggio e del carbone. Su scala di laboratorio, il composto può essere ottenuto mediante reazione di elettrolisi di una soluzione concentrata di acetato di sodio. Oltre all’etano, la reazione produce anche anidride carbonica. Un altro metodo utilizzato frequentemente è l’idrogenazione catalitica dell’etene (un rappresentante degli alcheni ). In questo processo, una molecola di idrogeno è attaccata al doppio legame insaturo condiviso dagli atomi di carbonio. In condizioni normali la reazione non è molto efficiente, quindi i processi di idrogenazione dell’etene vengono effettuati in presenza di un catalizzatore di platino.

Le proprietà fisiche e chimiche dell’etano:

• Gas incolore e inodore (a temperatura ambiente).
• Insolubile in acqua.
• Ben solubile in solventi organici.
• Altamente infiammabile.
• Subisce reazioni di combustione complete e incomplete.
• Ha una bassa reattività chimica.
• La sua densità è maggiore di quella dell’aria.
• Non tossico.

L’etano è un composto chimico difficilmente reattivo. Questo perché tutti gli atomi della molecola condividono legami singoli difficili da rompere. Tuttavia, i derivati ​​dell’etano, rappresentanti di alcheni e alchini , come l’etene e l’etino, chiamato anche acetilene, mostrano un comportamento diverso. Le loro molecole contengono rispettivamente doppi e tripli legami insaturi tra gli atomi di carbonio. Poiché tali legami sono facili da rompere, rendono i suddetti composti altamente reattivi, come ad esempio nella reazione di sostituzione. La principale reazione chimica dell’etano è la combustione. A seconda delle condizioni di combustione, cioè dell’apporto di aria o ossigeno, i prodotti della combustione possono differire:

• La combustione completa avviene con accesso illimitato all’aria. È il più efficiente dal punto di vista energetico. I prodotti della reazione includono anidride carbonica e molecole d’acqua.
• La combustione incompleta avviene con una fornitura d’aria limitata. Non è efficiente a causa dei prodotti risultanti. La combustione incompleta produce monossido di carbonio velenoso (II) e acqua o carbonio e acqua.

Applicazioni dell’etano

Insieme al propano e al butano , l’etano viene utilizzato come materia prima energetica . L’etano è uno dei principali costituenti dei combustibili per stufe da campo a causa della sua elevata infiammabilità, mancanza di odore e alto potere calorifico. È meno importante nel riscaldamento di case e appartamenti. L’etano è una materia prima importante nell’industria chimica . Viene utilizzato non solo per generare energia ma anche in numerosi processi industriali. L’etano viene utilizzato, tra gli altri, per la produzione di alcol etilico, acetilene o glicole etilenico. È anche un componente importante nei processi di produzione della plastica . L’etano è un additivo per la benzina . Lo scopo dell’aggiunta di etano alla benzina è quello di aumentarne il numero di ottano. L’etano è anche un componente degli agenti antigelo e dei detergenti . Grazie alle sue proprietà può fungere da refrigerante. In tali applicazioni è contrassegnato come R-170. Progettato per l’uso in particolare nella refrigerazione a bassa temperatura. Un’interessante applicazione dell’etano è il suo utilizzo nell’industria alimentare. Accelera la maturazione di alcuni prodotti, in particolare della frutta.

Principali derivati ​​dell’etano

Etilene

L’etene è un rappresentante della serie omologa degli alcheni. Due atomi di idrogeno che compongono la catena idrocarburica condividono un doppio legame insaturo. L’etene, comunemente chiamato anche etilene, è un prodotto della deidrogenazione catalitica dell’etano. La deidrogenazione viene solitamente eseguita con un catalizzatore al nichel. Un legame insaturo nella molecola di etene rende il composto altamente reattivo. Si aggiunge facilmente al doppio legame di molecole come cloro, bromo, acido cloridrico, acido bromidrico, acqua e altro. Anche l’etene subisce la polimerizzazione , che comporta l’unione di brevi frammenti (monomeri) in lunghe catene ( polimeri ). Il prodotto di questo processo catalitico è una sostanza trasparente chiamata polietilene . Il polietilene è un prodotto di base ampiamente utilizzato per realizzare imballaggi, bottiglie di plastica , pellicole avvolgenti, pellicole fotografiche e molto altro. Nell’industria l’etene viene utilizzato essenzialmente per la produzione di materie plastiche. Inoltre, serve come substrato nei processi per ottenere composti come acido acetico , alcol etilico e glicole etilenico.

Acetilene

Un altro derivato dell’etano è l’acetilene. È il primo rappresentante della serie omologa degli alchini. La molecola di acetilene è composta da due atomi di carbonio e due atomi di idrogeno. Una tale struttura chimica suggerisce che esiste un triplo legame insaturo tra gli atomi di carbonio. Il legame determina in gran parte le proprietà del composto. L’acetilene è un gas estremamente reattivo. Subisce reazioni di combustione e addizione (con bromo, cloro , bromo idrogeno, tra gli altri). Come l’etilene, subisce una reazione di polimerizzazione per formare poliacetilene. Nonostante le sue funzioni interessanti (come la conduttività elettrica), il composto è difficile da ottenere. Nell’industria chimica può essere utilizzato anche per sintetizzare solventi organici. L’acetilene ha una vasta gamma di applicazioni in vari settori dell’industria. Una delle applicazioni più importanti sono i cannelli ossiacetilenici. Sono utilizzati per la lavorazione e il taglio dei metalli, nonché per la saldatura. Esistono anche lampade ad acetilene in cui il gas viene utilizzato come illuminante. Storicamente veniva prodotto e bruciato nelle cosiddette lampade a carburo. Oggi questo metodo non viene più utilizzato. L’acetilene ad elevata purezza viene somministrato ai pazienti sotto forma di anestesia.

Etanolo

L’etanolo è un liquido incolore con un odore caratteristico, sapore astringente ed elevata volatilità. L’alcol etilico è un derivato dell’etano contenente un gruppo ossidrile -OH nella sua molecola. L’etanolo è altamente polare e si mescola con l’acqua in qualsiasi rapporto. L’etanolo è anche un solvente per diversi composti organici. Sebbene sia un derivato dell’etano, viene ottenuto su scala industriale attraverso la fermentazione alcolica di materie prime che contengono zuccheri. Questi possono essere patate, mais o cereali. Il prodotto finito viene separato e purificato mediante distillazione. La concentrazione massima raggiungibile di etanolo è circa il 96%(miscela azeotropica di etanolo e acqua). L’etanolo ha la massima importanza nell’industria alimentare. Viene utilizzato non solo per la produzione di bevande alcoliche, ma anche di aceto e aromi alimentari. Nell’industria farmaceutica viene utilizzato per produrre sciroppi e disinfettanti topici. Per le sue proprietà, l’alcol etilico viene utilizzato anche nell’industria cosmetica per realizzare profumi.

Glicole etilenico

Come l’etanolo, il glicole etilenico è un altro derivato alcolico dell’etano. Questo composto è costituito da due atomi di carbonio collegati da un singolo legame, a cui sono attaccati due gruppi idrossilici -OH. Il glicole si presenta sotto forma di un liquido denso e incolore. Si scioglie facilmente in acqua. Il glicole etilenico è un esempio del più semplice alcol poliidrossilico. È relativamente economico da produrre, ma il suo principale svantaggio è che cristallizza a basse temperature. Il glicole etilenico è uno degli ingredienti chiave utilizzati nei prodotti antigelo per sistemi HVAC e automobilistici. La sostanza si trova anche in numerosi prodotti domestici, inclusi detersivi, cosmetici, vernici e solventi. Altri usi del glicole etilenico includono la produzione di plastica, inchiostri e trasportatori di calore.