에탄 – 생산, 속성, 용도

에탄: 일반적인 특성

탄소와 수소의 화합물을 탄화수소 라고 합니다. 유기화학 에서는 그러한 화합물의 화학 구조에 따라 화학 화합물의 동종 계열(또는 계열)이 구별되며 공유 일반식을 특징으로 합니다. 에탄은 동종 계열의 알칸 또는 포화 탄화수소(파라핀 탄화수소라고도 함)에 속합니다. 탄소와 수소 원자 사이의 모든 결합이 포화되어 있다는 사실이 특징입니다. 에탄의 분자식은 C ₂ H ₆ 입니다. 분자의 각 탄소 원자는 sp ³ 혼성화를 채택하고 4가입니다. 개별 원자는 공유 결합으로 서로 연결됩니다. 에탄 분자의 두 탄소 원자는 단일 결합으로 서로 직접 결합합니다. 더욱이, 수소 원자가 부착된 각 탄소 원자에는 세 개의 결합이 있습니다. 에탄, 에텐 및 에틴(에틸렌 및 아세틸렌이라고도 함)의 불포화 대응물과 달리 에탄 분자는 이러한 화합물에 공통적인 시스-트랜스 이성질체를 나타내지 않으며 탄소 고리 주위에 치환체의 서로 다른 공간 구성을 포함합니다.

준비 및 속성

천연가스에서는 소량의 에탄이 발견됩니다. 그러나 천연가스의 주성분인 메탄 에 비해 에탄은 그 비중이 약 1%에 불과하다는 점에 유의해야 합니다. 에탄은 또한 석유 매장지를 동반합니다. 에탄의 다른 공급원에는 바이오매스 열분해 생성물과 특별히 설계된 혐기성 소화조에서 생성된 바이오가스가 포함됩니다. 산업 규모에서는 증기 분해 , 정제 및 기타 원유 처리를 통해 추출되기도 합니다. 더 큰 규모로 보면, 에탄은 원유와 석탄의 열처리 생성물로 얻어집니다. 실험실 규모에서는 농축된 아세트산나트륨 용액의 전기분해 반응을 통해 화합물을 얻을 수 있습니다. 에탄 외에도 반응에서는 이산화탄소도 생성됩니다. 자주 사용되는 또 다른 방법은 에텐( 알켄 의 대표)의 촉매 수소화입니다. 이 과정에서 수소 분자는 탄소 원자가 공유하는 불포화 이중 결합에 부착됩니다. 정상적인 조건에서는 반응이 그다지 효율적이지 않기 때문에 에텐 수소화 공정은 백금 촉매 존재 하에서 수행됩니다.

에탄의 물리적, 화학적 특성:

• 무색, 무취의 기체(상온에서).
• 물에 불용성.
• 유기용매에 잘 녹는다.
• 가연성이 높습니다.
• 완전 연소 반응과 불완전 연소 반응을 겪습니다.
• 화학 반응성이 낮습니다.
• 그 밀도는 공기의 밀도보다 큽니다.
• 무독성.

에탄은 반응성이 거의 없는 화합물입니다. 이는 분자의 모든 원자가 깨지기 어려운 단일 결합을 공유하기 때문입니다. 그러나 아세틸렌이라고도 불리는 에텐 및 에틴과 같은 알켄 및 알킨 의 대표적인 에탄 유도체는 다른 거동을 나타냅니다. 그들의 분자는 각각 탄소 원자 사이에 불포화 이중 결합과 삼중 결합을 포함합니다. 그러한 결합은 깨지기 쉽기 때문에, 예를 들어 치환 반응에서와 같이 상기 화합물의 반응성을 높게 만듭니다. 에탄의 주요 화학 반응은 연소입니다. 연소 조건, 즉 공기나 산소의 공급에 따라 연소 생성물이 달라질 수 있습니다.

• 공기에 제한 없이 접근하면 완전 연소가 발생합니다. 에너지적으로 가장 효율적입니다. 반응 생성물에는 이산화탄소와 물 분자가 포함됩니다.
• 제한된 공기 공급으로 불완전 연소가 발생합니다. 결과물이 나오기 때문에 효율적이지 않습니다. 불완전 연소에서는 유독한 일산화탄소(II)와 물 또는 탄소와 물이 생성됩니다.

에탄 응용

프로판 , 부탄 과 함께 에탄은 에너지 공급원료 로 사용됩니다. 에탄은 인화성이 높고 냄새가 적으며 발열량이 높기 때문에 캠프 스토브 연료의 주요 성분 중 하나입니다. 주택과 아파트 난방에서는 덜 중요합니다. 에탄은 화학 산업 에서 중요한 공급원료 입니다. 이는 에너지 생성뿐만 아니라 다양한 산업 공정에도 사용됩니다. 에탄은 특히 에틸 알코올, 아세틸렌 또는 에틸렌 글리콜 생산에 사용됩니다. 이는 또한 플라스틱 제조 공정 에서 중요한 구성 요소이기도 합니다. 에탄은 휘발유 첨가제 입니다. 휘발유에 에탄을 첨가하는 목적은 옥탄가를 높이는 것입니다. 에탄은 부동액과 세제 의 성분이기도 합니다. 그 특성 덕분에 냉매 역할을 할 수도 있습니다. 이러한 응용 프로그램에서는 R-170으로 표시됩니다. 특히 저온 냉동에 사용하도록 설계되었습니다. 에탄의 흥미로운 응용 분야는 식품 산업에서의 사용입니다. 특정 제품, 특히 과일의 숙성을 가속화합니다.

주요 에탄 유도체

에틸렌

에텐은 알켄의 동종 계열을 대표합니다. 탄화수소 사슬을 구성하는 두 개의 수소 원자는 불포화 이중 결합을 공유합니다. 일반적으로 에틸렌이라고도 불리는 에텐은 에탄의 촉매 탈수소화 생성물입니다. 탈수소화는 일반적으로 니켈 촉매를 사용하여 수행됩니다. 에텐 분자의 불포화 결합은 화합물의 반응성을 높게 만듭니다. 염소, 브롬, 염화수소, 브롬화수소, 물 등과 같은 분자의 이중 결합에 쉽게 추가됩니다. 에텐은 또한 짧은 조각(단량체)을 긴 사슬( 폴리머 )로 결합하는 중합을 겪습니다. 이 촉매 과정의 생성물은 폴리에틸렌 이라는 투명한 물질입니다. 폴리에틸렌은 포장, 플라스틱 병 , 랩 필름, 사진 필름 등을 만드는 데 널리 사용되는 기본 제품입니다. 업계에서 에텐은 본질적으로 플라스틱 생산에 사용됩니다. 또한 아세트산 , 에틸 알코올 및 에틸렌 글리콜과 같은 화합물을 얻는 과정에서 기질 역할을 합니다.

아세틸렌

에탄의 또 다른 유도체는 아세틸렌입니다. 이는 동종 알킨 계열의 첫 번째 대표 물질입니다. 아세틸렌 분자는 두 개의 탄소 원자와 두 개의 수소 원자로 구성됩니다. 이러한 화학 구조는 탄소 원자 사이에 삼중 불포화 결합이 있음을 시사합니다. 결합은 화합물의 특성을 크게 결정합니다. 아세틸렌은 반응성이 매우 높은 가스입니다. 이는 연소 및 첨가 반응(브롬, 염소 , 브롬 수소 등)을 겪습니다. 에틸렌과 마찬가지로 중합 반응을 거쳐 폴리아세틸렌을 형성합니다. 전기 전도도와 같은 흥미로운 기능에도 불구하고 화합물을 얻기가 어렵습니다. 화학 산업에서는 유기 용매를 합성하는 데에도 사용될 수 있습니다. 아세틸렌은 다양한 산업 분야에서 폭넓게 응용됩니다. 가장 중요한 응용 분야 중 하나는 옥시아세틸렌 토치입니다. 금속 가공, 절단, 용접 등에 사용됩니다. 가스를 광원으로 사용하는 아세틸렌 램프도 있습니다. 역사적으로는 소위 카바이드 램프로 생산 및 연소되었습니다. 오늘날 이 방법은 더 이상 사용되지 않습니다. 고순도 아세틸렌은 마취 형태로 환자에게 투여됩니다.

에탄올

에탄올은 독특한 냄새, 떫은맛, 높은 휘발성을 지닌 무색의 액체입니다. 에틸 알코올은 분자 내에 -OH 수산기를 포함하는 에탄 유도체입니다. 에탄올은 극성이 높으며 어떤 비율로든 물과 혼합됩니다. 에탄올은 또한 여러 유기 화합물의 용매이기도 합니다. 에탄의 유도체이기는 하지만 당류를 함유한 원료를 알코올 발효시켜 산업적 규모로 얻는다. 감자, 옥수수 또는 시리얼이 될 수 있습니다. 완제품은 증류를 통해 분리 및 정제됩니다. 달성 가능한 최대 에탄올 농도는 약 96%(에탄올과 물의 공비 혼합물)입니다. 에탄올은 식품 산업에서 가장 중요한 요소입니다. 알코올성 음료 생산뿐만 아니라 식초 및 식품 향료에도 사용됩니다. 제약 산업에서는 시럽과 국소 소독제를 만드는 데 사용됩니다. 에틸알코올은 그 특성 때문에 화장품 산업에서 향수를 만드는 데에도 사용됩니다.

에틸렌 글리콜

에탄올과 마찬가지로 에틸렌 글리콜은 에탄의 또 다른 알코올 유도체입니다. 이 화합물은 두 개의 -OH 수산기가 부착된 단일 결합으로 연결된 두 개의 탄소 원자로 구성됩니다. 글리콜은 걸쭉하고 무색의 액체 형태로 제공됩니다. 물에 쉽게 용해됩니다. 에틸렌 글리콜은 가장 단순한 폴리하이드록시 알코올의 예입니다. 상대적으로 제조 비용이 저렴하지만 가장 큰 단점은 저온에서 결정화된다는 것입니다. 에틸렌 글리콜은 HVAC 및 자동차 시스템용 부동액 제품에 사용되는 핵심 성분 중 하나입니다. 이 물질은 세제, 화장품, 페인트, 용제 등 다양한 가정용품에서도 발견됩니다. 에틸렌 글리콜의 다른 용도로는 플라스틱, 잉크 및 열 운반체 생산이 있습니다.