Etano – produção, propriedades, usos

Etano: características gerais

Os compostos de carbono com hidrogênio são chamados de hidrocarbonetos . Na química orgânica , dependendo da estrutura química de tais compostos, distinguem-se séries – ou famílias – homólogas de compostos químicos, caracterizadas por uma fórmula geral compartilhada. O etano pertence à série homóloga dos alcanos , ou hidrocarbonetos saturados (também chamados de hidrocarbonetos parafínicos). Eles são caracterizados pelo fato de que todas as ligações entre os átomos de carbono e hidrogênio estão saturadas. A fórmula molecular do etano é C ₂ H ₆ . Cada um dos átomos de carbono na molécula adota hibridização sp ³ e é tetravalente. Os átomos individuais estão conectados uns aos outros por ligações covalentes. Os dois átomos de carbono em uma molécula de etano ligam-se diretamente entre si por meio de uma ligação simples. Além disso, existem três ligações de cada átomo de carbono às quais os átomos de hidrogênio estão ligados. Ao contrário dos equivalentes insaturados de etano, eteno e etino (também conhecidos como etileno e acetileno), as moléculas de etano não apresentam isomerismo cis-trans comum a esses compostos e envolvem diferentes configurações espaciais de substituintes ao redor do anel de carbono.

Preparação e propriedades

Pequenas quantidades de etano são encontradas no gás natural. Contudo, deve notar-se que comparado com o principal constituinte do gás natural, nomeadamente o metano , o etano constitui apenas cerca de 1 %do mesmo. O etano também acompanha os depósitos de petróleo. Outras fontes de etano incluem produtos de pirólise de biomassa e biogás gerado em digestores anaeróbicos especificamente projetados. Em escala industrial, também é extraído por steam cracking , refino e outros processamentos de petróleo bruto . Em maior escala, o etano é obtido como produto do processamento térmico de petróleo bruto e carvão. Em escala laboratorial, o composto pode ser obtido pela reação de eletrólise de uma solução concentrada de acetato de sódio. Além do etano, a reação também produz dióxido de carbono. Outro método utilizado frequentemente é a hidrogenação catalítica do eteno (um representante dos alcenos ). Neste processo, uma molécula de hidrogênio é ligada à ligação dupla insaturada compartilhada pelos átomos de carbono. Em condições normais, a reação não é muito eficiente, por isso os processos de hidrogenação do eteno são realizados na presença de um catalisador de platina.

As propriedades físicas e químicas do etano:

• Gás incolor e inodoro (à temperatura ambiente).
• Insolúvel em água.
• Bem solúvel em solventes orgânicos.
• Altamente inflamável.
• Sofre reações de combustão completas e incompletas.
• Possui baixa reatividade química.
• Sua densidade é maior que a do ar.
• Não tóxico.

O etano é um composto químico pouco reativo. Isso ocorre porque todos os átomos da molécula compartilham ligações simples que são difíceis de quebrar. Porém, os derivados do etano, representantes dos alcenos e alcinos , como o eteno e o etino, também chamados de acetileno, demonstram comportamento diferente. Suas moléculas contêm ligações duplas e triplas insaturadas entre átomos de carbono, respectivamente. Como tais ligações são fáceis de quebrar, elas tornam os referidos compostos altamente reativos, como, por exemplo, na reação de substituição. A principal reação química do etano é a combustão. Dependendo das condições de combustão, ou seja, do fornecimento de ar ou oxigênio, os produtos da combustão podem diferir:

• A combustão completa ocorre com acesso irrestrito ao ar. É o mais energeticamente eficiente. Os produtos da reação incluem dióxido de carbono e moléculas de água.
• A combustão incompleta ocorre com fornecimento de ar limitado. Não é eficiente por causa dos produtos resultantes. A combustão incompleta produz monóxido de carbono (II) venenoso e água ou carbono e água.

Aplicações de etano

Juntamente com o propano e o butano , o etano é utilizado como matéria-prima energética . O etano é um dos principais constituintes dos combustíveis para fogões de acampamento devido à sua alta inflamabilidade, ausência de odor e alto poder calorífico. É menos importante no aquecimento de casas e apartamentos. O etano é uma importante matéria-prima na indústria química . É utilizado não apenas para geração de energia, mas também em diversos processos industriais. O etano é utilizado, entre outros, para a produção de álcool etílico, acetileno ou etilenoglicol. É também um componente importante nos processos de fabricação de plásticos . O etano é um aditivo da gasolina . O objetivo da adição de etano à gasolina é aumentar o seu índice de octanas. O etano também é um componente de agentes anticongelantes e detergentes . Graças às suas propriedades, pode servir como refrigerante. Nessas aplicações, é marcado como R-170. Projetado para uso especialmente em refrigeração de baixa temperatura. Uma aplicação interessante do etano é a sua utilização na indústria alimentícia. Acelera o amadurecimento de certos produtos, principalmente frutas.

Principais derivados do etano

Etileno

O eteno é um representante da série homóloga dos alcenos. Dois átomos de hidrogênio que constituem a cadeia de hidrocarbonetos compartilham uma ligação dupla insaturada. O eteno, também comumente chamado de etileno, é um produto da desidrogenação catalítica do etano. A desidrogenação geralmente é realizada com um catalisador de níquel. Uma ligação insaturada na molécula de eteno torna o composto altamente reativo. É facilmente adicionado à ligação dupla de moléculas como cloro, bromo, cloreto de hidrogênio, brometo de hidrogênio, água e muito mais. O eteno também sofre polimerização , que envolve a união de fragmentos curtos (monômeros) em cadeias longas ( polímeros ). O produto deste processo catalítico é uma substância transparente chamada polietileno . O polietileno é um produto básico amplamente utilizado na fabricação de embalagens, garrafas plásticas , filmes envolventes, filmes fotográficos e muito mais. Na indústria, o eteno é utilizado essencialmente para a produção de plásticos. Além disso, serve como substrato nos processos de obtenção de compostos como ácido acético , álcool etílico e etilenoglicol.

Acetileno

Outro derivado do etano é o acetileno. É o primeiro representante da série homóloga dos alcinos. A molécula de acetileno é composta por dois átomos de carbono e dois átomos de hidrogênio. Tal estrutura química sugere que existe uma ligação tripla insaturada entre os átomos de carbono. A ligação determina em grande parte as propriedades do composto. O acetileno é um gás extremamente reativo. Sofre reações de combustão e adição (com bromo, cloro , bromo hidrogênio, entre outros). Assim como o etileno, sofre reação de polimerização para formar poliacetileno. Apesar de suas funções interessantes (como condutividade elétrica), o composto é difícil de obter. Na indústria química, também pode ser utilizado para sintetizar solventes orgânicos. O acetileno possui uma ampla gama de aplicações em diversos setores da indústria. Uma das aplicações mais importantes são as tochas de oxi-acetileno. Eles são usados ​​​​para trabalhar e cortar metais, bem como para soldagem. Existem também lâmpadas de acetileno nas quais o gás é utilizado como iluminante. Historicamente, foi produzido e queimado nas chamadas lâmpadas de carboneto. Hoje, esse método não é mais utilizado. O acetileno de alta pureza é administrado aos pacientes na forma de anestesia.

Etanol

O etanol é um líquido incolor com odor característico, sabor adstringente e alta volatilidade. O álcool etílico é um derivado do etano que contém um grupo hidroxila -OH em sua molécula. O etanol é altamente polar e se mistura com água em qualquer proporção. O etanol também é solvente para vários compostos orgânicos. Embora seja um derivado do etano, é obtido em escala industrial através da fermentação alcoólica de matérias-primas que contêm açúcares. Podem ser batatas, milho ou cereais. O produto acabado é separado e purificado por destilação. A concentração máxima alcançável de etanol é de cerca de 96%(mistura azeotrópica de etanol e água). O etanol é de maior importância na indústria alimentícia. É utilizado não só para a produção de bebidas alcoólicas, mas também de vinagre e aromas alimentares. Na indústria farmacêutica, é utilizado na fabricação de xaropes e desinfetantes tópicos. Por suas propriedades, o álcool etílico também é utilizado na indústria cosmética para a fabricação de perfumes.

Etilenoglicol

Assim como o etanol, o etilenoglicol é outro derivado alcoólico do etano. Este composto é feito de dois átomos de carbono conectados por uma ligação simples, à qual estão ligados dois grupos hidroxila -OH. O glicol vem na forma de um líquido espesso e incolor. É facilmente dissolvido em água. O etilenoglicol é um exemplo do álcool poli-hidroxi mais simples. É relativamente barato de fazer, mas a sua principal desvantagem é que cristaliza a baixas temperaturas. O etilenoglicol é um dos principais ingredientes usados ​​em produtos anticongelantes para sistemas HVAC e automotivos. A substância também é encontrada em diversos produtos domésticos, incluindo detergentes, cosméticos, tintas e solventes. Outros usos do etilenoglicol incluem a produção de plásticos, tintas e transportadores de calor.