Etan – produktion, egenskaper, användningsområden

Etan: allmänna egenskaper

Föreningarna av kol med väte kallas kolväten . Inom organisk kemi , beroende på den kemiska strukturen hos sådana föreningar, särskiljs homologa serier – eller familjer – av kemiska föreningar, kännetecknade av en gemensam allmän formel. Etan tillhör den homologa serien av alkaner , eller mättade kolväten (även kallade paraffinkolväten). De kännetecknas av att alla bindningar mellan kol- och väteatomer är mättade. Molekylformeln för etan är C ₂ H ₆ . Var och en av kolatomerna i molekylen antar sp ^3- hybridisering och är fyrvärdig. Enskilda atomer är förbundna med varandra genom kovalenta bindningar. De två kolatomerna i en etanmolekyl binder direkt till varandra med en enkelbindning. Dessutom finns det tre bindningar från varje kolatom till vilka väteatomer är bundna. Till skillnad från omättade motsvarigheter till etan, eten och eten (även känd som eten och acetylen), visar etanmolekyler inte cis-trans-isomerism som är gemensamma för dessa föreningar och involverar olika rumsliga konfigurationer av substituenter runt kolringen.

Beredning och egenskaper

Små mängder etan finns i naturgas. Det bör dock noteras att jämfört med huvudbeståndsdelen i naturgas, nämligen metan , utgör etan endast cirka 1 %av den. Etan följer också med oljeavlagringar. Andra etankällor inkluderar pyrolysprodukter från biomassa och biogas som genereras i speciellt utformade anaeroba rötkammare. I industriell skala utvinns den också genom ångkrackning , raffinering och annan bearbetning av råolja . I större skala erhålls etan som en produkt från termisk bearbetning av råolja och kol. I laboratorieskala kan föreningen erhållas genom elektrolysreaktion av en koncentrerad natriumacetatlösning. Förutom etan producerar reaktionen även koldioxid. En annan metod som används ofta är katalytisk hydrering av eten (en representant för alkener ). I denna process fästs en vätemolekyl till den omättade dubbelbindningen som delas av kolatomer. Under normala förhållanden är reaktionen inte särskilt effektiv, så etenhydreringsprocesser utförs i närvaro av en platinakatalysator.

Etans fysikaliska och kemiska egenskaper:

• Färglös och luktfri gas (vid rumstemperatur).
• Olösligt i vatten.
• Vällösligt i organiska lösningsmedel.
• Mycket brandfarligt.
• Det genomgår fullständiga och ofullständiga förbränningsreaktioner.
• Den har låg kemisk reaktivitet.
• Dess densitet är större än luftens.
• Giftfri.

Etan är en knappast reaktiv kemisk förening. Detta beror på att alla atomer i molekylen delar enkelbindningar som är svåra att bryta. Etanderivat, representanter för alkener och alkyner , såsom eten och etyn, även kallat acetylen, uppvisar dock olika beteende. Deras molekyler innehåller omättade dubbel- respektive trippelbindningar mellan kolatomer. Eftersom sådana bindningar är lätta att bryta gör de nämnda föreningar mycket reaktiva, som till exempel vid substitutionsreaktion. Den huvudsakliga kemiska reaktionen av etan är förbränning. Beroende på förbränningsförhållandena, dvs tillförseln av luft eller syre, kan förbränningsprodukterna skilja sig åt:

• Fullständig förbränning sker med obegränsad tillgång till luft. Det är den mest energieffektiva. Reaktionsprodukter inkluderar koldioxid och vattenmolekyler.
• Ofullständig förbränning uppstår med begränsad lufttillförsel. Det är inte effektivt på grund av de resulterande produkterna. Ofullständig förbränning ger giftig kolmonoxid (II) och vatten eller kol och vatten.

Etanapplikationer

Tillsammans med propan och butan används etan som energiråvara . Etan är en av huvudbeståndsdelarna i bränslen för lägerkaminer på grund av dess höga brännbarhet, brist på lukt och höga värmevärde. Det är mindre viktigt vid uppvärmning av hus och lägenheter. Etan är en viktig råvara i den kemiska industrin . Det används inte bara för att generera energi utan också i ett antal industriella processer. Etan används bland annat för framställning av etylalkohol, acetylen eller etylenglykol. Det är också en viktig komponent i plasttillverkningsprocesser . Etan är en bensintillsats . Syftet med att tillsätta etan till bensin är att öka dess oktantal. Etan är också en komponent i frostskyddsmedel och rengöringsmedel . Tack vare dess egenskaper kan den fungera som ett köldmedium. I sådana applikationer är den märkt som R-170. Designad för användning särskilt vid lågtemperaturkylning. En intressant användning av etan är dess användning i livsmedelsindustrin. Det påskyndar mognaden av vissa produkter, särskilt frukter.

Viktiga etanderivat

Eten

Eten är en representant för den homologa serien av alkener. Två väteatomer som utgör kolvätekedjan delar en omättad dubbelbindning. Eten, även kallat eten, är en produkt av katalytisk dehydrering av etan. Dehydrering utförs vanligtvis med en nickelkatalysator. En omättad bindning i etenmolekylen gör föreningen mycket reaktiv. Det är lätt att lägga till dubbelbindningen av molekyler som klor, brom, väteklorid, vätebromid, vatten och mer. Eten genomgår också polymerisation , vilket innebär att korta fragment (monomerer) sammanfogas till långa kedjor ( polymerer ). Produkten av denna katalytiska process är ett genomskinligt ämne som kallas polyeten . Polyeten är en basprodukt som ofta används för att göra förpackningar, plastflaskor , omslagsfilm, fotografiska filmer och mycket mer. Inom industrin används eten huvudsakligen för tillverkning av plast. Dessutom fungerar det som ett substrat i processerna för att erhålla sådana föreningar som ättiksyra , etylalkohol och etylenglykol.

Acetylen

Ett annat derivat av etan är acetylen. Det är den första representanten för den homologa serien av alkyner. Acetylenmolekylen består av två kolatomer och två väteatomer. En sådan kemisk struktur antyder att det finns en trippel omättad bindning mellan kolatomerna. Bindningen bestämmer till stor del föreningens egenskaper. Acetylen är en extremt reaktiv gas. Det genomgår förbrännings- och additionsreaktioner (med bland annat brom, klor , bromväte). Liksom eten genomgår den en polymerisationsreaktion för att bilda polyacetylen. Trots dess intressanta funktioner (som elektrisk ledningsförmåga) är föreningen svår att få fram. Inom den kemiska industrin kan det också användas för att syntetisera organiska lösningsmedel. Acetylen har ett brett användningsområde inom olika branscher. En av de viktigaste applikationerna är oxi-acetylen-brännare. De används för metallbearbetning och skärning, samt svetsning. Det finns även acetylenlampor i vilka gasen används som belysning. Historiskt sett tillverkades och brändes den i så kallade hårdmetalllampor. Idag används inte längre denna metod. Acetylen med hög renhet administreras till patienter i form av anestesi.

Etanol

Etanol är en färglös vätska med en karakteristisk lukt, sammandragande smak och hög flyktighet. Etylalkohol är ett etanderivat som innehåller en -OH-hydroxylgrupp i sin molekyl. Etanol är mycket polärt och blandas med vatten i valfritt förhållande. Etanol är också ett lösningsmedel för flera organiska föreningar. Även om det är ett derivat av etan, erhålls det i industriell skala genom alkoholjäsning av råvaror som innehåller socker. Dessa kan vara potatis, majs eller spannmål. Den färdiga produkten separeras och renas genom destillation. Den maximala koncentrationen av etanol är cirka 96 %(azeotrop blandning av etanol och vatten). Etanol har störst betydelse i livsmedelsindustrin. Det används inte bara för framställning av alkoholhaltiga drycker, utan även vinäger och matsmaker. Inom läkemedelsindustrin används det för att göra sirap och aktuella desinfektionsmedel. På grund av dess egenskaper används etylalkohol även inom kosmetikaindustrin för att göra parfymer.

Etylenglykol

Liksom etanol är etylenglykol ett annat alkoholiskt derivat av etan. Denna förening är gjord av två kolatomer förbundna med en enkelbindning, till vilken två -OH-hydroxylgrupper är fästa. Glykol kommer i form av en tjock och färglös vätska. Det löses lätt i vatten. Etylenglykol är ett exempel på den enklaste polyhydroxialkoholen. Den är relativt billig att tillverka men den största nackdelen är att den kristalliserar vid låga temperaturer. Etylenglykol är en av nyckelingredienserna som används i frostskyddsprodukter för HVAC och bilsystem. Ämnet finns också i en rad hushållsprodukter, bland annat tvätt-, kosmetika, färger och lösningsmedel. Andra användningsområden för etylenglykol inkluderar tillverkning av plaster, bläck och värmebärare.