อีเทน – การผลิต คุณสมบัติ การใช้

อีเทน: ลักษณะทั่วไป

สารประกอบของคาร์บอนกับไฮโดรเจนเรียกว่า ไฮโดรคาร์บอน ใน เคมีอินทรีย์ ขึ้นอยู่กับโครงสร้างทางเคมีของสารประกอบดังกล่าว อนุกรมที่คล้ายคลึงกันหรือตระกูลของสารประกอบเคมีจะแตกต่างกัน โดยมีคุณลักษณะเฉพาะด้วยสูตรทั่วไปที่ใช้ร่วมกัน อีเทนอยู่ในกลุ่ม อัลเคน ที่คล้ายคลึงกัน หรือไฮโดรคาร์บอนอิ่มตัว (เรียกอีกอย่างว่าพาราฟินไฮโดรคาร์บอน) มีลักษณะพิเศษคือพันธะทั้งหมดระหว่างอะตอมของคาร์บอนและไฮโดรเจนมีความอิ่มตัว สูตรโมเลกุลของอีเทนคือ C ₂ H ₆ . อะตอมของคาร์บอนแต่ละอะตอมในโมเลกุลใช้การผสมพันธุ์ sp ³ และเป็นแบบเตตระวาเลนต์ อะตอมแต่ละอะตอมเชื่อมต่อกันด้วยพันธะโควาเลนต์ อะตอมของคาร์บอน 2 อะตอมในโมเลกุลอีเทนมีพันธะซึ่งกันและกันโดยตรงด้วยพันธะเดี่ยว ยิ่งไปกว่านั้น ยังมีพันธะอีกสามพันธะจากแต่ละอะตอมของคาร์บอนซึ่งมีอะตอมไฮโดรเจนติดอยู่ ซึ่งแตกต่างจากอีเทน อีเทน และเอไทน์ที่ไม่อิ่มตัว (หรือที่เรียกว่าเอทิลีนและอะเซทิลีน) โมเลกุลของอีเทนไม่แสดงไอโซเมอร์ของซิส-ทรานส์ที่พบได้ทั่วไปในสารประกอบเหล่านี้ และเกี่ยวข้องกับการกำหนดค่าเชิงพื้นที่ที่แตกต่างกันขององค์ประกอบทดแทนรอบวงแหวนคาร์บอน

การเตรียมและคุณสมบัติ

พบอีเทนจำนวนเล็กน้อยในก๊าซธรรมชาติ อย่างไรก็ตาม ควรสังเกตว่าเมื่อเทียบกับองค์ประกอบหลักของก๊าซธรรมชาติ ได้แก่ มีเทน อีเทนมีเพียงประมาณ 1%เท่านั้น อีเทนยังมาพร้อมกับคราบน้ำมันอีกด้วย แหล่งอีเทนอื่นๆ ได้แก่ ผลิตภัณฑ์ไพโรไลซิส ชีวมวล และก๊าซชีวภาพที่สร้างขึ้นในเครื่องย่อยแบบไร้อากาศที่ออกแบบเป็นพิเศษ ในระดับอุตสาหกรรม มันยังถูกสกัดโดย การแตกด้วย ไอน้ำ การกลั่น และ กระบวนการแปรรูปน้ำมันดิบ อื่นๆ ในขนาดที่ใหญ่ขึ้น อีเทนจะได้มาจากผลิตภัณฑ์จากการแปรรูปน้ำมันดิบและถ่านหินด้วยความร้อน ในระดับห้องปฏิบัติการ สามารถรับสารประกอบได้โดยปฏิกิริยาอิเล็กโทรไลซิสของสารละลายโซเดียมอะซิเตตเข้มข้น นอกจากอีเทนแล้ว ปฏิกิริยายังก่อให้เกิดคาร์บอนไดออกไซด์อีกด้วย อีกวิธีหนึ่งที่ใช้บ่อยคือตัวเร่งปฏิกิริยาไฮโดรจิเนชันของเอเทน (ตัวแทนของ อัลคีน ) ในกระบวนการนี้ โมเลกุลไฮโดรเจนจะเกาะติดกับพันธะคู่ที่ไม่อิ่มตัวซึ่งอะตอมคาร์บอนใช้ร่วมกัน ภายใต้สภาวะปกติ ปฏิกิริยาจะไม่มีประสิทธิภาพมากนัก ดังนั้นกระบวนการไฮโดรจิเนชันของเอทีนจึงดำเนินการต่อหน้าตัวเร่งปฏิกิริยาแพลตตินัม

คุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของอีเทน:

• ก๊าซไม่มีสีและไม่มีกลิ่น (ที่อุณหภูมิห้อง)
• ไม่ละลายในน้ำ
• ละลายได้ดีในตัวทำละลายอินทรีย์
• ไวไฟสูง.
• มันเกิดปฏิกิริยาการเผาไหม้ที่สมบูรณ์และไม่สมบูรณ์
• มีปฏิกิริยาเคมีต่ำ
• ความหนาแน่นของมันมากกว่าอากาศ
• ปลอดสารพิษ

อีเทนเป็นสารประกอบทางเคมีที่แทบจะไม่เกิดปฏิกิริยา เนื่องจากอะตอมทั้งหมดในโมเลกุลมีพันธะเดี่ยวร่วมกันซึ่งยากต่อการแตกหัก อย่างไรก็ตาม อนุพันธ์ของอีเทนซึ่งเป็นตัวแทนของอัลคีนและ อัลคีน เช่น เอธีนและเอไทน์ หรือที่เรียกว่าอะเซทิลีน แสดงให้เห็นพฤติกรรมที่แตกต่างกัน โมเลกุลของพวกมันมีพันธะคู่และสามไม่อิ่มตัวระหว่างอะตอมคาร์บอนตามลำดับ เนื่องจากพันธะดังกล่าวแตกง่าย จึงทำให้สารประกอบดังกล่าวมีปฏิกิริยาสูง เช่น ปฏิกิริยาการแทนที่ เป็นต้น ปฏิกิริยาเคมีหลักของอีเทนคือการเผาไหม้ ขึ้นอยู่กับเงื่อนไขของการเผาไหม้ เช่น การจ่ายอากาศหรือออกซิเจน ผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้อาจแตกต่างกัน:

• การเผาไหม้ที่สมบูรณ์เกิดขึ้นโดยการเข้าถึงอากาศอย่างไม่จำกัด มีประสิทธิภาพด้านพลังงานสูงสุด ผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยา ได้แก่ คาร์บอนไดออกไซด์และโมเลกุลของน้ำ
• การเผาไหม้ที่ไม่สมบูรณ์เกิดขึ้นจากการจ่ายอากาศที่จำกัด มันไม่มีประสิทธิภาพเนื่องจากผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้น การเผาไหม้ที่ไม่สมบูรณ์ทำให้เกิดคาร์บอนมอนอกไซด์ที่เป็นพิษ (II) และน้ำหรือคาร์บอนและน้ำ

การใช้งานอีเทน

นอกจาก โพรเพน และ บิวเทน แล้ว อีเทนยังถูกใช้เป็น วัตถุดิบตั้งต้นด้านพลังงาน อีเทนเป็นหนึ่งในองค์ประกอบหลักของเชื้อเพลิงสำหรับเตาแคมป์เนื่องจากมีความไวไฟสูง ไม่มีกลิ่น และมีค่าความร้อนสูง มันมีความสำคัญน้อยกว่าในการทำความร้อนในบ้านและอพาร์ตเมนต์ อีเทนเป็น วัตถุดิบตั้งต้นที่สำคัญใน อุตสาหกรรมเคมี มันถูกใช้ไม่เพียงแต่สำหรับการผลิตพลังงานแต่ยังใช้ในกระบวนการทางอุตสาหกรรมจำนวนหนึ่งด้วย อีเทนถูกนำมาใช้เพื่อการผลิตเอทิลแอลกอฮอล์ อะเซทิลีน หรือเอทิลีนไกลคอล อีกทั้งยังเป็นส่วนประกอบสำคัญใน กระบวนการผลิตพลาสติก อีกด้วย อีเทนเป็น สารเติมแต่งในน้ำมันเบนซิน วัตถุประสงค์ของการเติมอีเทนลงในน้ำมันเบนซินคือการเพิ่มค่าออกเทน อีเทนยังเป็นส่วนประกอบของ สารป้องกันการแข็งตัวและ ผงซักฟอก ด้วยคุณสมบัติของมันจึงอาจทำหน้าที่เป็นสารทำความเย็นได้ ในการใช้งานดังกล่าว จะมีเครื่องหมายกำกับว่า R-170 ออกแบบมาเพื่อใช้โดยเฉพาะในเครื่องทำความเย็นอุณหภูมิต่ำ การใช้อีเทนที่น่าสนใจคือการใช้ในอุตสาหกรรมอาหาร ช่วยเร่งการสุกของผลิตภัณฑ์บางชนิด โดยเฉพาะผลไม้

อนุพันธ์ของอีเทนที่สำคัญ

เอทิลีน

Ethene เป็นตัวแทนของซีรีส์อัลคีนที่คล้ายคลึงกัน อะตอมไฮโดรเจนสองอะตอมที่ประกอบเป็นสายโซ่ไฮโดรคาร์บอนมีพันธะคู่ที่ไม่อิ่มตัวร่วมกัน Ethene หรือที่เรียกกันทั่วไปว่าเอทิลีนเป็นผลิตภัณฑ์จากการเร่งปฏิกิริยาดีไฮโดรจีเนชันของอีเทน โดยปกติแล้วการดีไฮโดรจีเนชันจะดำเนินการโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยานิกเกิล พันธะไม่อิ่มตัวในโมเลกุลเอธีนทำให้สารประกอบมีปฏิกิริยาสูง มันถูกเติมเข้าไปในพันธะคู่ของโมเลกุล เช่น คลอรีน โบรมีน ไฮโดรเจนคลอไรด์ ไฮโดรเจนโบรไมด์ น้ำ และอื่นๆ ได้อย่างง่ายดาย อีธีนยังผ่าน กระบวนการโพลิเมอไรเซชัน ซึ่งเกี่ยวข้องกับการรวมชิ้นส่วนสั้น (โมโนเมอร์) เข้ากับสายโซ่ยาว ( โพลีเมอร์ ) ผลิตภัณฑ์ของกระบวนการเร่งปฏิกิริยานี้คือสารโปร่งใสที่เรียกว่า โพลีเอทิลีน โพลิเอทิลีนเป็นผลิตภัณฑ์พื้นฐานที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตบรรจุภัณฑ์ ขวดพลาสติก ฟิล์มห่อหุ้ม ฟิล์มถ่ายรูป และอื่นๆ อีกมากมาย ในอุตสาหกรรม เอทินถูกใช้เป็นหลักในการผลิตพลาสติก นอกจากนี้ยังทำหน้าที่เป็นสารตั้งต้นในกระบวนการรับสารประกอบเช่น กรดอะซิติก เอทิลแอลกอฮอล์ และเอทิลีนไกลคอล

อะเซทิลีน

อนุพันธ์ของอีเทนอีกชนิดหนึ่งคืออะเซทิลีน มันเป็นตัวแทนแรกของอนุกรมอัลคีนที่คล้ายคลึงกัน โมเลกุลอะเซทิลีนประกอบด้วยคาร์บอนสองอะตอมและไฮโดรเจนสองอะตอม โครงสร้างทางเคมีดังกล่าวแสดงให้เห็นว่ามีพันธะไม่อิ่มตัวสามเท่าระหว่างอะตอมของคาร์บอน พันธะส่วนใหญ่จะกำหนดคุณสมบัติของสารประกอบ อะเซทิลีนเป็นก๊าซที่มีปฏิกิริยาสูง ผ่านปฏิกิริยาการเผาไหม้และการเติม (กับโบรมีน คลอรีน โบรมีนไฮโดรเจน และอื่นๆ) เช่นเดียวกับเอทิลีน จะเกิดปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชันเพื่อสร้างโพลีอะเซทิลีน แม้ว่าจะมีฟังก์ชันที่น่าสนใจ (เช่น การนำไฟฟ้า) แต่สารประกอบนี้ก็ยังหาได้ยาก ในอุตสาหกรรมเคมี อาจใช้ในการสังเคราะห์ตัวทำละลายอินทรีย์ด้วย อะเซทิลีนมีการใช้งานที่หลากหลายในภาคส่วนต่างๆ ของอุตสาหกรรม การใช้งานที่สำคัญที่สุดประการหนึ่งคือคบเพลิงออกซีอะเซทิลีน ใช้สำหรับงานโลหะและงานตัดตลอดจนงานเชื่อม นอกจากนี้ยังมีหลอดอะเซทิลีนที่ใช้แก๊สเป็นไฟส่องสว่าง ในอดีต มีการผลิตและเผาโดยใช้สิ่งที่เรียกว่าตะเกียงคาร์ไบด์ วันนี้วิธีนี้ไม่ได้ใช้อีกต่อไป อะเซทิลีนที่มีความบริสุทธิ์สูงจะให้แก่ผู้ป่วยในรูปแบบของการดมยาสลบ

เอทานอล

เอทานอล เป็นของเหลวไม่มีสี มีกลิ่นเฉพาะตัว รสฝาด และมีความผันผวนสูง เอทิลแอลกอฮอล์เป็นอนุพันธ์ของอีเทนที่มีหมู่ไฮดรอกซิล -OH ในโมเลกุล เอทานอลมีขั้วสูงและผสมกับน้ำได้ในอัตราส่วนเท่าใดก็ได้ เอทานอลยังเป็นตัวทำละลายสำหรับสารประกอบอินทรีย์หลายชนิด แม้ว่าจะเป็นอนุพันธ์ของอีเทน แต่ก็ได้มาในระดับอุตสาหกรรมผ่านการหมักแอลกอฮอล์ของวัตถุดิบที่มีน้ำตาล อาจเป็นมันฝรั่ง ข้าวโพด หรือซีเรียล ผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปจะถูกแยกและทำให้บริสุทธิ์โดยการกลั่น ความเข้มข้นสูงสุดของเอธานอลที่ทำได้คือประมาณ 96%(ส่วนผสมอะซีโอโทรปิกของเอทานอลและน้ำ) เอทานอลมีความสำคัญมากที่สุดในอุตสาหกรรมอาหาร ใช้ไม่เพียงแต่สำหรับการผลิตเครื่องดื่มแอลกอฮอล์เท่านั้น แต่ยังใช้น้ำส้มสายชูและรสชาติอาหารอีกด้วย ในอุตสาหกรรมยา ใช้ทำน้ำเชื่อมและยาฆ่าเชื้อเฉพาะที่ เนื่องจากคุณสมบัติของเอทิลแอลกอฮอล์จึงใช้ในอุตสาหกรรมเครื่องสำอางเพื่อผลิตน้ำหอมด้วย

เอทิลีนไกลคอล

เอทิลีนไกลคอลเป็นอนุพันธ์แอลกอฮอล์ของอีเทนเช่นเดียวกับเอธานอล สารประกอบนี้ประกอบด้วยคาร์บอน 2 อะตอมที่เชื่อมต่อกันด้วยพันธะเดี่ยว โดยมีหมู่ไฮดรอกซิล -OH สองหมู่เกาะอยู่ ไกลคอลมาในรูปของของเหลวข้นและไม่มีสี มันละลายในน้ำได้ง่าย เอทิลีนไกลคอล เป็นตัวอย่างหนึ่งของโพลีไฮดรอกซีแอลกอฮอล์ที่ง่ายที่สุด การผลิตค่อนข้างถูก แต่ข้อเสียเปรียบหลักคือจะตกผลึกที่อุณหภูมิต่ำ เอทิลีนไกลคอลเป็นหนึ่งในส่วนผสมสำคัญที่ใช้ในผลิตภัณฑ์ป้องกันการแข็งตัวสำหรับระบบ HVAC และระบบยานยนต์ สารนี้ยังพบได้ในผลิตภัณฑ์ในครัวเรือนหลายชนิด เช่น ผงซักฟอก เครื่องสำอาง สี และตัวทำละลาย การใช้งานอื่นๆ สำหรับเอทิลีนไกลคอล ได้แก่ การผลิตพลาสติก หมึกพิมพ์ และตัวพาความร้อน