Etan – üretimi, özellikleri, kullanımları

Etan: genel özellikler

Karbonun hidrojenle oluşturduğu bileşiklere hidrokarbonlar denir. Organik kimyada , bu tür bileşiklerin kimyasal yapısına bağlı olarak, kimyasal bileşiklerin homolog serileri veya aileleri, ortak bir genel formülle karakterize edilerek ayırt edilir. Etan, alkanların veya doymuş hidrokarbonların (aynı zamanda parafin hidrokarbonlar olarak da adlandırılır) homolog serisine aittir. Karbon ve hidrojen atomları arasındaki tüm bağların doymuş olmasıyla karakterize edilirler. _Etanın moleküler formülü _C2H6’dır . Moleküldeki karbon atomlarının her biri ^sp3 hibridizasyonunu benimser ve dört değerliklidir. Bireysel atomlar birbirine kovalent bağlarla bağlanır. Etan molekülündeki iki karbon atomu birbirine tek bir bağla doğrudan bağlanır. Ayrıca her karbon atomunda hidrojen atomlarının bağlı olduğu üç bağ vardır. Etan, eten ve etilenin (aynı zamanda etilen ve asetilen olarak da bilinir) doymamış muadillerinin aksine, etan molekülleri, bu bileşikler için ortak olan cis-trans izomerizmi göstermez ve karbon halkası etrafındaki ikame edicilerin farklı uzaysal konfigürasyonlarını içerir.

Hazırlık ve özellikler

Doğal gazda az miktarda etan bulunur. Ancak şunu da belirtmek gerekir ki, doğal gazın ana bileşeni olan metanla karşılaştırıldığında, etanın sadece %1 civarında bir kısmını oluşturduğunu belirtmek gerekir. Etan aynı zamanda petrol yataklarına da eşlik eder. Diğer etan kaynakları arasında biyokütle piroliz ürünleri ve özel olarak tasarlanmış anaerobik çürütücülerde üretilen biyogaz bulunur. Endüstriyel ölçekte buharla kırma , rafinaj ve diğer ham petrol işleme yöntemleriyle de çıkarılır. Daha büyük ölçekte etan, ham petrol ve kömürün ısıl işlem ürünü olarak elde edilir. Laboratuvar ölçeğinde bileşik, konsantre bir sodyum asetat çözeltisinin elektroliz reaksiyonuyla elde edilebilir. Reaksiyon etanın yanı sıra karbondioksit de üretir. Sıklıkla kullanılan diğer bir yöntem, etenin ( alkenlerin bir temsilcisi) katalitik hidrojenasyonudur. Bu süreçte karbon atomlarının paylaştığı doymamış çift bağa bir hidrojen molekülü bağlanır. Normal koşullar altında reaksiyon çok verimli olmadığından eten hidrojenasyon işlemleri bir platin katalizörü varlığında gerçekleştirilir.

Etanın fiziksel ve kimyasal özellikleri:

• Renksiz ve kokusuz gaz (oda sıcaklığında).
• Suda çözünmez.
• Organik çözücülerde iyi çözünür.
• Son derece yanıcı.
• Tam ve eksik yanma reaksiyonlarına uğrar.
• Düşük kimyasal reaktiviteye sahiptir.
• Yoğunluğu havanınkinden daha fazladır.
• Toksik değildir.

Etan pek reaktif olmayan bir kimyasal bileşiktir. Bunun nedeni moleküldeki tüm atomların kırılması zor olan tek bağları paylaşmasıdır. Bununla birlikte, asetilen olarak da adlandırılan eten ve etilen gibi alkenlerin ve alkinlerin temsilcileri olan etan türevleri farklı davranışlar gösterir. Molekülleri karbon atomları arasında sırasıyla doymamış çift ve üçlü bağlar içerir. Bu tür bağların kırılması kolay olduğundan, söz konusu bileşikleri örneğin ikame reaksiyonunda olduğu gibi oldukça reaktif hale getirirler. Etanın ana kimyasal reaksiyonu yanmadır. Yanma koşullarına, yani hava veya oksijen beslemesine bağlı olarak yanma ürünleri farklılık gösterebilir:

• Tam yanma, havaya sınırsız erişimle gerçekleşir. Enerji açısından en verimli olanıdır. Reaksiyon ürünleri karbondioksit ve su moleküllerini içerir.
• Sınırlı hava beslemesi ile eksik yanma meydana gelir. Ortaya çıkan ürünler nedeniyle verimli değildir. Eksik yanma, zehirli karbon monoksit (II) ve su veya karbon ve su üretir.

Etan uygulamaları

Propan ve bütanın yanı sıra etan da enerji hammaddesi olarak kullanılıyor. Etan, yüksek yanıcılığı, kokusuzluğu ve yüksek kalorifik değeri nedeniyle kamp sobalarında kullanılan yakıtların ana bileşenlerinden biridir. Evlerin ve apartmanların ısıtılmasında daha az önemlidir. Etan kimya endüstrisinde önemli bir hammaddedir . Sadece enerji üretmek için değil aynı zamanda birçok endüstriyel proseste de kullanılıyor. Etan, diğerlerinin yanı sıra, etil alkol, asetilen veya etilen glikol üretiminde kullanılır. Aynı zamanda plastik üretim süreçlerinde de önemli bir bileşendir. Etan bir petrol katkı maddesidir. Benzine etan katılmasının amacı oktan sayısını arttırmaktır. Etan aynı zamanda antifriz maddelerinin ve deterjanların da bir bileşenidir. Özellikleri nedeniyle soğutucu olarak görev yapabilir. Bu tür uygulamalarda R-170 olarak işaretlenir. Özellikle düşük sıcaklıktaki soğutmada kullanılmak üzere tasarlanmıştır. Etanın ilginç bir uygulaması gıda endüstrisindeki kullanımıdır. Başta meyveler olmak üzere bazı ürünlerin olgunlaşmasını hızlandırır.

Anahtar etan türevleri

Etilen

Eten, alkenlerin homolog serisinin bir temsilcisidir. Hidrokarbon zincirini oluşturan iki hidrojen atomu doymamış bir çift bağı paylaşır. Yaygın olarak etilen olarak da adlandırılan eten, etanın katalitik dehidrojenasyonunun bir ürünüdür. Dehidrojenasyon genellikle nikel katalizörüyle gerçekleştirilir. Eten molekülündeki doymamış bir bağ, bileşiği oldukça reaktif hale getirir. Klor, brom, hidrojen klorür, hidrojen bromür, su ve daha fazlası gibi moleküllerin çift bağına kolayca eklenir. Eten ayrıca kısa parçaların (monomerler) uzun zincirlere ( polimerler ) birleştirilmesini içeren polimerizasyona da uğrar. Bu katalitik işlemin ürünü polietilen adı verilen şeffaf bir maddedir. Polietilen, ambalaj, plastik şişe , ambalaj filmi, fotoğraf filmi ve çok daha fazlasının yapımında yaygın olarak kullanılan temel bir üründür. Endüstride eten esas olarak plastik üretiminde kullanılır. Ayrıca asetik asit , etil alkol ve etilen glikol gibi bileşiklerin elde edilmesi işlemlerinde substrat görevi görür.

Asetilen

Etanın başka bir türevi asetilendir. Homolog alkin serisinin ilk temsilcisidir. Asetilen molekülü iki karbon atomu ve iki hidrojen atomundan oluşur. Böyle bir kimyasal yapı, karbon atomları arasında üçlü doymamış bir bağın bulunduğunu düşündürmektedir. Bağ büyük ölçüde bileşiğin özelliklerini belirler. Asetilen son derece reaktif bir gazdır. Yanma ve ilave reaksiyonlarına girer (diğerlerinin yanı sıra brom, klor , brom hidrojen ile). Etilen gibi, poliasetileni oluşturmak için polimerizasyon reaksiyonuna girer. İlginç işlevlerine (elektrik iletkenliği gibi) rağmen bileşiğin elde edilmesi zordur. Kimya endüstrisinde organik çözücülerin sentezinde de kullanılabilir. Asetilen endüstrinin çeşitli sektörlerinde geniş bir uygulama alanına sahiptir. En önemli uygulamalardan biri oksi-asetilen fenerleridir. Kaynak yapmanın yanı sıra metal işleme ve kesme için de kullanılırlar. Gazın aydınlatıcı olarak kullanıldığı asetilen lambaları da vardır. Tarihsel olarak Karbür lambalar adı verilen lambalarda üretilip yakılmıştır. Günümüzde bu yöntem artık kullanılmamaktadır. Hastalara anestezi şeklinde yüksek saflıkta asetilen verilir.

Etanol

Etanol, karakteristik bir kokuya, buruk bir tada ve yüksek uçuculuğa sahip, renksiz bir sıvıdır. Etil alkol, molekülünde -OH hidroksil grubu içeren bir etan türevidir. Etanol oldukça polardır ve suyla her oranda karışır. Etanol ayrıca birçok organik bileşik için bir çözücüdür. Etan türevi olmasına rağmen endüstriyel ölçekte şeker içeren hammaddelerin alkollü fermantasyonu yoluyla elde edilir. Bunlar patates, mısır veya tahıl olabilir. Bitmiş ürün damıtma yoluyla ayrılır ve saflaştırılır. Ulaşılabilen maksimum etanol konsantrasyonu yaklaşık %96’dır (etanol ve suyun azeotropik karışımı). Etanol gıda endüstrisinde en büyük öneme sahiptir. Sadece alkollü içeceklerin üretiminde değil aynı zamanda sirke ve gıda aromalarının üretiminde de kullanılmaktadır. İlaç endüstrisinde şurup ve topikal dezenfektan yapımında kullanılır. Etil alkol, özellikleri nedeniyle kozmetik endüstrisinde parfüm yapımında da kullanılmaktadır.

EtilenGlikol

Etanol gibi etilen glikol da etanın başka bir alkollü türevidir. Bu bileşik, iki -OH hidroksil grubunun bağlı olduğu, tek bir bağla bağlanan iki karbon atomundan oluşur. Glikol, koyu ve renksiz bir sıvı formunda gelir. Suda kolaylıkla çözünür. Etilen glikol en basit polihidroksi alkolün bir örneğidir. Yapımı nispeten ucuzdur ancak ana dezavantajı düşük sıcaklıklarda kristalleşmesidir. Etilen glikol, HVAC ve otomotiv sistemlerine yönelik antifriz ürünlerinde kullanılan temel bileşenlerden biridir. Bu madde ayrıca deterjanlar, kozmetikler, boyalar ve solventler de dahil olmak üzere bir dizi ev ürününde de bulunuyor. Etilen glikolün diğer kullanım alanları arasında plastik, mürekkep ve ısı taşıyıcıların üretimi yer alır.