Взаимодействие ацетилена с водородом

Ацетилен (или по международной номенклатуре – этин) – это непредельный углеводород, принадлежащий к классу алкинов. Химическая формула ацетилена – C₂H₂. Атомы углерода в молекуле соединены тройной связью. Он является первым в своем гомологическом ряду. Представляет собой бесцветный газ. Очень огнеопасен.

Получение

Все методы промышленного получения ацетилена сходятся к двум типам: гидролиз карбида кальция и пиролиз различных углеводородов. Последний требует меньших энергозатрат, но чистота продукта довольно низкая. У карбидного метода – наоборот.

Суть пиролиза заключается в том, что метан, этан или другой легкий углеводород при нагреве до высоких температур (от 1000 °C) превращается в ацетилен с выделением водорода. Нагрев может осуществятся электрическим разрядом, плазмой или сжиганием части сырья. Но проблема состоит в том, что в результате реакции пиролиза может образовываться не только ацетилен, но и еще множество разных продуктов, от которых необходимо впоследствии избавляться.

Карбидный метод основан на реакции взаимодействия карбида кальция с водой. Карбид кальция получают из его оксида, сплавляя с коксом в электропечах. Отсюда и такой высокий расход энергии. Зато чистота ацетилена, получаемого таким способом, крайне высока (99,9 %).

В лаборатории ацетилен также можно получить дегидрогалогенированием дигалогенпроизводных алканов с помощью спиртового раствора щелочи.

Физические свойства ацетилена

Ацетилен – это газ без цвета и запаха. Хотя примеси могут давать ему чесночный запах. Практически не растворим в воде, немного растворим в ацетоне. При температуре -83,8 °C сжижается.

Химические свойства ацетилена

Исходя из тройной связи ацетилена, для него будут характерны реакции присоединения и реакции полимеризации. Атомы водорода в молекуле ацетилена могут замещаться другими атомами или группами. Поэтому можно сказать, что ацетилен проявляет кислотные свойства. Разберем химические свойства ацетилена на конкретных реакциях.

• Гидрирование. Осуществляется при высокой температуре и в присутствии катализатора (Ni, Pt, Pd). На палладиевом катализаторе возможно неполное гидрирование.

• Галогенирование. Может быть как частичным, так и полным. Идет легко даже без катализаторов или нагревания. На свету хлорирование идет с взрывом. При этом ацетилен полностью распадается до углерода.

• Присоединение к уксусной кислоте и этиловому спирту. Реакции идут только в присутствии катализаторов.

• Присоединение синильной кислоты.

• Взаимодействие ацетилена с металл-органическими соединениями.

• Взаимодействие с металлическим натрием. Необходима температура 150 °C или предварительное растворение натрия в аммиаке.

2CH≡CH + 2Na → 2CH≡CNa + H₂

• Взаимодействие с комплексными солями меди и серебра.

• Взаимодействие с амидом натрия.

• Димеризация. При этой реакции две молекулы ацетилена объединяются в одну. Необходим катализатор – соль одновалентной меди.
• Тримеризация. В этой реакции три молекулы ацетилена образуют бензол. Необходим нагрев до 70 °C, давление и катализатор.
• Тетрамеризация. В результате реакции получается восьмичленный цикл – циклооктатетраен. Для этой реакции также требуется небольшой нагрев, давление и соответствующий катализатор. Обычно это комплексные соединения двухвалентного никеля.

Это далеко не все химические свойства ацетилена.

Применение

Структурная формула ацетилена указывает нам на довольно прочную связь между атомами углерода. При ее разрыве, например при горении, выделяется очень много энергии. По этой причине ацетиленовое пламя обладает рекордно высокой температурой – около 4000 °C. Его используют в горелках для сварки и резки металла, а также в ракетных двигателях.

Пламя горения ацетилена имеет также очень высокую яркость, поэтому его часто используют в осветительных приборах. Используется он и во взрывотехнике. Правда, там применяется не сам ацетилен, а его соли.

Как видно из разнообразных химический свойств, ацетилен может применяться как сырье для синтеза других важных веществ: растворителей, лаков, полимеров, синтетических волокон, пластмасс, органического стекла, взрывчатых веществ и уксусной кислоты.

Безопасность

Как уже говорилось, ацетилен – огнеопасное вещество. С кислородом или воздухом он способен образовывать крайне легковоспламеняющиеся смеси. Чтобы вызвать взрыв, достаточно одной искры от статического электричества, нагрева до 500 °C или небольшого давления. При температуре 335 °C чистый ацетилен самовоспламеняется.

Из-за этого ацетилен хранят в баллонах под давлением, которые наполнены пористым веществом (пемза, активированный уголь, асбест). Таким образом, ацетилен распределяется по порам, уменьшая риск взрыва. Часто эти поры пропитывают ацетоном, из-за чего образуется раствор ацетилена. Иногда ацетилен разбавляют другими, более инертными газами (азот, метан, пропан).

Этот газ обладает и токсичным действием. При его вдыхании начнется интоксикация организма. Признаками отравления являются тошнота, рвота, шум в ушах, головокружение. Большие концентрации могут приводить даже к потере сознания.

1) ацетилен данного ряда углеводородов имеет большое практическое значение;

2) в отличие от метана и этилена, ацетилен горит ярким пламенем.

Примеры горения ацетилена: сварочные работы на стройках, в мастерских, на заводах.

Во всех этих случаях не видно образования копоти.

В данном случае: а) частички углерода сильно раскаляются в средней части пламени; б) придают ему яркость; в) в конечном итоге сгорают полностью.

При сварочных работах вместо воздуха используется кислород. При этом достигается полное сгорание ацетилена, возрастает температура пламени до 3000 °C. Смеси ацетилена с воздухом и кислородом взрывоопасны;

3) π-связь уступает по прочности основной δ-связи;

4) по месту π-связей могут проходить реакции присоединения и окисления.

Если в цилиндр, заполненный ацетиленом, налить раствор перманганата калия,раствор быстро обесцветится;

5) ацетилен, как и этилен, легко окисляется;

6) из реакций присоединения для ацетилена характерно взаимодействие с бромом.

Две стадии реакции присоединения при взаимодействии ацетилена с бромом:

1) сначала бром присоединяется по месту одной π-связи и образуется 1,2-дибромэтен: СН = СН + Вr₂ → ВrСН=СНВr;

2) затем присоединяется вторая молекула брома по второй π-связи, продуктом реакции является 1,1,2,2-тетрабромэтан: ВrСН=СНВr + Вг2 → Вr₂СН– СНВr₂;

3) в присутствии катализатора (платины, никеля) к ацетилену может присоединяться водород.

При этом ацетилен сперва превращается в этилен, а затем в этан:

4) при присоединении хлороводорода по одной из π-связей образуется газообразное вещество хлорэтен (хлорвинил). Катализатором данной реакции является хлорид ртути:

5) присоединение воды (гидратация) происходит в присутствии катализатора Hg 2+ в кислой среде (реакция М.Г. Кучерова). При этом ацетилен образует ацетальдегид, а его гомологи – соответствующие кетоны:

Дата добавления: 2015-09-29 ; просмотров: 927 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Определение алкинов, формула, основные химические свойства

Алкины (углеводороды ряда ацетилена) представляют собой химические вещества из группы углеводородов алифатического ряда, которые содержат одну тройную связь -С≡С-.

Общая формула алкинов СnH2n-2.

Самым простым представителем алкинового ряда является ацетилен (этин) С2Н2.

Согласно заместительной номенклатуре IUPAC названия ацетилен углеводородов образуются по названию соответствующих алкана, при этом следует заменить суффикс -ан на -ин (-ин) с обозначением положения тройной связи в цепи углеродных атомов.

Нумерацию атомов карбона начинают с того конца, к которому ближе всего находится тройная связь, например, СН3СН (СН 3) С≡ССН3 – 4-метилпентин-2.

По рациональной номенклатуре углеводороды ацетиленового ряда или алкины называют производными ацетилена, в эмпирической формуле которого атомы водорода замещаютя на радикалы: НС≡С-СН 2 СН 3 – этилацетилен.

Изомерия ацетилен углеводородов связана с положением тройной связи и разветвлением углеродной цепи. Алкины С2-С4 – это газы, С5-С16 – жидкости, а начиная с С17 – твердые субстанции.

Химические свойства алкинов

Химические свойства ацетилен углеводородов обусловленные наличием в структуре их субстанции тройной связи. Ацетиленовая (алкинная) группа -С≡С-Н или -С≡С-R имеет линейное строение, атомы углерода sp-гибридизованные. Они связаны одной σ- и двумя π-связями, при этом максимальные их плотности расположены в двух взаимоперпендикулярных участках, образуя цилиндрическое облако π-электронной плотности. Расстояние -С≡С- равно 1,1205 нм, энергия тройной связи – 836 кДж / моль. Вследствие особенностей строения тройной связи для алкинов характерны реакции окисления, присоединения, полимеризации, изомеризации и замещения. Ацетилен углеводороды присоединяют по связи -С≡С- непосредственно галогены, галогеноводороды – при наличии катализаторов (например, HgCl2, CuCl), образуя дигалогениды и тетрагалогениды.

Указанные реакции используют в производстве трихлорэтилена, тетрахлорэтилена, винилхлорида и других хлоропроизводных соединений. Гидрогенизация алкинов натрием в жидком NH3 приводит к транс-алкенов, водородом над Pd / C – до цис-алкенов. Вода присоединяется в присутствии солей Hg2 + с образованием ацетальдегида для ацетилена и кетонов для всех остальных алкинов (Реакция Кучерова). Прямая гидратация ацетилена возможна при пропускании его в смеси с парами воды при T=300-400° С над фосфатами тяжелых металлов. Реакцию гидратации ацетилена используют в промышленности для получения ацетальдегида и продуктов дальнейших его преобразований – ацетона, уксусной кислоты, спирта и т.д. Спирты взаимодействуют с ацетилен углеводородами в присутствии ROH, BF3 или HgO, алкоксиды щелочных металлов, солей меди при температуре 150-200° С.

Продукты реакции – виниловые эфиры, которые используются в производстве полимеров, эмульгаторов, смазочных материалов и т.д. Аналогично ацетилен углеводородам присоединяются также карбоновые кислоты (при этом в качестве катализатора применяют HgSO4, ацетаты Cd или Zn на активированном угле), амиды кислот, амины, тиолы и другие с образованием виниловых соединений, например:

Винилацетат широко применяют для получения полимера поливинилацетата (ПВА). Путем присоединения к ацетилену цианидной кислоты или при взаимодействии с СО и спиртами, NH3, а также аминами в присутствии в качестве катализатора Ni (CO) 4 под давлением получают нитрил, амиды или эфиры акриловой кислоты, которые используются в синтезе полимеров:

Ацетилен углеводороды в присутствии щелочных катализаторов присоединяют кетоны и альдегиды (реакция Фаворского):

Большую практическую роль играет реакция взаимодействия в присутствии ацетиленидов Cu ацетилена с формальдегидом (реакция Реппе):