Etylen to najprostszy ze związków organicznych znanych jako alkeny. Jest to bezbarwny gaz palny o słodkawym smaku i zapachu. Źródła naturalne obejmują gaz ziemny i olej, jest to również naturalny hormon w roślinach, gdzie hamuje wzrost i wspomaga dojrzewanie owoców. Stosowanie etylenu jest powszechne w przemysłowej chemii organicznej. Jest wytwarzany przez ogrzewanie gazu ziemnego, temperatura topnienia 169,4°C, temperatura wrzenia 103,9°C.
Etylen: cechy strukturalne i właściwości
Węglowodory to cząsteczki zawierające wodór i węgiel. Różnią się one znacznie pod względem liczby wiązań pojedynczych i podwójnych oraz orientacji strukturalnej każdego składnika. Jednym z najprostszych, ale korzystnych biologicznie i ekonomicznie węglowodorów jest etylen. Dostarczany jest w postaci gazowej, jest bezbarwny i łatwopalny. Składa się z dwóch podwójnie wiązanych atomów węgla z atomami wodoru. Wzór chemiczny to C2H4. Strukturalna forma cząsteczki jest liniowa ze względu na obecność podwójnego wiązania w środku.
Etylen ma słodkawy piżmowy zapach, który ułatwiazidentyfikować substancję w powietrzu. Dotyczy to gazu w czystej postaci: zapach może zniknąć po zmieszaniu z innymi chemikaliami.
Schemat aplikacji etylenu
Etylen jest używany w dwóch głównych kategoriach: jako monomer, z którego zbudowane są duże łańcuchy węglowe oraz jako materiał wyjściowy dla innych związków dwuwęglowych. Polimeryzacje to powtarzające się kombinacje wielu małych cząsteczek etylenu w większe. Proces ten odbywa się przy wysokich ciśnieniach i temperaturach. Zastosowania etylenu są liczne. Polietylen jest polimerem, który jest stosowany szczególnie w dużych ilościach w produkcji folii opakowaniowych, powłok do drutu i butelek plastikowych. Inne zastosowanie etylenu jako monomeru dotyczy tworzenia liniowych α-olefin. Etylen jest materiałem wyjściowym do wytwarzania szeregu związków dwuwęglowych, takich jak etanol (alkohol techniczny), tlenek etylenu (środek przeciw zamarzaniu, włókna i folie poliestrowe), aldehyd octowy i chlorek winylu. Oprócz tych związków etylen z benzenem tworzy etylobenzen, który jest wykorzystywany do produkcji tworzyw sztucznych i kauczuku syntetycznego. Omawiana substancja jest jednym z najprostszych węglowodorów. Jednak właściwości etylenu sprawiają, że ma on znaczenie biologiczne i ekonomiczne.
Użytek komercyjny
Właściwości etylenu stanowią dobrą bazę handlową dla dużej liczby materiałów organicznych (zawierających węgiel i wodór). Pojedyncze cząsteczki etylenu mogą byćpołączone w polietylen (co oznacza wiele cząsteczek etylenu). Do produkcji tworzyw sztucznych używa się polietylenu. Ponadto może być używany do produkcji detergentów i syntetycznych smarów, które są chemikaliami stosowanymi w celu zmniejszenia tarcia. Wykorzystanie etylenu do otrzymywania styrenów jest istotne w procesie tworzenia opakowań gumowych i ochronnych. Ponadto znajduje zastosowanie w przemyśle obuwniczym, zwłaszcza obuwia sportowego, a także przy produkcji opon samochodowych. Stosowanie etylenu jest ważne z handlowego punktu widzenia, a sam gaz jest jednym z najczęściej produkowanych węglowodorów w skali globalnej.
Zagrożenie dla zdrowia
Etylen stanowi zagrożenie dla zdrowia przede wszystkim dlatego, że jest łatwopalny i wybuchowy. Może również działać jak lek w niskich stężeniach, powodując nudności, zawroty głowy, bóle głowy i brak koordynacji. W wyższych stężeniach działa znieczulająco, powodując utratę przytomności, niewrażliwość na ból i inne bodźce. Wszystkie te negatywne aspekty mogą być powodem do niepokoju przede wszystkim dla osób bezpośrednio pracujących z gazem. Ilość etylenu, z którą większość ludzi spotyka się w codziennym życiu, jest zwykle stosunkowo niewielka.
Reakcje etylenu
1) Utlenianie. Jest to dodatek tlenu, na przykład podczas utleniania etylenu do tlenku etylenu. Jest używany ww produkcji glikolu etylenowego (1,2-etanodiol), który jest stosowany jako płyn przeciw zamarzaniu oraz w produkcji poliestrów metodą polimeryzacji kondensacyjnej.
2) Halogenacja - reakcje z etylenem fluoru, chloru, bromu, jodu.
3) Chlorowanie etylenu jako 1,2-dichloroetan, a następnie konwersja 1,2-dichloroetanu do monomeru chlorku winylu. 1,2-Dichloroetan jest użytecznym rozpuszczalnikiem organicznym, a także cennym prekursorem w syntezie chlorku winylu.
4) Alkilacja - dodanie węglowodorów do wiązania podwójnego, na przykład synteza etylobenzenu z etylenu i benzenu, a następnie konwersja do styrenu. Etylobenzen jest półproduktem do produkcji styrenu, jednego z najczęściej stosowanych monomerów winylowych. Styren jest monomerem używanym do produkcji polistyrenu.
5) Spalanie etylenu. Gaz uzyskuje się przez ogrzewanie alkoholu etylowego i stężonego kwasu siarkowego.
6) Hydratacja to reakcja z dodatkiem wody do wiązania podwójnego. Najważniejszym przemysłowym zastosowaniem tej reakcji jest konwersja etylenu do etanolu.
Etylen i spalanie
Etylen jest bezbarwnym gazem słabo rozpuszczalnym w wodzie. Spalaniu etylenu w powietrzu towarzyszy tworzenie się dwutlenku węgla i wody. W czystej postaci gaz pali się lekkim płomieniem dyfuzyjnym. Zmieszany z niewielką ilością powietrza daje płomień składający się z trzech osobnych warstw - wewnętrznego rdzenia - niespalonego gazu, niebiesko-zielonej warstwy oraz zewnętrznego stożka, w którym częściowo utleniony produktz wymieszanej warstwy palić w płomieniu dyfuzyjnym. Powstały płomień wykazuje złożoną serię reakcji, a w miarę dodawania większej ilości powietrza do mieszaniny gazów warstwa dyfuzyjna stopniowo zanika.
Przydatne fakty
1) Etylen jest naturalnym hormonem roślinnym, wpływa na wzrost, rozwój, dojrzewanie i starzenie się wszystkich roślin.
2) Gaz nie jest szkodliwy i nietoksyczny dla ludzi w określonym stężeniu (100-150 mg).
3) Jest stosowany w medycynie jako środek przeciwbólowy.
4) Etylen zwalnia w niskich temperaturach.
5) Cechą charakterystyczną jest dobra penetracja przez większość substancji, takich jak kartonowe pudełka do pakowania, drewniane, a nawet betonowe ściany.
6) Chociaż jest nieoceniony ze względu na jego zdolność do inicjowania procesu dojrzewania, może być również bardzo szkodliwy dla wielu owoców, warzyw, kwiatów i roślin, przyspieszając proces starzenia i zmniejszając jakość produktu i okres przydatności do spożycia. Stopień uszkodzenia zależy od stężenia, czasu ekspozycji i temperatury.
7) Etylen jest wybuchowy w wysokich stężeniach.
8) Etylen jest używany do produkcji szkła specjalnego dla przemysłu motoryzacyjnego.
9) Produkcja stali konstrukcyjnej: Gaz jest używany jako gaz tlenowo-paliwowy do cięcia metalu, spawania i natryskiwania cieplnego z dużą prędkością.
10) Uszlachetnianie: Stosowany jest etylenjako czynnik chłodniczy, zwłaszcza w instalacjach LNG.
11) Jak wspomniano wcześniej, etylen jest substancją bardzo reaktywną, ponadto jest również bardzo łatwopalny. Ze względów bezpieczeństwa transportowany jest zwykle specjalnym, oddzielnym gazociągiem.
12) Jednym z najpopularniejszych produktów wytwarzanych bezpośrednio z etylenu jest plastik.
