Как пишется ацетилен в химии

«ethyne» redirects here. Not to be confused with ethane or ethene.

Names
Preferred IUPAC name Acetylene[1]
Systematic IUPAC name Ethyne[2]
Identifiers
CAS Number	74-86-2
3D model (JSmol)	Interactive image
Beilstein Reference	906677
ChEBI	CHEBI:27518
ChEMBL	ChEMBL116336
ChemSpider	6086
ECHA InfoCard	100.000.743
EC Number	200-816-9
Gmelin Reference	210
KEGG	C01548
PubChem CID	6326
RTECS number	AO9600000
UNII	OC7TV75O83
UN number	1001 (dissolved) 3138 (in mixture with ethylene and propylene)
CompTox Dashboard (EPA)	DTXSID6026379
InChI InChI=1S/C2H2/c1-2/h1-2H  Key: HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N  InChI=1/C2H2/c1-2/h1-2H Key: HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYAY
SMILES C#C
Properties
Chemical formula	C2H2
Molar mass	26.038 g·mol−1
Appearance	Colorless gas
Odor	Odorless
Density	1.1772 g/L = 1.1772 kg/m3 (0 °C, 101.3 kPa)[3]
Melting point	−80.8 °C (−113.4 °F; 192.3 K) Triple point at 1.27 atm
Sublimation conditions	−84 °C; −119 °F; 189 K (1 atm)
Solubility in water	slightly soluble
Solubility	slightly soluble in alcohol soluble in acetone, benzene
Vapor pressure	44.2 atm (20 °C)[4]
Acidity (pKa)	25[5]
Conjugate acid	Ethynium
Magnetic susceptibility (χ)	−20.8×10−6 cm3/mol [6]
Thermal conductivity	21.4 mW·m−1·K−1 (300 K) [6]
Structure
Molecular shape	Linear
Thermochemistry[6]
Heat capacity (C)	44.036 J·mol−1·K−1
Std molar entropy (S⦵298)	200.927 J·mol−1·K−1
Std enthalpy of formation (ΔfH⦵298)	227.400 kJ·mol−1
Gibbs free energy (ΔfG⦵)	209.879 kJ·mol−1
Std enthalpy of combustion (ΔcH⦵298)	1300 kJ·mol−1
Hazards
GHS labelling:
Pictograms
Signal word	Danger
Hazard statements	H220, H336
Precautionary statements	P202, P210, P233, P261, P271, P304, P312, P340, P377, P381, P403, P405, P501
NFPA 704 (fire diamond)	1 4 3
Autoignition temperature	300 °C (572 °F; 573 K)
Explosive limits	2.5–100%
NIOSH (US health exposure limits):
PEL (Permissible)	none[4]
REL (Recommended)	C 2500 ppm (2662 mg/m3)[4]
IDLH (Immediate danger)	N.D.[4]
Except where otherwise noted, data are given for materials in their standard state (at 25 °C [77 °F], 100 kPa).  verify (what is  ?) Infobox references

Acetylene (systematic name: ethyne) is the chemical compound with the formula C₂H₂ and structure H−C≡C−H. It is a hydrocarbon and the simplest alkyne.^[7] This colorless gas is widely used as a fuel and a chemical building block. It is unstable in its pure form and thus is usually handled as a solution.^[8] Pure acetylene is odorless, but commercial grades usually have a marked odor due to impurities such as divinyl sulfide and phosphine.^[8][9]

As an alkyne, acetylene is unsaturated because its two carbon atoms are bonded together in a triple bond. The carbon–carbon triple bond places all four atoms in the same straight line, with CCH bond angles of 180°.^[10]

Discovery[edit]

Acetylene was discovered in 1836 by Edmund Davy, who identified it as a «new carburet of hydrogen».^[11][12] It was an accidental discovery while attempting to isolate potassium metal. By heating potassium carbonate with carbon at very high temperatures, he produced a residue of what is now known as potassium carbide, (K₂C₂), which reacted with water to release the new gas. It was rediscovered in 1860 by French chemist Marcellin Berthelot, who coined the name acétylène.^[13] Berthelot’s empirical formula for acetylene (C₄H₂), as well as the alternative name «quadricarbure d’hydrogène» (hydrogen quadricarbide), were incorrect because many chemists at that time used the wrong atomic mass for carbon (6 instead of 12).^[14] Berthelot was able to prepare this gas by passing vapours of organic compounds (methanol, ethanol, etc.) through a red hot tube and collecting the effluent. He also found that acetylene was formed by sparking electricity through mixed cyanogen and hydrogen gases. Berthelot later obtained acetylene directly by passing hydrogen between the poles of a carbon arc.^[15][16]

Preparation[edit]

Since the 1950s, acetylene has mainly been manufactured by the partial combustion of methane.^[8][17][18] It is a recovered side product in production of ethylene by cracking of hydrocarbons. Approximately 400,000 tonnes were produced by this method in 1983.^[8] Its presence in ethylene is usually undesirable because of its explosive character and its ability to poison Ziegler–Natta catalysts. It is selectively hydrogenated into ethylene, usually using Pd–Ag catalysts.^[19]

Until the 1950s, when oil supplanted coal as the chief source of reduced carbon, acetylene (and the aromatic fraction from coal tar) was the main source of organic chemicals in the chemical industry. It was prepared by the hydrolysis of calcium carbide, a reaction discovered by Friedrich Wöhler in 1862^[20] and still familiar to students:

Calcium carbide production requires extremely high temperatures, ~2000 °C, necessitating the use of an electric arc furnace. In the US, this process was an important part of the late-19th century revolution in chemistry enabled by the massive hydroelectric power project at Niagara Falls.^[21]

Bonding[edit]

In terms of valence bond theory, in each carbon atom the 2s orbital hybridizes with one 2p orbital thus forming an sp hybrid. The other two 2p orbitals remain unhybridized. The two ends of the two sp hybrid orbital overlap to form a strong σ valence bond between the carbons, while on each of the other two ends hydrogen atoms attach also by σ bonds. The two unchanged 2p orbitals form a pair of weaker π bonds.^[22]

Since acetylene is a linear symmetrical molecule, it possesses the D_∞h point group.^[23]

Physical properties[edit]

Changes of state[edit]

At atmospheric pressure, acetylene cannot exist as a liquid and does not have a melting point. The triple point on the phase diagram corresponds to the melting point (−80.8 °C) at the minimal pressure at which liquid acetylene can exist (1.27 atm). At temperatures below the triple point, solid acetylene can change directly to the vapour (gas) by sublimation. The sublimation point at atmospheric pressure is −84.0 °C.^[24]

Other[edit]

At room temperature, the solubility of acetylene in acetone is 27.9 g per kg. For the same amount of dimethylformamide (DMF), the solubility is 51 g. At
20.26 bar, the solubility increases to 689.0 and 628.0 g for acetone and DMF, respectively. These solvents are used in pressurized gas cylinders.^[25]

Applications[edit]

Welding[edit]

Approximately 20% of acetylene is supplied by the industrial gases industry for oxyacetylene gas welding and cutting due to the high temperature of the flame. Combustion of acetylene with oxygen produces a flame of over 3,600 K (3,330 °C; 6,020 °F), releasing 11.8 kJ/g. Oxyacetylene is the hottest burning common fuel gas.^[26] Acetylene is the third-hottest natural chemical flame after dicyanoacetylene’s 5,260 K (4,990 °C; 9,010 °F) and cyanogen at 4,798 K (4,525 °C; 8,177 °F). Oxy-acetylene welding was a popular welding process in previous decades. The development and advantages of arc-based welding processes have made oxy-fuel welding nearly extinct for many applications. Acetylene usage for welding has dropped significantly. On the other hand, oxy-acetylene welding equipment is quite versatile – not only because the torch is preferred for some sorts of iron or steel welding (as in certain artistic applications), but also because it lends itself easily to brazing, braze-welding, metal heating (for annealing or tempering, bending or forming), the loosening of corroded nuts and bolts, and other applications. Bell Canada cable-repair technicians still use portable acetylene-fuelled torch kits as a soldering tool for sealing lead sleeve splices in manholes and in some aerial locations. Oxyacetylene welding may also be used in areas where electricity is not readily accessible. Oxyacetylene cutting is used in many metal fabrication shops. For use in welding and cutting, the working pressures must be controlled by a regulator, since above 15 psi (100 kPa), if subjected to a shockwave (caused, for example, by a flashback), acetylene decomposes explosively into hydrogen and carbon.^[27]

Portable lighting[edit]

Acetylene combustion produces a strong, bright light and the ubiquity of carbide lamps drove much acetylene commercialization in the early 20th century. Common applications included coastal lighthouses,^[28] street lights,^[29] and automobile^[30] and mining headlamps.^[31] In most of these applications, direct combustion is a fire hazard, and so acetylene has been replaced, first by incandescent lighting and many years later by low-power/high-lumen LEDs. Nevertheless, acetylene lamps remain in limited use in remote or otherwise inaccessible areas and in countries with a weak or unreliable central electric grid.^[31]

Plastics and acrylic acid derivatives[edit]

Acetylene can be semihydrogenated to ethylene, providing a feedstock for a variety of polyethylene plastics. Another major application of acetylene, especially in China is its conversion to acrylic acid derivatives.^[8] These derivatives form products such as acrylic fibers, glasses, paints, resins, and polymers.^[32]

Except in China, use of acetylene as a chemical feedstock has declined by 70% from 1965 to 2007 owing to cost and environmental considerations.

Niche applications[edit]

In 1881, the Russian chemist Mikhail Kucherov^[33] described the hydration of acetylene to acetaldehyde using catalysts such as mercury(II) bromide. Before the advent of the Wacker process, this reaction was conducted on an industrial scale.^[34]

The polymerization of acetylene with Ziegler–Natta catalysts produces polyacetylene films. Polyacetylene, a chain of CH centres with alternating single and double bonds, was one of the first discovered organic semiconductors. Its reaction with iodine produces a highly electrically conducting material. Although such materials are not useful, these discoveries led to the developments of organic semiconductors, as recognized by the Nobel Prize in Chemistry in 2000 to Alan J. Heeger, Alan G MacDiarmid, and Hideki Shirakawa.^[8]

In the 1920s, pure acetylene was experimentally used as an inhalation anesthetic.^[35]

Acetylene is sometimes used for carburization (that is, hardening) of steel when the object is too large to fit into a furnace.^[36]

Acetylene is used to volatilize carbon in radiocarbon dating. The carbonaceous material in an archeological sample is treated with lithium metal in a small specialized research furnace to form lithium carbide (also known as lithium acetylide). The carbide can then be reacted with water, as usual, to form acetylene gas to feed into a mass spectrometer to measure the isotopic ratio of carbon-14 to carbon-12.^[37]

Natural occurrence[edit]

The energy richness of the C≡C triple bond and the rather high solubility of acetylene in water make it a suitable substrate for bacteria, provided an adequate source is available.^[38] A number of bacteria living on acetylene have been identified. The enzyme acetylene hydratase catalyzes the hydration of acetylene to give acetaldehyde:^[39]

Acetylene is a moderately common chemical in the universe, often associated with the atmospheres of gas giants.^[40] One curious discovery of acetylene is on Enceladus, a moon of Saturn. Natural acetylene is believed to form from catalytic decomposition of long-chain hydrocarbons at temperatures of 1,700 K (1,430 °C; 2,600 °F) and above. Since such temperatures are highly unlikely on such a small distant body, this discovery is potentially suggestive of catalytic reactions within that moon, making it a promising site to search for prebiotic chemistry.^[41][42]

Reactions[edit]

Vinylation reactions[edit]

In vinylation reactions, H−X compounds add across the triple bond. Alcohols and phenols add to acetylene to give vinyl ethers. Thiols give vinyl thioethers. Similarly, vinylpyrrolidone and vinylcarbazole are produced industrially by vinylation of 2-pyrrolidone and carbazole.^[25][8]

The hydration of acetylene is a vinylation reaction, but the resulting vinyl alcohol isomerizes to acetaldehyde. The reaction is catalyzed by mercury salts. This reaction once was the dominant technology for acetaldehyde production, but it has been displaced by the Wacker process, which affords acetaldehyde by oxidation of ethylene, a cheaper feedstock. A similar situation applies to the conversion of acetylene to the valuable vinyl chloride by hydrochlorination vs the oxychlorination of ethylene.

Ethynylation[edit]

Acetylene adds to aldehydes and ketones to form α-ethynyl alcohols:^[8]

The reaction with formaldehyde is used industrially in the production of butynediol, forming propargyl alcohol as the by-product. Copper acetylide is used as the catalyst.^[43][44]

Because halogens add across the triple bond, the substituted acetylenes difluoroacetylene, dichloroacetylene, dibromoacetylene, and diiodoacetylene cannot be made directly from acetylene. A common workaround is to dehydrate vinyl dihaloethenols.^[45]

Carbonylation[edit]

Walter Reppe discovered that in the presence of catalysts, acetylene reacts to give a wide range of industrially significant chemicals.^[8][46][47]

With carbon monoxide, acetylene reacts to give acrylic acid, or acrylic esters, which can be used to produce acrylic glass.^[32]

Organometallic chemistry[edit]

Acetylene and its derivatives (2-butyne, diphenylacetylene, etc.) form complexes with transition metals. Its bonding to the metal is somewhat similar to that of ethylene complexes. These complexes are intermediates in many catalytic reactions such as alkyne trimerisation to benzene, tetramerization to cyclooctatetraene,^[8] and carbonylation to hydroquinone:^[46]

at basic conditions (50–80 °C, 20–25 atm).

In the presence of certain transition metals, alkynes undergo alkyne metathesis.

Metal acetylides, species of the formula L_nM−C₂R, are also common. Copper(I) acetylide and silver acetylide can be formed in aqueous solutions with ease due to a poor solubility equilibrium.^[48]

Acid-base reactions[edit]

Acetylene has a pK_a of 25, acetylene can be deprotonated by a superbase to form an acetylide:^[48]

Various organometallic^[49] and inorganic^[50] reagents are effective.

Safety and handling[edit]

Acetylene is not especially toxic, but when generated from calcium carbide, it can contain toxic impurities such as traces of phosphine and arsine, which give it a distinct garlic-like smell. It is also highly flammable, as are most light hydrocarbons, hence its use in welding. Its most singular hazard is associated with its intrinsic instability, especially when it is pressurized: under certain conditions acetylene can react in an exothermic addition-type reaction to form a number of products, typically benzene and/or vinylacetylene, possibly in addition to carbon and hydrogen.^{[citation needed]} Consequently, acetylene, if initiated by intense heat or a shockwave, can decompose explosively if the absolute pressure of the gas exceeds about 200 kilopascals (29 psi). Most regulators and pressure gauges on equipment report gauge pressure, and the safe limit for acetylene therefore is 101 kPa_gage, or 15 psig.^[51][52] It is therefore supplied and stored dissolved in acetone or dimethylformamide (DMF),^[52][53][54] contained in a gas cylinder with a porous filling (Agamassan), which renders it safe to transport and use, given proper handling. Acetylene cylinders should be used in the upright position to avoid withdrawing acetone during use.^[55]

Information on safe storage of acetylene in upright cylinders is provided by the OSHA,^[56][57] Compressed Gas Association,^[52] United States Mine Safety and Health Administration (MSHA),^[58] EIGA,^[55] and other agencies.

Copper catalyses the decomposition of acetylene, and as a result acetylene should not be transported in copper pipes.^[59]

Cylinders should be stored in an area segregated from oxidizers to avoid exacerbated reaction in case of fire/leakage.^[52][57] Acetylene cylinders should not be stored in confined spaces, enclosed vehicles, garages, and buildings, to avoid unintended leakage leading to explosive atmosphere.^[52][57] In the US, National Electric Code (NEC) requires consideration for hazardous areas including those where acetylene may be released during accidents or leaks.^[60] Consideration may include electrical classification and use of listed Group A electrical components in USA.^[60] Further information on determining the areas requiring special consideration is in NFPA 497.^[61] In Europe, ATEX also requires consideration for hazardous areas where flammable gases may be released during accidents or leaks.^[55]

References[edit]

External links[edit]

• Acetylene Production Plant and Detailed Process Archived 11 April 2015 at the Wayback Machine
• Acetylene at Chemistry Comes Alive!
• Acetylene, the Principles of Its Generation and Use at Project Gutenberg
• Movie explaining acetylene formation from calcium carbide and the explosive limits forming fire hazards
• Calcium Carbide & Acetylene at The Periodic Table of Videos (University of Nottingham)
• CDC – NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards – Acetylene

«ethyne» redirects here. Not to be confused with ethane or ethene.

Names
Preferred IUPAC name Acetylene[1]
Systematic IUPAC name Ethyne[2]
Identifiers
CAS Number	74-86-2
3D model (JSmol)	Interactive image
Beilstein Reference	906677
ChEBI	CHEBI:27518
ChEMBL	ChEMBL116336
ChemSpider	6086
ECHA InfoCard	100.000.743
EC Number	200-816-9
Gmelin Reference	210
KEGG	C01548
PubChem CID	6326
RTECS number	AO9600000
UNII	OC7TV75O83
UN number	1001 (dissolved) 3138 (in mixture with ethylene and propylene)
CompTox Dashboard (EPA)	DTXSID6026379
InChI InChI=1S/C2H2/c1-2/h1-2H  Key: HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N  InChI=1/C2H2/c1-2/h1-2H Key: HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYAY
SMILES C#C
Properties
Chemical formula	C2H2
Molar mass	26.038 g·mol−1
Appearance	Colorless gas
Odor	Odorless
Density	1.1772 g/L = 1.1772 kg/m3 (0 °C, 101.3 kPa)[3]
Melting point	−80.8 °C (−113.4 °F; 192.3 K) Triple point at 1.27 atm
Sublimation conditions	−84 °C; −119 °F; 189 K (1 atm)
Solubility in water	slightly soluble
Solubility	slightly soluble in alcohol soluble in acetone, benzene
Vapor pressure	44.2 atm (20 °C)[4]
Acidity (pKa)	25[5]
Conjugate acid	Ethynium
Magnetic susceptibility (χ)	−20.8×10−6 cm3/mol [6]
Thermal conductivity	21.4 mW·m−1·K−1 (300 K) [6]
Structure
Molecular shape	Linear
Thermochemistry[6]
Heat capacity (C)	44.036 J·mol−1·K−1
Std molar entropy (S⦵298)	200.927 J·mol−1·K−1
Std enthalpy of formation (ΔfH⦵298)	227.400 kJ·mol−1
Gibbs free energy (ΔfG⦵)	209.879 kJ·mol−1
Std enthalpy of combustion (ΔcH⦵298)	1300 kJ·mol−1
Hazards
GHS labelling:
Pictograms
Signal word	Danger
Hazard statements	H220, H336
Precautionary statements	P202, P210, P233, P261, P271, P304, P312, P340, P377, P381, P403, P405, P501
NFPA 704 (fire diamond)	1 4 3
Autoignition temperature	300 °C (572 °F; 573 K)
Explosive limits	2.5–100%
NIOSH (US health exposure limits):
PEL (Permissible)	none[4]
REL (Recommended)	C 2500 ppm (2662 mg/m3)[4]
IDLH (Immediate danger)	N.D.[4]
Except where otherwise noted, data are given for materials in their standard state (at 25 °C [77 °F], 100 kPa).  verify (what is  ?) Infobox references

Acetylene (systematic name: ethyne) is the chemical compound with the formula C₂H₂ and structure H−C≡C−H. It is a hydrocarbon and the simplest alkyne.^[7] This colorless gas is widely used as a fuel and a chemical building block. It is unstable in its pure form and thus is usually handled as a solution.^[8] Pure acetylene is odorless, but commercial grades usually have a marked odor due to impurities such as divinyl sulfide and phosphine.^[8][9]

As an alkyne, acetylene is unsaturated because its two carbon atoms are bonded together in a triple bond. The carbon–carbon triple bond places all four atoms in the same straight line, with CCH bond angles of 180°.^[10]

Discovery[edit]

Acetylene was discovered in 1836 by Edmund Davy, who identified it as a «new carburet of hydrogen».^[11][12] It was an accidental discovery while attempting to isolate potassium metal. By heating potassium carbonate with carbon at very high temperatures, he produced a residue of what is now known as potassium carbide, (K₂C₂), which reacted with water to release the new gas. It was rediscovered in 1860 by French chemist Marcellin Berthelot, who coined the name acétylène.^[13] Berthelot’s empirical formula for acetylene (C₄H₂), as well as the alternative name «quadricarbure d’hydrogène» (hydrogen quadricarbide), were incorrect because many chemists at that time used the wrong atomic mass for carbon (6 instead of 12).^[14] Berthelot was able to prepare this gas by passing vapours of organic compounds (methanol, ethanol, etc.) through a red hot tube and collecting the effluent. He also found that acetylene was formed by sparking electricity through mixed cyanogen and hydrogen gases. Berthelot later obtained acetylene directly by passing hydrogen between the poles of a carbon arc.^[15][16]

Preparation[edit]

Since the 1950s, acetylene has mainly been manufactured by the partial combustion of methane.^[8][17][18] It is a recovered side product in production of ethylene by cracking of hydrocarbons. Approximately 400,000 tonnes were produced by this method in 1983.^[8] Its presence in ethylene is usually undesirable because of its explosive character and its ability to poison Ziegler–Natta catalysts. It is selectively hydrogenated into ethylene, usually using Pd–Ag catalysts.^[19]

Until the 1950s, when oil supplanted coal as the chief source of reduced carbon, acetylene (and the aromatic fraction from coal tar) was the main source of organic chemicals in the chemical industry. It was prepared by the hydrolysis of calcium carbide, a reaction discovered by Friedrich Wöhler in 1862^[20] and still familiar to students:

Calcium carbide production requires extremely high temperatures, ~2000 °C, necessitating the use of an electric arc furnace. In the US, this process was an important part of the late-19th century revolution in chemistry enabled by the massive hydroelectric power project at Niagara Falls.^[21]

Bonding[edit]

In terms of valence bond theory, in each carbon atom the 2s orbital hybridizes with one 2p orbital thus forming an sp hybrid. The other two 2p orbitals remain unhybridized. The two ends of the two sp hybrid orbital overlap to form a strong σ valence bond between the carbons, while on each of the other two ends hydrogen atoms attach also by σ bonds. The two unchanged 2p orbitals form a pair of weaker π bonds.^[22]

Since acetylene is a linear symmetrical molecule, it possesses the D_∞h point group.^[23]

Physical properties[edit]

Changes of state[edit]

At atmospheric pressure, acetylene cannot exist as a liquid and does not have a melting point. The triple point on the phase diagram corresponds to the melting point (−80.8 °C) at the minimal pressure at which liquid acetylene can exist (1.27 atm). At temperatures below the triple point, solid acetylene can change directly to the vapour (gas) by sublimation. The sublimation point at atmospheric pressure is −84.0 °C.^[24]

Other[edit]

At room temperature, the solubility of acetylene in acetone is 27.9 g per kg. For the same amount of dimethylformamide (DMF), the solubility is 51 g. At
20.26 bar, the solubility increases to 689.0 and 628.0 g for acetone and DMF, respectively. These solvents are used in pressurized gas cylinders.^[25]

Applications[edit]

Welding[edit]

Approximately 20% of acetylene is supplied by the industrial gases industry for oxyacetylene gas welding and cutting due to the high temperature of the flame. Combustion of acetylene with oxygen produces a flame of over 3,600 K (3,330 °C; 6,020 °F), releasing 11.8 kJ/g. Oxyacetylene is the hottest burning common fuel gas.^[26] Acetylene is the third-hottest natural chemical flame after dicyanoacetylene’s 5,260 K (4,990 °C; 9,010 °F) and cyanogen at 4,798 K (4,525 °C; 8,177 °F). Oxy-acetylene welding was a popular welding process in previous decades. The development and advantages of arc-based welding processes have made oxy-fuel welding nearly extinct for many applications. Acetylene usage for welding has dropped significantly. On the other hand, oxy-acetylene welding equipment is quite versatile – not only because the torch is preferred for some sorts of iron or steel welding (as in certain artistic applications), but also because it lends itself easily to brazing, braze-welding, metal heating (for annealing or tempering, bending or forming), the loosening of corroded nuts and bolts, and other applications. Bell Canada cable-repair technicians still use portable acetylene-fuelled torch kits as a soldering tool for sealing lead sleeve splices in manholes and in some aerial locations. Oxyacetylene welding may also be used in areas where electricity is not readily accessible. Oxyacetylene cutting is used in many metal fabrication shops. For use in welding and cutting, the working pressures must be controlled by a regulator, since above 15 psi (100 kPa), if subjected to a shockwave (caused, for example, by a flashback), acetylene decomposes explosively into hydrogen and carbon.^[27]

Portable lighting[edit]

Acetylene combustion produces a strong, bright light and the ubiquity of carbide lamps drove much acetylene commercialization in the early 20th century. Common applications included coastal lighthouses,^[28] street lights,^[29] and automobile^[30] and mining headlamps.^[31] In most of these applications, direct combustion is a fire hazard, and so acetylene has been replaced, first by incandescent lighting and many years later by low-power/high-lumen LEDs. Nevertheless, acetylene lamps remain in limited use in remote or otherwise inaccessible areas and in countries with a weak or unreliable central electric grid.^[31]

Plastics and acrylic acid derivatives[edit]

Acetylene can be semihydrogenated to ethylene, providing a feedstock for a variety of polyethylene plastics. Another major application of acetylene, especially in China is its conversion to acrylic acid derivatives.^[8] These derivatives form products such as acrylic fibers, glasses, paints, resins, and polymers.^[32]

Except in China, use of acetylene as a chemical feedstock has declined by 70% from 1965 to 2007 owing to cost and environmental considerations.

Niche applications[edit]

In 1881, the Russian chemist Mikhail Kucherov^[33] described the hydration of acetylene to acetaldehyde using catalysts such as mercury(II) bromide. Before the advent of the Wacker process, this reaction was conducted on an industrial scale.^[34]

The polymerization of acetylene with Ziegler–Natta catalysts produces polyacetylene films. Polyacetylene, a chain of CH centres with alternating single and double bonds, was one of the first discovered organic semiconductors. Its reaction with iodine produces a highly electrically conducting material. Although such materials are not useful, these discoveries led to the developments of organic semiconductors, as recognized by the Nobel Prize in Chemistry in 2000 to Alan J. Heeger, Alan G MacDiarmid, and Hideki Shirakawa.^[8]

In the 1920s, pure acetylene was experimentally used as an inhalation anesthetic.^[35]

Acetylene is sometimes used for carburization (that is, hardening) of steel when the object is too large to fit into a furnace.^[36]

Acetylene is used to volatilize carbon in radiocarbon dating. The carbonaceous material in an archeological sample is treated with lithium metal in a small specialized research furnace to form lithium carbide (also known as lithium acetylide). The carbide can then be reacted with water, as usual, to form acetylene gas to feed into a mass spectrometer to measure the isotopic ratio of carbon-14 to carbon-12.^[37]

Natural occurrence[edit]

The energy richness of the C≡C triple bond and the rather high solubility of acetylene in water make it a suitable substrate for bacteria, provided an adequate source is available.^[38] A number of bacteria living on acetylene have been identified. The enzyme acetylene hydratase catalyzes the hydration of acetylene to give acetaldehyde:^[39]

Acetylene is a moderately common chemical in the universe, often associated with the atmospheres of gas giants.^[40] One curious discovery of acetylene is on Enceladus, a moon of Saturn. Natural acetylene is believed to form from catalytic decomposition of long-chain hydrocarbons at temperatures of 1,700 K (1,430 °C; 2,600 °F) and above. Since such temperatures are highly unlikely on such a small distant body, this discovery is potentially suggestive of catalytic reactions within that moon, making it a promising site to search for prebiotic chemistry.^[41][42]

Reactions[edit]

Vinylation reactions[edit]

In vinylation reactions, H−X compounds add across the triple bond. Alcohols and phenols add to acetylene to give vinyl ethers. Thiols give vinyl thioethers. Similarly, vinylpyrrolidone and vinylcarbazole are produced industrially by vinylation of 2-pyrrolidone and carbazole.^[25][8]

The hydration of acetylene is a vinylation reaction, but the resulting vinyl alcohol isomerizes to acetaldehyde. The reaction is catalyzed by mercury salts. This reaction once was the dominant technology for acetaldehyde production, but it has been displaced by the Wacker process, which affords acetaldehyde by oxidation of ethylene, a cheaper feedstock. A similar situation applies to the conversion of acetylene to the valuable vinyl chloride by hydrochlorination vs the oxychlorination of ethylene.

Ethynylation[edit]

Acetylene adds to aldehydes and ketones to form α-ethynyl alcohols:^[8]

The reaction with formaldehyde is used industrially in the production of butynediol, forming propargyl alcohol as the by-product. Copper acetylide is used as the catalyst.^[43][44]

Because halogens add across the triple bond, the substituted acetylenes difluoroacetylene, dichloroacetylene, dibromoacetylene, and diiodoacetylene cannot be made directly from acetylene. A common workaround is to dehydrate vinyl dihaloethenols.^[45]

Carbonylation[edit]

Walter Reppe discovered that in the presence of catalysts, acetylene reacts to give a wide range of industrially significant chemicals.^[8][46][47]

With carbon monoxide, acetylene reacts to give acrylic acid, or acrylic esters, which can be used to produce acrylic glass.^[32]

Organometallic chemistry[edit]

Acetylene and its derivatives (2-butyne, diphenylacetylene, etc.) form complexes with transition metals. Its bonding to the metal is somewhat similar to that of ethylene complexes. These complexes are intermediates in many catalytic reactions such as alkyne trimerisation to benzene, tetramerization to cyclooctatetraene,^[8] and carbonylation to hydroquinone:^[46]

at basic conditions (50–80 °C, 20–25 atm).

In the presence of certain transition metals, alkynes undergo alkyne metathesis.

Metal acetylides, species of the formula L_nM−C₂R, are also common. Copper(I) acetylide and silver acetylide can be formed in aqueous solutions with ease due to a poor solubility equilibrium.^[48]

Acid-base reactions[edit]

Acetylene has a pK_a of 25, acetylene can be deprotonated by a superbase to form an acetylide:^[48]

Various organometallic^[49] and inorganic^[50] reagents are effective.

Safety and handling[edit]

Acetylene is not especially toxic, but when generated from calcium carbide, it can contain toxic impurities such as traces of phosphine and arsine, which give it a distinct garlic-like smell. It is also highly flammable, as are most light hydrocarbons, hence its use in welding. Its most singular hazard is associated with its intrinsic instability, especially when it is pressurized: under certain conditions acetylene can react in an exothermic addition-type reaction to form a number of products, typically benzene and/or vinylacetylene, possibly in addition to carbon and hydrogen.^{[citation needed]} Consequently, acetylene, if initiated by intense heat or a shockwave, can decompose explosively if the absolute pressure of the gas exceeds about 200 kilopascals (29 psi). Most regulators and pressure gauges on equipment report gauge pressure, and the safe limit for acetylene therefore is 101 kPa_gage, or 15 psig.^[51][52] It is therefore supplied and stored dissolved in acetone or dimethylformamide (DMF),^[52][53][54] contained in a gas cylinder with a porous filling (Agamassan), which renders it safe to transport and use, given proper handling. Acetylene cylinders should be used in the upright position to avoid withdrawing acetone during use.^[55]

Information on safe storage of acetylene in upright cylinders is provided by the OSHA,^[56][57] Compressed Gas Association,^[52] United States Mine Safety and Health Administration (MSHA),^[58] EIGA,^[55] and other agencies.

Copper catalyses the decomposition of acetylene, and as a result acetylene should not be transported in copper pipes.^[59]

Cylinders should be stored in an area segregated from oxidizers to avoid exacerbated reaction in case of fire/leakage.^[52][57] Acetylene cylinders should not be stored in confined spaces, enclosed vehicles, garages, and buildings, to avoid unintended leakage leading to explosive atmosphere.^[52][57] In the US, National Electric Code (NEC) requires consideration for hazardous areas including those where acetylene may be released during accidents or leaks.^[60] Consideration may include electrical classification and use of listed Group A electrical components in USA.^[60] Further information on determining the areas requiring special consideration is in NFPA 497.^[61] In Europe, ATEX also requires consideration for hazardous areas where flammable gases may be released during accidents or leaks.^[55]

References[edit]

External links[edit]

• Acetylene Production Plant and Detailed Process Archived 11 April 2015 at the Wayback Machine
• Acetylene at Chemistry Comes Alive!
• Acetylene, the Principles of Its Generation and Use at Project Gutenberg
• Movie explaining acetylene formation from calcium carbide and the explosive limits forming fire hazards
• Calcium Carbide & Acetylene at The Periodic Table of Videos (University of Nottingham)
• CDC – NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards – Acetylene

«HCCH» перенаправляется сюда. Для использования в других целях см. HCCH (значения).

Имена
Предпочтительное название IUPAC Ацетилен[1]
Систематическое название ИЮПАК Ethyne[2]
Идентификаторы
Количество CAS	74-86-2
3D модель (JSmol )	Интерактивное изображение
Ссылка на Beilstein	906677
ЧЭБИ	ЧЕБИ: 27518
ЧЭМБЛ	ChEMBL116336
ChemSpider	6086
ECHA InfoCard	100.000.743
Номер ЕС	200-816-9
Ссылка на Гмелин	210
КЕГГ	C01548
PubChem CID	6326
Номер RTECS	AO9600000
UNII	OC7TV75O83
Номер ООН	1001 (растворенный) 3138 (в смеси с этилен и пропилен )
Панель управления CompTox (EPA)	DTXSID6026379
ИнЧИ InChI = 1S / C2H2 / c1-2 / h1-2H  Ключ: HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N  InChI = 1 / C2H2 / c1-2 / h1-2H Ключ: HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYAY
Улыбки C # C
Характеристики
Химическая формула	C2ЧАС2
Молярная масса	26.038 г · моль−1
Внешность	Бесцветный газ
Запах	Без запаха
Плотность	1,097 г / л = 1,097 кг / м3
Температура плавления	-80,8 ° С (-113,4 ° F, 192,3 К) Тройная точка при 1,27 атм
Сублимация условия	-84 ° С; -119 ° F; 189 К (1 атм)
Растворимость в воде	слабо растворимый
Давление газа	44,2 атм (20 ° С)[3]
Кислотность (пKа)	25[4]
Конъюгированная кислота	Этиний
Магнитная восприимчивость (χ)	−12.5×10−6 см3/ моль
Структура
Молекулярная форма	Линейный
Термохимия
Стандартный моляр энтропия (Sо298)	201 Дж / (моль · К)
Станд. Энтальпия формирование (ΔжЧАС⦵298)	+226,88 кДж / моль
Опасности
Пиктограммы GHS
Сигнальное слово GHS	Опасность
Положения об опасности GHS	H220, H336
Меры предосторожности GHS	P202, P210, P261, P271, P304, P340, P312, P377, P381, P403, P403, P233, P405, P501
NFPA 704 (огненный алмаз)	4 1 3
Самовоспламенение температура	300 ° С (572 ° F, 573 К)
NIOSH (Пределы воздействия на здоровье в США):
PEL (Допустимо)	никто[3]
REL (Рекомендуемые)	C 2500 частей на миллион (2662 мг / м3)[3]
IDLH (Непосредственная опасность)	N.D.[3]
Если не указано иное, данные для материалов приводятся в их стандартное состояние (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
проверять (что  ?)
Ссылки на инфобоксы

Ацетилен (систематическое название: этин) это химическое соединение с формулой C₂ЧАС₂. Это углеводород и самый простой алкин.^[5] Этот бесцветный газ (низшие углеводороды, как правило, газообразны) широко используется в качестве топлива и химического строительного блока. В чистом виде он нестабилен, поэтому с ним обычно обращаются как с раствором.^[6] Чистый ацетилен не имеет запаха, но коммерческие сорта обычно имеют сильный запах из-за примесей.^[7]

Как алкин, ацетилен ненасыщенный потому что его два атома углерода связанный вместе в тройная связь. Тройная связь углерод-углерод помещает все четыре атома на одну прямую с валентным углом CCH 180 °.^[8]

Открытие

Ацетилен был открыт в 1836 г. Эдмунд Дэви, которые идентифицировали его как «новый карбюратор водорода».^[9][10] Это было случайное открытие при попытке изолировать калий металл. Нагревая карбонат калия с углеродом при очень высоких температурах, он получил остаток того, что теперь известно как карбид калия (K₂C₂), который вступил в реакцию с водой и выпустил новый газ. Он был заново открыт в 1860 году французским химиком. Марселлен Бертло, кто придумал название ацетилен.^[11]Эмпирическая формула Бертло для ацетилена (C₄ЧАС₂), а также альтернативное название «quadricarbure d’hydrogène» (квадрикарбид водорода), были неправильными, потому что химики в то время использовали неправильную атомную массу для углерода (6 вместо 12).^{[нужна цитата ]}Бертло смог приготовить этот газ, пропуская пары органических соединений (метанол, этанол и т. Д.) Через красную горячую трубку и собирая сточные воды. Он также обнаружил, что ацетилен образуется в результате искрения электричества через смешанные циан и водород газы. Позже Бертло получил ацетилен, пропуская водород между полюсами угольная дуга.^[12][13] Имеющийся в продаже газообразный ацетилен может нести запах примесей. дивинилсульфид и фосфин.^[6]

Подготовка

С 1950-х годов ацетилен в основном производился на частичных горение из метан.^[6][14][15] Это рекуперированный побочный продукт при производстве этилен к треск из углеводороды. В 1983 году этим методом было произведено около 400000 тонн.^[6] Его присутствие в этилене обычно нежелательно из-за его взрывоопасности и способности отравлять Катализаторы Циглера – Натта. Он селективно гидрируется в этилен, обычно с использованием катализаторов Pd – Ag.^[16]

До 1950-х годов, когда масло вытеснен каменный уголь как главный источник уменьшенный углерод, ацетилен (и ароматическая фракция из каменноугольная смола ) был основным источником органических химикатов в химической промышленности. Он был подготовлен гидролиз из карбид кальция, реакция обнаружена Фридрих Вёлер в 1862 г.^[17] и до сих пор знакомые студентам:

CaC₂ + 2H₂О → Са (ОН)₂ + C₂ЧАС₂

Производство карбида кальция требует чрезвычайно высоких температур, ~ 2000 ° C, что требует использования электродуговая печь. В США этот процесс был важной частью химической революции конца 19 века, которая стала возможной благодаря гидроэлектростанция проект в Ниагарский водопад.^[18]

ИЗ КАРБИДА КАЛЬЦИЯ. Поместите несколько небольших комков карбида кальция (около 15 г) в перегонную колбу на 150 мл (или в колбу Бюхнера аналогичной емкости) и поместите в горлышко колбы высокую капельную воронку. стержень которого вытянут до тонкой точки: стержень должен проходить глубоко под боковым плечом колбы. Подсоедините этот боковой рычаг к промывочной емкости, содержащей 10% водный раствор сульфата меди: таким образом, требуется высокая капельная воронка для создания достаточного «напора» воды в воронке для проталкивания ацетилена через промывочную бутыль. Затем установите на промывочную бутыль подающую трубку, которая точно проходит в пневматический желоб. Заполните капельную воронку водой. и позволить последнему падать по капле на карбид кальция: сразу образуется ацетилен, и при прохождении через раствор сульфата меди он освобождается от сероводорода и т. д. Позвольте газу уйти из подающей трубки в пневматический желоб до тех пор, пока выходящий газ не станет заметно пахнуть переменным током этилен. Затем соберите пробу газа в небольшую пробирку точно так же, как описано для этилена. Зажигают образец горелкой, расположенной, как и прежде, на безопасном расстоянии от прибора. Если воздух в аппарате еще не был полностью вытеснен, образец газа взорвется с резким звуком: если, однако, ацетилен не содержит воздуха, он будет тихо гореть с очень дымным пламенем, оставляющим углерод в трубке. в отличие от ясного пламени горящего этилена ». ^[19]

Склеивание

С точки зрения теория валентной связи, в каждом атоме углерода 2s орбитальный гибридизирует с одной 2p-орбиталью, образуя sp-гибрид. Две другие 2p-орбитали остаются негибридизированными. Два конца двухспирального гибрида орбитальное перекрытие сформировать сильный σ валентная связь между атомами углерода, в то время как на каждом из двух других концов атомы водорода присоединяются также посредством σ-связей. Две неизменные 2p-орбитали образуют пару более слабых π связи.^[20]

Поскольку ацетилен линейный симметричная молекула, он обладает D_∞h точечная группа.^[21]

Физические свойства

Изменения состояния

При атмосферном давлении ацетилен не может существовать в виде жидкости и не имеет температуры плавления. В тройная точка на фазовая диаграмма соответствует температуре плавления (-80,8 ° C) при минимальном давлении, при котором может существовать жидкий ацетилен (1,27 атм). При температурах ниже тройной точки твердый ацетилен может сразу перейти в пар (газ) сублимация. Температура сублимации при атмосферном давлении -84,0 ° C.^[22]

Другой

При комнатной температуре растворимость ацетилена в ацетон составляет 27,9 г на кг. На такое же количество диметилформамид (ДМФА), растворимость 51 г. При давлении 20,26 бар растворимость увеличивается до 689,0 и 628,0 г для ацетона и ДМФ соответственно. Эти растворители используются в газовых баллонах под давлением.^[23]

Приложения

Сварка

Примерно 20% ацетилена поставляется промышленность промышленных газов за окси ацетилен газовая сварка и резка из-за высокой температуры пламени. При сжигании ацетилена с кислородом образуется пламя температурой более 3600 К (3330 ° C; 6020 ° F), выделяя 11,8кДж /грамм. Кислородно-ацетилен — это самый горячий из обычных топливных газов.^[24] Ацетилен является третьим по популярности естественным химическим пламенем после дицианоацетилен 5,260 К (4,990 ° C; 9,010 ° F) и циан при 4798 К (4525 ° C; 8177 ° F). Кислородно-ацетиленовая сварка был популярным процессом сварки в предыдущие десятилетия. Развитие и преимущества процессы дуговой сварки сделали кислородно-топливную сварку практически исчезнувшей для многих приложений. Значительно снизилось использование ацетилена для сварки. С другой стороны, кислородно-ацетиленовая сварка оборудование довольно универсален — не только потому, что горелка предпочтительна для некоторых видов сварки чугуна или стали (как в некоторых художественных приложениях), но также потому, что она легко поддается пайке, сварке припоем, нагреву металла (для отжига или отпуска, гибки или формование), ослабление корродированных гаек и болтов и другие применения. Bell Canada техники по ремонту кабелей по-прежнему используют переносные комплекты горелок, работающих на ацетиленовом топливе, как пайка инструмент для заделки стыков свинцовой гильзы в люки и в некоторых надземных местах. Кислородно-ацетиленовую сварку также можно использовать в областях, где нет доступа к электричеству. Кислородно-ацетиленовая резка используется во многих цехах металлообработки. Для использования при сварке и резке рабочее давление должно контролироваться с помощью регулятора, поскольку выше 15 фунтов на кв. Дюйм (100 кПа) при воздействии ударной волны (вызванной, например, воспоминание ), ацетилен разлагается взрывно в водород и углерод.^[25]

Портативное освещение

Карбид кальция был использован для производства ацетилена, используемого в лампах для портативных или удаленных приложений. Он использовался для горняков и спелеологов до широкого использования лампы накаливания; или много лет спустя светодиодное освещение малой мощности / высокой яркости; и до сих пор используется горнодобывающей промышленностью в некоторых странах, где отсутствуют законы о безопасности труда. Карбидные лампы также широко использовались в качестве фар в ранних автомобилях и в качестве источника света для маяков.^[26]

Пластмассы и производные акриловой кислоты

За исключением Китая, использование ацетилена в качестве химического сырья снизилось на 70% с 1965 по 2007 год из-за стоимости и экологических соображений. полугидрированный к этилен, обеспечивая сырьем для различных полиэтилен пластмассы. Еще одним важным применением ацетилена, особенно в Китае, является его преобразование в акриловая кислота производные.^[6] Эти производные образуют такие продукты, как акриловые волокна, очки, краски, смолы, и полимеры.^[27]

Нишевые приложения

В 1881 году русский химик Михаил Кучеров^[28] описал гидратация ацетилена в ацетальдегид с использованием катализаторов, таких как бромид ртути (II). До появления Wacker процесс, эта реакция была проведена в промышленных масштабах.^[29]

В полимеризация ацетилена с Катализаторы Циглера – Натта производит полиацетилен фильмы. Полиацетилен, цепь центров CH с чередующимися одинарными и двойными связями, был одним из первых обнаруженных органические полупроводники. Его реакция с йод производит материал с высокой электропроводностью. Хотя такие материалы бесполезны, эти открытия привели к развитию органические полупроводники, как признано Нобелевская премия по химии в 2000 г. Алан Дж. Хигер, Алан Джи МакДиармид, и Хидеки Сиракава.^[6]

В начале 20 века ацетилен широко использовался для освещения, в том числе уличного освещения в некоторых городах.^[30] Самые ранние подержанные автомобили карбидные лампы до принятия электрических фар.^[31]

В 1920-х годах чистый ацетилен экспериментально использовался в качестве ингаляционный анестетик.^[32]

Ацетилен иногда используется для науглероживание (то есть закалка) стали, когда объект слишком велик, чтобы поместиться в печи.^[33]

Ацетилен используется для улетучивания углерода в радиоуглеродное датирование. Углеродистый материал в археологическом образце обработан литий металл в небольшой специализированной исследовательской печи для формирования карбид лития (также известный как ацетилид лития). Затем карбид может реагировать с водой, как обычно, с образованием газообразного ацетилена, который подается в масс-спектрометр для измерения изотопного отношения углерода-14 к углероду-12.^[34]

Естественное явление

Энергетическое богатство тройной связи C≡C и довольно высокая растворимость ацетилена в воде делают его подходящим субстратом для бактерий при условии наличия соответствующего источника.^{[нужна цитата ]} Идентифицирован ряд бактерий, живущих на ацетилене. В фермент ацетиленгидратаза катализирует гидратацию ацетилена с образованием ацетальдегид:^[35]

C₂ЧАС₂ + H₂O → CH₃CHO

Ацетилен — умеренно распространенное химическое вещество во Вселенной, часто связанное с атмосферой газовые гиганты.^[36] Одно любопытное открытие ацетилена происходит Энцелад, луна Сатурн. Считается, что природный ацетилен образуется из каталитический разложение длинноцепочечных углеводородов при температурах 1700 К (1430 ° C; 2600 ° F) и выше. Поскольку такие температуры крайне маловероятны для такого маленького удаленного тела, это открытие потенциально наводит на мысль о каталитических реакциях на этой луне, что делает его многообещающим местом для поиска пребиотической химии.^[37][38]

Реакции

Винилирование: гидратация, гидрогалогенирование и родственные реакции

В винирование В реакциях H-X соединения присоединяются по тройной связи. К ацетилену добавляют спирты и фенолы, чтобы получить виниловые эфиры. Тиолы дают винилтиоэфиры. По аналогии, винилпирролидон и винилкарбазол производятся промышленным способом путем винилирования 2-пирролидон и карбазол.^[23][6]

Гидратация ацетилена представляет собой реакцию винилирования, но образующийся виниловый спирт изомеризуется до ацетальдегид. Реакция катализируется солями ртути. Эта реакция когда-то была доминирующей технологией производства ацетальдегида, но ее заменили Wacker процесс, который дает ацетальдегид путем окисления этилен, более дешевое сырье. Аналогичная ситуация и с превращением ацетилена в ценный винилхлорид к гидрохлорирование против оксихлорирование этилена.

Добавка к формальдегиду

Ацетилен присоединяется к кетонам и альдегидам в присутствии основных катализаторов. С карбонильные группы давать α -этинил спирты в этинилирование реакции:^[6] Формальдегид дает последовательно пропаргиловый спирт и бутиндиол.1,4-бутиндиол производится промышленным способом таким образом из формальдегид и ацетилен.^[6]

Карбонилирование

Уолтер Реппе обнаружил, что в присутствии катализаторы, ацетилен реагирует с образованием широкого спектра промышленно значимых химических веществ.^[6][39][40]

С монооксид углерода, ацетилен реагирует с образованием акриловая кислота, или сложные эфиры акриловой кислоты, которые можно использовать для производства акриловое стекло:^[27]

Металлоорганическая химия

Ацетилен и его производные (2-бутин, дифенилацетилен и др.) Образуют комплексы с переходными металлами. Его связывание с металлом несколько похоже на связывание этиленовых комплексов. Эти комплексы являются промежуточными продуктами многих каталитических реакций, таких как тримеризация алкинов в бензол, тетрамеризация в циклооктатетраен,^[6] и карбонилирование до гидрохинон:^[39]

Fe (CO)₅ + 4 С₂ЧАС₂ + 2 часа₂О → 2 С₆ЧАС₄(ОЙ)₂ + FeCO₃ в базовых условиях (50-80 ° С, 20-25 атм).

В присутствии некоторых переходных металлов алкины претерпевают метатезис алкинов.

Металл ацетилиды, виды формулы L_пM-C₂R также распространены. Ацетилид меди (I) и ацетилид серебра может быть сформирован в водный решения с легкостью из-за плохого равновесие растворимости.^[41]

Кислотно-основные реакции

Ацетилен имеет пK_а 25, ацетилен может быть депротонированный по супербаза сформировать ацетилид:^[41]

HC≡CH + RM → RH + HC≡CM

Разные металлоорганический^[42] и неорганический^[43] реагенты эффективны.

Безопасность и обращение

Ацетилен не особенно токсичен, но когда образуется из карбид кальция, он может содержать токсичные примеси, такие как следы фосфин и арсин, которые придают ему отчетливую чеснок -подобный запах. Он также легко воспламеняется, как и большинство легких углеводородов, поэтому его используют при сварке. Его самая необычная опасность связана с его внутренней нестабильностью, особенно когда он находится под давлением: при определенных условиях ацетилен может реагировать в экзотермический реакция типа присоединения с образованием ряда продуктов, обычно бензол и / или винилацетилен, возможно в дополнение к углерод и водород.^{[нужна цитата ]} Следовательно, ацетилен, если он инициирован интенсивным нагревом или ударной волной, может взрывоопасно разложиться, если абсолютное давление газа превышает примерно 200 килопаскалей (29 фунтов на квадратный дюйм). Большинство регуляторов и манометров на оборудовании сообщают манометрическое давление, поэтому безопасный предел для ацетилена составляет 101 кПа._датчик, или 15 фунтов на кв. дюйм.^[44][45] Поэтому он поставляется и хранится растворенным в ацетон или же диметилформамид (DMF),^[45][46][47] содержится в газовый баллон с пористым наполнением (Агамасан ), что делает его безопасным для транспортировки и использования при правильном обращении. Ацетиленовые баллоны следует использовать в вертикальном положении, чтобы не удалять ацетон во время использования.^[48]

Информация о безопасном хранении ацетилена в вертикальных баллонах предоставлена ​​OSHA,^[49][50] Ассоциация сжатого газа,^[45] Управление по безопасности и охране здоровья в шахтах США (MSHA),^[51] EIGA,^[48] и другие агентства.

Медь катализирует разложение ацетилена, в результате чего ацетилен не должен транспортироваться по медным трубам.^[52]

Баллоны следует хранить в зоне, изолированной от окислителей, чтобы избежать обострения реакции в случае пожара / утечки.^[45][50] Баллоны с ацетиленом не следует хранить в замкнутых пространствах, закрытых транспортных средствах, гаражах и зданиях, чтобы избежать непреднамеренной утечки, ведущей во взрывоопасную атмосферу.^[45][50] В США Национальный электротехнический кодекс (NEC) требует учета опасных зон, в том числе тех, где ацетилен может выделяться во время аварий или утечек.^[53] Рассмотрение может включать электрическую классификацию и использование перечисленных электрических компонентов Группы A в США.^[53] Дополнительная информация об определении областей, требующих особого внимания, содержится в NFPA 497.^[54] В Европе ATEX также требует рассмотрения опасных зон, где горючие газы могут выделяться во время аварий или утечек.^[48]

Рекомендации

внешняя ссылка

• Завод по производству ацетилена и подробный процесс
• Ацетилен в химии оживает!
• Ацетилен, принципы его получения и использования в Проект Гутенберг
• Фильм, объясняющий образование ацетилена из карбида кальция и пределы взрываемости, создающие опасность пожара.
• Карбид кальция и ацетилен в Периодическая таблица видео (Ноттингемский университет)
• CDC — Карманный справочник NIOSH по химической опасности — ацетилен

Ацетилен
Общие
Систематическое наименование	Этин
Традиционные названия	Ацетилен
Химическая формула	C2H2
Физические свойства
Молярная масса	26,038[1] г/моль
Плотность	0,001173 [1] г/см³
Термические свойства
Температура плавления	-80, 6 °C
Температура кипения	−83,8 °C
Энтальпия образования (ст. усл.)	226,88 кДж/моль
Химические свойства
pKa	25
Структура
Гибридизация	sp
Классификация
Рег. номер CAS	74-86-2
SMILES	C#C
Номер ООН	1001

Ацетиле́н (по ИЮПАК — этин) — ненасыщенный углеводород C₂H₂. Имеет тройную связь между атомами углерода, принадлежит к классу алкинов.

Физические свойства

При нормальных условиях — бесцветный газ, малорастворим в воде, легче воздуха. Температура кипения −83,8 °C. При сжатии разлагается со взрывом, хранят в баллонах, заполненных кизельгуром или активированным углем, пропитанным ацетоном, в котором ацетилен растворяется под давлением в больших количествах. Взрывоопасный. Нельзя выпускать на открытый воздух. C₂H₂ обнаружен на Уране и Нептуне.

Химические свойства

Для ацетилена (этина) характерны реакции присоединения:

HC≡CH + Cl₂ -> СlСН=СНСl

Ацетилен с водой, в присутствии солей ртути и других катализаторов, образует уксусный альдегид (реакция Кучерова). В силу наличия тройной связи, молекула высокоэнергетична и обладает большой удельной теплотой сгорания — 14000 ккал/м³. При сгорании в кислороде температура пламени достигает 3150 °C. Ацетилен может полимеризироваться в бензол и другие органические соединения (полиацетилен, винилацетилен). Для полимеризации в бензол необходим графит и температура в 400 °C.

Кроме того, атомы водорода ацетилена относительно легко отщепляются в виде протонов, то есть он проявляет кислотные свойства. Так ацетилен вытесняет метан из эфирного раствора метилмагнийбромида (образуется содержащий ацетиленид-ион раствор), образует нерастворимые взрывчатые осадки с солями серебра и одновалентной меди.

Ацетилен обесцвечивает бромную воду и раствор перманганата калия.

Основные химические реакции ацетилена (реакции присоединения, сводная таблица 1.):

Основные химические реакции ацетилена (реакции присоединения, димеризации, полимеризации, цикломеризации, сводная таблица 2.):

История

Открыт в 1836 г. Э. Дэви, синтезирован из угля и водорода (дуговой разряд между двумя угольными электродами в атмосфере водорода) М. Бертло (1862 г.).

Способ производства

В лаборатории ацетилен получают действием воды на карбид кальция см. видео данного процесса (Ф. Вёлер, 1862 г.),

CaC₂+ 2 Н₂О = С₂Н₂↑ + Са(ОН)₂

а также при дегидрировании двух молекул метана при температуре свыше 1400 °C:

2СН₄ = С₂Н₂↑ +3Н₂↑

Применение

Ацетилен используют:

• для сварки и резки металлов,
• как источник очень яркого, белого света в автономных светильниках, где он получается реакцией карбида кальция и воды (см. карбидная лампа),
• в производстве взрывчатых веществ (см. ацетилениды),
• для получения уксусной кислоты, этилового спирта, растворителей, пластических масс, каучука, ароматических углеводородов.
• для получения технического углерода
• в атомно-абсорбционной спектрофотометрии при пламенной атомизации
• в ракетных двигателях(вместе с аммиаком)^[2]

Безопасность

Поскольку ацетилен растворим в воде, и его смеси с кислородом могут взрываться в очень широком диапазоне концентраций, его нельзя собирать в газометры.

Ацетилен взрывается при температуре около 500 °C или давлении выше 0,2 МПа; КПВ 2,3-80,7 %, температура самовоспламенения 335 °C. Взрывоопасность уменьшается при разбавлении ацетилена другими газами, например азотом, метаном или пропаном. При длительном соприкосновении ацетилена с медью и серебром образуются ацетилениды меди и серебра, которые взрываются при ударе или повышении температуры. Поэтому при хранении ацетилена не используются материалы, содержащие медь (например, вентили баллонов).

Ацетилен обладает слабым токсическим действием. Для ацетилена нормирован ПДКм.р. = ПДК с.с. = 1,5 мг/м³ согласно гигиеническим нормативам ГН 2.1.6.1338-03 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест».

ПДКр.з. (рабочей зоны) не установлен (по ГОСТ 5457-75 и ГН 2.2.5.1314-03), так как концентрационные пределы распределения пламени в смеси с воздухом составляет 2,5-100 %.

Хранят и перевозят его в заполненных инертной пористой массой (например, древесным углем) стальных баллонах белого цвета (с красной надписью «А») в виде раствора в ацетоне под давлением 1,5-2,5 МПа.

Примечания

Ссылки

• Ацетилен // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона: В 86 томах (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.

Углеводороды
Алканы	Метан  • Этан  • Пропан  • Бутан  • Пентан  • Гексан  • Гептан  • Октан  • Нонан  • Декан  • Ундекан  • Додекан  • Тридекан  • Тетрадекан  • Гексадекан  • Эйкозан …
Алкены	Этилен  • Пропен  • Бутен  • Пентен  • Гексен  • Гептен  • Октен …
Алкины	Ацетилен  • Пропин  • Бутин
Диены	Пропадиен  • Бутадиен  • Изопрен
Другие ненасыщеные	Винилацетилен • Диацетилен
Циклоалканы	Циклопропан  • Циклобутан  • Циклопентан  • Циклогексан  • Декалин  • Индан
Ароматические	Бензол  • Толуол  • Диметилбензолы  • Этилбензол  • Пропилбензол  • Кумол  • Стирол  • Фенилацетилен  • Индан  • Циклобутадиен  • Дифенил  • Дифенилметан  • Трифенилметан  • Тетрафенилметан
Полициклические	Нафталин  • Антрацен  • Пентацен  • Фенантрен  • Пирен  • Бензпирен  • Азулен  • Хризен

Ацетилен, получение, свойства, химические реакции.

Ацетилен, C₂H₂ – органическое вещество класса алкинов, непредельный углеводород.

Ацетилен, формула, газ, характеристики

Физические свойства ацетилена

Химические свойства ацетилена

Получение ацетилена в промышленности и лаборатории

Химические реакции – уравнения получения ацетилена

Применение и использование ацетилена

Взрывоопасность ацетилена и безопасность при обращении с ним

Ацетилен, формула, газ, характеристики:

Ацетилен (также – этин) – органическое вещество класса алкинов, непредельный углеводород, состоящий из двух атомов углерода и двух атомов водорода.

Химическая формула ацетилена C₂H₂. Структурная формула ацетилена СH≡CH. Изомеров не имеет.

Строение молекулы ацетилена:

Ацетилен имеет тройную связь между атомами углерода.

Ацетилен – бесцветный газ, без вкуса и запаха. Однако технический ацетилен содержит примеси – фосфористый водород, сероводород и пр., которые придают ему резкий запах.

Легче воздуха. Плотность по сравнению с плотностью воздуха 0,9.

Очень горючий газ. Пожаро- и взрывоопасен.

Ацетилен относится к числу немногих соединений, горение и взрыв которых возможны в отсутствии кислорода или других окислителей.

Смеси ацетилена с воздухом взрывоопасны в очень широком диапазоне концентраций. Взрывоопасность уменьшается при разбавлении ацетилена другими газами, например азотом, метаном или пропаном.

Ацетилен требует большой осторожности при обращении. Может взрываться от удара, при нагреве до 500 °C или при сжатии выше 0,2 МПа при комнатной температуре. Струя ацетилена, выпущенная на открытый воздух, может загореться от малейшей искры, в том числе от разряда статического электричества с пальца руки. Для хранения ацетилена используются специальные баллоны, заполненные пористым материалом, пропитанным ацетоном. В них ацетилен хранится в виде раствора с ацетоном.

Малорастворим в воде. Очень хорошо растворяется в ацетоне. Хорошо растворяется в других органических веществах (бензине, бензоле и пр.)

Ацетилен обладает незначительным токсическим действием.

Физические свойства ацетилена:

* при температуре выше критической температуры газ невозможно сконденсировать ни при каком давлении.

Химические свойства ацетилена:

Химические свойства ацетилена аналогичны свойствам других представителей ряда алкинов. Поэтому для него характерны следующие химические реакции:

1. 1. галогенирование ацетилена:

СH≡CH + Br₂ → CHBr=CHBr  (1,2-дибромэтен);

CHBr=CHBr + Br₂ → CHBr₂-CHBr₂   (1,1,2,2-тетрабромэтан).

Реакция протекает стадийно с образованием производных алканов.

В ходе данной реакции ацетилен обесцвечивает бромную воду.

1. 2. гидрогалогенирование ацетилена:

СH≡CH + HBr → CH₂=CHBr  (бромэтен).

1. 3. гидратация ацетилена (реакция Михаила Григорьевича Кучерова, 1881 г.):

CH≡CH + H₂O  →  [CH₂=CH-OH] (енол) → CH₃-CH=O (уксусный  альдегид ) (kat = HgSO₄, Hg(NO₃)₂).

1. 4. тримеризация ацетилена (реакция Николая Дмитриевича Зелинского, 1927 г.):

3СH≡CH → C₆H₆ (бензол) (kat = активированный уголь, t^o = 450-500 ^оС).

Реакция тримеризации ацетилена является частным случаем реакции полимеризации ацетилена и происходит при пропускании ацетилена над активированным углем при температуре 450-500 ^оС.

1. 5. димеризация ацетилена:

СH≡CH + СH≡CH → CH₂=CH-С≡CH (винилацетилен) (kat = водный раствор CuCl и NH₄Cl).

Реакция димеризации ацетилена является частным случаем реакции полимеризации ацетилена.

1. 6. горение ацетилена:

2СH≡CH + 5О₂ → 4CО₂ + 2H₂О.

Ацетилен горит белым ярким пламенем.

1. 7. окисление ацетилена.

Протекание реакции и её продукты определяются средой, в которой она протекает.

1. 8. восстановления ацетилена:

СH≡CH + Н₂ → C₂H₄ (этилен) (kat = Ni, Pd или Pt, повышенная t^o);

СH≡CH + 2Н₂ → C₂H₆ (этан) (kat = Ni, Pd или Pt, повышенная t^o).

Получение ацетилена в промышленности и лаборатории. Химические реакции – уравнения получения ацетилена:

Ацетилен в лабораторных условиях получается в результате следующих химических реакций:

1. 1. действия воды на карбид кальция:

CаС₂ + H₂О → Cа(ОH)₂ + C₂H₂.

1. 2. дегидрирования метана:

2CH₄  → C₂H₂ + 3H₂ (при t^o > 1500 ^оС).

1. 3. дегидрирования этилена:

CH₂=CH₂→ СH≡CH +H₂ (kat = Pt, Ni, Al₂O₃, Cr₂O₃, t^o = 400-600 °C).

Ацетилен в промышленности получают следующими способами и методами:

1. 4. карбидным методом:

Сначала получают известь из карбоната кальция.

CаСО₃ → CаО + CO₂. (t^o = 900-1200 ^оС).

Затем получают карбид кальция, сплавляя оксид кальция и кокс в электропечах при температуре 2500-3000 °С.

CаО + 3С → CаС₂ + CO. (t^o = 2500-3000 ^оС).

Далее карбид кальция обрабатывают водой по известной реакции.

CаС₂ + H₂О → Cа(ОH)₂ + C₂H₂.

В итоге получается ацетилен высокой чистоты – 99,9 %.

1. 5. высокотемпературным крекингом метана:

Высокотемпературный крекинг метана осуществляется по известной реакции дегидирования метана в электродуговых печах при температуре 2000-3000 °С и напряжении между электродами 1000 В. Выход ацетилена составляет 50 %.

1. 6. различными способами пиролиза метана:

Разновидностью высокотемпературного крекинга метана являются регенеративный пиролиз (Вульф-процесс), окислительный пиролиз (Заксе-процесс или BASF-процесс), гомогенный пиролиз, пиролиз в среде низкотемпературной плазмы.

Так, в ходе регенеративного пиролиза сначала сжигают метан и разогревают насадку печи до 1350-1400 °С. Затем через разогретую насадку на доли секунды пропускают метан, в результате образуется ацетилен.

В ходе окислительного пиролиза метан смешивают с кислородом и сжигают. Образующееся тепло служит для нагрева остатка метана до 1600 °С, который дегидрирует в ацетилен. Выход ацетилена составляет 30-32 %.

В ходе гомогенного пиролиза метан и кислород сжигают в печи при температуре 2000 °С. Затем предварительно нагретый до 600 °С остаток метана пропускают через печь, в результате образуется ацетилен.

При пиролизе в среде низкотемпературной плазмы метан нагревают струей ионизированного газа (аргона или водорода).

Применение и использование ацетилена:

– как сырье в химической промышленности для производства уксусной кислоты, этилового спирта, растворителей, пластических масс, синтетических каучуков, ароматических углеводородов,

– для газовой сварки и резки металлов,

– для получения технического углерода,

– как источник очень яркого, белого света в автономных светильниках, где он получается реакцией карбида кальция и воды.

Взрывоопасность ацетилена и безопасность при обращении с ним:

Ацетилен обладает взрывоопасными свойствами.

Поэтому обращение с ацетиленом требует строгого соблюдения правил техники безопасности.

Ацетилен горит и взрывается даже в отсутствии кислорода и других окислителей.

Смеси ацетилена с воздухом взрывоопасны в очень широком диапазоне концентраций.

Струя ацетилена, выпущенная на открытый воздух, может загореться от малейшей искры, в том числе от разряда статического электричества с пальца руки.

Взрываемость ацетилена зависит от множества факторов: давления, температуры, чистоты ацетилена, содержания в нем влаги, наличия катализаторов и пр. веществ и ряда других причин.

Температура самовоспламенения ацетилена при нормальном – атмосферном давлении колеблется в пределах 500-600 °C.  При повышении давления существенно уменьшается температура самовоспламенения ацетилена. Так, при давлении 2 кгс/см² (0,2 МПа, 1,935682 атм.) температура самовоспламенения ацетилена равна 630 °C. А при давлении 22 кгс/см² (2,2 МПа, 21,292502 атм.) температура самовоспламенения ацетилена равна 350 °С.

Присутствие в ацетилене частиц различных веществ увеличивают поверхность его контакта и тем самым снижает температуру самовоспламенения при атмосферном давлении. Например, активированный уголь снижает температуру самовоспламенения ацетилена до 400 °С, гидрат оксида железа (ржавчина) – до 280-300 °С, железная стружка – до 520 °С, латунная стружка – до 500-520 °С, карбид кальция – до 500 °С, оксид алюминия – до 490 °С, медная стружка – 460 °С, оксид железа – 280 °С, оксид меди – до 250 °С.

Взрывоопасность ацетилена уменьшается при разбавлении ацетилена другими газами, например азотом, метаном или пропаном.

При определенных условиях ацетилен реагирует с медью, серебром и ртутью образуя взрывоопасные соединения. Поэтому при изготовлении ацетиленового оборудования (например, вентилей баллонов) запрещается применять сплавы, содержащие более 70 % Cu.

Для хранения и перевозки ацетилена используются специальные стальные баллоны белого цвета (с красной надписью «А»), заполненные инертным пористым материалом (например, древесным углём). При этом ацетилен хранится и перевозится в указанных баллонах в виде раствора ацетилена в ацетоне под давлением 1,5-2,5 МПа.

Примечание: © Фото //www.pexels.com, //pixabay.com

как получить ацетилен реакция ацетилен этен 1 2 вещество кислород водород связь является углекислый газ бромная вода
уравнение реакции масса объем полное сгорание моль молекула смесь превращение горение получение ацетилена
напишите уравнение реакций ацетилен

Коэффициент востребованности
23 698

Металлы

Неметаллы

Щелочные

Щелоч-зем

Благородные

Галогены

Халькогены

Полуметаллы

s-элементы

p-элементы

d-элементы

f-элементы

Ацетилен

химическое соединение углерода и водорода. Ацетилен легче воздуха, 1 м³ при 20°С и 760 мм рт. ст. имеет массу 1,091 кг/м³. Плотность по отношению к воздуху 0,9. Критическая температура 35,9°С и критическое давление 61,6 кгс/см². При сгорании с кислородом он дает пламя с наиболее высокой температурой, которая достигает 3200°С, что объясняется его эндотермичностью (другие углеводороды экзотермичны, т. е. при распаде поглощают тепло). Химическая формула — C₂H₂, структурная формула Н-С=С-Н.

При нормальном давлении и температуре от -82,4°С (190,6 К) до -84,0°С (189 К) переходит в жидкое состояние, а при температуре -85°С (188 К) затвердевает, образуя кристаллы плотностью 0,76 кг/м³. Жидкий и твердый ацетилен легко взрывается от трения, механического или гидравлического удара и действия детонатора. Технический ацетилен при нормальных давлении и температуре представляет собой бесцветный газ с резким специфическим чесночным запахом из-за содержащихся в нем примесей в виде сернистого водорода, аммиака, фосфористого водорода и др.

История получения ацетилена

В 1836 г. в Бристоле на заседании Британской ассоциации Эдмунд Дэви (Edmund Davy), профессор химии Дублинского Королевского общества и двоюродный брат Гемфри Дэви (Humphry Davy), сообщил:

… При попытке получить калий, сильно нагревая смесь прокаленного винного камня с древесным углем в большом железном сосуде, я получил черное вещество, которое легко разлагалось водой и образовывало газ, оказавшийся новым соединением углерода и водорода. Этот газ горит на воздухе ярким пламенем, более густым и светящимся даже сильнее, чем пламя маслородного газа (этилена). Если подача воздуха ограничена, горение сопровождается обильным отложением сажи. В контакте с хлором газ мгновенно взрывается, причем взрыв сопровождается большим красным пламенем и значительными отложениями сажи… Дистиллированная вода поглощает около одного объема нового газа, однако при нагревании раствора газ выделяется, по-видимому, не изменяясь… Для полного сгорания нового газа необходимо 2,5 объема кислорода. При этом образуются два объема углекислого газа и вода, которые являются единственными продуктами горения… Газ содержит столько же углерода, что и маслородный газ, но вдвое меньше водорода… Он удивительно подойдет для целей искусственного освещения, если только его удастся дешево получать.

Дэви получил карбид калия К₂С₂ и обработал его водой.

В статье о получении карбида кальция мы писали о том, что его «двууглеродистый водород» впервые был назван ацетиленом французским химиком Пьером Эженом Марселеном Бертло (Marcellin Berthelot) в 1860 г. Только через 60 лет после открытия Дэви предсказанное им использование ацетилена для освещения явилось первым толчком для его промышленного получения.

Получение ацетилена

Получение ацетилена производится двумя основными способами:

• в результате реакции карбида кальция и воды
• из метана путем сжигания в смеси с кислородом в специальных реакторах при температуре 1300-1500°C

А вот какой способ сейчас более распространён можно узнать из статьи о получении ацетилена.  

Применение ацетилена

Применение ацетилена при газовой сварке обусловлено тем, что у него самая большая температуры горения. Но он также нашел свое применение в химической отрасли для получения пластмасс, синтетического каучука, уксусной кислоты и растворителей. Более подробный ответ по данному вопросу можно найти в статье о применении ацетилена.

Горение ацетилена

Горение ацетилена происходит по реакции: С₂Н₂ + 2,5O₂=2СO₂ + Н₂O + Q₁

Для полного сгорания 1 м³ ацетилена по вышеуказанной реакции теоретически требуется 2,5 м³ кислорода или = 11,905 м³ воздуха. При этом выделяется тепло Q₁ ? 312 ккал/моль. Высшая теплотворная способность 1 м³ С₂Н₂ при 0°C и 760 мм рт. ст., определенная в газовом калориметре, составляет Q_В = 14000 ккал/м³ (58660 кДж/м³), что соответствует расчетной:

312?1,1709?1000/26,036 = 14000 ккал/м³

Низшая теплотворная способность при тех же условиях может быть принята Q_H = 13500 ккал/м³ (55890 кДж/м³).

Практически для горения в горелках при восстановительном пламени в горелку подается не 2,5 м³ кислорода на 1 м³ ацетилена, а всего лишь от 1 до 1,2 м³, что примерно соответствует неполному сгоранию по реакции:

С₂H₂ + О₂ = 2СО + H₂ + Q₂

где Q2 ? 60 ккал/моль или 2300 ккал/кгС₂H₂. Остальные 1,5-1,3 м³ кислорода поступают в пламя из окружающего воздуха, в результате чего в наружной оболочке пламени протекает реакция:

2СО + H₂ + 1,5О₂ = 2СO₂ + H₂O + Q₃

Реакция неполного горения ацетилена протекает на внешней оболочке светящегося внутреннего конуса пламени, причем под влиянием высокой температуры на внутренней поверхности конуса происходит распад С₂Н₂ на его составляющие по реакции:

С₂H₂ = 2С + H₂ + Q₄

где Q₄?54 ккал/моль или 2070 ккал/кг С₂H₂.

Таким образом, общая полезная теплопроизводительность пламени применительно к сварочным процессам представляет собой сумму тепла, выделяемого при распаде С₂Н₂, и тепла, выделяемого при неполном сгорании, что составляет Q4 + Q2 = 2070 + 2300 = 4370 ккал/кг или 4370?1,1709 ? 5120 ккал/м³.

При содержании С₂Н₂ в смеси около 45% (т. е. при отношении кислорода к ацетилену, примерно равном 1,25) достигается максимальная температура горения ацетилена, которая составляет 3200°С.

Следовательно, температура пламени изменяется в зависимости от состава смеси.

При содержании 27% С₂Н₂ достигается максимальная скорость воспламенения ацетилено-кислородной смеси, которая равна 13,5 м/сек.

Следовательно, в зависимости от состава смеси также изменяется и скорость воспламенения.

Данные зависимостей скорости воспламенения и температуры пламени и от содержания в ней ацетилена представлены ниже в таблице.

Необходимо понимать, что полное сгорание ацетилено-воздушной смеси достигается при наличии в ней не более 1?100/(1+11,905)=7,75% ацетилена (так называемая стехиометрическая смесь). При этом продуктами реакции являются только углекислый газ (СО₂) и вода (H₂О). При содержании ацетилена более 17,37% в виде сажи выделяется свободный углерод.

С увеличение процентного содержание ацетила выделение сажи также возрастает (коптящее пламя), а при 81% С₂Н₂ — процесс горения прекращается или не возникает.

Хранение и транспортировка ацетилена

Ацетилен выпускают по ГОСТ 5457 растворенным и газообразным. Хранят и транспортируют его в растворенном состоянии в специальных стальных баллонах по ГОСТ 949, заполненных пористой, пропитанной ацетоном массой. Ацетилен, растворенный в ацетоне не склонен к взрывчатому распаду.

Баллоны окрашены в серый цвет и надписью красными буквами «АЦЕТИЛЕН» на верхней цилиндрической части.

Максимальное давление ацетилена при заполнении баллона составляет 2,5 МПа (25 кгс/см²), при отстое и охлаждении баллона до 20°С оно снижается до 1,9 МПа (19 кгс/см²). При этом давлении в 40-литровый баллон вмещается 5-5,8 кг С₂Н₂ по массе (4,6-5,3 м³ газа при 20°С и 760 мм рт. ст.).

Давление ацетилена в полностью наполненном баллоне изменяется при изменении температуры следующим образом:

Другие требования техники безопасности можно узнать из статьи о классе опасности и мерах безопасности при работе с ацетиленом

Физические свойства ацетилена

Физические свойства ацетилена представлены в таблицах ниже.

Коэффициенты перевода объема и массы С₂Н₂ при Т=15°С и Р=0,1 МПа

Коэффициенты перевода объема и массы С₂Н₂ при Т=0°С и Р=0,1 МПа

Ацетилен в баллоне

Благодаря информации в таблице можно дать ответы на часто задаваемые вопросы:

• Сколько ацетилена в одном баллоне?
  Ответ: в 40 л баллоне 5 кг или 4,545 м³ ацетилена
• Сколько весит баллон ацетилена?
  Ответ:
  58,5 кг — масса пустого баллона из углеродистой стали согласно ГОСТ 949;
  18-20 кг — масса пористого материала, пропитанного ацетоном;
  5,0 — кг масса С₂Н₂ в баллоне;
  Итого: 58,5 + 20,0 + 5,0= 83,5 кг вес баллона с ацетиленом.
• Сколько м³ ацетилена в баллоне
  Ответ: 4,545 м³

Ненасыщенный углеводород с формулой C2H2

Имена
Предпочтительное название IUPAC Ацетилен
Систематический IUPAC имя Ethyne
Идентификаторы
Номер CAS	74-86-2
3D-модель (JSmol )	Интерактивное изображение
Ссылка Beilstein	906677
ЧЭБИ	CHEBI: 27518
ChEMBL	ChEMBL116336
ChemSpider	6086
ECHA InfoCard	100.000.743
Номер EC	200-816-9
Gmelin Каталожный номер	210
KEGG	C01548
PubChem CID	6326
Номер RTECS	AO9600000
UNII	OC7TV75O83
Номер ООН	1001 (растворенный ). 3138 (в смеси с этиленом и пропиленом )
CompTox Dashboard (EPA)	DTXSID6026379
InChI InChI = 1S / C2H2 / c1-2 / h1-2H Ключ: HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N InChI = 1 / C2H2 / c1-2 / h1 -2H Обозначение: HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYAY
SMILES C # C
Свойства
Химическая формула	C2H2
Молярная масса	26,038 г · моль
Внешний вид	Бесцветный газ
Запах	Без запаха
Плотность	1,097 г / л = 1,097 кг / м
Точка плавления	-80,8 ° С (-113,4 ° F; 192,3 K) Тройная точка при 1,27 атм.
Условия сублимации.	-84 ° C; -119 ° F; 189 K (1 атм)
Растворимость в воде	слаборастворимый
Давление пара	44,2 атм (20 ° C)
Кислотность (pK a)	25
Конъюгированная кислота	Этиний
Магнитная восприимчивость (χ)	-12,5 × 10 см / моль
Структура
Молекулярная форма	Линейная
Термохимия
Стандартная молярная. энтропия (S 298 )	201 Дж / (моль · К)
Стандартная энтальпия. образования (ΔfH298 )	+226,88 кДж / моль
Опасности
Пиктограммы GHS
Сигнальное слово GHS	Опасно
Предупреждения об опасности GHS	H220, H336
Меры предосторожности GHS	P202, P210, P261, P271, P304, P340, P312, P377, P381, P403, P403, P233, P405, P501
NFPA 704 (огненный алмаз)	4 1 3
самовоспламенение. температура	300 ° C (572 ° F; 573 K)
NIOSH (пределы воздействия на здоровье США):
PEL (Допустимо)	нет
REL (Рекомендуется)	C 2500 ppm (2662 мг / м)
IDLH (Im опосредовать опасность)	ND
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
Y ( что такое ?)
Ссылки в информационном окне

Ацетилен(систематическое название : этин) — это химическое соединение по формуле C 2H2. Это углеводород и простейший алкин. Этот бесцветный газ (низшие углеводороды, как правило, газообразны по своей природе) широко используется в качестве топлива и химического строительного элемента. В чистом виде он нестабилен, поэтому с ним обычно обращаются как с раствором. Чистый ацетилен не имеет запаха, но коммерческие сорта обычно имеют заметный запах из-за примесей.

Как алкин, ацетилен ненасыщен, потому что два его атома углерода связаны вместе в тройной связи. Тройная связь углерод-углерод помещает все четыре атома на одну прямую с валентным углом CCH 180 °.

Содержание

• 1 Discovery
• 2 Подготовка
• 3 Связь
• 4 Физические свойства
  • 4.1 Изменения состояния
  • 4.2 Другое
• 5 Области применения
  • 5.1 Сварка
  • 5.2 Переносное освещение
  • 5.3 Пластмассы и производные акриловой кислоты
  • 5.4 Нишевые применения
• 6 Естественные явления
• 7 Реакции
  • 7.1 Винилирование: гидратация, гидрогалогенирование и родственные реакции
  • 7.2 Добавление формальдегида
  • 7.3 Карбонилирование
  • 7.4 Металлоорганическая химия
  • 7.5 Кислотно-основные реакции
• 8 Безопасность и обращение
• 9 Ссылки
• 10 Внешние ссылки

Discovery

Ацетилен был открыт в 1836 году Эдмундом Дэви, который определил его как «новый карбюратор водорода». Это было случайное открытие при попытке выделить металл калий. Нагревая карбонат калия с углеродом при очень высоких температурах, он получил остаток того, что сейчас известно как карбид калия (K 2C2), который реагировал с водой с выделением нового газа. Он был повторно открыт в 1860 году французским химиком Марселленом Бертло, который придумал название ацетилен. Эмпирическая формула Бертло для ацетилена (C 4H2), а также альтернативное название «quadricarbure d’hydrogène» (квадрикарбид водорода) были неверными, потому что химики в то время использовали неправильную атомную массу для углерода (6 вместо 12). Бертло смог приготовить этот газ, пропуская пары органических соединений (метанол, этанол и т. Д.) Через раскаленную трубу и собирая выходящий поток. Он также обнаружил, что ацетилен образовывался в результате искрения электричества через смешанные циан и водород газы. Позже Бертло получил ацетилен, пропуская водород между полюсами угольной дуги. Коммерчески доступный газообразный ацетилен может иметь запахи от примесей дивинилсульфида и фосфина.

Получение

С 1950-х годов ацетилен в основном производился путем частичного сжигания из метана. Это рекуперированный побочный продукт при производстве этилена путем крекинга углеводородов. В 1983 году этим методом было произведено около 400 000 тонн. Его присутствие в этилене обычно нежелательно из-за его взрывоопасности и способности отравлять катализаторы Циглера – Натта. Его селективно гидрируют в этилен, обычно с использованием катализаторов Pd-Ag.

До 1950-х годов, когда нефть вытеснила уголь в качестве основного источника из восстановленного углерода, ацетилена (и ароматической фракции из каменноугольной смолы ) были основным источником органических химикатов в химической промышленности. Он был получен путем гидролиза карбида кальция, реакции, открытой Фридрихом Вёлером в 1862 году и до сих пор знакомой студентам:

CaC 2 + 2H 2 O → Ca (OH) 2 + C 2H2

Производство карбида кальция требует чрезвычайно высоких температур, ~ 2000 ° C, что требует использования электродуговая печь. В США этот процесс был важной частью революции в химии конца 19 века, которая стала возможной благодаря масштабному проекту гидроэлектростанции на Ниагарском водопаде.

«ИЗ КАРБИДА КАЛЬЦИЯ. Поместите небольшие комочки карбида кальция (около 15 г) в перегонной колбе на 150 мл (или в колбе Бюхнера аналогичной емкости) и поместите в горлышко колбы высокую капельную воронку, стержень которой был оттянут в тонкий момент: шток должен проходить глубоко ниже бокового ответвления колбы. Подсоедините это боковое плечо к промывочной емкости, содержащей 10% водный раствор сульфата меди: таким образом, требуется высокая капельная воронка для создания достаточного «напора» воды в воронку, чтобы пропустить ацетилен через промывочную бутыль. Затем наденьте на промывочную бутыль подающую трубку, которая точно переходит в пневматический желоб. Заполните капельную воронку водой и дайте последней стечь по капле. переходят на карбид кальция: сразу образуется ацетилен, а при прохождении через раствор сульфата меди освобождается от сероводорода и т. д. Дайте газу выйти из нагнетательной трубки в пневматическом желобе до тех пор, пока выходящий газ не станет заметно пахнуть ацетиленом. Затем соберите пробу газа в небольшую пробирку точно так же, как описано для этилена. Зажигают образец горелкой, расположенной, как и прежде, на безопасном расстоянии от прибора. Если воздух в аппарате еще не был полностью вытеснен, образец газа взорвется с резким звуком: если, однако, ацетилен не содержит воздуха, он будет гореть тихо с очень дымным пламенем, оставляющим углерод в трубке. в явном контрасте с чистым пламенем горящего этилена ».

Связь

С точки зрения теории валентных связей, в каждом атоме углерода 2s орбиталь гибридизуется с одной 2p-орбиталью, образуя sp-гибрид. Две другие 2p-орбитали остаются негибридизированными. Два конца двух sp-гибридных орбиталей перекрываются с образованием сильной σ валентная связь между атомами углерода, в то время как на каждом из двух других концов атомы водорода присоединяются также посредством σ-связей. Две неизмененные 2p-орбитали образуют пару более слабых π-связей.

Поскольку ацетилен является линейным симметричная молекула, она обладает точечной группой D ∞h.

Физические свойства

Изменения состояния

При атмосферном давлении ацетилен не может существовать как жидкий и не имеет температуры плавления. Тройная точка на фазовой диаграмме соответствует температуре плавления (-80,8 ° C) при минимальном давлении, при котором может существовать жидкий ацетилен (1,27 атм). При температурах ниже тройной точки твердый ацетилен может непосредственно превращаться в пар (газ) посредством сублимации. Точка сублимации при атмосферном давлении составляет -84,0 ° C.

Other

При комнатной температуре растворимость ацетилена в ацетоне составляет 27,9 г на кг. Для того же количества диметилформамида (ДМФ) растворимость составляет 51 г. При давлении 20,26 бар растворимость увеличивается до 689,0 и 628,0 г для ацетона и ДМФ соответственно. Эти растворители используются в баллонах со сжатым газом.

Области применения

Сварка

Примерно 20% ацетилена поставляется промышленными газами за оксиацетилен газовая сварка и резка из-за высокой температуры пламени. При сжигании ацетилена с кислородом образуется пламя с температурой более 3600 К (3330 ° C; 6020 ° F), выделяя 11,8 кДж / г. Кислородно-ацетилен — это самый горячий из обычных топливных газов. Ацетилен является третьим по горячим температурам естественным химическим пламенем после 5260 K (4990 ° C; 9010 ° F) дицианоацетилена и цианогена при 4798 K (4525 ° C; 8177 ° F).. Кислородно-ацетиленовая сварка была популярным процессом сварки в предыдущие десятилетия. Развитие и преимущества процессов дуговой сварки сделали кислородно-топливную сварку практически исчезнувшей для многих приложений. Значительно снизилось использование ацетилена для сварки. С другой стороны, оборудование для кислородно-ацетиленовой сварки довольно универсально — не только потому, что горелка предпочтительна для некоторых видов сварки чугуна или стали (как в некоторых художественных приложениях), но также потому, что она легко поддается пайке, пайке-сварке. , нагрев металла (для отжига или отпуска, гибки или формовки), ослабление корродированных гаек и болтов и другие применения. Специалисты по ремонту кабелей Bell Canada до сих пор используют портативные комплекты горелок, работающих на ацетиленовом топливе, в качестве паяльного инструмента для герметизации стыков свинцовых гильз в люках и в некоторых местах с воздуха. Кислородно-ацетиленовую сварку также можно использовать в областях, где нет доступа к электричеству. Кислородно-ацетиленовая резка используется во многих цехах металлообработки. Для использования при сварке и резке рабочее давление должно контролироваться с помощью регулятора, поскольку выше 15 фунтов на кв. Дюйм (100 кПа) при воздействии ударной волны (вызванной, например, вспышкой ) ацетилен разлагается со взрывом на водород и углерод.

Ацетиленовый топливный контейнер / горелка, которые используются на острове Бали

Портативное освещение

Карбид кальция использовался для производства ацетилена, используемого в лампах для портативных или удаленных приложений. Он использовался для горняков и спелеологов до широкого использования ламп накаливания ; или много лет спустя светодиодное освещение малой мощности / высокой яркости; и до сих пор используется горнодобывающей промышленностью в некоторых странах, где отсутствуют законы о безопасности труда. Карбидные лампы также широко использовались в качестве фар первых автомобилей и в качестве первых источников света для маяков.

Пластмассы и производные акриловой кислоты

За исключением Китая, использование ацетилена в качестве химического сырья имеет снизился на 70% с 1965 по 2007 год из-за затрат и экологических соображений. Ацетилен может быть полугидрированным до этилена, обеспечивая исходное сырье для различных полиэтиленовых пластиков. Еще одним важным применением ацетилена, особенно в Китае, является его преобразование в производные акриловой кислоты . Эти производные образуют такие продукты, как акриловые волокна, стекла, краски, смолы и полимеры.

нишевые приложения

В 1881 году русский химик Михаил Кучеров описал гидратацию ацетилена до ацетальдегида с использованием таких катализаторов, как бромид ртути (II). До появления процесса Wacker эта реакция проводилась в промышленных масштабах.

полимеризация ацетилена с катализаторами Циглера – Натта производит полиацетиленовые пленки. Полиацетилен, цепь центров CH с чередующимися одинарными и двойными связями, был одним из первых обнаруженных органических полупроводников. Его реакция с йодом дает материал с высокой электропроводностью. Хотя такие материалы бесполезны, эти открытия привели к разработке органических полупроводников, что было признано Нобелевской премией по химии в 2000 г. Аланом Дж. Хигером, Алан Дж. МакДиармид и Хидеки Сиракава.

В начале 20 века ацетилен широко использовался для освещения, в том числе уличного освещения в некоторых городах. В большинстве ранних автомобилей использовались карбидные лампы до внедрения электрических фар.

В 1920-х годах чистый ацетилен экспериментально использовался в качестве ингаляционного анестетика.

Ацетилен иногда использовался для науглероживание (то есть закалка) стали, когда объект слишком большой, чтобы поместиться в печи.

Ацетилен используется для улетучивания углерода при радиоуглеродном датировании. Углеродистый материал в археологическом образце обрабатывают металлическим литием в небольшой специализированной исследовательской печи с образованием карбида лития (также известного как ацетилид лития). Затем карбид может взаимодействовать с водой, как обычно, с образованием газообразного ацетилена для подачи в масс-спектрометр для измерения изотопного отношения углерода-14 к углероду-12.

Естественное происхождение

Энергетическое богатство тройной связи C≡C и довольно высокая растворимость ацетилена в воде делают его подходящим субстратом для бактерий при условии наличия соответствующего источника. Идентифицирован ряд бактерий, живущих на ацетилене. Фермент ацетиленгидратаза катализирует гидратацию ацетилена с образованием ацетальдегида :

C2H2+ H 2 O → CH 3 CHO

Ацетилен — умеренно распространенное химическое вещество во Вселенной, часто связанное с атмосферой газовых гигантов. Одно любопытное открытие ацетилена было сделано на Энцеладе, спутнике Сатурна. Считается, что природный ацетилен образуется в результате каталитического разложения длинноцепочечных углеводородов при температурах 1700 К (1430 ° C; 2600 ° F) и выше. Поскольку такие температуры маловероятны для такого маленького удаленного тела, это открытие потенциально может свидетельствовать о каталитических реакциях на этой луне, что делает его многообещающим местом для поиска пребиотической химии.

Реакции

Винилирование : гидратация, гидрогалогенирование и родственные реакции

В реакциях винилированиясоединения HX присоединяются по тройной связи. К ацетилену добавляют спирты и фенолы, получая простые виниловые эфиры. Тиолы дают винилтиоэфиры. Аналогично, винилпирролидон и винилкарбазол производятся в промышленности путем винилирования 2-пирролидона и карбазола.

. Гидратация ацетилена представляет собой реакцию винилирования, но полученный виниловый спирт изомеризуется в ацетальдегид. Реакция катализируется солями ртути. Эта реакция когда-то была доминирующей технологией производства ацетальдегида, но она была вытеснена процессом Wacker, который дает ацетальдегид путем окисления этилена, более дешевого сырья. Аналогичная ситуация применима к превращению ацетилена в ценный винилхлорид посредством гидрохлорирования по сравнению с оксихлорированием этилена.

Добавление к формальдегиду

Ацетилен присоединяется к кетонам и альдегидам в присутствии основных катализаторов. С карбонильными группами для получения α -этиниловых спиртов в реакциях этинилирования : формальдегид последовательно дает пропаргиловый спирт и бутиндиол. 1,4-Бутиндиол таким образом получают промышленным способом из формальдегида и ацетилена.

Карбонилирование

Уолтер Реппе обнаружил, что в присутствии катализаторов, ацетилен реагирует с образованием широкого диапазона промышленно значимых химических веществ.

С монооксидом углерода ацетилен реагирует с образованием акриловой кислоты или сложных эфиров акриловой кислоты, которые можно использовать для производства акрилового стекла :

Металлоорганическая химия

Ацетилен и его производные (2-бутин, дифенилацетилен и т.д.) образуют комплексы с переходными металлами. Его связывание с металлом несколько похоже на связывание этиленовых комплексов. Эти комплексы являются промежуточными продуктами во многих каталитических реакциях, таких как тримеризация алкина до бензола, тетрамеризация до циклооктатетраена и карбонилирование до гидрохинона :

Fe (CO) 5 + 4 C 2H2+ 2 H 2 O → 2 C 6H4(OH) 2 + FeCO 3 в основных условиях (50- 80 ° C, 20-25 атм).

В присутствии некоторых переходных металлов алкины претерпевают метатезис алкинов.

Металл ацетилиды, разновидности формулы L n MC 2 R, также распространены. Ацетилид меди (I) и ацетилид серебра могут быть легко образованы в водных растворах из-за плохого равновесия растворимости.

Кислотно-основные реакции

Ацетилен имеет pKa 25, ацетилен может быть депротонирован с помощью супероснования с образованием ацетилида :

HC≡CH + RM → RH + HC≡CM

Эффективны различные металлоорганические и неорганические реагенты.

Безопасность и обращение

Ацетилен не особенно токсичен, но при образовании из карбида кальция он может содержать токсичные примеси, такие как следы фосфина и арсин, придающие ему отчетливый чесночный запах. Он также легко воспламеняется, как и большинство легких углеводородов, поэтому его используют при сварке. Его наиболее опасная опасность связана с его внутренней нестабильностью, особенно когда он находится под давлением: при определенных условиях ацетилен может реагировать в экзотермической реакции типа присоединения с образованием ряда продуктов, обычно бензола и / или винилацетилен, возможно, помимо углерода и водорода. Следовательно, ацетилен, если он инициирован интенсивным нагревом или ударной волной, может взрывоопасно разложиться, если абсолютное давление газа превышает примерно 200 килопаскалей (29 фунтов на квадратный дюйм). Большинство регуляторов и манометров на оборудовании сообщают манометрическое давление, поэтому безопасный предел для ацетилена составляет 101 кПа манометрическое или 15 фунтов на кв. Поэтому он поставляется и хранится растворенным в ацетоне или диметилформамиде (ДМФ), содержащемся в газовом баллоне с пористым наполнением (Агамассан ), что делает его безопасным для транспортировки и использования при правильном обращении. Ацетиленовые баллоны следует использовать в вертикальном положении, чтобы избежать извлечения ацетона во время использования.

Информация о безопасном хранении ацетилена в вертикальных баллонах предоставлена ​​OSHA, Ассоциацией сжатых газов, Управлением по безопасности и охране здоровья в шахтах США (MSHA). ), EIGA и других агентств.

Медь катализирует разложение ацетилена, и поэтому ацетилен не должен транспортироваться по медным трубам.

Баллоны следует хранить отдельно от окислителей, чтобы избежать обострения реакции в случае пожара. / утечка. Баллоны с ацетиленом не следует хранить в замкнутых пространствах, закрытых транспортных средствах, гаражах и зданиях, чтобы избежать непреднамеренной утечки, ведущей во взрывоопасную атмосферу. В США Национальный электротехнический кодекс (NEC) требует рассмотрения опасных зон, включая те, где ацетилен может быть выделен во время аварий или утечек. Рассмотрение может включать электрическую классификацию и использование перечисленных электрических компонентов Группы A в США. Дополнительная информация по определению областей, требующих особого внимания, содержится в NFPA 497. В Европе ATEX также требует рассмотрения опасных зон, где горючие газы могут выделяться во время аварий или утечек.

Ссылки

Внешние ссылки

В Викицитатнике есть цитаты, связанные с: ацетиленом

• Завод по производству ацетилена и подробный процесс
• Ацетилен в химии оживает!
• Ацетилен, принципы его производства и использования на Проект Гутенберг
• Фильм, объясняющий образование ацетилена из карбида кальция и пределы взрываемости, образующие опасность пожара
• Карбид кальция и ацетилен в Периодическая таблица видео (Университет Ноттингема)
• CDC — Карманный справочник NIOSH по химическим опасностям — Ацетилен