Etylén alebo etén je bezfarebný horľavý plyn so slabým muškátovým orieškom a sladkým zápachom. Jeho chemický vzorec je C2H4. Etén je najjednoduchší alkén s jednou dvojitou väzbou medzi susednými atómami uhlíka). Molová hmotnosť - 28,05 g/mol. Teplota topenia - -169,2 °C, teplota varu - -103,7 °C. Bod vzplanutia - -136 °C, bod samovznietenia - +542,8 °C. V roku 1680 I. Bercher (nemecký lekár a chemik) vyrobil etylén z etylalkoholu z vínneho liehu, keď bol vystavený oleju vitriolu (ako sa vtedy nazýval. Štruktúrny vzorec etylénu stanovil v roku 1860 A. M. Butlerov ako výsledok reakcia metylénjodidu s meďou Tento plyn je o niečo ľahší ako vzduch, je slabo rozpustný vo vode, ale rozpustný v organických rozpúšťadlách.
Po použití ohňa je fermentácia cukru na etanol azda najskoršou organickou reakciou, ktorú ľudstvo pozná, a omamné účinky konzumácie etanolu sú známe už od staroveku. V súčasnosti sa z vedľajších ropných produktov vyrába aj etanol určený na priemyselné využitie.
Etanol je široko používaný ako rozpúšťadlo pre látky určené na ľudský kontakt alebo spotrebu, vrátane vôní, príchutí, farbív a liečiv. V chémii je hlavným rozpúšťadlom aj surovinou pre syntézu iných produktov. Etanol má dlhá história ako palivo, vrátane paliva pre motory vnútorné spaľovanie.
Výroba etylénu a štúdium jeho vlastností, ktoré sa začalo v polovici 19. storočia, dnes viedlo k tomu, že etylén je najžiadanejšou organickou zlúčeninou. Jeho svetovej produkcie v roku 2006 dosiahol viac ako 109 miliónov ton. Dnes sa výroba etylénu naďalej rozvíja. Do roku 2010 ho vyrábalo najmenej 117 spoločností v 55 krajinách. Etylén sa používa ako surovina pri výrobe vysokých a nízkych polyetylénov. nízky tlak sevilén a iné polymérne materiály získané procesom kopolymerizácie s rôznymi komonomérmi. Používa sa tiež na výrobu etylbenzénu a styrénu, etylénoxidu, vinylchloridu, vinylacetátu, kyseliny octovej a etylénglykolu.
Etanol používali ľudia už od praveku ako omamnú prísadu do alkoholických nápojov. Jeho izoláciu ako relatívne čistej zlúčeniny prvýkrát dosiahli moslimskí chemici, ktorí vyvinuli umenie destilácie počas Abbásovského kalifátu, z ktorých najznámejší boli Džabir ibn Hayyan, Al-Kindi a Al-Razi. Články súvisiace s Jabir ibn Hayyan spomínajú horľavé výpary z vareného vína. Al-Kindi opísal destiláciu vína jednoznačne.
Etylhalogenidy sa môžu pripraviť aj reakciou etanolu so špecializovanejšími halogenačnými činidlami, ako je tionylchlorid, za vzniku etylchloridu alebo bromidu fosforitého za vzniku etylbromidu. Pri tejto reakcii sa musí z reakčnej zmesi odstraňovať voda, aby sa získali užitočné výťažky.
Čo vedie k nárastu úsilia zameraného na etylén? Hlavne expanziou trhu s polymérnymi materiálmi. Polyetylény rôzne druhy spotrebujú viac ako polovicu svetovej produkcie etylénu. Tento polymérny materiál je najpoužívanejším plastom na svete. Vyrábajú sa z neho filmy na rôzne účely. Lineárne alfa-olefíny získané oligomerizáciou (tvorba krátkych polymérnych reťazcov) sa používajú ako prekurzory, detergenty, zmäkčovadlá, syntetické lubrikanty, prísady a tiež ako komonoméry pri výrobe polyetylénov. Ďalším dôležitým využitím etylénu je jeho oxidácia za vzniku etylénoxidu, ktorý je hlavnou surovinou pri výrobe povrchovo aktívnych látok a detergentov. Etylénoxid podlieha hydratácii, v dôsledku čoho sa široko používa ako nemrznúca zmes pre automobily.
Etanol môže tiež tvoriť estery s anorganickými kyselinami. Dietylsulfát a trietylfosfát, pripravené reakciou etanolu s kyselinou sírovou a kyselinou fosforečnou, sú užitočné etylačné činidlá v organickej syntéze. Etylnitrit, vyrábaný reakciou etanolu s dusitanom sodným a kyselinou sírovou, bol predtým široko používaným diuretikom.
Ktorý produkt, dietyléter alebo etylén, prevláda, závisí od konkrétnych reakčných podmienok. Etanol môže byť oxidovaný na acetaldehyd a ďalej oxidovaný na kyselinu octovú. V ľudskom tele sú tieto oxidačné reakcie katalyzované enzýmami. V laboratóriu vodné roztoky silných oxidačných činidiel, ako je kyselina chrómová alebo manganistan draselný, oxidujú etanol na kyselinu octovú a je ťažké zastaviť reakciu na acetaldehyd vo vysokom výťažku. Etanol môže byť oxidovaný na acetaldehyd bez oxidácie na kyselinu octovú jeho reakciou s chloridom chrómovým a pyridíniumchloridom.
Dnes sa etylén vyrába hlavne pyrolýzou primárneho benzínu alebo širokej frakcie ľahkých uhľovodíkov. V Rusku a bývalých republikách ZSSR existujú zariadenia rôznych kapacít, postavené s použitím domácich (Giprokauchuk, VNIPINeft, Bashgiproneftekhim) aj zahraničných technológií (Linde AG). Prevádzkové výrobné zariadenia možno rozdeliť do troch skupín: nízkokapacitné (30 a 60 tisíc ton etylénu ročne), stredné (100 a 200 tisíc ton ročne) a vysokokapacitné (300 a 450 tisíc ton etylénu ročne). V súčasnosti sú po celom svete v prevádzke zariadenia s oveľa väčšou kapacitou: od 400 do 500 a dokonca až do 800 tisíc ton etylénu ročne. Toto zvýšenie výroby umožňuje znížiť špecifické materiálové, energetické a kapitálové náklady.
Oxidačný produkt etanolu, kyselina octová, je ľudským telom spotrebovávaná ako živina ako acetyl-CoA, kde acetylová skupina môže byť spotrebovaná ako energia alebo použitá na biosyntézu. Etanol na použitie v alkoholických nápojoch a prevažná väčšina etanolu na použitie ako palivo sa vyrába fermentáciou.
Proces kultivácie kvasiniek v podmienkach výroby alkoholu sa nazýva fermentácia. Toxicita etanolu pre kvasinky obmedzuje koncentráciu etanolu produkovaného pri výrobe piva. Väčšina kmeňov kvasiniek tolerantných voči etanolu môže tolerovať až asi 15 % objemu etanolu.
Etylén sa vyrába v chemických výrobných zariadeniach vrátane pyrolýznej jednotky, jednotky na separáciu plynov a chemickej jednotky na úpravu vody. Surovinou je benzín alebo iná ľahká frakcia z výroby ropy alebo rafinácie ropy zmiešaná s vodnou parou (na zníženie procesu tvorby koksu v rúrach pece). Surovina vstupuje do pyrolýznych pecí, kde pri teplote 750 až 900 °C vzniká pyroplyn, pozostávajúci z vodíka a uhľovodíkov, ktorých molekuly obsahujú jeden (metán) až dvadsať atómov uhlíka. Teplo pyroplynu sa využíva v špeciálnych zariadeniach, kde sa para vytvára z chemicky čistenej vody vysoký tlak a ochladený pyroplyn sa dodáva do zariadenia na separáciu pyrolýznej živice (ťažkej) a pyrokondenzátu. Potom sa pyroplyn obsahujúci najmä uhľovodíky C1 až C4 privádza do turbokompresora (turbíny sú poháňané vysokotlakovou parou), odkiaľ sa pod tlakom privádza do jednotiek na separáciu plynov. Tu sa izolujú hlavné produkty ako etylén a propylén (jeho výťažok v porovnaní s etylénom je vždy 2-krát nižší), ako aj vedľajšie produkty: vodík, metán, etán, propán, butylén-butadiénová frakcia, ľahká pyrolýzna živica alebo komponenty automobilových benzínov.
Proces fermentácie musí vylúčiť kyslík. Ak je prítomný kyslík, kvasinky podstupujú aeróbne dýchanie, pri ktorom vzniká oxid uhličitý a voda namiesto etanolu. Na výrobu etanolu zo škrobových materiálov, ako sú obilné zrná, sa musí škrob najskôr premeniť na cukry. Pri varení piva sa to tradične dosahuje naklíčením obilia alebo sladu, ktorý produkuje enzým amylázu. Pri mletí sladových zŕn amyláza premieňa zostávajúce škroby na cukry.
V prípade palivového etanolu možno hydrolýzu škrobu na glukózu dosiahnuť rýchlejšie spracovaním so zriedenou kyselinou sírovou, amylázou produkovanou hubami alebo nejakou kombináciou oboch. Cukry na etanolovú fermentáciu možno získať z celulózy. Avšak až donedávna boli náklady na celulázové enzýmy schopné hydrolyzovať celulózu príliš vysoké. Nasadenie tejto technológie by sa mohlo zmeniť celý riadok poľnohospodárske vedľajšie produkty obsahujúce celulózu, ako sú kukuričné klasy, slama a piliny, na obnoviteľné zdroje energie.
Je tiež možné vyrobiť etylén katalytickou pyrolýzou. Táto metóda nebola implementovaná v priemyselnom meradle, hoci jej testy v našej krajine sa kedysi vykonávali nielen v laboratórnych zariadeniach, ale aj v priemyselných podmienkach. Jeho výhodou je schopnosť znížiť teplotu pyrolýzy použitím katalyzátorov. V dôsledku zvýšenia selektivity procesu sa v porovnaní s tepelnou pyrolýzou zvyšuje výťažok etylénu a propylénu a znižuje sa tvorba vedľajších produktov a koksu. V súčasnosti výskumníci v rozdielne krajiny pracujú na nájdení účinného katalyzátora a inštrumentálneho dizajnu procesu.
Iné enzýmové spoločnosti vyvíjajú geneticky upravené huby, ktoré produkujú veľké množstvá enzýmov celulázy, xylanázy a hemicelulázy. Premenili by poľnohospodárske zvyšky, ako je kukurica, pšeničná slama a cukrová trstina a energetické plodiny, ako je peroxid, na skvasiteľné cukry. Materiály obsahujúce celulózu typicky obsahujú aj iné polysacharidy, vrátane hemicelulózy. Pri hydrolýze sa hemicelulóza rozkladá primárne z päťuholníkových cukrov, ako je xylóza.
Iné kvasinky a baktérie sú predmetom vyšetrovania, aby vhodili xylózu a iné pentózy do etanolu. Partnerstvo plánuje začať vyrábať palivo vo veľkých množstvách do konca. Ďalší sľubná technológia je závod na výrobu etanolu s uzavretým cyklom. Etanol vyrobený z kukurice má množstvo kritikov, ktorí sa domnievajú, že ide predovšetkým len o spracované fosílne palivo kvôli energii potrebnej na pestovanie obilia a jeho premenu na etanol. Je tu aj otázka konkurencie pri využívaní kukurice na výrobu potravín.
Najdostupnejšou a najrozšírenejšou laboratórnou metódou výroby etylénu je zahrievanie zmesi etylalkoholu a koncentrovanej kyseliny sírovej. Interakcia alkoholu s kyselinou však spočiatku vedie k vytvoreniu esteru, ktorý sa potom pri zahrievaní rozkladá na etylén a kyselinu sírovú:
Z reakcie teda odchádza kyselina sírová, t.j. pôsobí ako katalyzátor.
Závod na výrobu etanolu s uzavretým cyklom sa však snaží túto kritiku riešiť. V zariadení s uzavretou slučkou pochádza energia na destiláciu z fermentovaného hnoja vyrobeného z dobytka, ktorý bol spracovaný destilačnými vedľajšími produktmi. Zvyškový hnoj sa potom používa na hnojenie pôdy používanej na pestovanie obilia. Očakáva sa, že takýto proces bude mať oveľa nižšiu spotrebu fosílnych palív.
Hoci v počiatočných štádiách výskumu existuje určitý vývoj alternatívnych výrobných metód, ktoré využívajú kŕmne suroviny, ako je komunálny odpad alebo spracované potraviny, ryžové šupky, cukrová trstina, stromy s malým priemerom, drevná štiepka a odpad.
Reakčná rovnica na výrobu etylénu je študentom uvedená len v súhrnnej forme:
Aby sa zvýšil výťažok etylénu a tým sa zabezpečilo, že všetky pokusy s ním budú vykonávané s ekonomickou spotrebou alkoholu, je potrebné vziať do úvahy nasledujúce.
Etylén, ako je uvedené vyššie, sa tvorí z kyslého etylesteru kyseliny sírovej (kyselina etylsírová). Ak do esterifikačnej reakcie nevstúpi všetok alkohol, potom sa pri zahriatí zmesi oddestiluje spolu s etylénom, t.j. budú stratené na reakciu. Esterifikačná reakcia, ako je známe, je reverzibilná a pri ekvimolekulárnom pomere alkoholu a kyseliny sírovej bude okrem éteru zmes obsahovať aj známe množstvo alkoholu a kyseliny. Na posunutie rovnováhy smerom k tvorbe esteru a plnšie využitie alkoholu by sa mal zvýšiť obsah kyseliny sírovej. Prax ukazuje, že s nárastom množstva kyseliny sa množstvo esterifikovaného alkoholu na začiatku citeľne zvyšuje a po dosiahnutí pomeru množstiev kyseliny a alkoholu približne 3:1 sa zvyšuje len mierne. Preto prakticky najlepšie výsledky dosiahnete, ak na 1 mol (46 g) alkoholu prijmete 3 moly (3 o 98 = 294 g) kyseliny sírovej alebo na 1 objem alkoholu prijmete približne trojnásobok objemu koncentrovanej kyseliny sírovej. . Alkohol v tomto prípade bude vo významnej časti esterifikovaný, jeho straty budú veľmi malé a výťažok etylénu sa zvýši.
Ďalšie spôsoby výroby absolútneho etanolu zahŕňajú sušenie s použitím adsorbentov, ako je škrob alebo zeolity, ktoré prednostne adsorbujú vodu, ako aj azeotropickú destiláciu a extrakčnú destiláciu. Čistý etanol a alkoholické nápoje sú silne zdanené. Etanol má mnoho použití, ktoré nezahŕňa ľudskú spotrebu. Aby sa znížilo daňové zaťaženie týchto aplikácií, väčšina jurisdikcií upúšťa od dane, keď sa do etanolu pridávajú činidlá, aby sa stal nevhodným na ľudskú spotrebu.
Ako sa ester rozkladá, koncentrácia kyseliny sa zvyšuje a podmienky pre viac plné využitie alkohol sa zlepší. Aby sa zabezpečilo, že reakcia prebehne bez nadmerného penenia a silných otrasov, do zmesi sa pridávajú úlomky skla alebo porcelánu, aby sa zabezpečilo rovnomerné varenie.
Demonštračný experiment sa uskutočňuje nasledovne. Do banky s objemom 300-500 ml sa naleje 20 ml etylalkoholu a postupne sa pridá 60 ml koncentrovanej kyseliny sírovej. Zmes sa pretrepe a ochladí v prúde vody. Potom nalejte porcelánové lupienky, banku pevne uzavrite zátkou s odtokovou trubicou a pripevnite premývacie banky (najlepšie Tiščenkove banky) s koncentrovanou kyselinou sírovou a 10% roztokom alkálie. Sklenená trubica spustená do vodného kúpeľa na zachytávanie plynu je pripevnená k fľaši s alkáliou:
Patria sem horkasté činidlá, ako je denatóniumbenzoát, ako aj toxíny, ako je metanol, nafta a pyridín. Absolútny alebo bezvodý alkohol sa vo všeobecnosti vzťahuje na čistený etanol obsahujúci nie viac ako jedno percento vody. Absolútny alkohol, ktorý nie je určený na ľudskú spotrebu, často obsahuje stopové množstvá toxického benzénu. Typicky sa tento typ etanolu používa ako rozpúšťadlá v laboratórnych a priemyselných prostrediach, kde voda narúša požadovanú reakciu.
Najväčšie jednorazové použitie etanolu je ako motorové palivo a ako prísada do paliva. Najväčšie národné palivové etanolové odvetvia existujú v Brazílii. Povrchovo etanol spôsobuje zvláštny pocit tepla v ústach a pocit pálenia na koži. V tele sa metabolizuje s inými látkami, najmä v centrálnom nervovom systéme. Účinok sa medzi jednotlivcami líši a môže byť horší, keď sa používa spolu s určitými liekmi, ako sú opioidy alebo benzodiazepíny.
Banka je namontovaná na statíve na azbestovej sieťovine alebo v pieskovom kúpeli a zahrievaná tak či onak, pričom sa najprv ako obvykle skontroluje tesnosť zariadenia. Najprv sa zahrievanie vykonáva pomerne intenzívne, aby sa rýchlo prekročil „prah“ tvorby etyléteru (140 ° C), potom, keď sa etylén začne uvoľňovať, pomaly sa zahrieva, pričom sa udržiava rovnomerný prietok plynu. a ak je to možné, vyhýbajte sa peneniu.
Čistý etanol nevyvoláva chuťový vnem, ale silný a výrazný čuch. Na druhej strane vyvoláva pri kontakte s jazykom alebo sliznicami charakteristický pocit tepla, čo vysvetľuje jeho účinok na alkoholické nápoje. Pri aplikácii na otvorené rany spôsobuje silné pálenie. Čistý alebo vysoko koncentrovaný etanol môže pri kontakte trvalo poškodiť živé tkanivo. Etanol aplikovaný na neporušenú pokožku rýchlo ochladzuje pokožku odparovaním.
Etanol sa v ľudskom tele premieňa na acetaldehyd pomocou alkoholdehydrogenázy a potom na kyselinu octovú pomocou acetaldehyddehydrogenázy. Produkt prvej fázy tejto deštrukcie, acetaldehyd, je toxickejší ako etanol. Acetaldehyd je spojený s väčšinou klinických účinkov alkoholu. Ukázalo sa, že sa zvyšuje riziko cirhózy pečene, viacerých foriem rakoviny a alkoholizmu.
Keď vzorka plynu v skúmavke ukáže, že vzduch bol úplne vytlačený zo zariadenia, etylén sa zhromaždí vo valcoch a plynomere, ako je opísané vyššie, alebo sa priamo použije na experimenty: zapáli sa na výstupnej trubici, bróm prechádza voda atď. Ak chcete zastaviť reakciu, vyberte výstupnú trubicu plynu z kúpeľa, oddeľte premývacie fľaše od banky a až potom prestaňte zahrievať. Pri získavaní veľkých množstiev etylénu (napríklad pri plnení plynomeru na pokusy vykonávané v niekoľkých triedach) by sa malo odobrať viac počiatočnej zmesi látok.
Na základe jeho schopnosti meniť ľudské vedomie sa uvažuje o etanole liek. Smrť z konzumácie etylalkoholu je možná, keď hladina alkoholu v krvi dosiahne 4%. Hladiny v krvi 5% alebo viac sú zvyčajne smrteľné. Hladiny dokonca menšie ako 1% môžu spôsobiť intoxikáciu, pričom bezvedomie sa často vyskytuje pri 3-4%. Množstvo etanolu v tele sa zvyčajne kvantifikuje podľa obsahu alkoholu v krvi, miligramov etanolu na 100 mililitrov krvi. V tabuľke vpravo sú zhrnuté príznaky konzumácie etanolu.
Pre nastavenie ako laboratórny experiment je možné experiment výrazne zjednodušiť. Do skúmavky upevnenej v stojane sa naleje 1 ml etylalkoholu a opatrne sa pridajú 3 ml koncentrovanej kyseliny sírovej. Pridajte niekoľko porcelánových zrniek a uzavrite skúmavku zátkou, do ktorej je vložený úzky koniec skúmavky s chloridom vápenatým obsahujúcim patrónové vápno (na zachytenie oxidov síry a uhlíka). Široký koniec hadičky s chloridom vápenatým je uzavretý zátkou s hadičkou na výstup plynu, na ktorej konci je pripevnená gumená hadica. Obsah skúmavky sa opatrne zahrieva. Po určitom čase potrebnom na vytlačenie vzduchu zo skúmavky sa etylén zhromaždí do inej skúmavky podľa princípu vytesnenia alebo sa privedie do reakčného roztoku brómu alebo manganistanu draselného.
Malé dávky etanolu typicky vyvolávajú eufóriu a relaxáciu; ľudia s týmito príznakmi majú tendenciu byť zhovorčiví a menej depresívni a môžu prejavovať zlý úsudok. Pri vyšších dávkach pôsobí etanol ako centrálny tlmivý prostriedok. nervový systém spôsobujúce pri postupne vyšších dávkach poruchy zmyslových a motorických funkcií, spomalené poznávanie, omráčenie, bezvedomie a možnú smrť.
V Amerike je približne polovica úmrtí pri dopravných nehodách spôsobená alkoholom. Neexistuje absolútne bezpečná hladina alkoholu pri vedení vozidla; Riziko smrteľnej dopravnej nehody stúpa s hladinou alkoholu v krvi vodiča. Avšak väčšina zákonov pod vplyvom alkoholu, ktoré upravujú prijateľné hladiny v krvi počas šoférovania alebo obsluhy ťažkých zariadení, stanovuje typické horné limity medzi 05 % alebo 08 %.
