Етилен (етен) — химично съединение: свойства, производство и употреба

Етиленът (етен) е химично съединение с два въглеродни и четири водородни атома във всяка молекула. Въглеродните атоми са свързани чрез двойна връзка, което го класифицира като ненаситен въглеводород от групата на алкените (олефините). Той е много важен в промишлеността и дори се използва в биологията като хормон при растенията. Етиленът е и един от най-произвежданите химикали в света — от 2005 г. насам годишното производство е порядъка на 75 милиона тона. Най-голямата му употреба е за производството на полиетилен.

Физични свойства

• Химична формула: C2H4.
• Външен вид: безцветен газ при стандартни условия, с леко сладникав мирис.
• Молекулна маса: 28.05 g·mol−1.
• Плътност: по-лека от въздуха (приблизително 1.18 kg·m−3 при 0 °C и 1 atm).
• Точка на кипене: −103.7 °C; точка на топене: −169.2 °C.
• Геометрия и хибридизация: всеки въглерод е sp2-хибридизиран, молекулата е планарна.

Химични свойства и реактивност

• Двойната връзка е мястото на най-голяма реактивност — подлежи на реакции на присъединяване (хидрогениране, хидратация, халогениране), оксидация и полимеризация.
• Полимеризация: чрез радикална, катализирана или координационно-куражна (например Ziegler–Natta, металоценови) полимеризация се образува полиетилен — най-широко използваният пластмасов материал.
• Окисление и функционализация: етанол, етиленоксид (за производство на етиленгликол), винилхлорид/етилендихлорид (преминаване към PVC) и други важни междинни продукти.
• Реактивност към хидрогениране: лесно се превръща в етан при наличие на катализатор (например Ni, Pd).

Производство

• Основен метод: парно крекинг (steam cracking) на въглеводороди — нефтен газ, нафта, пропан/бутан — при високи температури. Това е доминиращият промишлен процес за получаване на етилен.
• Алтернативни методи: каталитична крекинг, дегидрогениране на етан (за моли с високо съдържание на етан), химическо отстраняване от природен газ и др.
• След крекинга газовата смес се подлага на рефракционна дестилация и адсорбция за отделяне и пречистване на етилена.

Употреба

• Полимеризация до полиетилен — най-голямата отделна употреба (LDPE, HDPE, LLDPE за опаковки, тръби, фолиа и др.).
• Производство на етиленоксид (и по-нататък етиленгликол) — суровина за антифризи, тъкани и полиуретани.
• Производство на етиленхлорид/етилендихлорид — междинни продукти за PVC.
• Синтеза на стирен, ацеталдехид, винилни мономери и други химически междинни продукти.
• В селското стопанство и биологията — като растежен хормон при растенията регулира узряване, листопад и реакции при стрес.

Съхранение, транспорт и безопасност

• Етиленът е силно запалим газ и образува взривоопасни смеси с въздуха (възпламенимост 2.7–36% по обем). Изискват се мерки за контрол на източниците на възпламеняване и добър вентилационен дизайн.
• При транспорт често се подава като втечнен под налягане или като смес от газове; съоръженията трябва да бъдат сертифицирани за работа с ниски температури/налягане и да имат системи за безопасност.
• Здравни рискове: прилагането като газ може да доведе до задушаване при висока концентрация в затворени пространства; директен контакт под налягане или втечнен газ може да причини измръзване на тъкани.
• Мерки за безопасност: системи за детекция на изтичане, заземяване и свързване при прехвърляне, противопожарно оборудване, обучение на персонала и процедурни бариери.

Въздействие върху околната среда

• Етиленът е летлив органичен компонент (VOC) и може да участва в образуването на фотореактивен озон при наличието на NOx и слънчева радиация.
• Производството на етилен е енергийно интензивно и допринася за емисии на въглероден диоксид и други парникови газове; индустрията работи за повишаване на енергийната ефективност и използване на по-чисти суровини.

Биологична роля

• При растенията етиленът функционира като малка летлива сигнална молекула (хормон), която регулира узряването на плодовете, опадане на листата, цъфтеж и отговор на наранявания и биотичен/абиотичен стрес.
• В практиката това свойство се използва за контролиране на узряването и съхранението на плодове (например индустриално третиране с етилен за ускоряване на узряването).

Етиленът е основен градивен камък на съвременната химическа индустрия — прост по структура, но ключов за синтеза на широк набор от материали и химикали. Разбирането на неговите свойства, производство и безопасност е от съществено значение за промишлената практика и опазването на околната среда.

Въпроси и отговори

В: Какво представлява етиленът?

В: Какво е значението на етилена в промишлеността?

В: Може ли етиленът да се използва в биологията?

В: Колко етилен се произвежда всяка година?

В: Каква е основната употреба на етилена?

В: Какъв вид връзка има етиленът?

В: Колко водородни атома има във всяка молекула на етилена?

Търсене по буква