Ацетилен

Ацетилен
	; Ацетилен
	; Ацетилен
	; Ацетилен - просторова модель
	; просторова модель твердого ацетилену
Систематична назва	Ethyne
Ідентифікатори
Номер CAS	74-86-2
PubChem	6326
Номер EINECS	200-816-9
DrugBank	15906
KEGG	C01548
Назва MeSH	D02.455.326.397.259
ChEBI	27518
RTECS	AO9600000
SMILES	C#C
InChI	1/C2H2/c1-2/h1-2H
Номер Бельштейна	906677
Номер Гмеліна	210
Властивості
Молекулярна формула	C2H2
Молярна маса	26,04 г/моль
Зовнішній вигляд	Безбарвний газ
Запах	Без запаху
Густина	1,097 г/л = 1.097 кг/м3
Тпл	−80,8
Розчинність (вода)	малорозчинний
Тиск насиченої пари	44,2 атм (20 °C)
Кислотність (pKa)	25
Структура
Геометрія	Лінійна[en]
Термохімія
Ст. ентальпія; утворення ΔfHo; 298	+226.88 кДж/моль
Ст. ентропія So; 298	201 Дж/(моль·К)
Небезпеки
ГДК (США)	немає
ГГС піктограми
ГГС запобіжних заходів	P202, P210, P261, P271, P304, P340, P312, P377, P381, P403, P403, P233, P405, P501
NFPA 704	4 1 3
	Якщо не зазначено інше, дані наведено для речовин у стандартному стані (за 25 °C, 100 кПа)
	Інструкція з використання шаблону
	Примітки картки

Ацетиле́н (етин) — безбарвний газ, без запаху, легший за повітря.

Фізичні властивості

Ацетилен — при нормальних умовах — безбарвний газ, малорозчинний в воді, легший за повітря. При сильному охолодженні переходить відразу в білу кристалічну речовину, минаючи рідкий стан. При —83,6°С випаровується (сублімує), не розплавляючись. При стисненні розкладається з вибухом, зберігають в балонах, заповнених активованим вугіллям, що просочене ацетоном, в якому ацетилен розчиняється під тиском в великих кількостях. Вибухонебезпечний. C₂Н₂ виявлений на Урані і Нептуні.

Будова

Хімічна формула C₂Н₂. Два магнітні ядра є еквівалентними з точки зору симетрії: $\varepsilon (H_{1})=\varepsilon (H_{2})$ ,

де $\varepsilon$ - хімічний зсув. Спінова система C₂Н₂ - $A_{2}.$

Спінова система ${}^{13}C$ ізотоп-заміщеного похідного $H_{1}-{}^{13}C\equiv {}^{13}C-H_{2}$ :

$AA'XX'.$ Два протони й два ядра ${}^{13}C$ є хімічно, але не магнітно еквівалентні. Оскільки константи спін-спінової взаємодії не є рівними:

$J(H_{1}-C_{1})\neq J(H_{1}-C_{2});\quad J(H_{2}-C_{1})\neq J(H_{2}-C_{2}).$

Хімічні властивості

У хімічному відношенні ацетилен активніший, ніж етилен. Висока хімічна активність ацетилену обумовлюється наявністю в його молекулі потрійного зв'язку. Для ацетилену, як і етилену, характерні реакції окиснення, приєднання і полімеризації.

Реакції окиснення

Окиснення з утворенням карбонових кислот

Алкіни окиснюються з розщепленням потрійного зв'язку і утворенням карбонових кислот. У випадку ацетилену це буде мурашина кислота. Окисниками можуть бути: перманганат та дихромат калію, оксид хрому(VI), озон.

${\ce {HC#CH + 3O + H2O ->2HCOOH}}$

Реакція горіння

Ацетилен горить кіптявим полум'ям. Суміш ацетилену з повітрям чи з киснем вибухонебезпечна. Межі вибуховості його сумішей з повітрям складають 2,2-81; з киснем 2,3-93 об'ємних %.

\mathrm {2C_{2}H_{2}+5O_{2}\rightarrow 4CO_{2}+2H_{2}O}

Реакції приєднання

Взаємодія з галогенами та галогеноводнями

Ацетилен легко знебарвлює бромну воду, приєднуючи при цьому бром за місцем розриву спочатку одного, а потім і другого зв'язку з утворенням відповідно дибромоетену С₂Н₂Br₂, а потім тетрабромоетану С₂Н₂Br₄:

У присутності гідроксиду натрію може також вступати у реакції заміщення з бромом:

${\ce {HC#CH +Br2 ->[NaOH,-HBr]HC#CBr +Br2 ->[NaOH, -HBr]BrC#CBr}}$

При взаємодії з хлороводнем у присутності каталізатора ацетилен утворює вінілхлорид СН₂=CHCl:

Ця реакція має велике практичне значення, оскільки вінілхлорид широко використовується для одержання полімерних матеріалів.

Приєднання карбонільних сполук

При приєднанні карбонільних сполук утворюються спирти. В цій реакції, на відміну від інших реакцій приєднання, потрійний зв'язок залишається. З формальдегідом утворює пропінол, а далі — 2-бутин-1,4-діол:

${\ce {HC#CH +H2CO ->HC#C-CH2-OH +H2CO ->HO-CH2-C#C-CH2-OH}}$

При взаємодії з іншими альдегідами утворює вторинні спирти, а з кетонами — третинні:

${\ce {HC#CH +R-CHO ->HC#C-CH(R)-OH}}$

${\ce {HC#CH +R2CO ->HC#C-CR2-OH}}$

Приєднання кислот

Ацетилен може приєднувати карбонові кислоти, утворюючи естери вініловго спирту. Каталізатором у цій реакції є солі ртуті(||) та міді(|):

${\ce {HC#CH +H-O-CO-CH3 ->[Hg]CH2=CH-O-CO-CH3}}$

Вінілацетат, який утворюється при взаємодії ацетилену з оцтовою кислотою, використовується для отримання полівінілацетату (ПВА) — полімеру з широким застосуванням.

Вінілові естери, що утворюються при цій реакції, здатні ще приєднувати карбонові кислоти з утворенням діестерів — ацеталів:

Гідрування

У присутності порошку нікелю як каталізатора ацетилен легко вступає і в реакцію гідрування. При цьому, як і у випадку галогенування, реакція відбувається у дві стадії. Спочатку утворюється етилен, а потім етан:

\mathrm {H-C\equiv C-H+H_{2}{\xrightarrow {Ni}}CH_{2}=CH_{2}}

\mathrm {CH_{2}=CH_{2}+H_{2}\longrightarrow CH_{3}-CH_{3}}

Взаємодія зі спиртами

В присутності алкоголятів взаємодіє зі спиртами, утворюючи етери:

${\ce {HC#CH +ROH ->[RONa]H2C=CH-O-R}}$

Механізм реакції такий: спочатку алкоголят роспадається на ${\ce {R-O-}}$ та ${\ce {Na+}}$ . Потім ${\ce {R-O-}}$ приєднується до молекули ацетилена, утворюючи карбоаніон, та іон металу, а від молекули спирта відщеплюється протон, який приєднується до карбоаніона. ${\ce {R-O-}}$ , що залишився від спирту, взаємодіє з новою молекулою ацетилену, і реакція повторюється.

При взаємодії ацетилену зі спиртами та монооксидом вуглецю утворюються естери — акрилати:

${\ce {HC#CH +ROH +CO->H2C=CH-CO-O-R}}$

Полімеризацією метилакрилату, який утворюється у цій реакції (якщо там метанол) отримають поліметилакрилат.

Гідратація

Ацетилен вступає також у реакцію гідратації з утворенням етаналю:

${\ce {HC#CH +H2O ->CH3-CHO}}$

Каталізатором у цій реакції є розчин сульфату меркурію у 10% сульфатній кислоті. Cпочатку іон Hg²⁺ переторюється на Hg⁺., а H₂O - на H₂O⁺. Ці іони приєднуються до потрійного зв'язку з утворенням ${\ce {Hg+ -CH=CH-O+H2}}$ . Потім протон відщеплюється і знову приєднується у вигляді атома гідрогену на місце іону меркурію, залишаючи каталізатор: ${\ce {Hg+ -CH=CH-OH + H+ ->H-CH=CH-OH + Hg^2+}}$ . Далі завдяки кето-енольній таутомерії отриманий вініловий спирт перетворюється на етаналь: ${\ce {H2C=CH-OH <=>> H3C-CH=O}}$ .

Інші реакції приєднання

Також приєднує синильну кислоту з утворенням акрилонітрилу:

${\ce {HC#CH +HCN ->H2C=CH-CN}}$

Взаємодія з металлами

Внаслідок високої електронегативності карбону в стані sp³-гібридизації атоми гідрогену в ацетилені є рухливими, тобто ацетилен є слабкою кислотою. При пропусканні ацетилена у розчини солей перехідних металлів випадає осад ацетиленидів металлів, наприклад ацетиленід срібла.

Полімеризація

Докладніше: Полімеризація алкінів

У присутності CuCl в кислому середовищі може димеризуватися з утворенням вінілацетилену. При цьому утворюється побічний продукт — дивінілацетилен:

${\ce {2HC#CH ->[H^+, CuCl]H2C=CH-C#CH}}$

${\ce {H2C=CH-C#CH +HC#CH ->H2C=CH-C#C-CH=CH2}}$

При нагріванні до 450 °С у присутності активованого вугілля циклотримеризується з утворенням бензену:

При нагріванні до 100°С циклотетрамеризується з утворенням октатетраєну (реакція проходить аналогічно тримеризації, але в ній беруть участь чотири молекули).

У присутності радикальних ініціаторів або металоорганічних каталізаторів полімеризується у полієн:

${\ce {nHC#CH ->(-CH=CH-)n}}$

Застосування

Головною галуззю застосування ацетилену є хімічна промисловість. Ацетилен служить вихідною сировиною для синтезу таких важливих хімічних продуктів, як пластмаси, бензол, ацетатна кислота і ін. У техніці значні кількості ацетилену використовуються при автогенному зварюванні і різанні металів.

Отримання

Раніше ацетилен одержували лише з карбіду кальцію при взаємодії його з водою, переважно в апаратах з саморегулюванням реакції, що діяли за принципом апарату Кіппа:

Великі кількості ацетилену добувають при термічному розкладі(піролізі) метану (природного газу):

2СН₄ -> С₂Н₂ + 3Н₂

Процес проводять при температурі близько 1500 °C. Щоб запобігти розкладу одержаного ацетилену на вуглець і водень, метан швидко продувають через зону високої температури. При цьому разом з ацетиленом утворюється також водень.

Його також можна отримати дегідрогалогенуванням диброметану за допомогою гідроксиду калію:

${\ce {Br-CH2-CH2-Br +2KOH ->[NR_4Cl]HC#CH +2KBr +2H2O}}$

Примітки

↑ Acyclic Hydrocarbons. Rule A-3. Unsaturated Compounds and Univalent Radicals, IUPAC Nomenclature of Organic Chemistry
↑ Acetylene - Gas Encyclopedia Air Liquide. Air Liquide. Процитовано 27 вересня 2018.
↑ ^а ^б NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards #0008. Національний інститут охорони праці (NIOSH).

Див. також

Реакція Кучерова

Джерела

Вікісховище має мультимедійні дані за темою: Ацетилен

Хімія / Ф. А. Деркач. — Львів: Видавництво Львівського держуніверситету, 1968.
Глосарій термінів з хімії // Й.Опейда, О.Швайка. Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім. Л. М. Литвиненка НАН України, Донецький національний університет — Донецьк: «Вебер», 2008. — 758 с. — ISBN 978-966-335-206-0
Шемчук Л. М. Ацетиленові вуглеводні // Фармацевтична енциклопедія
Алкіни, ацетилен // Отримання знань: дистанційна підтримка освіти школярів
Ацетилен // О. І. Доридор. Хімія: шкільний курс
Ластухін Ю. О., Воронов С. А. Органічна хімія. — 3-є. — Львів : Центр Європи, 2006. — 864 с. — ISBN 966-7022-19-6.

Посилання

Ацетилен // ВУЕ

[1] Acyclic Hydrocarbons. Rule A-3. Unsaturated Compounds and Univalent Radicals, IUPAC Nomenclature of Organic Chemistry

[airliquide-2] Acetylene - Gas Encyclopedia Air Liquide. Air Liquide. Процитовано 27 вересня 2018.

[NIOSH-3] а ^б NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards #0008. Національний інститут охорони праці (NIOSH).

[1]

[3]

[2]

Ацетилен

Зміст

Фізичні властивості

Будова