Acetileno - Acetylene

Acetileno
Acetileno
Acetileno
Acetileno - modelo de preenchimento de espaço
modelo de preenchimento de espaço de acetileno sólido
Nomes
Nome IUPAC preferido
Acetileno
Nome IUPAC sistemático
Ethyne
Identificadores
Modelo 3D ( JSmol )
906677
ChEBI
ChEMBL
ChemSpider
ECHA InfoCard 100.000.743 Edite isso no Wikidata
Número EC
210
KEGG
Número RTECS
UNII
Número ONU 1001 (dissolvido)
3138 (em mistura com etileno e propileno )
  • InChI = 1S / C2H2 / c1-2 / h1-2H VerificaY
    Chave: HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N VerificaY
  • InChI = 1 / C2H2 / c1-2 / h1-2H
    Chave: HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYAY
  • C # C
Propriedades
C 2 H 2
Massa molar 26,038  g · mol −1
Aparência Gás incolor
Odor Inodoro
Densidade 1,1772 g / L = 1,1772 kg / m 3 (0 ° C, 101,3 kPa)
Ponto de fusão −80,8 ° C (−113,4 ° F; 192,3 K) Ponto triplo em 1,27 atm
-84 ° C; -119 ° F; 189 K (1 atm)
ligeiramente solúvel
Pressão de vapor 44,2 atm (20 ° C)
Acidez (p K a ) 25
Ácido conjugado Etínio
−12,5 × 10 −6 cm 3 / mol
Estrutura
Linear
Termoquímica
201 J / (mol · K)
Entalpia
padrão de formação f H 298 )
+226,88 kJ / mol
Perigos
Pictogramas GHS GHS02: InflamávelGHS07: Nocivo
Palavra-sinal GHS Perigo
H220 , H336
P202 , P210 , P261 , P271 , P304 , P340 , P312 , P377 , P381 , P403 , P403 , P233 , P405 , P501
NFPA 704 (diamante de fogo)
1
4
3
300 ° C (572 ° F; 573 K)
NIOSH (limites de exposição à saúde dos EUA):
PEL (permitido)
Nenhum
REL (recomendado)
C 2500 ppm (2662 mg / m 3 )
IDLH (perigo imediato)
WL
Exceto onde indicado de outra forma, os dados são fornecidos para materiais em seu estado padrão (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
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Referências da Infobox

Acetileno ( nome sistemático : etino ) é o composto químico com a fórmula C 2 H 2 . É um hidrocarboneto e o alcino mais simples . Este gás incolor (os hidrocarbonetos inferiores são geralmente gasosos por natureza) é amplamente utilizado como combustível e um bloco de construção químico. É instável em sua forma pura e, portanto, geralmente é tratada como uma solução. O acetileno puro é inodoro, mas os tipos comerciais geralmente apresentam um odor marcante devido a impurezas como sulfeto de divinila e fosfina .

Como um alcino, o acetileno é insaturado porque seus dois átomos de carbono estão ligados em uma ligação tripla . A ligação tripla carbono-carbono coloca todos os quatro átomos na mesma linha reta, com ângulos de ligação CCH de 180 °.

Descoberta

O acetileno foi descoberto em 1836 por Edmund Davy , que o identificou como um "novo carburador de hidrogênio". Foi uma descoberta acidental durante a tentativa de isolar o potássio metálico. Ao aquecer carbonato de potássio com carbono a temperaturas muito altas, ele produziu um resíduo do que hoje é conhecido como carboneto de potássio (K 2 C 2 ), que reagiu com a água para liberar o novo gás. Foi redescoberto em 1860 pelo químico francês Marcellin Berthelot , que cunhou o nome acétylène . A fórmula empírica de Berthelot para o acetileno (C 4 H 2 ), bem como o nome alternativo "quadricarbure d'hydrogène" ( quadricarbeto de hidrogênio ), estavam incorretos porque os químicos da época usavam a massa atômica errada para o carbono (6 em ​​vez de 12). Berthelot foi capaz de preparar esse gás passando vapores de compostos orgânicos (metanol, etanol, etc.) por um tubo incandescente e coletando o efluente . Ele também descobriu que o acetileno era formado pela geração de eletricidade por meio de gases mistos de cianogênio e hidrogênio . Posteriormente, Berthelot obteve acetileno diretamente, passando hidrogênio entre os pólos de um arco de carbono .

Preparação

Desde a década de 1950, o acetileno é fabricado principalmente pela combustão parcial do metano . É um subproduto recuperado na produção de etileno por craqueamento de hidrocarbonetos . Aproximadamente 400.000 toneladas foram produzidas por este método em 1983. Sua presença no etileno é geralmente indesejável devido ao seu caráter explosivo e sua capacidade de envenenar os catalisadores Ziegler-Natta . É hidrogenado seletivamente em etileno , geralmente usando catalisadores Pd-Ag.

Até a década de 1950, quando o petróleo suplantou o carvão como principal fonte de redução do carbono, o acetileno (e a fração aromática do alcatrão de carvão ) era a principal fonte de produtos químicos orgânicos na indústria química. Foi preparado pela hidrólise de carboneto de cálcio , uma reação descoberta por Friedrich Wöhler em 1862 e ainda familiar aos alunos:

CaC 2 + 2H 2 O → Ca (OH) 2 + C 2 H 2 ↑

A produção de carboneto de cálcio requer temperaturas extremamente altas, ~ 2000 ° C, necessitando o uso de um forno elétrico a arco . Nos Estados Unidos, esse processo foi uma parte importante da revolução do final do século 19 na química, possibilitada pelo grande projeto de energia hidrelétrica nas Cataratas do Niágara .

Ligação

Em termos da teoria das ligações de valência , em cada átomo de carbono o orbital 2s hibridiza com um orbital 2p formando assim um híbrido sp. Os outros dois orbitais 2p permanecem não hibridizados. As duas extremidades dos dois orbitais híbridos sp se sobrepõem para formar uma forte ligação de valência σ entre os carbonos, enquanto em cada uma das outras duas extremidades os átomos de hidrogênio também se ligam por ligações σ. Os dois orbitais 2p inalterados formam um par de ligações π mais fracas .

Como o acetileno é uma molécula linear simétrica , possui o grupo de pontos D ∞h .

Propriedades físicas

Mudanças de estado

À pressão atmosférica, o acetileno não pode existir como um líquido e não tem um ponto de fusão. O ponto triplo no diagrama de fase corresponde ao ponto de fusão (−80,8 ° C) na pressão mínima na qual o acetileno líquido pode existir (1,27 atm). Em temperaturas abaixo do ponto triplo, o acetileno sólido pode se transformar diretamente em vapor (gás) por sublimação . O ponto de sublimação à pressão atmosférica é -84,0 ° C.

Outro

À temperatura ambiente, a solubilidade do acetileno em acetona é de 27,9 g por kg. Para a mesma quantidade de dimetilformamida (DMF), a solubilidade é de 51 g. A 20,26 bar, a solubilidade aumenta para 689,0 e 628,0 g para acetona e DMF, respectivamente. Esses solventes são usados ​​em cilindros de gás pressurizado.

Formulários

Soldagem

Aproximadamente 20% do acetileno é fornecido pela indústria de gases industriais para soldagem e corte com gás oxiacetileno devido à alta temperatura da chama. A combustão do acetileno com oxigênio produz uma chama de mais de 3.600 K (3.330 ° C; 6.020 ° F), liberando 11,8  kJ / g. O oxiacetileno é o gás combustível comum de queima mais quente. O acetileno é a terceira chama química natural mais quente depois do dicianoacetileno a 5.260 K (4.990 ° C; 9.010 ° F) e do cianogênio a 4.798 K (4.525 ° C; 8.177 ° F). A soldagem de oxi-acetileno era um processo de soldagem popular nas décadas anteriores. O desenvolvimento e as vantagens dos processos de soldagem com base em arco tornaram a soldagem oxi-combustível quase extinta para muitas aplicações. O uso de acetileno para soldagem caiu significativamente. Por outro lado, o equipamento de soldagem oxi-acetileno é bastante versátil - não apenas porque a tocha é preferida para alguns tipos de soldagem de ferro ou aço (como em certas aplicações artísticas), mas também porque se presta facilmente a brasagem , aquecimento de metal (para recozimento ou têmpera, dobra ou conformação), afrouxamento de porcas e parafusos corroídos e outras aplicações. Os técnicos de conserto de cabos da Bell Canada ainda usam kits portáteis de tocha alimentada com acetileno como ferramenta de solda para vedar emendas de manga de chumbo em poços de inspeção e em alguns locais aéreos. A soldagem de oxiacetileno também pode ser usada em áreas onde a eletricidade não é facilmente acessível. O corte com oxiacetileno é usado em muitas fábricas de metal. Para uso em soldagem e corte, as pressões de trabalho devem ser controladas por um regulador, uma vez que acima de 15 psi (100 kPa), se submetido a uma onda de choque (causada, por exemplo, por um flashback ), o acetileno se decompõe explosivamente em hidrogênio e carbono .

Recipiente / queimador de acetileno como usado na ilha de Bali

Iluminação portátil

O carboneto de cálcio foi usado para gerar acetileno usado nas lâmpadas para aplicações portáteis ou remotas. Foi usado por mineiros e espeleólogos antes do uso generalizado de iluminação incandescente ; ou muitos anos depois iluminação LED de baixa potência / alto lúmen; e ainda é usado por indústrias de mineração em alguns países sem leis de segurança no local de trabalho. Lâmpadas de carboneto também foram amplamente utilizadas como faróis nos primeiros veículos motorizados e como uma fonte de luz inicial para faróis.

Plásticos e derivados de ácido acrílico

Exceto na China, o uso de acetileno como matéria-prima química diminuiu 70% de 1965 a 2007 devido ao custo e a considerações ambientais. O acetileno pode ser semi - hidrogenado em etileno , fornecendo uma matéria-prima para uma variedade de plásticos de polietileno . Outra aplicação importante do acetileno, especialmente na China, é sua conversão em derivados de ácido acrílico . Esses derivados formam produtos como fibras acrílicas , vidros , tintas , resinas e polímeros .

Aplicações de nicho

Em 1881, o químico russo Mikhail Kucherov descreveu a hidratação do acetileno em acetaldeído usando catalisadores como o brometo de mercúrio (II) . Antes do advento do processo Wacker , essa reação era conduzida em escala industrial.

A polimerização do acetileno com catalisadores Ziegler – Natta produz filmes de poliacetileno . O poliacetileno, uma cadeia de centros CH com ligações simples e duplas alternadas, foi um dos primeiros semicondutores orgânicos descobertos . Sua reação com o iodo produz um material altamente condutor de eletricidade. Embora esses materiais não sejam úteis, essas descobertas levaram ao desenvolvimento de semicondutores orgânicos , conforme reconhecido pelo Prêmio Nobel de Química em 2000 a Alan J. Heeger , Alan G MacDiarmid e Hideki Shirakawa .

No início do século 20, o acetileno era amplamente usado para iluminação, incluindo iluminação pública em algumas cidades. A maioria dos primeiros automóveis usava lâmpadas de carboneto antes da adoção dos faróis elétricos.

Na década de 1920, o acetileno puro foi experimentalmente usado como anestésico inalatório .

O acetileno às vezes é usado para carburação (isto é, endurecimento) de aço quando o objeto é muito grande para caber em um forno.

O acetileno é usado para volatilizar o carbono na datação por radiocarbono . O material carbonáceo em uma amostra arqueológica é tratado com metal de lítio em um pequeno forno de pesquisa especializado para formar carboneto de lítio (também conhecido como acetileto de lítio). O carboneto pode então reagir com água, como de costume, para formar gás acetileno para alimentar um espectrômetro de massa para medir a razão isotópica de carbono-14 para carbono-12.

Ocorrência natural

A riqueza de energia da ligação tripla C≡C e a bastante alta solubilidade do acetileno em água tornam-no um substrato adequado para bactérias, desde que uma fonte adequada esteja disponível. Várias bactérias que vivem de acetileno foram identificadas. A enzima acetileno hidratase catalisa a hidratação do acetileno para dar acetaldeído :

C 2 H 2 + H 2 O → CH 3 CHO

O acetileno é um produto químico moderadamente comum no universo, frequentemente associado à atmosfera de gigantes gasosos . Uma descoberta curiosa de acetileno está em Enceladus , uma lua de Saturno . Acredita-se que o acetileno natural se forme a partir da decomposição catalítica de hidrocarbonetos de cadeia longa a temperaturas de 1.700 K (1.430 ° C; 2.600 ° F) e superiores. Como essas temperaturas são altamente improváveis ​​em um corpo tão pequeno e distante, essa descoberta é potencialmente sugestiva de reações catalíticas dentro da lua, tornando-a um local promissor para a pesquisa de química prebiótica.

Reações

Vinilação: hidratação, hidrohalogenação e reações relacionadas

Nas reações de vinilação , os compostos HX são adicionados através da ligação tripla. Álcoois e fenóis são adicionados ao acetileno para dar éteres vinílicos . Os tióis dão tioéteres de vinil. Da mesma forma, vinilpirrolidona e vinilcarbazol são produzidos industrialmente por vinilação de 2-pirrolidona e carbazol .

Reppe-chemnistry-vinylization.png

A hidratação do acetileno é uma reação de vinilação, mas o álcool vinílico resultante se isomeriza em acetaldeído . A reação é catalisada por sais de mercúrio. Essa reação já foi a tecnologia dominante para a produção de acetaldeído, mas foi substituída pelo processo Wacker , que fornece acetaldeído por oxidação de etileno , uma matéria-prima mais barata. Uma situação semelhante se aplica à conversão de acetileno no valioso cloreto de vinila por hidrocloração versus oxicloração de etileno.

Adição ao formaldeído

O acetileno adiciona cetonas e aldeídos na presença de catalisadores básicos. Com grupos carbonilo para dar α - etinilo álcoois em ethynylation reacções: formaldeído dá sequencialmente álcool propargílico e butynediol . O 1,4-butinodiol é produzido industrialmente dessa forma a partir do formaldeído e do acetileno.

Reppe-chemical-endiol-V1.svg

Carbonilação

Walter Reppe descobriu que, na presença de catalisadores , o acetileno reage para fornecer uma ampla gama de produtos químicos industrialmente significativos.

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Reppe-chemical-carbonmonoxide-02.png

Com o monóxido de carbono , o acetileno reage para dar ácido acrílico , ou ésteres acrílicos, que podem ser usados ​​para produzir vidro acrílico :

Química Organometálica

O acetileno e seus derivados (2-butino, difenilacetileno, etc.) formam complexos com metais de transição . Sua ligação ao metal é um tanto semelhante à dos complexos de etileno. Estes complexos são intermediários em muitas reações catalíticas, como trimerização de alcino em benzeno, tetramerização em ciclooctatetraeno e carbonilação em hidroquinona :

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Reppe-chemical-cyclooctatetraene.png
Fe (CO) 5 + 4 C 2 H 2 + 2 H 2 O → 2 C 6 H 4 (OH) 2 + FeCO 3 em condições básicas (50-80 ° C , 20-25 atm ).

Na presença de certos metais de transição, os alcinos sofrem metátese de alcino .

Acetiletos de metal , espécies da fórmula L n M-C 2 R, também são comuns. Acetileto de cobre (I) e acetileto de prata podem ser formados em soluções aquosas com facilidade devido a um equilíbrio de solubilidade pobre .

Reações ácido-base

O acetileno tem um p K a de 25, o acetileno pode ser desprotonado por uma superbase para formar um acetileto :

HC≡CH + RM → RH + HC≡CM

Vários reagentes organometálicos e inorgânicos são eficazes.

Segurança e manuseio

O acetileno não é especialmente tóxico, mas quando gerado a partir de carboneto de cálcio , pode conter impurezas tóxicas, como traços de fosfina e arsina , que lhe conferem um cheiro distinto de alho . Também é altamente inflamável, como a maioria dos hidrocarbonetos leves, daí seu uso na soldagem. Seu risco mais singular está associado à sua instabilidade intrínseca, especialmente quando está pressurizado: sob certas condições, o acetileno pode reagir em uma reação do tipo adição exotérmica para formar uma série de produtos, normalmente benzeno e / ou vinilacetileno , possivelmente além de carbono e hidrogênio . Consequentemente, o acetileno, se iniciado por calor intenso ou uma onda de choque, pode se decompor explosivamente se a pressão absoluta do gás exceder cerca de 200 quilopascais (29 psi). A maioria dos reguladores e medidores de pressão no relatório equipamento de pressão manométrica , e o limite de segurança para o acetileno, por conseguinte, é de 101 kPa Gage , ou de 15 psig. Portanto, é fornecido e armazenado dissolvido em acetona ou dimetilformamida (DMF), acondicionada em botijão de gás com enchimento poroso ( Agamassan ), o que o torna seguro para transporte e uso, desde que haja manuseio adequado. Os cilindros de acetileno devem ser usados ​​na posição vertical para evitar a retirada da acetona durante o uso.

As informações sobre o armazenamento seguro de acetileno em cilindros verticais são fornecidas pela OSHA, Compressed Gas Association, Administração de Segurança e Saúde de Minas dos Estados Unidos (MSHA), EIGA e outras agências.

O cobre catalisa a decomposição do acetileno e, como resultado, o acetileno não deve ser transportado em tubos de cobre.

Os cilindros devem ser armazenados em uma área separada de oxidantes para evitar uma reação exacerbada em caso de incêndio / vazamento. Os cilindros de acetileno não devem ser armazenados em espaços confinados, veículos fechados, garagens e edifícios, para evitar vazamentos não intencionais levando a atmosfera explosiva. Nos EUA, o National Electric Code (NEC) exige consideração para áreas perigosas, incluindo aquelas onde o acetileno pode ser liberado durante acidentes ou vazamentos. A consideração pode incluir a classificação elétrica e o uso de componentes elétricos do Grupo A listados nos EUA. Mais informações sobre como determinar as áreas que requerem consideração especial estão na NFPA 497. Na Europa, a ATEX também exige consideração para áreas perigosas onde gases inflamáveis ​​podem ser liberados durante acidentes ou vazamentos.

Referências

links externos