Этин формула получения. Получение и применение ацетилена

АЦЕТИЛЕН , С 2 Н 2 . Молекулярный вес 26. Ацетилен по своим физическим свойствам представляет собой бесцветный газ, в чистом состоянии обладающий слабым своеобразным запахом; несколько легче воздуха (удельный вес 0,9056). 1 литр ацетилена весит около 1,17 г. Растворим в воде, в спирте и очень легко, под давлением, в ацетоне; 1 объем ацетона растворяет под давлением 12 atm около 300 объемов ацетилена; жидкость при этом сильно увеличивается в объеме. Ацетилен при 25° и 94 atm сгущается в бесцветную легко подвижную жидкость, кипящую под атмосферным давлением при -83°,8, удельный вес 0,451; критическая температура +37°, критическое давление 68 atm. При дальнейшем охлаждении жидкого ацетилена он застывает в белую снегообразную массу. Так как температура плавления лежит очень близко к температуре кипения, то такой твердый ацетилен испаряется, не плавясь, - возгоняется.

Химически ацетилен представляет собой непредельный углеводород, являющийся первым членом гомологического ряда аналогичных углеводородов. Все они характеризуются присутствием в частице так называемой тройной связи между углеродными атомами и имеют общую формулу С n Н 2 n-2 (n= 2, 3, 4, ...).

Строение ацетилена изображается формулой СН: СН . Согласно представлениям, развиваемым в органической химии, такого рода соединения являются менее прочными, чем соединения предельные, не содержащие кратных связей (двойной или, как в ацетилене, тройной). Эти соединения являются эндотермическими. Образование ацетилена может быть изображено следующим уравнением: 2С + 2Н = С 2 Н 2 - 61 cal. Ацетилен, подобно всем эндотермическим соединениям, может при подходящих условиях разлагаться со взрывом. Однако при обыкновенном давлении он безопасен и получает свойства взрывчатого вещества лишь при повышении давления свыше 2 atm или в жидком виде. Смеси ацетилена с инертными газами или его растворы значительно более безопасны. Ацетилен горит светящимся и коптящим пламенем на воздухе. При полном горении 1 объем ацетилена дает 2 объема двуокиси углерода и 1 объем водяных паров. Для полного сгорания 1 объема ацетилена теоретически требуется 2,5 объема кислорода или 12,5 объема воздуха. Молекулярная теплота горения ацетилена 312,9 cal. при постоянном давлении. 1 л ацетилена при 0° и 760 мм имеет теплотворную способность 14100 cal. Температура светящегося пламени около 1900°; температура горения смеси 0,6 объема ацетилена и 1 объема кислорода (обычное соотношение при автогенной сварке) около 2400°; температура вспышки смесей ацетилена с воздухом и кислородом лежит в пределах 400-500°. При температуре 650-800° ацетилен отчасти распадается на элементы, отчасти полимеризуется с образованием жидких и твердых углеводородов. При температуре выше 1500° образуются этилен и этан.

Смеси ацетилена с кислородом и воздухом крайне взрывчатые. Смеси с воздухом, содержащие больше 5 и меньше 80% ацетилена, взрывают от пламени, электрической искры и т. п. Как непредельное соединение ацетилен характеризуется способностью к реакциям присоединения. Галоиды (хлор, бром) энергично взаимодействуют с ацетиленом, в виду чего реакцию приходится вести в растворах, с образованием галоидопроизводных углеводородов: этана и этилена. Йодистый и бромистый водород также прямо присоединяются к ацетилену. Присоединение хлорноватистой кислоты (НСlO) даже в водных растворах может сопровождаться взрывом. Разведенные водные растворы гипохлоритов (солей хлорноватистой кислоты, например, белильная известь) почти не действуют на ацетилен, концентрированные - реагируют бурно. Сухая белильная известь на холоде действует лишь на примеси технического ацетилена, чем и пользуются для его очистки, но всегда с добавкой избытка щелочей (чтобы избежать возможности образования взрывчатых соединений). Ацетилен может в присутствии катализаторов (Ni) присоединять водород , образуя этилен, этан и ряд жидких углеводородов. Азотная кислота окисляет ацетилен; при этом частью идет присоединение воды и нитрация; некоторые из получающихся продуктов взрывчатые. Щелочные растворы перманганата калия окисляют ацетилен до угольного ангидрида, частью до муравьиной и щавелевой кислоты. При действии на ацетилен хромовой кислоты образуются ацетальдегид и уксусная кислота. Водные растворы хромовой кислоты на ацетилен не действуют, чем можно пользоваться для очистки технического ацетилена. При пропускании ацетилена в смеси с аммиаком над окисью алюминия получаются при температуре 300-400° пирролы и пиридиновые основания (Чичибабин). При пропускании ацетилена над пиритом (серный колчедан) образуются тиофен и его гомологи (Штейнкопф). Ацетилен присоединяет элементы воды с образованием ацетальдегида при пропускании его в серную кислоту, содержащую соли окиси ртути (Кучеров). Характерна для ацетилена его способность образовывать нерастворимые в воде взрывчатые осадки производных меди, серебра и некоторых других металлов. Красный осадок ацетиленистой меди (состава ССu 2 , иногда ССu 2 ∙Н 2 O) получается при пропускании ацетилена через растворы (нейтральные) медных солей или через аммиачный раствор окиси меди. В сухом виде осадок взрывается от ничтожных причин. Аналогично образуются ацетилиды серебра и ртути. Влажный ацетилен в присутствии аммиака (технический ацетилен) действует и на металлическую медь. На соли железа, никеля, кобальта, свинца, кадмия, платины, цинка и олова ацетилен не действует. Металлические производные меди, серебра и ртути разлагаются кислотами, выделяя обратно ацетилен. Производным ацетилена является и т. н. карбид кальция СаС 2 ; этот ацетилид кальция легко разлагается уже водой с образованием ацетилена и гидрата окиси кальция. Карбид получается сплавлением в электрической печи (~ 3000°) извести и угля. Эта реакция воспроизводится теперь в большом масштабе технически, и этот карбид служит источником технического ацетилена.

Синтетически ацетилен был получен впервые Бертело; он помещал вольтову дугу, образованную между угольными электродами, в атмосферу водорода. Ацетилен часто образуется при пирогенных процессах из более сложных соединений. Технически ацетилен теперь получают, как выше сказано, разложением карбида кальция водой.

С момента появления карбида в 1895 г. как массового продукта ацетилену предсказывали блестящее будущее. Считали, что он сможет вытеснить светильный газ из обихода. Это не оправдалось. Причины лежали в неприятных свойствах ацетилена: его взрывчатости, способности давать взрывчатые соединения с медью как материалом арматуры, отвратительном запахе и ядовитости примесей технического ацетилена Кроме того, устройство горелок требовало особой их конструкции. Ацетилен горит блестящим и не коптящим пламенем лишь в том случае, если он поступает в воздух под некоторым давлением и, если устройство насадок у горелок обеспечивает возможность достаточного смешения с воздухом, а также если в такой насадке не образуются продукты распада (графит) или полимеризации ацетилена под влиянием высокой температуры. Эта проблема разрешена, но ацетиленовым освещением пользуются лишь для установок малого размера или переносного типа. Высокая температура и малый объем ацетиленокислородного пламени обусловили широкое применение ацетилена для т. н. автогенной сварки . Перед мировой войной в Германии не менее 30-40% карбида шло на эту отрасль применения ацетилена.

В собственно химической промышленности широко пропагандировались и получили распространение некоторые галоидопроизводные, получаемые из ацетилена и хлора. Это - жидкости, превосходно растворяющие жиры, смолы и т. п. вещества, негорючие, с малой теплотой парообразования; они с успехом заменяют огнеопасные бензины и эфир для целей экстракции упомянутых веществ. Проще всего получить первоначально тетрахлорэтилен, обладающий, однако, некоторыми практически неудобными свойствами (реагирует со щелочами и действует в присутствии воды на железо); поэтому нагреванием с известковым молоком этот продукт превращают в трихлорэтилен С 2 НСl 3 - жидкость с температурой кипения 85°, индифферентной даже в присутствии воды по отношению к железу, меди, свинцу, цинку и олову. Довоенное перепроизводство хлора нашло в этих продуктах новый способ реализации на рынке избыточного хлора. Вздорожание продуктов сухой перегонки дерева, в частности уксусной кислоты, необходимой для синтеза индиго (через фенилглицин из анилина и хлоруксусной кислоты), вызвало применение трихлорэтилена для замены уксусной кислоты в этой отрасли синтеза красителей. Нагреванием трихлорэтилена с алкоголятом натрия получался дихлорвиниловый эфир по схеме: C 2 HCl 3 + NaOC 2 H 5 = NaCl + C 2 HCl 2 OC 2 H 5 . Нагреванием с водой этого последнего получался хлоруксусный эфир: С 2 НСl 2 ОС 2 Н 5 + H 2 O = HCl + СlСН 2 СООС 2 Н 5 .

В послевоенные годы начинает приобретать все большее значение следующий цикл реакций. Пропускание ацетилена в горячую 6 %-ную серную кислоту, содержащую соли окиси ртути (реакция Кучерова), дает уксусный альдегид по реакции: С 2 Н 2 + Н 2 О = СН 3 ∙СНО. Альдегид можно окислить кислородом воздуха, растворив его в готовой уксусной кислоте; окисление идет в присутствии небольших количеств марганцовых солей. Получается синтетическая уксусная кислота СН 3 ∙СНО + О = СН 3 СООН. Можно конденсировать две частицы альдегида в одну частицу уксусного эфира (реакция Тищенко) в присутствии алкоголята алюминия: 2 СН3∙СНО = СН 3 СООС 2 Н 5 . Как видно, все эти реакции, в сущности, нуждаются лишь в дешевом ацетилене, ибо остальные исходные материалы - вода и кислород воздуха - ничего не стоят, катализаторы же регенерируются в процессе работы. Вопрос возможности конкуренции уксусной кислоты, полученной этим способом, с уксусной кислотой, получаемой при сухой перегонке дерева, - это вопрос дешевизны ацетилена или, в конечном счете, вопрос о дешевой электрической энергии для получения карбида. Во всяком случае получение уксусно-этилового эфира таким путем уже сейчас практикуется в техническом масштабе и вполне рентабельно.

Урок « Ацетилен, его строение, свойства, поучение, применение. Гомологический ряд ацетилена. Изомерия.»

Цели урока:

познакомиться с гомологическим рядом, номенклатурой, и изомерией непредельных углеводородов ряда ацетилена;

рассмотреть физические и химические свойства на основе ранее полученных знаний о кратной связи и логической цепочки « состав – строение - свойства»;

выяснить области применения представителей данного класса органических веществ;

закрепить полученные знания.

Задачи урока:

Формирование представлений о химических свойствах ацетилена и его гомологов на основе строения.

Формирование информационно-коммуникативных компетенций учащихся при поиске информации, при работе с разными источниками информации.

Совершенствование умений и навыков учащихся в написании изомеров непредельных углеводородов, в составлении уравнений химических реакций для ацетилена и его гомологов.

Тип урока: комбинированный

Оборудование:

Шаростержневая модель молекулы ацетилена

Раздаточный материал по теме «Углеводороды»

Интернет-ресурсы;

презентация

Ход урока

I . Организационный момент: объявление темы, целей и задач урока. II. Изучение темы урока по плану :

Состав: общая формула, простейшие представители данного класса, номенклатура соединений.

Особенности строения: наличие тройной (кратной) связи, тип гибридизации.

Изомерия молекул и ее виды.

Свойства веществ: физические и химические.

Применение.

Подведение итогов урока, выставление оценок.

Домашнее задание.

II. Изучение новой темы.

1. Алкины – это непредельные (ненасыщенные) углеводороды, с одной тройной углерод - углеродной связью С ≡ С в цепи и общей формулой С n H 2 n -2

2. Строение. Состав алкинов.

C 2 H 6 C 2 H 4 C 2 H 2

На доске записаны формулы углеводородов. Чем они отличаются? Числом атомов водорода.

Первая формула принадлежит этану (предельному углеводороду), вторая этилену (непредельному углеводороду), а третья принадлежит еще более ненасыщенному соединению – ацетилену. Давайте составим структурные формулы этих углеводородов.

С n H 2n+2

C n H 2n

C n H 2n-2

Ацетилен еще более ненасыщенный угеводород, чем этан и этилен..

Ацетилен – первый член гомологического ряда ацетиленовых углеводородов, или алкинов.

Молекулярная формула ацетилена C 2 H 2

Структурная формула ацетилена H–C≡C–H

Электронная формула H : С : : : С : Н

Углеродные атомы ацетилена, связанные тройной связью, находятся в состоянии sp -гибридизации. При образовании молекулы ацетилена у каждого атома С гибридизуются по одной s - и p -орбитали. В результате этого каждый атом С приобретает по две гибридных орбитали, а две p -орбитали остаются негибридными. Две гибридных орбитали взаимно перекрываются, и между атомами С образуется σ-связь. Остальные две гибридных орбитали перекрываются с s -орбиталями атомов H, и между ними и атомами С тоже образуются σ -связи.

Четыре негибридных p -орбитали размещены взаимно перпендикулярно и перпендикулярно направлениям σ-связей. В этих плоскостях p -орбитали взаимно перекрываются, и образуются две π -связи, которые относительно непрочные и в химических реакциях легко разрываются.

Таким образом, в молекуле ацетилена имеются три σ -связи (одна связь C–C и две связи C–H) и две π -связи между двумя С атомами. Тройная связь в алкинах – не утроенная простая, а комбинированная, состоящая из трех связей: одной σ - и двух π -связей.

Молекула ацетилена имеет линейное строение. Появление третьей связи вызывает дальнейшее сближение атомов С: расстояние между их центрами составляет 0,120 нм.

Запомните!

1. Длина связи 0,12 нм

2. Угол 180

3. Линейная молекула

4. Связи – σ и 2π

5. Sp - гибридизация

3. Физические свойства

С 2 Н 2 – Ацетилен – бесцветный газ, легче воздуха, с резким запахом, малорастворим в воде,

4. Изомерия и номенклатура

Структурная изомерия

1. Изомерия положения тройной связи (начиная с С 4 Н 6 ):

2. Составить все возможные изомеры гексина.

3. Построить следующие структурные формулы алкенов:

а) 3метил пентин-1, б) 4,4диметил пентин-2, в) 2,5диэтилгексин-3

5.Химические свойства алкинов

1). Горение . Ацетилен горит светящимся пламенем и образует много копоти. Чем больше в горящем веществе углерода и чем меньше водорода, тем больше коптящего пламени получается. Часть углерода просто не успевает перевариться в углекислый газ и дает частицы сажи от которых пламя становиться светящимся.

2 С2 Н2 + 5 О2 = 4СО2 + 2 Н2 О

Реакции присоединения

2). Галогенирование

(как и алкены !)

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

CHBr =CHBr + Br 2 → CHBr 2 -CHBr 2 (1,1,2,2-тетрабромэтан)

3). Гидрогалогенирование

* CH 3 - C ≡ CH + HBr AlBr 3 → CH 3 - CBr = CH 2

2-бромпропен

* - используется пр. Морковникова

4). Полимеризация

В определенных условиях ацетилен способен полимеризоваться в бензол. При пропускании ацетилена над активированным углем при 450–500 °С происходит тримеризация ацетилена с образованием бензола (Н.Д.Зелинский, 1927 г.):

Получение ацетилена .

Ацетилен химически активен, поэтому в природе не встречается. Его получают:

1. Из метана, тo есть основного компонента природного газа: 2СН4 → С2Н2+ 3H2

2.Ацетилен в лаборатории получают карбидным способом. В карбид кальция наливают дистиллированную воду и опускают газоотводную трубку в перманганат калия. Раствор обесцвечивается. CaC 2 + 2H 2 O → Ca(OH) 2 + C 2 H 2

Применение ацетилене.

Для сварки и резки металлов.

Из ацетилена поучают полихлорвинил из которого изготавливают новогодние искусственные елочки, искусственные кожи, клеенки, линолиум.

Ацетилен дешевое химическое сырье, из которого получают пластмассы, каучуки, резину, химические волокна.

Переработав ацетилен можно получить этиловый спирт, уксусную кислоту, растворители, ароматические углеводороды.

Обобщение и закрепление знаний: Закончите следующие фразы:

1 Алкины - это…

2. Общая формула алкинов…

3 Простейший алкин…

4. Связь в молекуле ацетилена между углеродными атомами…

5. Физические свойства ацетилена…

6. Характерные химические реакции алкинов…

7. Ацетилен применяется для…

Осуществить превращения:

Метан → Ацетилен → Этилен → Этан → Хлорэтан

Задание на дом: § 16, Составить кроссворд по теме « Алкины», ацетилен.

Для газопламенных работ необходимо осуществить передачу тепла из пламени в металл в количестве, достаточном для конкретных условий работ. Горючие газы сгорают, как правило, в смеси с кислородом. Наибольшей температурой обладает ацетилено-кислородное пламя (3200°С), что позволяет использовать ацетилен при любых видах газопламенной обработки металлов. Интенсивность горения пламени определяется произведением нормальной скорости горения на теплоту сгорания смеси. Ацетилен обладает наивысшей «интенсивностью горения», которая для смеси стехиометрического состава составляет 27 700 ккал/(м 2 *с).

Ацетилен

Ацетилен относится к группе непредельных углеводородов ряда С n Н 2n-2 . . Это бесцветный горючий газ со специфическим запахом; благодаря наличию в нем примесей – фосфористого водорода, сероводорода и пр. плотность ацетилена при 20°С и 760 мм рт. ст. равна 1,091 кг/м 3 ; при 0°С и 760 мм рт. ст. – – плотность 1,171 кг/м 3 . Ацетилен легче воздуха; плотность по сравнению с плотностью воздуха 0,9; молекулярная масса 26,038. Критическая точка для ацетилена характеризуется давлением насыщенного пара, равным 61,65 кгс/см 2 , и температурой 35,54°С. При 760 мм рт. ст. и температуре –84°С ацетилен переходит в жидкое состояние, при температуре –85°С – затвердевает.

Ацетилен – единственный широко используемый в промышленности газ, относящийся к числу немногих соединений, горение и взрыв которых возможны в отсутствии кислорода или других окислителей. Ацетилен высокоэндотермическое соединение; при разложении 1 кг ацетилена выделяется более 2000 ккал, т. е. примерно в 2 раза больше, чем при взрыве 1 кг твердого ВВ тротила. Температура самовоспламенения ацетилена колеблется в пределах 500 – 600°С при давлении 2 кгс/см 2 и заметно снижается с увеличением давления; так, при давлении 22 кгс/см 2 температура самовоспламенения ацетилена равна 350°С, а при наличии катализаторов, таких, как железный порошок, силикагель, активный уголь и др. разложение ацетилена начинается при 280 – 300°С. Присутствие окиси меди снижает температуру самовоспламенения до 246°С. При определенных условиях ацетилен реагирует с медью, образуя взрывоопасные соединения; поэтому при изготовлении ацетиленового оборудования запрещается применять сплавы, содержащие более 70% Cu.

Взрывчатый распад ацетилена, как правило, начинается при интенсивном нагреве со скоростью 100 – 500°С/с. При медленном нагреве происходит реакция полимеризации ацетилена, идущая с выделением тепла, которая, как правило, при температуре свыше 530°С влечет за собой взрывчатый распад ацетилена. Нижнее предельное давление, при котором возможно разложение ацетилена, равно 0,65 кгс/см 2 . Пределы взрываемости для ацетилена широки (табл. 2). Наиболее опасными являются смеси ацетилена с кислородом стехиометрического состава (~30%). Скорости распространения пламени и детонации достигают наибольшего значения при соотношении ацетилена и кислорода 1:2,5 и соответственно равны 13,5 и 2400 м/с при нормальных условиях. Давление, образующееся при взрыве ацетилена, зависит от начальных параметров и характера взрыва. Оно может возрасти примерно в 10 – 12 раз по сравнению с начальным при взрыве в небольших сосудах и может быть увеличено в 22 раза при детонации чистого ацетилена и в 50 раз при детонации ацетилено-кислородной смеси.

При газопламенной обработке металлов ацетилен используют либо в газообразном состоянии при получении его в переносных или стационарных ацетиленовых генераторах, либо в растворенном состоянии. Растворенный ацетилен представляет собой раствор ацетилена в ацетоне, распределенный равномерно в пористом наполнителе под давлением. Растворимость ацетилена зависит от температуры и давления. Пористая масса в баллоне обеспечивает рассосредоточение ацетилена по всему объему и локализацию взрывчатого распада ацетилена. При отсутствии пористой массы в баллоне инициированный взрывной распад ацетилена, растворенного в ацетоне, происходит при давлении ниже 5 кгс/см 2 . В качестве пористых наполнителей могут быть использованы не только насыпные пористые массы, но и литые пористые массы, которые нашли применение за рубежом.

Физико-химические показатели газообразного и растворенного технического ацетилена оговорены ГОСТ 5457 – 75. По содержанию допустимого количества примесей различают ацетилен растворенный, растворенный и газообразный; допустимое содержание примесей (в объемных долях) соответственно равно:

• воздуха и других малорастворимых в воде газов – не более 0,9, 1,0, 1,5;
• фосфористого водорода – 0,01; 0,04; 0,08;
• сероводорода – 0,005; 0,05; 0,15;
• водяных паров при 20°С и 760 мм рт. ст. – 0,5; 0,6.

Технический растворенный ацетилен транспортируют в стальных баллонах. Допустимое максимальное давление в баллонах не должно вревышать 13,4 кгс/см 2 при температуре –5°С и давлении 760 мм рт. ст. и 30 кгс/см 2 при температуре+40°С и давлении 760 мм рт. ст. Остаточное давление в баллоне при тех же параметрах не должно быть меньше соответственно 0,5 и З,0 кгс/см 2 .

Для газопламенной обработки металлов, наряду с ацетиленом, полученным из карбида кальция, применяют пиролизный ацетилен, получаемый из природного газа термоокислительным пиролизом метана с кислородом. Пиролизный ацетилен также хранят и транспортируют в баллонах в растворенном виде. Наполнитель и растворитель для пиролизного ацетилена тот же, что и для ацетилена из карбида кальция.

При применении растворенного ацетилена по сравнению с газообразным обеспечиваются наибольший коэффициент использования карбида, чистота рабочего места сварщика, устойчивая работа аппаратуры и безопасность в работе. Основным сырьем для получения ацетилена, используемого при газопламенной обработке металлов, является карбид кальция. Карбид кальция получают в электрических печах при взаимодействии обожженной извести с коксом или антрацитом. Расплавленный карбид кальция разливают в изложницы, где он застывает; затем его дробят в кусковых дробилках и сортируют по размерам кусков согласно ГОСТ 1460. Ацетилен получают в результате разложения (гидролиза) карбида кальция водой. Действительный «литраж» ацетилена из 1 кг технического карбида при 20°С и 760 мм рт. ст. не превышает 285 л и зависит от грануляции карбида. С увеличением размеров кусков карбида «литраж» увеличивается, однако скорость разложения его уменьшается, т. е. увеличивается длительность разложения карбида (табл. 1).

Содержание фосфористого водорода в ацетилене по объему не более 0,08%, содержание сульфидной серы не более 1,2%. В ГОСТ 1460 оговаривается также допустимое количество кусков карбида кальция других размеров в партиях указанной грануляции. Большой тепловой эффект реакции разложения карбида создает опасность сильного перегрева. Без отвода тепла при взаимодействии стехиометрического количества карбида кальция и воды реакционная масса разогревается до 700 – 800°С. Разложение карбида при недостаточном охлаждении и особенно в присутствии воздуха может привести к взрыву, поэтому необходимо процесс осуществлять при значительном избытке воды. Для разложения 1 кг карбида необходимо 5 – 20 л воды. Особое внимание необходимо обращать на наличие карбидной пыли в карбиде. Пыль разлагается почти мгновенно; за счет мгновенного разогрева может возникнуть взрыв ацетилена. Поэтому переработка пыли в обычных генераторах, не приспособленных для использования пыли, не допускается. Если содержание пыли значительно, карбид кальция перед загрузкой в генератор просеивают через сито с ячейками диаметром 2 мм. Накопившуюся пыль следует разложить на открытом воздухе в специальном сосуде вместимостью не менее 800 – 1000 л при интенсивном помешивании, одновременно высыпая не более 250 г карбидной пыли. Воду следует менять после разложения пыли в количестве до 100 кг.

Карбид кальция транспортируют и хранят в железных барабанах с толщиной стенки не менее 0,51 мм и массой 50 – 130 кг. Боковую поверхность барабанов делают гофрированной для большей жесткости. Карбид кальция интенсивно поглощает влагу даже из воздуха, поэтому при плохой герметичности тары возможно образование ацетилена непосредственно в барабане. Герметичность барабанов следует тщательно проверять; при перевозке барабанов на открытых машинах необходимо покрывать барабаны брезентом. При обнаружении повреждения барабана, карбид должен быть пересыпан в другую герметичную тару.

При обслуживании стационарных генераторов карбид из барабанов пересыпают в специальные приемники-бункеры. Вскрытие барабанов на станции, как правило, механизировано. Для этих целей применяют станки, в которых верхняя крышка вырезается специальным режущим роликом или клиновыми ножами. Ножи и ролик изготовляют из неискрящегося материала. Кроме того, к месту реза подается масло или азот.

Транспортировка карбида кальция в барабанах для стационарных генераторов производительностью свыше 20 м 3 /ч экономически не оправдана, так как раскупорка барабанов занимает значительное время; накапливается большое количество порожней тары, которая вторично не может быть использована; потери карбида за счет его дробления при перекатывании барабанов и последующего отсева от пыли значительны. Поэтому можно считать наиболее перспективным контейнерный способ перевозки и хранения карбида для стационарных установок. При газопламенной обработке алюминия, латуни, свинца и других металлов, имеющих температуру плавления ниже температуры плавления стали, в качестве горючего газа целесообразно применять не ацетилен, а газы – заменители ацетилена или жидкие горючие. Основные физические и тепловые свойства горючих газов приведены в табл. 2.

Таблица 1. Физико-химические показатели карбида кальция

Таблица 2. Основные физические и тепловые свойства горючих газов

Наименование горючего газа и химическая формула

Низшая теплота сгорания при 20°С и 760 мм рт. ст., ккал/м з

Температура пламени смеси с кислородом, °С

Коэффициент замены ацетилена

Плотность при 20°С и 760 мм рт. ст., кг/м 3

Критическое давление, кгс/см 2

Температура,°С

Пределы взрываемости, % содержания горючего в смеси

Оптимальное соотношение между кислородом и другим горючим в смеси

Относительная скорость распространения пламени с воздухом

критическая * 1

плавления

с воздухом

с кислородом

Ацетилен С 2 Н 2

Водород Н 2

Метан СН 4

Этан С 2 Н 6

Пропан С 3 Н 8

Бутан С 4 Н 10

Пропан-бутан

Этилен С 2 Н 4

Окись углерода СО

Сланцевый газ * 2

Коксовый газ * 2

Природный газ * 2 (метан 98%)

Нефтяной (попутный) газ

Городской газ * 2

Пиролизный газ

МАПП или МАФ

Пары бензина (~С 7 Н 15)

10 тыс. ккал/кг

0,7-0,74 кг/л

Пары керосина (~С 7 Н 14)

10 тыс. ккал/кг

0,79-0,82 кг/л

*1 Критической температурой называется такая температура, выше которой газ не переходит в жидкое состояние ни при каком давлении.

*2 Для горючих газовых смесей приводимые данные относятся к средним составам этих газов.

Широкие пределы изменения плотности, температуры пламени и теплоты сгорания объясняются изменяющимся химическим составом указанных газов, зависящим от месторождения или места производства.

Метилацетилен-пропадиен МАПП (широко применяемый в США) - смесь горючих газов; по физическим свойствам близок к пропану. Пределы взрываемости МАПП в смеси с воздухом 3,4 - 10,8%, в смеси с кислородом 2,5 - 60%. Смеси метилацетилена и пропадиена термодинамически нестойки, поэтому в состав МАППа вводят стабилизатор. Распад метилацетилена, аналогично ацетилену, происходит с большим выделением тепла. Температура пламени МАПП (2900°С) близка к температуре ацетилена. МАПП используют для кислородной резки и сварки и других газопламенных процессов.

Горючее МАФ - метилацетиленовая пропадиеновая фракция является отходом олифинового производства, а также отходом производства этилена и моновинилацетилена. Эта фракция содержит 48 - 75% смеси метилацетилена и пропадиена и стабилизаторы: 3% пропилена, 15% пропана, 7% других углеводородов. Пределы взрываемости для МАФа те же, что и для МАППа. МАФ нечувствителен к удару. Баллоны с МАФом не взрываются, находясь рядом с горящим баллоном. Смесь инертна при температуре до 215°С и давлении до 20 кгс/см 2 . При соприкосновении с медью образуются взрывоопасные соединения - ацетилениды меди. Скорость распространения пламени МАФ равна 470 см/с. Вместимость баллонов для сжиженных газов 40 или 55 дм 3 ; толщина стенки 3 мм. Предельное рабочее давление (кгс/см 2)в баллонах для сжиженных газов различно: для пропана не более 16, для пропилена 20, для бутана и бутилена 3,8. Коэффициент наполнения баллонов сжиженными газами (в кгс/м 3) соответственно будет равен: 425 для пропана, 445 - пропилена, 448 - бутана и 526 - бутилена. Коэффициент наполнения обозначает массу газа в кг на 1 м 3 вместимости баллона и не должен превышать значений, указанных для каждого газа.

Ацетилен – это непредельный углеводород, который содержит тройную связь, состоящую из одной δ-связи и двух π-связей.

Особенности строения:

1) первый представитель ряда ацетилена – бесцветный газ.

Особенности бесцветного газа:

а) немного растворим в воде;

б) его молекулярная формула С 2 Н 2 ;

2) в молекуле ацетилена еще на два атома водорода меньше, чем в молекуле этилена;

3) π-связь уступает по прочности основной δ-связи, поэтому и по месту π-связей могут проходить реакции окисления и присоединения.

Структурная формула ацетилена: НС≡СН.

1) тройная связь в молекуле ацетилена означает, что атомы углерода в ней соединены тремя парами электронов;

2) исследования строения молекулы ацетилена показывают, что атомы углерода и водорода в молекуле ацетилена расположены на одной прямой;

3) молекула ацетилена имеет линейное строение;

4) атомы углерода соединены между собой одной δ-связью и двумя π-связями.

Особенности строения молекулы ацетилена:

1) в такой молекуле каждый атом углерода соединен δ-связями только с двумя другими атомами (атом углерода и атом водорода) и в гибридизации здесь участвуют лишь два электронных облака – одного s -электрона и одного р -электрона.

Это случай sр -гибридизации.

Суть состоит в том, что два гибридных облака, которые образуются в виде несимметричных объемных восьмерок, стремятся максимально удалиться друг от друга и устанавливают связи с другими атомами во взаимно противоположных направлениях под углом 180°;

2) облака двух других р -электронов не участвуют в гибридизации.

Они сохраняют форму симметричных объемных восьмерок и при боковом перекрывании с подобными облаками другого углеродного атома образуют две π-связи.

Гомологи ацетилена:

1) подобно метану и этилену, ацетилен начинает собой гомологический ряд;

2) это ряд ацетиленовых углеводородов с одной тройной связью между атомами углерода в молекуле;

3) согласно систематической номенклатуре название таких углеводородов образуются путем замены суффикса – ан соответствующих предельных углеводородов на – ин ;

4) как и этиленовые углеводороды, атомы углерода нумеруются начиная с того конца, к которому ближе кратная (тройная) связь:

а) этин СН≡СН;

б) бутин-1 СН≡С-СН 2 -СН 3 ;

в) бутин-2 СН 3 -С≡С-СН 3 .

Особенности изомерии: а) обусловлена разветвлением углеродного скелета; б) характерное положение тройной связи; в) помогает в получении и использовании ацетилена в различных сферах.

22. Химические свойства ацетилена

1) ацетилен данного ряда углеводородов имеет большое практическое значение;

2) в отличие от метана и этилена, ацетилен горит ярким пламенем.

Примеры горения ацетилена: сварочные работы на стройках, в мастерских, на заводах.

Во всех этих случаях не видно образования копоти.

В данном случае: а) частички углерода сильно раскаляются в средней части пламени; б) придают ему яркость; в) в конечном итоге сгорают полностью.

При сварочных работах вместо воздуха используется кислород. При этом достигается полное сгорание ацетилена, возрастает температура пламени до 3000 °C. Смеси ацетилена с воздухом и кислородом взрывоопасны;

3) π-связь уступает по прочности основной δ-связи;

4) по месту π-связей могут проходить реакции присоединения и окисления.

Если в цилиндр, заполненный ацетиленом, налить раствор перманганата калия, раствор быстро обесцветится;

5) ацетилен, как и этилен, легко окисляется;

6) из реакций присоединения для ацетилена характерно взаимодействие с бромом.

Две стадии реакции присоединения при взаимодействии ацетилена с бромом:

1) сначала бром присоединяется по месту одной π-связи и образуется 1,2-дибромэтен: СН = СН + Вr 2 → ВrСН=СНВr;

2) затем присоединяется вторая молекула брома по второй π-связи, продуктом реакции является 1,1,2,2-тетрабромэтан: ВrСН=СНВr + Вг2 → Вr 2 СН– СНВr 2 ;

3) в присутствии катализатора (платины, никеля) к ацетилену может присоединяться водород.

При этом ацетилен сперва превращается в этилен, а затем в этан:

4) при присоединении хлороводорода по одной из π-связей образуется газообразное вещество хлорэтен (хлорвинил). Катализатором данной реакции является хлорид ртути:

5) присоединение воды (гидратация) происходит в присутствии катализатора Hg 2+ в кислой среде (реакция М.Г. Кучерова). При этом ацетилен образует ацетальдегид, а его гомологи – соответствующие кетоны:

, синтез ацетилена , свойства ацетилена , воспламенение ацетилена , применение ацетилена

Название этого вещества связано со словом «уксус». Сегодня это единственный широко используемый в промышленности газ, горение и взрыв которого возможны в отсутствие кислорода или других окислителей. Сгорая в кислоте, он дает очень горячее пламя — до 3100°С.

Как синтезировался ацетилен

Впервые ацетилен получил в 1836 Эдмунд Дэви, двоюродный брат знаменитого Гемфри Дэви. Он подействовал водой на карбид калия: К 2 С 2 + Н 2 О=С 2 Н 2 + 2КОН и получил новый газ, который назвал двууглеродистым водородом. Этот газ был, в основном, интересен химикам с точки зрения теории строения органических соединений. Один из создателей так называемой теории радикалов Юстус Либих назвал группу атомов (т.е. радикал) С 2 Н 3 ацетилом.

На латыни acetum – уксус; молекула уксусной кислоты (С 2 Н 3 О+О+Н, как записывали тогда ее формулу) рассматривалась как производное ацетила. Когда французский химик Марселен Бертло в 1855 сумел получить «двууглеродистый водород» сразу несколькими способами, он назвал его ацетиленом. Бертло считал ацетилен производным ацетила, от которого отняли один атом водорода: С 2 Н 3 – Н = С 2 Н 2 . Сначала Бертло получал ацетилен, пропуская пары этилена, метилового и этилового спирта через раскаленную докрасна трубку. В 1862 он сумел синтезировать ацетилен из элементов, пропуская водород через пламя вольтовой дуги между двумя угольными электродами. Все упомянутые методы синтеза имели только теоретическое значение, и ацетилен был редким и дорогим газом, пока не был разработан дешевый способ получения карбида кальция прокаливанием смеси угля и негашеной извести: СаО + 3С = СаС 2 + СО. Это произошло в конце XIX века.

Тогда ацетилен стали использовать для освещения. В пламени при высокой температуре этот газ, содержащий 92,3% углерода (это своеобразный химический рекорд), разлагается с образованием твердых частичек углерода, которые могут иметь в своем составе от нескольких до миллионов атомов углерода. Сильно накаливаясь во внутреннем конусе пламени, эти частички обуславливают яркое свечение пламени - от желтого до белого, в зависимости от температуры (чем горячее пламя, тем ближе его цвет к белому).

Ацетиленовые горелки давали в 15 раз больше света, чем обычные газовые фонари, которыми освещали улицы. Постепенно они были вытеснены электрическим освещением, но еще долго использовались в небольших фонарях на велосипедах, мотоциклах, в конных экипажах.

В течение длительного времени ацетилен для технических нужд (например, на стройках) получали «гашением» карбида водой. Полученный из технического карбида кальция ацетилен имеет неприятный запах из-за примесей аммиака, сероводорода, фосфина РН 3 , арсина AsH 3 .

Ацетилен сегодня: способы получения

Сейчас широко применяются методы получения ацетилена из природного газа – метана:

электрокрекинг (струю метана пропускают между электродами при температуре 1600°С и быстро охлаждают, чтобы предотвратить разложение ацетилена); термоокислительный крекинг (неполное окисление), где в реакции используют теплоту частичного сгорания ацетилена.

Свойства ацетилена

В химически чистом виде ацетилен обладает слабым эфирным запахом. Технический ацетилен, благодаря наличию в нем примесей, в частности фосфористого водорода, имеет резкий специфический запах. Ацетилен легче воздуха. Газообразный ацетилен – бесцветный газ плотностью при 0 °С и 101,3 кПа (760 м рт. ст.) 1,173кг/м 3 . Молекулярная масса – 26,038.

Ацетилен способен растворяться во многих жидкостях. Его растворимость зависит от температуры: чем ниже температура жидкости, тем больше она способна «забрать» ацетилена. В практике производства растворенного ацетилена используют ацетон, который при температуре 15 °С растворяет до 23 объемов ацетилена.

Единственный широко используемый в промышленности газ, относящийся к числу немногих соединений, горение и взрыв которых возможны в отсутствии кислорода или других окислителей.

Еще в 1895 г. А.Л.Ле Шателье обнаружил, что ацетилен, сгорая в кислоте, дает очень горячее пламя (до 3150°С), поэтому его широко используют для сварки и резки тугоплавких металлов. Сегодня применение ацетилена для газопламенной обработки металлов испытывает сильную конкуренцию со стороны более доступных горючих газов (природный газ, пропан–бутан и т.д.). Однако преимущество ацетилена - в самой высокой температуре горения. В таком пламени очень быстро расплавляются даже толстые куски стали. Именно поэтому газопламенная обработка ответственных узлов машиностроительных конструкций производится только с помощью ацетилена, который обеспечивает наивысшую производительность и качество процесса сварки.

Кроме того, ацетилен широко используется в органическом синтезе разнообразных веществ - уксусного альдегида и уксусной кислоты, синтетических каучуков (изопренового и хлоропренового), поливинилхлорида и других полимеров.