Непредельные углеводороды

 

Атомы непредельных, или ненасыщенных, углеводородов не полностью «насыщены» атомами водорода. Это приводит к тому, что между атомами углерода появляется двойная или тройная связь.

Непредельные углеводороды с двойной связью. К непредельным углеводородам с одной двойной связью относится этилен и его гомологи

Н2С=СН2 - этилен
С увеличением числа атомов углерода происходит закономерное понижение температуры самовоспламенения и теплоты сгорания и повышение температуры кипения.

Этилен.Физические и химические свойства.Этилен С2Н4 - это бесцветный газ со слабым эфирным запахом, немного легче воздуха, плохо растворим в воде, ядовит. Этилен способен самовозгораться в атмосфере хлора

С2Н4 + 2С12 4НС1 + 2С

Эта реакция, как правило, протекает со взрывом, особенно если на приготовленную смесь попадает солнечный свет. Следовательно, совместное хранение баллонов с хлором и этиленом недопустимо. Этилен, как и все углеводороды, является горючим веществом. В отличие от метана он горит сильно светящимся пламенем, это обусловлено повышенным содержанием углерода (86% против 75% в метане). Смеси этилена с воздухом при поджигании взрываются с большой силой. Давление при этом достигает 764 кПа.

При нагревании этилена до температуры выше 450 °С начинается его разложение

ЗС2Н4 2СН4 + 2С2Н2

При более высоких температурах распад протекает по схеме

С2Н4 С2Н2 + Н2

Для предупреждения взрыва при аварийном истечении этилена и тушения факела пламени в закрытых объемах необходимая минимальная концентрация диоксида углерода как огнетушащего средства составляет
42% (об.), а азота 52% (об.).

Характерными химическими реакциями для этилена являются реакции присоединения, окисления и полимеризации.

При давлении приблизительно 98 МПа и нагреве до 200 °С молекулы этилена соединяются друг с другом. При этом образуется твердое вещество с более крупными молекулами, содержащими до тысячи групп СН2 и не имеющими двойных связей — полиэтилен.

Получение и применение. Этилен получают из продуктов сухой перегонки многих органических веществ. Он содержится в коксовом газе и газах крекинга нефти. Этилен можно получить из этилового спирта, отщепляя от него воду водоотнимающими средствами.

Этилен можно получить также в результате расщепления паров этилового спирта при высокой температуре в присутствии катализаторов (А12О3 и др.).

Из этилена получают галогенорганические вещества: дихлорэтан, трихлорэтан, тетрахлорэтан, являющиеся хорошими растворителями жиров, масел, органического стекла. Полимеризацией из этилена в одних условиях получают полимеры — полиэтилен (политен), а в других —синтетические смазочные масла, являющиеся основным сырьем для производства незамерзающих при низкой температуре авиационных масел. Помимо указанных продуктов, из этилена получают этиленгликоль, иприт, этиламин, дибромметан. Последний нашел применение как средство пожаротушения.

Ацетилен. Физические и химические свойства. Ацетилен — бесцветный газ, имеющий в чистом состоянии слабый эфирный запах. Технический ацетилен имеет неприятный запах, обусловленный примесями фосфористого водорода Н3Р, сероводорода Н2S, аммиака NH3. Ацетилен легче воздуха, растворяется в воде (при 20 °С в объеме воды растворяется 1,03 объема ацетилена). Вода, насыщенная ацетиленом, представляет пожарную опасность. Ацетилен хорошо растворяется в ацетоне (при 15°С в одном объеме ацетона растворяется 25 объемов ацетилена). Растворимость ацетилена в ацетоне возрастает с увеличением давления. Так, при давлении 1137 кПа в одном объеме ацетона растворяется 300 объемов ацетилена.

Газообразный чистый ацетилен под давлением неустойчив. При давлении более 196 кПа ацетилен способен разлагаться со взрывом (под действием удара или местного нагрева)

С2Н 2 2С + Н2

Температура взрыва достигает 3000 °С, давление увеличивается приблизительно в 11 раз. Поэтому ацетилен нельзя хранить в сжатом состоянии, подобно другим газам, в стальных баллонах обычного типа. Для его хранения и перевозки применяют баллоны, наполненные активным углем, пропитанным ацетоном, в котором и растворяют ацетилен под давлением. При таком способе хранения ацетилен не взрывается даже при давлении 2940 кПа.

Ацетилен с воздухом образует взрывчатые смеси; пределы воспламенения НПВ — 2%, ВПВ — 81%. Температура самовоспламенения 335 °С. При сжигании ацетилена в кислороде развивается высокая температура, достигающая 4000 °С. Теплота сгорания 57960 кДж/м3.

Ацетилено-воздушные смеси взрываются с большой силой. Давление взрыва достигает 931 кПа. Для предупреждения взрыва при аварийном истечении ацетилена, а также для тушения факела в закрытых помещениях
требуются большие концентрации диоксида углерода как огнетушащего средства: 57% (об.) СО2 и 70% (об.) N2.

Для ацетилена характерны реакции непредельных углеводородов.

От контакта с бромом, хлором и фтором ацетилен самовозгорается.

Если в смесь хлора с ацетиленом попадает воздух, происходит взрыв.

Ацетилен способен к полимеризации. При полимеризации ацетилена получается весьма ценный продукт — винилацетилен (СН2 = СН — ССН). Винилацeтилен является промежуточным продуктом для синтеза хлоропрена, из которого получают хлоропреновый каучук. Реакция полимеризации ацетилена может начаться при 60 °С, но более энергично протекает при 150— 180 °С. Если при этом процессе тепло полностью не будет отводиться в окружающую среду, температура может подняться до 500 — 525 °С и произойдет взрывчатый распад ацетилена.

Получение и применение. Часто на практике ацетилен получают действием воды на карбид кальция (СаС2). Реакция сопровождается выделением большого количества тепла. Если на карбид кальция воздействовать небольшим количеством воды, то выделяющийся
при этом ацетилен может нагреться до температуры самовоспламенения и загореться.

В промышленности ацетилен еще получают термическим разложением метана

2СН4 С2Н2 + 3Н2

Образование ацетилена начинается при 453 К, а наиболее полное превращение метана в ацетилен происходит три 1773 К. Побочными продуктами при этом процессе являются этилен, углерод и водород.

Ацетилен вступает в самые сложные реакции, и это
дает возможность получать из него разнообразные синтетические материалы: жидкие и твердые, упругие и высокопрочные, устойчивые к действию кислот, прекрасные диэлектрики и т. п.

Ацетилен — исходный продукт для получения многих видов пластических масс, синтетических каучуков, волокон (хлорина и нитрона). Ацетилен применяют для получения уксусного альдегида, хлорвинила и винилацетилена (последний используют для получения хлоропрено-
вого каучука), а также в качестве горючего при газовой сварке.