Eter dimetylowy

Eter dimetylowy (dimetyloeter, DME^[a]), CH
3OCH
3 – organiczny związek chemiczny z grupy eterów, bezbarwny gaz o charakterystycznym zapachu, umiarkowanie rozpuszczalny w wodzie. Używany jest jako gaz pędny w rozpylaczach aerozolowych oraz, w mieszaninie z propanem, do usuwania brodawek metodą kriogeniczną. Może również stanowić paliwo alternatywne dla LPG, LNG, benzyny i oleju napędowego. Może być produkowany z gazu ziemnego, węgla lub biomasy.

Eter dimetylowy

Nazewnictwo Nomenklatura systematyczna (IUPAC) PIN metoksymetan[1] inne eter dimetylowy[1] Inne nazwy i oznaczenia dimetyloeter, DME, daw. eter dwumetylowy
Ogólne informacje
Wzór sumaryczny	C2H6O
Inne wzory	H 3C−O−CH 3, CH 3OCH 3, (CH 3) 2O, Me 2O
Masa molowa	46,07 g/mol
Wygląd	bezbarwny gaz[2]
Identyfikacja
Numer CAS	115-10-6
PubChem	8254
SMILES COC
InChI InChI=1S/C2H6O/c1-3-2/h1-2H3 InChIKey LCGLNKUTAGEVQW-UHFFFAOYSA-N
Właściwości Rozpuszczalność w wodzie rozpuszczalny: 46 g/l[3] w innych rozpuszczalnikach rozpuszczalny w etanolu, eterze dietylowym, acetonie, chloroformie, słabo w benzenie[2] Temperatura topnienia −141,49 °C[2] Temperatura wrzenia −24,8 °C[2][4] Punkt krytyczny 127,0 °C[5]; 5,31 MPa[5]; 171 cm³/mol ≈ 0,269 g/cm³[5] logP 0,10[6] Prężność pary 5333 hPa (20 °C)[4]
Budowa Moment dipolowy 1,30 ± 0,01 D[7]
Niebezpieczeństwa Karta charakterystyki: dane zewnętrzne firmy Sigma-Aldrich [dostęp 2017-01-01] Globalnie zharmonizowany system klasyfikacji i oznakowania chemikaliów Na podstawie Rozporządzenia CLP, zał. VI[8] Niebezpieczeństwo Zwroty H H220, H280[4] Zwroty P P210, P410+P403[4] Europejskie oznakowanie substancji oznakowanie ma znaczenie wyłącznie historyczne Na podstawie Rozporządzenia CLP, zał. VI[8] Skrajnie łatwopalny (F+) Zwroty R R12 Zwroty S S2, S9, S16, S33 NFPA 704 Na podstawie podanego źródła[9] 4 0 0   Temperatura zapłonu −41 °C (zamknięty tygiel)[4][10] Temperatura samozapłonu 226 °C (1013–1027 hPa)[4] 350 °C[10] Granice wybuchowości 3,4–27,0%[4][10] Numer RTECS PM4780000 Dawka śmiertelna LC50 308 g/m³ (szczur, wziewnie)
Podobne związki
Podobne związki	eter dietylowy, oksiran, siarczek dimetylu
Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą stanu standardowego (25 °C, 1000 hPa)

Otrzymywanie eteru dimetylowego

Eter dimetylowy produkuje się zwykle metodą dehydratacji metanolu. Brane są pod uwagę inne rozwiązania, bardziej użyteczne w masowej produkcji, przede wszystkim wytwarzanie z gazu syntezowego, czyli mieszaniny wodoru i tlenku węgla.

Metoda dehydratacji metanolu

W wyniku dehydratacji dwóch cząsteczek metanolu powstaje jedna cząsteczka eteru dimetylowego. Jest to reakcja odwracalna:

2CH
3OH ⇄ CH
3OCH
3 + H
2O

Metoda syntezy

Synteza eteru dimetylowego jest bardziej wydajna od odwodnienia metanolu, gdyż pozwala na wytwarzanie tego związku z paliw lub biomasy z ominięciem produkcji metanolu.

Produkcja eteru dimetylowego z substancji stałych, takich jak węgiel czy biomasa, wymaga więcej procesów jednostkowych niż produkcja z gazów. Konieczne jest zgazowanie dla otrzymania gazu syntezowego. Dla zwiększenia wydajności zgazowania stosuje się takie procesy wstępne jak suszenie biomasy czy produkcja szlamu węglowego. By uniknąć zanieczyszczeń przeprowadza się różne procesy oczyszczania gazu. Podczas produkcji eteru dimetylowego z metanu, potrzebny gaz syntezowy uzyskać z termicznego reformingu:

2CH
4 + O
2 + CO
2 + ciepło → 3H
2 + 3CO + H
2O

Utlenianie

Najpopularniejszym katalizatorem stosowanym do utleniania eteru dimetylowego (DME) jest platyna, która pomaga w rozerwaniu wiązania H-O w cząsteczce eteru oraz jest aktywna na etapie odwodornienia. Jednak podczas jej stosowania dochodzi do zatruwania powierzchni katalizatora produktami pośrednimi takimi jak –CO^[11]. Aby uniknąć takich sytuacji stosowane są stopy bimetaliczne na bazie platyny np.: PtSn i PtRu. W przeciwieństwie do PtSn, PtRu to jednofazowy, jednorodny stop, w którym Ru jest w dużej mierze metaliczny. Natomiast Sn nie zachowuje swojego stanu metalicznego i łatwo ulega przekształceniu do związków utlenionych (tlenki i wodorotlenki cyny). W każdym przypadku Pt działa niezależnie jako katalizator zachowując swój metaliczny charakter^[12][13]. W obu tych przypadkach – Sn i Ru – występuje tendencja do aktywowania adsorpcji dysocjacyjnej wody, przez co zwiększa ilość chemisorbowanych grup hydroksylowych, co z kolei wpływa na zmniejszenie efektu zatrucia Pt^[14]. Pomimo iż oba układu wykazują dobrą aktywność elektrolityczną, to wysoka bariera aktywacyjna układu bimetalicznego dla rozszczepienia wiązania C−O powoduje wolniejszą dynamikę utleniania eteru dimetylowego^[15]. Dlatego też, aby poprawić wydajność tego procesu, zaproponowano dodanie Pd do układów PtRu i Pt, gdyż wykazuje on tendencję do indukowania rozszczepienia wcześniej już wspomnianego wiązania C−O^[16][17][18].

Zastosowania

• chłodziwo
• gaz nośny w aerozolach
• rozpuszczalnik
• paliwo

Paliwo

Eter dimetylowy może być użyty jako samodzielne paliwo w silnikach wysokoprężnych i turbin gazowych oraz w postaci mieszaniny z 70% LPG jako paliwo dla silników czterosuwowych lub dwusuwowych. Szczególnie dobrze spełnia rolę paliwa w silnikach wysokoprężnych – jego liczba cetanowa wynosi ponad 55, gdy dla oleju napędowego zwykle nie przekracza 53. W przeciwieństwie do etanolu, podczas utleniania eteru dimetylowego nie ma potrzeby zerwania wiązania C−C, co ułatwia jego utlenianie do CO₂. Dodatkowo eter dimetylowy ma wyższą gęstość energii (8,2 kWh kg⁻¹) w porównaniu z metanolem (6,1 kWh kg⁻¹), a także podczas utleniania jednej cząsteczki DME uwalnianych jest dwa razy więcej elektronów niż w przypadku metanolu.

Eter dimetylowy (DME) może być potencjalnym paliwem wykorzystywanym w niskotemperaturowych ogniwach paliwowych, które pracują poniżej 100 °C. Podczas pracy takiego ogniwa cząsteczka eteru ulega utlenieniu na anodzie. Produkty tego rozkładu (CO₂, H⁺ oraz elektrony) są transportowane przez półprzepuszczalną membranę, gdzie łączą się z tlenem, powodując jego redukcję do cząsteczki wody^[19].

Unia Europejska rozważa powszechne zastosowanie eteru dimetylowego jako biopaliwa około 2030 roku^{[potrzebny przypis]}.

Rozpuszczalnik

Skroplony eter dimetylowy może być zastosowany jako rozpuszczalnik, co wymaga jednak stosowania podwyższonego ciśnienia lub niskich temperatur (temperatura wrzenia eteru dimetylowego pod ciśnieniem atmosferycznym wynosi ok. −23 °C). Zaletą eteru dimetylowego jako rozpuszczalnika jest łatwość jego usunięcia przez odparowanie – ma to znaczenie przede wszystkim w przypadku roztworów substancji lotnych.

Uwagi

1. Skrót „DME” może oznaczać również 1,2-dimetoksyetan, CH
   3OCH
   2CH
   2OCH
   3.

Przypisy

1. Henri A.H.A. Favre Henri A.H.A., Warren H.W.H. Powell Warren H.W.H., Nomenclature of Organic Chemistry. IUPAC Recommendations and Preferred Names 2013, wyd. 1, Royal Society of Chemistry, International Union of Pure and Applied Chemistry, 2014, s. 703, DOI: 10.1039/9781849733069, ISBN 978-0-85404-182-4 (ang.).
2. Haynes 2016 ↓, s. 3-208.
3. Dimethyl ether, [w:] ChemIDplus [online], United States National Library of Medicine [dostęp 2017-01-01] (ang.).
4. Eter dimetylowy (nr 38911) – karta charakterystyki produktu Sigma-Aldrich (Merck) na obszar Polski. [dostęp 2017-01-01]. (przeczytaj, jeśli nie wyświetla się prawidłowa wersja karty charakterystyki)
5. Haynes 2016 ↓, s. 6-71.
6. Haynes 2016 ↓, s. 5-174.
7. Haynes 2016 ↓, s. 9-62.
8. Eter dimetylowy, [w:] Classification and Labelling Inventory, Europejska Agencja Chemikaliów [dostęp 2017-01-01] (ang.).
9. Eter dimetylowy (nr 38911) (ang.) – karta charakterystyki produktu Sigma-Aldrich (Merck) na obszar Stanów Zjednoczonych. [dostęp 2017-01-01]. (przeczytaj, jeśli nie wyświetla się prawidłowa wersja karty charakterystyki)
10. Haynes 2016 ↓, s. 16-22.
11. K.K. Lasch K.K. i inni, Mixed conducting catalyst support materials for the direct methanol fuel cell, „Journal of Power Sources”, 105 (2), 2002, s. 305–310, DOI: 10.1016/S0378-7753(01)00956-9 [dostęp 2022-10-24] (ang.).
12. Pawel J.P.J. Kulesza Pawel J.P.J. i inni, Electrocatalytic oxidation of small organic molecules in acid medium: Enhancement of activity of noble metal nanoparticles and their alloys by supporting or modifying them with metal oxides, „Electrochimica Acta”, 110, 2013, s. 474–483, DOI: 10.1016/j.electacta.2013.06.052, PMID: 24443590, PMCID: PMC3891784 [dostęp 2022-10-24] (ang.).
13. LuhuaL. Jiang LuhuaL. i inni, Structure and chemical composition of supported Pt–Sn electrocatalysts for ethanol oxidation, „Electrochimica Acta”, 50 (27), 2005, s. 5384–5389, DOI: 10.1016/j.electacta.2005.03.018 [dostęp 2022-10-24] (ang.).
14. Jeffrey A.J.A. Herron Jeffrey A.J.A., PeterP. Ferrin PeterP., ManosM. Mavrikakis ManosM., First-Principles Mechanistic Analysis of Dimethyl Ether Electro-Oxidation on Monometallic Single-Crystal Surfaces, „The Journal of Physical Chemistry C”, 118 (42), 2014, s. 24199–24211, DOI: 10.1021/jp505919x [dostęp 2022-10-24] (ang.).}
15. Iwona A.I.A. Rutkowska Iwona A.I.A., BeataB. Rytelewska BeataB., Pawel J.P.J. Kulesza Pawel J.P.J., Enhancement of oxidation of dimethyl ether through formation of hybrid electrocatalysts composed of Vulcan-supported PtSn decorated with Ru-black or PtRu nanoparticles, „Electrochimica Acta”, 400, 2021, s. 139437, DOI: 10.1016/j.electacta.2021.139437 [dostęp 2022-10-24] (ang.).
16. V.A.V.A. Grinberg V.A.V.A. i inni, Nanostructured catalysts for direct electrooxidation of dimethyl ether based on Bi- and trimetallic Pt–Ru and Pt–Ru–Pd alloys prepared from coordination compounds, „Russian Journal of Coordination Chemistry”, 43 (4), 2017, s. 206–212, DOI: 10.1134/S1070328417040017 [dostęp 2022-10-24] (ang.).
17. Ilya V.I.V. Yudanov Ilya V.I.V. i inni, How the C–O Bond Breaks during Methanol Decomposition on Nanocrystallites of Palladium Catalysts, „Journal of the American Chemical Society”, 130 (29), 2008, s. 9342–9352, DOI: 10.1021/ja078322r [dostęp 2022-10-24] (ang.).
18. YiY. Zhang YiY. i inni, Electrochemical and infrared study of electro-oxidation of dimethyl ether (DME) on platinum polycrystalline electrode in acid solutions, „Electrochimica Acta”, 53 (21), 2008, s. 6093–6103, DOI: 10.1016/j.electacta.2008.01.109 [dostęp 2022-10-24] (ang.).
19. Iwona A.I.A. Rutkowska Iwona A.I.A. i inni, Enhancement of oxidation of dimethyl ether through application of zirconia matrix for immobilization of noble metal catalytic nanoparticles, „Journal of Solid State Electrochemistry”, 24 (11–12), 2020, s. 3173–3183, DOI: 10.1007/s10008-020-04790-0 [dostęp 2022-10-24] (ang.).

Bibliografia

• CRC Handbook of Chemistry and Physics, William M.W.M. Haynes (red.), wyd. 97, Boca Raton: CRC Press, 2016, ISBN 978-1-4987-5429-3 (ang.).

Kontrola autorytatywna (rodzaj indywiduum chemicznego):

• LCCN: sh85084420
• GND: 4271192-7
• NDL: 01092538
• J9U: 987007529313105171

Encyklopedie internetowe:

• БРЭ: 1955972
• SNL: dimetyleter
• Catalana: 0230415