Eten

Etén, tudi etilén, je nenasičen acikličen ogljikovodik z eno dvojno vezjo (alken) in kemijsko formulo C₂H₄. Pri normalnih pogojih je brezbarven vnetljiv plin s sladkobnim vojnem.

Eten

Imena
IUPAC ime eten
Druga imena etilen
Identifikatorji
Številka CAS	74-85-1
3D model (JSmol)	Interaktivna slika
ChEBI	CHEBI:18153
ChEMBL	ChEMBL117822
ChemSpider	6085
ECHA InfoCard	100.000.742
KEGG	C06547
PubChem CID	6325
UNII	91GW059KN7
CompTox Dashboard (EPA)	DTXSID1026378
InChI InChI=1S/C2H4/c1-2/h1-2H2 Key: VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N InChI=1/C2H4/c1-2/h1-2H2 Key: VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYAE
SMILES C=C
Lastnosti
Kemijska formula	C 2H 4
Molska masa	28,05 g/mol
Videz	brazbarven plin
Gostota	1,178 kg/m3 pri 15 °C, plin[1]
Tališče	-169,2 °C
Vrelišče	-103,7 °C
Topnost v vodi	3,5 mg/100 mL (17 °C)[navedi vir] ; 2.9 mg/L[2]
Topnost (etanol)	4,22 mg/L
Topnost (dietil eter)	good[2]
Kislost (pKa)	44
Struktura
Oblika molekule	D2h
Dipolni moment	0
Termokemija
Standardna molarna entropija So298	219,32 J·K−1·mol−1
Std tvorbena entalpija (ΔfH⦵298)	52,47 kJ/mol
Nevarnosti
EU klasifikacija (DSD) (zastarelo)	zelo lahko vnetljivo (F+) IARC: 3. razred -karcinogen.
NFPA 704 (diamant ognja)	4 1 2
Plamenišče	−136 °C (−213 °F; 137 K)
Sorodne snovi
Sorodne snovi	etan etin
Če ni navedeno drugače, podatki veljajo za material v standardnem stanju pri 25 °C, 100 kPa).
Sklici infopolja

Proizvaja se s parnim krekingom različnih višjih ogljikovodikov: v Evropi in Aziji predvsem iz nafte in plinskega olja, v ZDA, Kanadi in na Bližnjem vzhodu pa tudi iz etana, propana in utekočinjenega naftnega plina.

Eten je najbolj proizvajana organska spojina, ki je osnova za sintezo primarnih in sekundarnih proizvodov, kot so polietilen, etilen oksid, stiren in α-alkeni. Rastline, na primer japonski rdeči bor (Pinus densiflora), oddajajo eten kot pomemben fitohormon.

Zgodovina

Johann Joachim Becher

Mnogo geologov in znanstvenikov je prepričanih, da je transu podobna stanja v slavnem grškem Pitijinem preročišču Delfi povzročal ravno eten, ki je uhajal iz zemeljskih razpok.^[3]

Eten je odkril avstrijski zdravnik in alkimist Johann Joachim Becher med segrevanjem etanola z žveplovo kislino.^[4] Plin je omenil v svojem delu Physica Subterranea (1669).^[5] Plin je omenil tudi Joseph Priestley v svojih Experiments and observations relating to the various branches of natural philosophy: with a continuation of the observations on air (1779) (Poskusi in opazovanja, povezana z različnimi vejami naravne filozofije, z nadaljevanjem o opazovanju zraka), v katerih poroča, da je Jan Ingenhousz videl, kako je plin na enak način sintetiziral gospod Enée v Amsterdamu leta 1777, in ga kasneje na enak način pridobil tudi sam.^[6]

Lastnosti etena so leta 1795 preučevali kar štirje nizozemski kemiki: Johann Rudolph Deimann, Adrien Paets van Troostwyck, Anthoni Lauwerenburgh in Nicolas Bondt in ugotovili, da se razlikuje od vodika in da poleg vodika vsebuje tudi ogljik.^[7] Ugotovili so tudi, da se lahko spaja s klorom, pri čemer nastane olje nizozemskih kemikov (1,2-dikloroetan). Po tem odkritju je plin dobil ime olefinski plin - plin, ki tvori olje.^[8]

Sredi 19. stoletja so začeli imenom molekul in njihovih delov, ki so po kemijski spremembi vsebovali en vodikov atom manj kot pred njo, dodajati obrazilo –en (starogrški koren, ki se je dodajal na konec ženskih imen in pomeni »hčerka (od)«). Etilen (C₂H₄) je bil »hčerka etila« (C₂H₅). Ime se je začelo uporabljati že leta 1852.

Leta 1866 je nemški kemik August Wilhelm von Hofmann predlagal sistem poimenovanja ogljikovodikov, v katerem so obrazila -an, -en, -in, -on in –un pomenila, da imajo spojine 0, 2, 4, 6 ali 8 vodikovih atomov manj kot njihovi starševski alkani.^[9] Etilen se je skladno s tem predlogom preimenoval v eten. Hofmannov sistem je postal osnova Ženevske nomenklature, ki so jo odobrili na Mednarodnem kongresu kemikov leta 1892, in kasneje jedro nomenkleture IUPAC. Ime etilen se je do takrat že tako globoko zakoreninilo, da se uporablja še danes, predvsem v kemični industriji.

Leta 1979 so pravila IUPAC za poimenovanje spojin naredila izjemo in za eten obdržala nesistematsko ime etilen.^[10] Odločitev so leta 1993 preklicali,^[11] tako da je njegovo sedaj veljavno ime eten.

Zgradba in lastnosti

Eten ima dva ogljikova atoma, povezana z dvojni vezjo. Nanju sta vezana po dva vodikova atoma. Vseh šest atomov leži v isti ravnini. Kot med atomi H-C-H je 117°, kar je zelo blizu kotu 120° za idealen sp² hibridiziran ogljik. Molekula je tudi relativno toga, ker rotacijo okoli vezi C-C pogojuje energijsko zelo zahtevna prekinitev π vezi.

π vez v molekuli etena je po drugi strani odgovorna tudi za njegovo veliko reaktivnost. Dvojna vez je namreč področje velike elektronske gostote in je zato dojemljiva za napad elektrofilov. Mnogo reakcij etena katalizirajo prehodne kovine, ki se prehodno vežejo na eten tako preko π kot π^* orbital.

Molekula etena je zaradi svoje majhnosti spektroskopsko zanimiva in se zato v UV-vidnem delu spektra svetlobe še vedno uporablja za preverjanje teoretičnih metod.^[12]

Eten je ligand v organokovinski kemiji. Ena od prvih organokovinskih spojin je etenov kompleks Zeisejeva sol. Med reagenti, k vsebujejo eten, sta tudi Pt(PPh₃)₂(C₂H₄) in Rh₂Cl₂(C₂H₄)₄. Z rodijem katalizirano hidroformiliranje etena se izvaja v industrijskem obsegu za proizvodnjo propanala.

Uporaba

Glavne industrijske reakcije, razdeljene po pomembnosti, so: polimerizacija, oksidacija, halogeniranje, hidrohalogeniranje, alkiliranje, hidriranje, oligomerizacija in hidroformiliranje. V Evropi in ZDA se približno 90 % etena porabi za proizvodnjo etilenoksida, dikloroetena, etilbenzena in polietilena.^[13]

Glavne industrijske reakcije etena, razvrščene v smeri urnega kazalca z začetkom zgoraj desno: oksidacija v etilenoksid in njegova hidroliza v etilen glikol; adicija benzena v etilbenzen, osnovo za stiren; katalitska polimerizacija v različne vrste polietilena; pretvorba v diklorid, surovino za vinilklorid

Polimerizacija

Eten pod visokim tlakom s pomočjo Zieglerjevih katalizatorjev polimerizira po radikalskem mehanizmu v polietilen:^[14]

${\displaystyle \mathrm {n\ CH_{2}{=}CH_{2}\longrightarrow [-CH_{2}{-}CH_{2}-]_{n}} }$

Za polietilen se porabi polovica svetovne proizvodnje etena. Polietilen je najbolj razširjena plastika na svetu, ki se uporablja predvsem za proizvodnjo folij, vrečk za pakiranje in vreč za smeti. Linearni α-alkeni, ki se proizvajajo z oligomerizacijo (tvorba polimerov s kratkimi verigami), se uporabljajo kot surovine za druge proizvode, pralna sredstva, mehčala, sintetična maziva, aditivi in kopolimeri.^[13]

Eten reagira tudi z drugimi monomeri in tvori kopolimere s tetrafluoroetenom, propenom ali propenom in butadienom. Slednji kopolimer je etilensko-propilensko-butadienski kavčuk.

Oksidacija

Z oksidacijo etena nastane etileonoksid, ki je ključna surovina za proizvodnjo površinsko aktivnih sredstev in detergentov z etoksilacijo:

${\displaystyle \mathrm {2\ C_{2}H_{4}+O_{2}\longrightarrow 2\ C_{2}H_{4}O} }$

S hidrolizo etilenoksida lahko nastanejo etilen glikol, ki se uporablja kot hladilno sredstvo za avtomobilske motorje (antifriz), višji glikoli, glikol etri in polietilen tereftalat.

S katalitsko oksidacijo s paladijem nastane acetaldehid. Po tem postopku se proizvede približno 10.000 ton acetaldehida letno.^[15]

Halogeniranje in hidrohalogeniranje

Halogeniranje in hidrohalogeniranje sta adiciji halogena oziroma vodikovega halogenida na dvojno vez:

${\displaystyle \mathrm {C_{2}H_{4}+X_{2}\longrightarrow CH_{2}X-CH_{2}X} }$

${\displaystyle \mathrm {C_{2}H_{4}+HX\longrightarrow CH_{3}-CH_{2}X} }$

X je halogen. Najpomembnejši produkti obeh reakcij so etilendiklorid, etil klorid in etilen dibromid. V to skupino produktov spadajo tudi polivinilklorid, trikloroetan, perkloroetilen, metil kloroform, poliviniliden klorid in kopolimeri in etil bromid.^[16]

Alkiliranje

Najpomembnejši produkt alkilacije z etenom je etilbenzen, predhodnik stirena:

${\displaystyle \mathrm {C_{6}H_{6}+CH_{2}{=}CH_{2}\longrightarrow C_{6}H_{5}{-}CH_{2}{-}CH_{3}} }$

Večina stirena se porabi za sintezo polistirena, iz katerega se izdeluje predvsem embalaža in izolacijske plošče (stiropor), in kopolimera stiren-butadien, iz katerega se izdelujejo avtomobilske pnevmatike in obutev. Manjše količine se porabijo tudi za druge proizvode.^[16]

Hidroformiliranje

Hidroformiliranje ali okso reakcija etena daje propanal (propionaldehid), ki je predhodnik propanojske kisline in 1-propanola:^[16]

${\displaystyle \mathrm {CH_{2}{=}CH_{2}+CO+H_{2}\longrightarrow C_{2}H_{5}{-}CHO} }$

Hidriranje

Hidriranje ali adicija vode je glavni nefermentacijski postopek za proizvodnjo etanola:

${\displaystyle \mathrm {CH_{2}{=}CH_{2}+H_{2}O\longrightarrow C_{2}H_{5}{-}OH} }$

Po izvirnem postopku se eten najprej pretvori v dietil sulfat, temu pa sledi hidroliza. Postopek je sredi 1990. let zamenjalo neposredno hidriranje na trdnih kislih katalizatorjih.^[17]

Dimerizacija v n-butene

Eten lahko dimerizira v but-1-en in but-2-en:

${\displaystyle \mathrm {4\ CH{=}CH_{2}\longrightarrow CH_{3}{-}CH_{2}{-}CH{=}CH_{2}+CH_{3}{-}CH{=}CH{-}CH_{3}} }$

V industrijskih procesih nastaja zmes obeh izomerov. V Lummusovem postopku prevladuje but-2-en, v IFP postopku pa but-1-en.

Drugo

Eten se v zmesi 85 vol. % etena in 15 vol. % lahko uporabi kot anestetik.^[18] Uporablja se tudi kot sredstvo za pospeševanja zorenja sadja in plin za varjenje.^[19][20]

Proizvodnja

Svetovna proizvodnja etena je leta 2005 znašala 107 milijonov ton,^[21] leta 2006 109 milijonov ton,^[22] leta 2010 138 milijonov ton in leta 2011 141 milijonov ton.^[23] Leta 2010 je eten proizvajalo najmanj 117 podjetij v 55 državah.^[24] Potrebe po etenu še vedno naraščajo, zato se gradijo nove tovarne, predvsem na Srednjem vzhodu in Kitajskem.^[24]

Proizvaja se s parnim krekiranjem. V proces vstopajo lahki tekoči ogljikovodiki, ki se segrejejo na 750-950 °C. Pri teh temperaturah se sprožijo številne radikalske reakcije, ki se jih ustavi z zelo hitim ohlajanjem. Proces razcepi velike ogljikovodike v majhne in povzroči nenasičenost. Eten se iz reakcijske zmesi loči z večkratnim komprimiranjem in destilacijo. Soroden postopek, ki se izvaja v rafinerijah nafte, je krekiranje težkih ogljikovodikov na zeolitskih katalizatorjih.^[16]

Laboratorijska sinteza

Eten se v laboratoriju lahko pripravi na dva načina: z dehidracijo etanola z žveplovo kislino ali v plinski fazi z aluminijevim oksidom.^[25] Uporablja se zelo redko, zato se običajno ne sintetizira, ampak kupuje.^[26]

Varnost

Eten je dušljiv in zelo lahko vnetljiv plin, ki z zrakom tvori eksplozivne zmesi, zato se mora skladiščiti v zračnem in suhem prostoru brez virov gorenja in iskrenja.

Vdihavanje etena povzroči omotičnost in zadušitev. Pri višjih koncentracijah je dražilen. Ukrepi za prvo pomoč so svež zrak, umetno dihanje in zdravniška pomoč.

Tekoč eten v stiku s kožo in očmi povzroči opekline, rane in/ali ozebline.

Za gašenje manjših požarov se lahko uporabita CO₂ ali prah, za večje požare pa razpršena voda ali vodna megla.

Sklici

1. GESTIS Substance Database Arhivirano 2014-11-29 na Wayback Machine..
2. Нейланд О. Я. Органическая химия: Учебник для хим. спец. вузов.— Москва: Высшая школа, 1990.— с. 128
3. J. Roach (14. avgust 2001). [http://news.nationalgeographic.com/news/2001/08/0814_delphioracle.html Delphic Oracle's Lips May Have Been Loosened by Gas Vapors]. National Geographic. Pridobljeno 8. marca 2007.
4. H.E. Roscoe, C. Schorlemmer (1878). A treatise on chemistry 1. D. Appleton. str. 611.
5. J.C. Brown, J. Campbell (julij 2006). A History of Chemistry: From the Earliest Times Till the Present Day. Kessinger. str. 225. ISBN 978-1-4286-3831-0.
6. J. Priestley (1779). Experiments and observations relating to the various branches of natural philosophy: with a continuation of the observations on air. 1. del. Priloga, §VIII, str. 474.
7. Roscoe & Schorlemmer 1878. Str. 612.
8. Roscoe & Schorlemmer 1878. Str. 613.
9. A.W. Hofmann. Hofmann's Proposal for Systematic Nomenclature of the Hydrocarbons. www.chem.yale.edu. Pridobljeno 6. januarja 2007. ^{[mrtva povezava]}
10. IUPAC nomenclature rule A-3.1 (1979).
11. Footnote to IUPAC nomenclature rule R-9.1, table 19(b).
12. Ethylene:UV/Visible Spectrum. NIST Webbook. Pridobljeno 27. novembra 2006.
13. OECD SIDS Initial Assessment Profile — Ethylene Arhivirano 2015-09-24 na Wayback Machine.. inchem.org. Pridobljeno 21. maja 2008.
14. Karl Ziegler - Consequences and development of an invention. Pridobljeno 29. Maja 2013.
15. C. Elschenbroich, A. Salzer (2006). Organometallics : A Concise Introduction. 2. izdaja. Weinheim: Wiley-VCH. ISBN 3-527-28165-7.
16. L. Kniel, O. Winter, K. Stork (1980). Ethylene, keystone to the petrochemical industry. New York: M. Dekker. ISBN 0-8247-6914-7.
17. N. Kosaric, Z. Duvnjak, A. Farkas, H. Sahm, S. Bringer-Meyer, O. Goebel, D. Mayer (2011). Ethanol. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Wiley-VCH, Weinheim. doi: 10.1002/14356007.a09_587.pub2.
18. H.H. Trout (1927). Blood Changes Under Ethylene Anæsthesia. Annals of Surgery 86 (2): 260–267. doi: 10.1097/00000658-192708000-00013. PMC 1399426. PMID 17865725.
19. OECD SIDS Initial Assessment Profile — Ethylene Arhivirano 2015-09-24 na Wayback Machine.. inchem.org. Pridobljeno 21. maja 2008.
20. Informational Bulletin 12. California Fresh Market Advisory Board. 1. junij 1976.
21. Production: Growth is the Norm. Chemical and Engineering News 84 (28): 59. 10. julij 2006. doi: 10.1021/cen-v084n034.p059.
22. L. Nattrass, A. Higson (22. julij 2010). NNFCC Renewable Chemicals Factsheet: Ethanol. National Non-Food Crops Centre.
23. R. Warren (2012). True, Oil and Gas Journal 110 (7).
24. Market Study: Ethylene, Ceresana Research, December 2010 Arhivirano 2015-03-07 na Wayback Machine.. ceresana.com. Pridobljeno 1. februarja 2011.
25. J.B. Cohen (1930). Practical Organic Chemistry (preparation 4). Macmillan.
26. M.T. Crimmins, A.S. Kim-Meade (2004). Ethylene. L. Encyclopedia of Reagents for Organic Synthesis. New York: Wiley. doi: 10.1002/047084289.

Glej tudi

• alkeni
• ogljikovodiki