乙烯 乙烯,一種有機化合物,是最簡單的 烯烴 。 英文名:ethylene,分子式C?H?,分子量為28.05。 在常溫常壓下,乙烯是無色氣體,具有甜味。 難溶于水,溶于乙醇、乙醚等 有機試劑 。 乙烯的 官能團 是 碳碳雙鍵 , 原子核 對Π鍵電子的束縛力較小,容易發(fā)生極化,所以乙烯的化學性質(zhì)比較活潑。乙烯可以發(fā)生催化氫化、 親電加成反應 和 氧化反應 等。 乙烯具有低毒性,對眼及呼吸道粘膜有輕微刺激作用,高濃度乙烯可導致昏迷及死亡,與液態(tài)乙烯直接接觸會造成凍傷。
基本信息
性質(zhì)
危險性
NFPA 7 04
2-高濃度或持續(xù)性暴露可能導致暫時失去行為能力或造成持續(xù)性傷害。 4-在大氣壓和常溫下快速蒸發(fā)或容易在空氣中擴散并容易燃燒的材料。
2-在高溫高壓下容易發(fā)生劇烈化學變化的材料。
w-無水:與水發(fā)生劇烈反應或爆炸的材料。
乙烯存在于植物的某些組織、器官中,是由蛋氨酸在供氧充足的條件下轉(zhuǎn)化而成的。 具有三重反應、促進開花結(jié)果、葉片衰老等作用。 乙烯在工業(yè)上應用廣泛,乙烯工業(yè)是石油化工產(chǎn)業(yè)的核心,世界上已將乙烯產(chǎn)量作為衡量一個國家石油發(fā)展水平的重要標志之一。
發(fā)現(xiàn)歷史 乙烯由荷蘭化學家們首先制得和發(fā)現(xiàn)。1779年,荷蘭化學家 卡斯貝特森 (Casbetson)通過將 酒精 和 硫酸 共同加熱制得了乙烯,并發(fā)現(xiàn)乙烯具有易燃性,密度比空氣小。18世紀末,荷蘭化學家 迪曼 (Di man)也制得了乙烯并測定它得化學組成。 19世紀中葉,人們發(fā)現(xiàn)燃氣街燈漏氣會促進附近的樹落葉。20世紀初 俄國 的植物學家 奈劉波 (Neljubow)才首先證實了是照明氣中的乙烯在起作用,他還發(fā)現(xiàn)乙烯能引起黃化豌豆苗的三重反應。 直到1934年英國 科學家甘恩(Gane)才首先證明乙烯是植物的天然產(chǎn)物。20世紀60年代初,氣相色譜的應用促進了對乙烯的研究,證明了高等植物的各個部位都能產(chǎn)生乙烯,并發(fā)現(xiàn)了乙烯對許多生理過程起重要的調(diào)節(jié)作用。1965年在 伯格 (Burg)的建議下,乙烯被公認為植物的天然激素。
分子結(jié)構 乙烯兩個 碳原子 通過碳碳雙鍵連接,構成平面結(jié)構,其碳原子和 氫原子 在一個平面上,鍵角接近120°。乙烯中形成雙鍵的碳原子均為sp2 雜化 ,所以形成的雙鍵中含有一個σ鍵,一個π鍵。π鍵不能沿著鍵軸自由旋轉(zhuǎn),否則會斷裂。 順反異構現(xiàn)象:由于π鍵不能自由旋轉(zhuǎn),因此,當兩個雙鍵碳原子上分別連接不同的原子或基團時,在空間上就會有兩種不同的排列方式。而且他們在室溫下不能通過化學鍵的旋轉(zhuǎn)而相互轉(zhuǎn)換。這種由于旋轉(zhuǎn)受阻,導致分子中的原子或基團在空間排列位置不同,產(chǎn)生的異構體稱為順反異構體。
理化性質(zhì)
物理性質(zhì) 乙烯在常溫常壓下是一種無色氣體,有甜味。 乙炔 熔點-169.18 ℃ ,沸點-103.8 ℃ ,閃點-136 ℃(-213 ℉),密度50.5678 g/cm3(-104 ℃),自燃溫度490 ℃,蒸氣密度0.98 g/cm3(比空氣輕),空氣中爆炸極限為2.75%-28.6%。 在水中溶解度為131 mg/L(25 ℃),溶于 丙酮 、 苯 、 濃硫酸 ,極易溶于 乙醇 、 乙醚 。
化學性質(zhì)
催化氫化 在 金屬催化劑 鉑 (Pt)、 鈀 (Pd)、 鎳 (Ni)等催化下,兩個氫原子加到乙烯上生成 乙烷 ,稱為催化氫化。反應是在催化劑表面進行,氫原子加在雙鍵的同側(cè),即得到順式產(chǎn)物。 烯烴的催化氫化是放熱反應,每摩爾不飽和化合物氫化時所放出的熱量稱為 氫化熱 ,用ΔH表示。通過比較烯烴的氫化熱,可以判斷并穩(wěn)定性大小。一般來說,烯烴隨著雙鍵碳原子上取代基增多,穩(wěn)定性增強;反式烯烴比順式烯烴穩(wěn)定。
親電加成反應 乙烯的Π鍵 電子云 在分子平面的上方和下方,流動性強,容易極化,因而使烯烴具有給電子能力,容易受到親電試劑進攻發(fā)生加成反應。能與乙烯發(fā)生加成反應的常見試劑有 鹵素 、水、 無機酸 (HX、H?SO?、HOX)等。 1.與鹵素的加成:鹵素分子與乙烯在四氯化碳等溶劑中發(fā)生加成反應,生成二鹵乙烷。鹵素的反應活性順序:F?> Cl? >Br?>I?。氟與乙烯的反應十分劇烈,無法控制,碘則幾乎不發(fā)生反應。因此,通常使用Cl?、Br?與乙烯發(fā)生加成反應,且為反式加成。 室溫下,將乙烯加入至棕紅色溴的 四氯化碳 溶液中,溴的棕紅色很快褪去,該反應通常用于烯烴的鑒別。 2.與 鹵化氫 加成:乙烯與鹵代氫加成生成 一鹵乙烷 。鹵化氫的反應活性為HI> HBr >HCl>HF,即反應活性隨鹵化氫酸性的增強而增強。 3.與水加成:乙烯在磷酸、硫酸催化下,直接與水反應生成醇,稱為烯烴的直接水合法。
4.與硫酸加成:乙烯與冷的濃硫酸反應,生成硫酸氫酯,生成的硫酸氫酯可以進一步水解生成醇。工業(yè)上用這種方法合成醇,稱為烯烴的間接水合法。
氧化反應 乙烯易被氧化,根據(jù)氧化劑氧化能力的差異,碳碳雙鍵的斷裂方式不同,得到的氧化產(chǎn)物也不同。氧化能力稍低時,乙烯僅發(fā)生Π鍵斷裂;氧化能力較強時,σ鍵也會發(fā)生斷裂。
酸性高錳酸鉀溶液 氧化乙烯 ,乙烯的雙鍵發(fā)生斷裂,生成二氧化碳。反應后高錳酸鉀的紫紅色褪去,該反應可以鑒別乙烯。 乙烯與稀冷的堿性(或中性)高錳酸鉀溶液反應,乙烯被氧化成 乙二醇 ,高錳酸鉀還原為 二氧化錳 。 2.臭氧氧化:將 臭氧 通入乙烯溶液中,臭氧可以迅速而且定量地與乙烯反應生成 臭氧化物 ,進一步水解生成 羰基化合物 和 H?O ?,該反應稱為臭氧分解。為避免醛被H?O?氧化,常在水解時加入Zn。 3.過氧酸氧化:乙烯與過氧酸反應生成氧化物稱為環(huán)氧化反應。
聚合反應 乙烯在催化劑和 引發(fā)劑 的作用下,Π鍵斷開,分子間發(fā)生自身加成,形成 聚乙烯 ,n為聚合度,這種由小分子結(jié)合成大分子的反應稱為聚合反應。乙烯的聚合反應稱為 加成聚合反應 ,簡稱 加聚反應 。 此外,將乙烯雙鍵的氫換成其他取代基,可得到不同結(jié)構的聚合物,從而制得性質(zhì)各異的高分子材料。
乙烯的合成
實驗室制乙烯 1.乙醇脫水制乙烯:95%的乙醇與濃硫酸按體積比1:3混合加熱可以制備乙烯。這種方法溫度較難控制,始終存在副反應,會生成乙醚、 氫氣 、 甲烷 等副產(chǎn)物。 2.羧酸直接加熱不容易脫酸,但 羧酸 的鈉鹽與 堿石灰 共熱就可以失去羧基生成 烴類 ??梢园?/span>丙烯酸 制成鈉鹽,再與堿石灰混合加熱。 這種方法反應速度快,反應裝置簡單易操作,乙烯產(chǎn)率高。
工業(yè)制備乙烯
烴類裂解制乙烯 石油烴裂解裝置以 石腦油 、 煤油 、柴油以及 重柴油 為原料,在高溫下裂解。裂解制取的裂解氣是含有氫、甲烷、乙烷、乙烯、丙烷和丙烯等的混合物,利用各組分相對揮發(fā)度的不同,在不同溫度下對裂解氣進行分離、精制,然后才能得到合格的乙烯。
其他方法 1.乙烷脫氫制乙烯
乙烷在催化劑條件下可以脫氫制得乙烯。該工藝與熱裂解工藝相比,有可能降低成本,但距工業(yè)化尚有一段距離。
2.甲烷氧化偶聯(lián)(OCM)制乙烯
以天然氣為原料,在有氧條件下將甲烷活化并直接生成乙烯。由于甲烷的活化及定向轉(zhuǎn)化難度極大,還未開發(fā)出工業(yè)化應用裝置。
生物合成乙烯 乙烯廣泛地存在于植物的各個器官,其中在分生組織、種子萌發(fā)、花剛凋謝和果實成熟時形成乙烯較多。逆境環(huán)境(干旱、水澇、蟲害)或真菌分泌物、 除草劑 、臭氧等化學物質(zhì)均可誘導大量乙烯產(chǎn)生。 植物乙烯大多數(shù)生物合成以 蛋氨酸 為前體。其直接前體為1-氨基環(huán)丙烷-1羧酸(ACC)。蛋氨酸經(jīng)過蛋氨酸循環(huán),形成5’-甲基硫腺苷(MTA)和ACC,前者通過循環(huán)再生成蛋氨酸,而ACC則在ACC氧化酶的催化下氧化成乙烯。 在植物的所有活細胞中都能合成乙烯。
應用領域
工業(yè) 乙烯是當今最重要的工業(yè)產(chǎn)品,本身可以做成聚乙烯以及乙丙共聚物。 聚乙烯的電絕緣性能很好,用途廣泛,是目前世界上生產(chǎn)量最大的一種塑料。 乙烯鹵化后生成 鹵代烴 可以加工 聚氯乙烯 作為溶劑或者阻燃劑。乙烯氧化或水化后生成的 醋酸 , 乙醛 和乙醇都是常見工業(yè)原料,可以制作染料,藥物,香料等產(chǎn)品。烷基化后生成 乙苯 是 苯乙烯 的重要原料,是 丁苯橡膠 、 聚苯乙烯 、abs塑料的上游產(chǎn)品。環(huán)氧化得到的 環(huán)氧乙烷 水解后可得到乙二醇,還可以生產(chǎn) 聚酯纖維 。
生態(tài) 乙烯的三重反應:抑制莖的伸直生長、促進莖或根的橫向增粗、引起莖的橫向生長(即使莖失去負 向重力性 ),可用于乙烯的生物鑒定。 乙烯促使莖橫向生長是由于它引起 偏上生長 所造成的。所謂偏上生長,是指器官的上部生長速度 快于下部的現(xiàn)象。乙烯對莖與葉柄都有偏上生長的作用,從而造成了莖橫生和葉下垂。
農(nóng)業(yè) 乙烯可以促進果實成熟、棉鈴開裂、水稻的灌漿與成熟。 乙烯促進果實成熟的原因可能是增強質(zhì)膜透性,提高水解酶活性,加速呼吸氧化分解,果肉有機物急劇變化,最后達到可食程度。 乙烯還可以促進脫落和衰老,促進開花和雌花分化。乙烯還有促進次生物質(zhì)排出(如 橡膠樹 的乳膠),打破頂端優(yōu)勢,打破種子和芽的休眠,促進 向日葵 產(chǎn)生不定根等生理作用。
安全事宜
毒理學信息 途徑/生物體
劑量
影響
急性暴露/大鼠
950000 ppm
死亡
急性暴露/大鼠
700000-900000 ppm
腦電圖活動異常和胃排空時間減少
急性暴露/大鼠
95%乙烯+5%氧氣
幾秒內(nèi)麻醉,有明顯的紫紺和抑郁,血壓緩慢下降
亞慢性暴露、大鼠
600000 ppm/天 持續(xù)90天
食物攝取和活動減少,白細胞、血小板、紅細胞數(shù)量減少
注:數(shù)據(jù)來源
火災危害 乙烯(包括液體)極易燃燒,與火星、高溫、靜電、助燃氣體等接觸有燃燒爆炸的危險。
操作方法:全面通風,建議操作人員穿防靜電工作服??赡軐⑽磽p壞的容器從周圍區(qū)域移開,避免火災進一步擴大。對于大規(guī)?;馂?,無法滅火時,請撤到安全區(qū)域。
健康危害 乙烯屬于低毒類。經(jīng)呼吸道吸入后,大部分分布于紅細胞。迅速引起麻醉,具有較強的麻醉作用,但絕大部分經(jīng)肺排出,很快在體內(nèi)消失,故蘇醒也快。
對眼及呼吸道粘膜有輕微刺激作用。吸入高濃度乙烯可立即引起意識喪失。長期接觸低濃度乙烯可有頭昏,乏力等癥狀。液態(tài)乙烯可致皮膚凍傷。
急救措施 吸入大量乙烯時,立即將受害者轉(zhuǎn)移到有新鮮空氣的地方,如果停止呼吸,則進行人工呼吸并撥打急救電話。脫下受污染的衣物。 如果接觸液態(tài)乙烯造成凍傷,請立即就醫(yī),為防止進一步受傷,請不要沖洗或用毛巾擦拭,也不要試圖用力脫下凍傷部位的衣服,如果沒有凍傷,可以用肥皂和水清洗接觸部位皮膚。 如果發(fā)生灼傷,請立即用大量冷水長時間沖淋并及時就醫(yī),如果衣物粘附在衣物上,請勿脫掉衣物。
乙烯發(fā)生泄露時,保持通風,將氣體濃度保持在爆炸混合物的范圍以下并清除所有火源,快速移動至離源頭至少800米處,如果可以,在源頭關閉氣體;如果發(fā)生火災,應快速移動至離著火點至少1600米處,確保自己安全后,撥打救援電話。
儲存和運輸
儲存 存放在陰涼、干燥、通風良好的地方。應防止靜電和雷擊,與氧化性材料、鹵素和其他可燃物隔離。采用防爆型照明,通風設施。 禁止使用易產(chǎn)生火花 的機械設備和工具。氣瓶應直立存放,并牢固固定,防止跌落或被撞倒??梢酝ㄟ^擦拭肥皂水檢測乙烯是否泄露以及泄露的準確位置。
運輸 裝運過程中,鋼瓶和容器必須接地,防止產(chǎn)生靜電。應妥善固定乙烯氣瓶位置,輕裝輕卸,嚴禁拋、滑、滾、碰。 運輸過程應該嚴禁煙火,夏季運輸要防止太陽暴曬,禁止與氧氣及易燃物品同車運輸。并配備相應品種和數(shù)量的消防器材及泄露應急處理設備。運輸過程中執(zhí)行交通、消防等部門的有關規(guī)定。