乙炔 乙炔-結(jié)構(gòu)式
乙炔,一種有機(jī)化合物,是最簡(jiǎn)單的 炔烴 。英文名:ac etylene,俗稱電石氣。化學(xué)式為C?H?,分子量為26.04。在常溫常壓下,純的乙炔為無(wú)色無(wú)味的氣體,工業(yè)制備的乙炔具有刺激性臭味。微溶于水,可溶于丙酮、 乙醚 等有機(jī)溶劑。 乙炔官能團(tuán)為碳碳三鍵,能與水、鹵素等發(fā)生加成反應(yīng),也能在不同條件下發(fā)生聚合反應(yīng),可以通過(guò)特色反應(yīng)定性定量地鑒別乙炔。 乙炔本身并沒(méi)有毒性,但在高濃度時(shí)會(huì)造成窒息,與液態(tài)乙炔直接接觸會(huì)造成凍傷。
基本信息
性質(zhì)
危險(xiǎn)性
NFPA 7 04
0-暴露在火中時(shí)對(duì)人體造成的危害不超過(guò)一般可燃物。
4-在大氣壓和常溫下快速蒸發(fā)或容易在空氣中擴(kuò)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(xué)變化的材料。
w-無(wú)水:與水發(fā)生劇烈反應(yīng)或爆炸的材料。
工業(yè)上普遍使用的乙炔制備方法是電石法,但是電石法能耗大、成本高,許多發(fā)達(dá)國(guó)家已逐步將廉價(jià)的天然氣作為生產(chǎn)乙炔的原料。 乙炔也是合成有機(jī)物最重要的原料之一,被廣泛應(yīng)用于紡織、臨床、建筑、印刷、農(nóng)業(yè)、冶金等領(lǐng)域。 還有研究發(fā)現(xiàn)乙炔對(duì)環(huán)境保護(hù)也有一定的意義。
發(fā)現(xiàn)歷史 乙炔被發(fā)現(xiàn)的非常早,1836年,愛(ài)爾蘭港口城市科克(Cork)皇家學(xué)院化學(xué)教授戴維·愛(ài)德蒙德(Davy,Edmund)在制備金屬鉀的過(guò)程中,將殘?jiān)ㄌ蓟洠┑谷胨?,產(chǎn)生了一種氣體并發(fā)生爆炸,通過(guò)分析確定了這一氣體的化學(xué)組成是C?H(采用碳的原子量等于6計(jì)算)。
1859-1862年間,法國(guó)化學(xué)家 貝特洛 (Berthelot Pierre Engène Marcelin)通過(guò)各種方法制得乙炔,測(cè)定它的化學(xué)組成是C?H?,并命名為acetylene。 1867年德國(guó)有機(jī)化學(xué)家埃論邁爾(Erlenmeyer,Richard August Carl Emil)確定了乙炔的分子式,并指出其中存在碳碳三鍵。
化學(xué)架構(gòu) 圖二:乙炔結(jié)構(gòu)式(由ChemDraw繪制)
理化性質(zhì)
物理性質(zhì) 純乙炔在常溫常壓下為無(wú)色無(wú)味的氣體,電石法制備的乙炔因含有硫化氫、 磷化氫 等副產(chǎn)物而帶有類似大蒜的臭味。乙炔熔點(diǎn)-83.℃(-119°F,升華),沸點(diǎn)-83.9℃(-119°F,升華),密度1.165g/L(gas,0°C,1atm),自燃溫度305℃,閃點(diǎn)-17.8℃(0°F),蒸氣密度0.91g/cm3(比空氣輕),空氣中爆炸極限為2.5%-100%。在水中溶解度為1200mg/L(25℃),微溶于 乙醇 、乙酸、 二硫化碳 ,溶于丙酮、苯,幾乎混溶于乙醚。乙炔與水在特定的壓力和溫度下會(huì)生成水合晶體,這種晶體的存在可能會(huì)造成乙炔管道的堵塞。
化學(xué)性質(zhì)
親電加成反應(yīng) 與鹵素加成:乙炔與鹵素的加成分布進(jìn)行,先生成二鹵代烴,再加成生成四鹵代烴,有時(shí)需要加入催化劑,比如FeX?或SnX?。
與 鹵化氫 加成:乙炔與鹵化氫加成也分兩步進(jìn)行。 與水的加成:乙炔與水的加成通常需要硫酸和 硫酸汞 作催化劑,乙炔與一分子水加成生成一種不穩(wěn)定化合物—烯醇,烯醇不穩(wěn)定,重排轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的酮式,這種重排叫做烯醇式-醛(酮)式互變異構(gòu)。
親核加成反應(yīng) 乙炔與醇、酸的親核加成反應(yīng)可生成乙烯基醚和羧酸乙烯酯。
氧化反應(yīng) 乙炔與 臭氧 、 高錳酸鉀 等氧化劑發(fā)生反應(yīng),生成二氧化碳。 乙炔的氧化反應(yīng):
利用乙炔的氧化反應(yīng),可以定性檢驗(yàn)碳碳三鍵的存在。
還原反應(yīng) 乙炔與氫氣加成可以得到乙烯,進(jìn)一步加成可以生成 乙烷 。根據(jù)催化劑的選取可以決定反應(yīng)進(jìn)行的程度,采用鉑(Pt)、鈀(Pd)、鎳(Ni)等活性較高的催化劑并且氫氣過(guò)量時(shí),生成乙烷;若采用活性較低的催化劑(如Lindlar催化劑或P-2催化劑),可部分生成乙烯。
酸性 碳碳三鍵中的碳原子sp雜化,電負(fù)性較大,所以碳?xì)滏I的電子云主要位于碳原子周圍,使氫原子帶正電,易電離,使的乙炔具有酸性(比水弱)。
炔烴的特色反應(yīng) 乙炔中的炔氫(直接連接在碳碳三鍵碳原子上的氫原子)可以被Ag?、Cu?等金屬離子取代,生成不溶性 炔化物 ??梢杂脕?lái)檢測(cè)和鑒別乙炔。 以上金屬炔化物干燥后受熱或者受到撞擊會(huì)發(fā)生劇烈爆炸,所以在反應(yīng)結(jié)束后,應(yīng)立即加入稀硝酸或 鹽酸 使其分解。
聚合 根據(jù)催化劑的不同,乙炔可以發(fā)生二聚、三聚、多聚反應(yīng)。
制備方法
電石法 電石法是由電石(CaC?)與水發(fā)生水解反應(yīng)制得乙炔的方法,反應(yīng)方程式為:
該方法原料易得,但污染嚴(yán)重,能耗高,制得的乙炔副產(chǎn)物較多。
天然氣法
部分氧化法 部分氧化法是將天然氣和氧氣混合原料預(yù)熱至600~650℃,在氧化裂解爐中,1500℃時(shí) 甲烷 裂解產(chǎn)生乙炔,其主要化學(xué)反應(yīng)方程式為: 這種方法污染小,產(chǎn)生的副產(chǎn)物(一氧化碳和氫氣)可以利用做其他產(chǎn)物原料,且工業(yè)上基建投資少,可大規(guī)模生產(chǎn),操作簡(jiǎn)單。
電弧法 電弧法是通過(guò) 電弧爐 中的電弧產(chǎn)生的高溫使天然氣或其他小分子烴裂解產(chǎn)生乙炔。這種方法原料可以使用任何氣態(tài)烴,但與部分氧化法天然氣燃燒產(chǎn)熱相比,該方法產(chǎn)生的熱量均由電弧產(chǎn)生,能耗大,成本高。
等離子體法 等離子體法是利用等離子體離解天然氣制備乙炔的方法。這種方法工藝簡(jiǎn)單,成本低,安全可靠,無(wú)污染,是一種新的 ,先進(jìn)的制備乙炔的方法。
應(yīng)用領(lǐng)域
工業(yè) 乙炔在工業(yè)方面具有非常廣泛的應(yīng)用前景。乙炔燃燒時(shí)能放出大量熱,可用于金屬焊接和切割,當(dāng)空氣充足時(shí),乙炔充分燃燒并發(fā)出明亮的光,可用于照明。 由于碳碳三鍵的存在,乙炔可以用于沉淀金屬,特別是銅、銀。 乙炔化學(xué)性質(zhì)活潑,能與許多試劑發(fā)生加成反應(yīng),使許多有機(jī)物人工合成的重要原料之一。它被用于溶劑、涂料、 增塑劑 、膠粘劑、合成橡膠改良劑、香料、藥物、 除草劑 的合成,在紡織、農(nóng)藥、臨床、建筑、印刷、農(nóng)業(yè)、冶金等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。
環(huán)境保護(hù) 還有研究發(fā)現(xiàn)乙炔對(duì)環(huán)境保護(hù)也有一定的作用,比如在生物柴油中添加乙炔,改善了生物柴油的不良性能與燃燒,可明顯減少煙霧排放,降低了HC、CO、 CO? 的排放量。 還有空氣中乙炔和氯的混合物在輻照下生成了臭氧,這是除了 二氧化氮 光解產(chǎn)生臭氧以外,發(fā)現(xiàn)的其他產(chǎn)生臭氧的機(jī)制之一。
安全事宜
毒理學(xué)數(shù)據(jù) 途徑/生物體
劑量
影響
吸入/狗
致死濃度(50%):850000ppm
全身麻痹,呼吸刺激
吸入/人體
最低毒性濃度:200000ppm/4M
周圍神經(jīng)和感覺(jué)異常,呼吸困難
吸入/人體
最低致死濃度:50pph/5M
吸入/大鼠
最低毒性濃度:781111ppm/15M
全身麻痹
吸入/大鼠
最低死亡濃度:900000ppm/2H
全身麻痹,抑制呼吸
注:以上數(shù)據(jù)均來(lái)自
火災(zāi)危害 乙炔和空氣混合時(shí),容易產(chǎn)生爆炸。
滅火方式:滅火前盡可能阻止氣體流動(dòng),不斷噴水給暴露在火中的容器降溫。從上風(fēng)接近火災(zāi),避免有毒物質(zhì)揮發(fā),建議使用干粉, 二氧化碳滅火器 。如果火勢(shì)無(wú)法控制,可以考慮擴(kuò)大范圍。
健康危害 當(dāng)乙炔與40%或更多比例的氧氣混合時(shí),它可作為一種麻醉劑,吸入后可能會(huì)出現(xiàn)頭痛,頭暈和意識(shí)喪失等癥狀,如果乙炔含量過(guò)高,可能會(huì)窒息死亡。 若皮膚或眼睛接觸到乙炔(液體),會(huì)造成凍傷,需及時(shí)用大量清水沖洗。
防治措施 眼睛接觸后,如果眼組織凍結(jié),請(qǐng)立即就醫(yī),如果組織沒(méi)有凍結(jié),立即用大量清水沖洗眼睛至少15分鐘,并且頻繁眨動(dòng)眼睛,如果眼睛出現(xiàn)疼痛、腫脹、畏光等不適,請(qǐng)盡快就醫(yī)。
皮膚接觸后,如果出現(xiàn)凍傷,請(qǐng)立即就醫(yī),為防止進(jìn)一步受傷,請(qǐng)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(méi)有凍傷,可以用肥皂和水清洗接觸部位皮膚。
如果有人不慎吸入大量乙炔,請(qǐng)快速轉(zhuǎn)移到空氣新鮮的地方并撥打急救電話。
應(yīng)急措施 乙炔發(fā)生泄露時(shí),保持通風(fēng),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(dòng)至離源頭至少800米處;如果發(fā)生火災(zāi),應(yīng)快速移動(dòng)至離著火點(diǎn)至少1600米處,確保自己安全后,撥打救援電話。
儲(chǔ)存和運(yùn)輸
儲(chǔ)存 儲(chǔ)存于陰涼、干燥、通風(fēng)良好的地方。保持容器密封,遠(yuǎn)離所有的火源和氧化性材料,氣瓶應(yīng)直立存放,并牢固固定,防止跌落或被撞倒。可以通過(guò)擦拭肥皂水檢測(cè)乙炔是否泄露以及泄露的準(zhǔn)確位置。
運(yùn)輸 乙炔不能在加壓液化后貯存或運(yùn)輸,必須把乙炔在10-12個(gè) 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓 下壓入裝有丙酮飽和的多孔性物質(zhì)的特制鋼瓶中。 裝運(yùn)時(shí),應(yīng)妥善固定 乙炔氣瓶 位置,輕裝輕卸,嚴(yán)禁拋,滑,滾,碰。運(yùn)輸過(guò)程應(yīng)該嚴(yán)禁煙火,夏季運(yùn)輸要防止太陽(yáng)暴曬,禁止與氧氣及易燃物品同車運(yùn)輸。運(yùn)輸過(guò)程中執(zhí)行交通、消防等部門的有關(guān)規(guī)定。