Свойства и значение этилена

В данной статье познакомим вас с этиленом и его свойствами. Этилен — бесцветный газ. Является активным метаболитом биохимических реакций, из-за чего влияет на процессы прорастания семян, роста корневых волосков и нарастание клубеньков у бобовых растений. 

Химическая структура и формула этилена

Определение: Этилен — органическое вещество из двух атомов углерода, которое относиться к классу алкенов. Открытие принадлежит немецкому медику, химику И. И. Бехеру.

В состав входят два атома углерода (С=С), которые соединены посредством двойной связи. Двойная связь состоит из одной σ-связи и одной π-связи. Атомы водорода (H) расставлены в стороны под углом 120 градусов благодаря sp2-гибридизации электронных плотностей.

Длина двойной связи равна около 0,135 нм. В образовании соединения между углеродами участвуют три гибридной орбиталей. Среди них одна s-орбиталь и две p-орбиталей. Так получается sp2-гибридизация.

Физические и химические свойства этилена

Разобрали строение вещества. Теперь следует перейти к его физическим и химическим свойствам.

Физические свойства

Представляет собой газ без цвета, с сладким запахом. Этилен легче воздуха и легко поднимается при открытой емкости. Легко воспламеняется при контакте с огнем. Не растворяется в воде, но легко растворяется в органических растворителях.

Химические свойства

Химическая активность углеводорода обусловлена наличием двойной связи. Он активно вступает в реакции присоединения, чем не могли похвастаться обычные алканы. Наличие других атомов водорода дают возможность этилену и дальше отщеплять их с образованием второй π-связи. Разберем реакции на этилен по порядку.

• Гидрирование — реакция присоединения водородной молекулы. Условием реакции выступает наличие никеля или платины, как катализатора. Образуется алкан — этан.

• Галогенирование — взаимодействие этилена и галогена с образованием галогленалкана. В данном случае с хлором получился 1,2-дихлоралкан.

• Гидрогалогенирование — реакция этилена с хлороводородом или бромоводородом. Образуется также галогеналкан. Но только с одним атомом галогена. В реакции с хлороводородом получился хлорэтан.

• Гидратация — контакт этилена с водой в присутствии концентрированной серной кислоты. Также рвется π-связи. Присоединяются спиртовая группа (-OH) и водород (H). Получается спирт — этанол.

• Алкилирование — взаимодействие этилена и бензола. В контакте также участвует катализатор хлорид алюминия и соляная кислота. Образуется радикал алкана, который присоединяется к бензольному кольцу. Итогом становиться этилбензол.

• Полимеризация — взаимодействие многочисленных молекул этилена между собой с разрывом π-связей. Получается полимерная цепочка. Вещество называется полиэтилен.

• Окисление этилена на катализаторе — реакция этилена с кислородом в присутствии хлоридов палладия (II) и меди (II). В результате образуются две молекулы ацетальдегида.

• Мягкое окисление этилена — реакция этилена с перманганатом калия (KMnO4) в нейтральной среде. То есть с добавлением воды (H2O). Образуется сильное основание, оксид марганца (IV) и этиленгликоль (диол). Температура охлаждается до 0 градусов.

• Жесткое окисление этилена — взаимодействие этилена с перманганатом калия (KMnO4) в кислой среде. Чаще для этого используется серная концентрированная кислота (H2SO4). На выходе получаются сульфаты калия и марганца (II), вода и углекислый газ (CO2). 

• Горение. Этилен сгорает с образованием 2 молекул углекислого газа и 2 молекул воды. Затрачиваются 3 молекулы кислорода.
• Дегидрирование — реакция отщепления молекулы водорода от этилена. Проводиться с подогревом и на катализаторе. Образуется этин.

Производство этилена

Рассмотрим методики получения на производстве и в лабораториях.

Лабораторная методика

Заключается в отщеплении воды от молекулы этилового спирта. Реакция называется дегидратацией. Происходит при нагревании до 180 градусов и в присутствии концентрированной серной кислоты. Отщепляется молекула воды и образуется этилен.

Производственная методика

Основана на обработке углеводородной нефтяной смеси. Фракции нефти подвергаются пиролизу – жесткому нагреванию до высоких температур. Образуются непредельные углеводороды, среди которых есть этилен.

Применение этилена

Находит широкое применение в рамках химической синтетической промышленности. Используется для синтеза полиэтилена и других пластиковых полимерных материалов. Из этилена получается создать ряд полезных веществ:

• дихлорэтан (C2H4Cl2);
• этиленгликоль (C2H4(OH)2);
• этилбензол (C6H5-C2H5);
• уксусная кислота (CH3COOH).

Безопасность и экология

Теперь следует разобраться с значением этилена в жизни человека и окружающей среде.

Значение в природе

Играет важную роль в процессах цветения и вегетации, так как является фитогормоном. Благодаря нему происходит распускание бутонов, прорастание семян и проростков, процессы опадания листьев и хвои деревьев и другие процессы онтогенеза растений. 

Значение для человека

Отметим, что продукт окисления этилена обладает канцерогенным свойством. Большие концентрации данного газа токсичны. В закрытых помещениях он способен вызвать удушье, нехватку кислорода, головокружения. Жидкость также опасна для человека. Прикосновение приводит к обморожению и аномальному возбуждению.

Значение для экологии

Напомним, что этилен обладает важным фитогормональным значением. Как метаболит способствует процессам роста и развития растений.

При утечке данного газа возникает вероятность пожара. Этилен легко воспламеняется, что может привести к неконтролируемому возгоранию, а в случаях с закрытым помещением даже к взрыву. Взрываться может и газ, закрытый в специальных баллонах. Во избежание несчастного случая следует соблюдать технику безопасности.