Structure d'éthane, propriétés, utilisations et risques

Le éthane est un hydrocarbure simple de formule C₂H₆ avec une nature de gaz incolore et inodore qui a une utilisation très précieuse et diversifiée dans la synthèse de l'éthylène. En outre, il s’agit de l’un des gaz terrestres qui ont également été détectés dans d’autres planètes et corps d’étoiles autour du système solaire. Il a été découvert par le scientifique Michael Faraday en 1834.

Parmi le grand nombre de composés organiques formés par des atomes de carbone et de l'hydrogène (appelé hydrocarbures), il y a ceux qui sont dans un état gazeux à des températures et pressions ambiantes, qui sont utilisés dans de nombreuses industries fortement.

Ceux-ci viennent généralement à partir du mélange de gaz dit « gaz naturel », un produit de haute valeur à l'homme, et comprennent des alcanes de type méthane, éthane, propane et butane, et d'autres; classés en fonction de la quantité d'atomes de carbone dans sa chaîne.

Index

• 1 structure chimique
  • 1.1 Synthèse de l'éthane
• 2 propriétés
  • 2.1 Solubilité de l'éthane
  • 2.2 Cristallisation de l'éthane
  • 2.3 Combustion d'éthane
  • 2.4 L'éthane dans l'atmosphère et dans les corps célestes
• 3 utilisations
  • 3.1 Production d'éthylène
  • 3.2 Formation de produits chimiques de base
  • 3.3 Réfrigérant
• 4 risques d'éthane
• 5 références

Structure chimique

L'éthane est une molécule de formule C₂H₆, généralement vu comme une union de deux groupes méthyle (-CH₃) pour former l’hydrocarbure d’une simple liaison carbone-carbone. C'est aussi le composé organique le plus simple après le méthane, représenté comme suit:

H₃C-CH₃

Les atomes de carbone de cette molécule possèdent une hybridation sp³Ainsi, les liaisons moléculaires présentent une rotation libre.

En outre, il existe un phénomène intrinsèque de l'éthane, qui est basé sur la rotation de la structure moléculaire de celle-ci et l'énergie minimale nécessaire pour produire une rotation de la liaison 360, que les scientifiques ont nommé « éthane barrière ».

Pour cette raison, l'éthane peut être présenté dans différentes configurations en fonction de sa rotation, même si sa conformation plus stable existe lorsque les atomes d'hydrogène se font face (comme le montre la figure).

Synthèse de l'éthane

Ethane peut être facilement synthétisé à partir de l'électrolyse de Kolbe, une réaction organique dans lequel les deux étapes se produisent: une decarboxylation électrochimique (élimination du groupe carboxyle et la libération de dioxyde de carbone) de deux acides carboxyliques, et les produits combinés intermédiaires pour former une liaison covalente.

De même, l'électrolyse de l'acide acétique entraîne la formation d'éthane et de dioxyde de carbone, et cette réaction est utilisée pour synthétiser le premier.

L'oxydation de l'anhydride acétique par l'action des peroxydes, concept similaire à celui de l'électrolyse de Kolbe, entraîne également la formation d'éthane.

De même, il peut être efficacement séparé du gaz naturel et du méthane par un procédé de liquéfaction, en utilisant des systèmes cryogéniques pour capter ce gaz et le séparer des mélanges avec d’autres gaz.

Le processus de turboexpansion est préféré pour ce rôle: le mélange de gaz est passé à travers une turbine, générant une expansion de celui-ci, jusqu'à ce que sa température tombe en dessous de -100 ° C.

Déjà à ce stade, peut être différenciés des composants du mélange, de sorte que le méthane liquide et de gaz d'éthane autres espèces impliquées dans l'utilisation d'une distillation séparée.

Propriétés

L'éthane se trouve dans la nature sous forme de gaz inodore et incolore aux pressions et aux températures standard (1 atm et 25 ° C). Il a un point d'ébullition de -88,5 ° C et un point de fusion de -182,8 ° C. En outre, il n'est pas affecté par une exposition à des acides ou à des bases fortes.

Solubilité dans l'éthanol

Les molécules d'éthane ont une configuration symétrique et ont des forces d'attraction faibles qui les maintiennent ensemble, appelées forces de dispersion.

Lorsque l'on tente de dissoudre de l'éthane dans l'eau, les forces d'attraction formées entre le gaz et le liquide sont très faibles. Il est donc très difficile de connecter l'éthane avec des molécules d'eau.

Pour cette raison, la solubilité de l'éthane est considérablement faible, augmentant légèrement lorsque la pression du système augmente.

Cristallisation de l'éthane

L'éthane peut être solidifié, entraînant la formation de cristaux d'éthane instables ayant une structure cristalline cubique.

Avec une baisse de température au-delà de -183,2 ° C, cette structure devient monoclinique, augmentant la stabilité de sa molécule.

Combustion d'éthane

Cet hydrocarbure, même s'il n'est pas largement utilisé comme combustible, peut être utilisé dans les processus de combustion pour générer du dioxyde de carbone, de l'eau et de la chaleur, qui sont représentés comme suit:

2C₂H₆ + 7O₂ → 4CO₂ + 6h₂O + 3120 kJ

Il y a aussi la possibilité de brûler cette molécule sans excès d'oxygène, appelée «combustion incomplète», et qui entraîne la formation de carbone amorphe et de monoxyde de carbone dans une réaction indésirable, en fonction de la quantité d'oxygène appliquée. :

2C₂H₆ + 3O₂ → 4C + 6H₂O + chaleur

2C₂H₆ + 4O₂ → 2C + 2CO + 6H₂O + chaleur

2C₂H₆ + 5O₂ → 4CO + 6H₂O + chaleur

Dans ce domaine, la combustion se produit par une série de réactions de radicaux libres, numérotées dans les centaines de réactions différentes. Par exemple, des composés tels que le formaldéhyde, l'acétaldéhyde, le méthane, le méthanol et l'éthanol peuvent se former dans des réactions de combustion incomplètes.

Cela dépendra des conditions dans lesquelles la réaction se produit et des réactions radicalaires impliquées. L'éthylène peut également se former à haute température (600-900 ° C), un produit hautement recherché par l'industrie.

L'éthane dans l'atmosphère et dans les corps célestes

L’éthane est présent dans l’atmosphère de la planète Terre et on soupçonne que l’être humain a réussi à doubler cette concentration depuis qu’il a commencé à exercer des activités industrielles.

Les scientifiques pensent qu'une grande partie de la présence actuelle d'éthane dans l'atmosphère est due à la combustion de combustibles fossiles, bien que les émissions mondiales d'éthane aient diminué de près de moitié depuis que les technologies de production de gaz de schiste ont été améliorées. source de gaz naturel).

Cette espèce est également produite naturellement par l'effet des rayons solaires sur le méthane atmosphérique, qui se recombine et forme une molécule d'éthane.

L'éthane existe à l'état liquide à la surface de Titan, l'une des lunes de Saturne. Cela se produit en plus grande quantité dans la rivière Vid Flumina, qui coule sur plus de 400 kilomètres vers l'une de ses mers. Ce composé a également été démontré sur les comètes et à la surface de Pluton.

Utilise

Production d'éthylène

L'utilisation de l'éthane repose principalement sur la production d'éthylène, le produit organique le plus utilisé dans la production mondiale, grâce à un procédé connu sous le nom de vapocraquage.

Ce procédé consiste à faire passer une alimentation d'éthane diluée avec de la vapeur dans un four, en la chauffant rapidement sans oxygène.

La réaction se produit à une température extrêmement élevée (entre 850 et 900 ºC), mais le temps de séjour (le temps passé par l'éthane à l'intérieur du four) doit être bref pour que la réaction soit efficace. À des températures plus élevées, plus d'éthylène est généré.

Formation chimique de base

L'éthane a également été étudié comme composant principal dans la formation de produits chimiques de base. La chloration oxydative est l'un des procédés proposés pour obtenir du chlorure de vinyle (un composant du PVC), remplaçant les produits moins coûteux et plus complexes.

Liquide de refroidissement

Enfin, l’éthane est utilisé comme réfrigérant dans les systèmes cryogéniques courants, ce qui montre également la capacité de congeler de petits échantillons en laboratoire pour analyse.

C'est un très bon substitut pour l'eau, qui prend plus de temps pour refroidir les échantillons délicats et peut également générer la formation de cristaux de glace nocifs.

Risques d'éthane

-L'éthane a la capacité de s'enflammer, principalement quand il se joint à l'air. A des pourcentages de 3,0 à 12,5% en volume d'éthane dans l'air, un mélange explosif peut se former.

- Il peut limiter l'oxygène dans l'air dans lequel il se trouve et, pour cette raison, il présente un facteur de risque d'asphyxie pour les personnes et les animaux présents et exposés.

-L'éthane sous forme liquide congelée peut gravement brûler la peau si elle entre en contact direct avec elle, et agit également comme milieu cryogénique pour tout objet qui le touche ou le gèle par instants.

-Les vapeurs d'éthane liquide sont plus lourdes que l'air et sont concentrées sur le sol, cela peut présenter un risque d'inflammation pouvant générer une réaction en chaîne de combustion.

-L'ingestion d'éthane peut provoquer des nausées, des vomissements et des hémorragies internes. L'inhalation, en plus de la suffocation, provoque des maux de tête, de la confusion et des sautes d'humeur. La mort due à un arrêt cardiaque est possible à des expositions élevées.

-Il s'agit d'un gaz à effet de serre qui, associé au méthane et au dioxyde de carbone, contribue au réchauffement de la planète et au changement climatique généré par la pollution humaine. Heureusement, il est moins abondant et plus durable que le méthane et absorbe moins de rayonnements.

Références

1. Britannica, E. (s.f.). Éthane. Récupéré de britannica.com
2. Nes, G. V. (s.f.). Structures monocristallines et distributions de densité électronique de l'éthane, de l'éthylène et de l'acétylène. Récupéré de rug.nl
3. Sites, G. (s.f.). Ethane: sources et puits. Récupéré de sites.google.com
4. SoftSchools. (s.f.) Formule d'éthane. Récupéré de softschools.com
5. Wikipedia. (s.f.) Éthane. Récupéré de en.wikipedia.org