Acetilene
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| Acetilene | |
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| Nome IUPAC | |
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| etino | |
| Caratteristiche generali | |
| Formula bruta o molecolare | C2H2 |
| Massa molecolare (uma) | 26,016 |
| Aspetto | gas incolore |
| Numero CAS | 74-86-2 |
| Proprietà chimico-fisiche | |
| Densità (g/l, in c.n.) | 1,17085 |
| Solubilità in acqua | 0,144 g/l a c.n. |
| Temperatura di fusione (K) | 189 (-84°C) |
| Temperatura di ebollizione (K) | 189,6 (-83,6°C) |
| Proprietà termochimiche | |
| ΔfH0 (kJ·mol-1) | 227,4 |
| ΔfG0 (kJ·mol-1) | 209,9 |
| S0m(J·K-1mol-1) | 200,9 |
| C0p,m(J·K-1mol-1) | 44,0 |
| Indicazioni di sicurezza | |
| Limiti di esplosione | 2,5 - 81% vol. |
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| Progetto Chimica - Chemiobox | |
L'acetilene (o etino) è il più semplice degli alchini, idrocarburi con un triplo legame carbonio-carbonio. Fu scoperto nel 1836 dal chimico inglese Edmund Davy.
A temperatura e pressione standard è un gas incolore ed estremamente infiammabile. È un gas estremamente pericoloso perché può esplodere anche con inneschi minimi e per questo è normalmente diluito nell'acetone.
La maggior parte dell'acetilene (~80%) è utilizzata come intermedio di sintesi di altri composti; circa il 20% della produzione annua di acetilene è usato per saldatura e taglio dei metalli (ossiacetilene), dato che la sua combustione con l'ossigeno produce una fiamma la cui temperatura arriva a circa 3300°C. L'acetilene è anche usato nella lavorazione dell'acciaio.
L'acetilene è utilizzato nei dispositivi di illuminazione utilizzati dagli speleologi dove viene prodotto in situ a partire dal carburo di calcio facendolo reagire con l'acqua.
L'acetilene viene utilizzato anche in agricoltura per far maturare più velocemente tutte le varietà di mela.
Viene utilizzato anche in saldatura ed in brasatura, sia in bombole sia prodotto in loco da gasogeni, anche se la saldatura elettrica da circa 50 anni sta progressivamente soppiantando l'uso della saldatura a cannello.
La molecola dell'acetilene ha geometria lineare, ovvero tutti e quattro gli atomi sono allineati lungo l'asse del triplo legame che unisce i due atomi di carbonio che hanno ibridazione sp. Dal punto di vista chimico, la reattività dell'acetilene è simile a quella dell'etene, ovvero si manifesta attraverso reazioni di addizione al triplo legame.
Una particolarità dell'acetilene (e in genere degli alchini terminali, ossia quelli che hanno struttura tipo R-C≡C-H) è l'acidità degli atomi di idrogeno. Per trattamento con basi forti, l'acetilene perde uno o entrambi gli idrogeni formando l'anione HC≡C- (acetiluro) o il dianione C22- (carburo).
Data l'estrema facilità con cui brucia ed esplode, nonché l'elevata energia liberata dalle sue esplosioni, l'acetilene va manipolato con estrema cautela.
Indice |
[modifica] Sintesi
L'acetilene è un prodotto molto costoso; si tende a sostituirlo con etilene che costa un terzo ed è molto meno pericoloso (infatti l'acetilene ha limiti di esplosività in aria di 2.3-80 e di 2.3-93 in ossigeno).
Il primo metodo di preparazione risale al 1862:
CaO + 3C ⇄ CaC2 + CO ΔH°=108 kcal/mol
in forno elettrico si carica una miscela di coke (40 %) e di calce (60 %), si scalda a T = 2000 °C. Il consumo di energia elettrica è di 4-4.3 kWh per kg di CaC2. Successivamente si idrolizza il carburo di calcio:
CaC2 + 2H2O → Ca(OH)2 + CH≡CH ΔH°=–32 kcal/mole
Con l'aumento della domanda di acetilene questo processo va in crisi perché non si possono costruire forni di alta capacità. Si è sviluppato quindi un processo di pirolisi di idrocarburi:
2CH4 → CH≡CH + 3H2 ΔH°=96 kcal/mole, con ΔG°<0 a T=1450 °C
C4H10 → 2CH≡CH + 3H2 ΔH°=72 kcal/mole, con ΔG°<0 a T=1120 °C
A T basse l'acetilene è ancora più instabile, ma la cinetica di decomposizione è più lenta:
2C + H2 ⇄ CH≡CH ΔH°=54 kcal/mole, con ΔG°> 0 fino a T=4000 °C
A temperatura ambiente viene assorbito in acetone per essere stabilizzato.
Il problema di questa sintesi è quello di fornire calore ad alte T per tempi bassissimi; le soluzioni trovate sono 2:
1. calore fornito dall'esterno (arco elettrico o parete riscaldata); i gas di reazione non vengono inquinati o diluiti dai prodotti di combustione;
2. calore fornito dall'interno (come nei gasogeni) per combustione parziale dei reagenti, o per miscelazione dei reagenti con i gas di combustione.
[modifica] Reattore ad arco elettrico rotante
È un reattore tubolare raffreddato da una camicia a circolazione di acqua; un'elettrocalamita fa ruotare l'arco che scocca fra l'elettrodo centrale e la parete del reattore, in modo ottenere una d.d.p. uniforme e quindi una T uniforme. Ciò serve a diminuire le quantità di nerofumo e quindi evitare l'abbassamento di resa in acetilene. Ci sono due alimentazioni: a monte dell'arco si alimentano idrocarburi leggeri C1-C3 a T = 2500 °C; a valle si alimentano C4-C11 a T = 1800 °C. Il raffreddamento è ottenuto sia per evaporazione del fluido di quenching sia per assorbimento di calore da parte della reazione paraffina → acetilene. Il tempo di contatto è di circa 1/100 di secondo.
[modifica] Processo Wulf
Ci sono due forni che lavorano alternativamente: il primo in fase di riscaldamento, dove si ha la combustione in aria; nel secondo si ha la fase di pirolisi a 1200 °C.
[modifica] Bruciatore Fauser-Montedison
In questo caso si hanno due diversi quenching: un primo con benzina, dove avvengono deidrogenazioni con produzione di acetilene ed etilene; in seguito si ha un secondo quench con acqua.
[modifica] Processo Hoechst-Uhde
Come combustibile si usa il gas che proviene dalla coda dell'impianto (H2 + CO + idrocarburi). Il reagente idrocarburico è successivamente iniettato nella corrente gassosa costituita dai gas combusti caldi, a T = 1500 °C e tempo di contato pari a 1/1000 di secondo.
