Этилен — простейший алкен¶

Этилен (этен, C₂H₄) — органическое вещество класса алкенов (олефинов), простейший представитель непредельных углеводородов, содержащий одну двойную связь между атомами углерода. При нормальных условиях — газ без цвета, с лёгким сладковатым запахом, горючий, в смеси с воздухом образует взрывоопасные соединения. Молекулярная масса — 28,05 г/моль, температура кипения — −103,7 °C, плавления — −169,2 °C, плотность при 0 °C — 1,2605 кг/м³. Этилен — один из самых массово производимых химических продуктов в мире: объём мирового выпуска превышает 200 млн тонн в год.

¶Свойства и строение

Молекула этилена плоская: оба атома углерода и четыре атома водорода лежат в одной плоскости, углы между связями приблизительно равны 120°. Двойная связь C=C состоит из σ-связи и π-связи, что обусловливает химическую активность вещества — по π-связи этилен легко вступает в реакции присоединения.

Основные физические константы:

Этилен практически нерастворим в воде, но хорошо растворяется в органических растворителях — бензоле, ацетоне, спиртах.

¶Химические реакции

Этилен проявляет характерные реакции алкенов:

• Гидрирование — при нагревании с водородом в присутствии никелевого катализатора образуется этан;
• Галогенирование — с бромной водой даёт 1,2-дибромэтан, что служит качественной реакцией на двойную связь;
• Полимеризация — при давлении 1000–1500 атм и 150–300 °C в присутствии катализаторов образуется полиэтилен;
• Окисление — медленное окисление кислородом воздуха приводит к образованию этиленоксида и уксусного альдегида;
• Реакция Вюрца — с галогенпроизводными в присутствии натрия даёт высшие алкены.

¶Получение

¶Лабораторные методы

В лаборатории этилен получают дегидратацией этанола при 160–180 °C в присутствии концентрированной серной кислоты или оксидов алюминия и циркония. Другой метод — дегалогенирование 1,2-дибромэтана цинковой пылью.

¶Промышленное производство

Основной промышленный способ — пиролиз (крекинг) углеводородного сырья при 750–900 °C. В качестве сырья используют этан, пропан, бутаны, газовый бензин, широкие фракции нефти. При пиролизе этана выход этилена достигает 80–90 %, при пиролизе нефтяных фракций — 20–30 %.

Второй промышленный метод — дегидрирование этанола на оксиде алюминия при 360–400 °C. В СССР и России этот способ получил широкое распространение: введён в эксплуатацию в 1930-х годах на Ставропольском заводе синтетических продуктов (ныне «Невский НОВАТЭК») и в Дзержинске. В России также действуют установки пиролиза на «Сибуре» (Тобольск, Нижнекамск), «Казаньоргсинтезе» и «Нижнекамскнефтехиме».

¶Применение

Этилен — базовое сырьё органического синтеза. Около 60 % мирового производства идёт на получение этиленоксида, который затем превращается в этиленгликоль (антифриз, компонент поликарбонатов), а также в полиэтиленгликоль и этаноламины.

Крупнейшее направление использования — производство полиэтилена (ПЭВД, ПЭНП), на который приходится около 50 % потребления этилена. Другие продукты:

• поливинилхлорид (ПВХ) — через дихлорэтан и винилхлорид;
• стирол и полистирол — через этилбензол;
• ацетальдегид и уксусная кислота;
• этилбензол, этилендибромид;
• синтетический каучук — через бутадиен и стирол.

¶Биологическая роль

Этилен — природный фитогормон, регулирующий созревание плодов, опадение листьев и цветение. Образуется в растениях из метионина под действием фермента этиленсинтазы. В сельском хозяйстве этилен и его синтетические аналоги (этефон) применяют для дозревания фруктов, а в цветоводстве — для регуляции роста. Одновременно этилен ускоряет старение срезанных цветов и хранящихся овощей, поэтому для транспортировки фруктов используют этиленпоглощающие материалы.

¶Безопасность

Этилен — горючий газ (температура вспышки −136 °C), в смеси с воздухом (5–36 % по объёму) образует взрывоопасную смесь. При вдыхании высоких концентраций вызывает головокружение, сонливость, при очень высоких — удушье. Хранят и транспортируют в баллонах под давлением, соблюдая правила обращения с горючими газами.

¶Историческая справка

Впервые этилен («углеводородный газ») был получен в 1669 году Ян Баптист ван Гельмонтом при сухой перегонке древесины. В 1795 году голландские химики Ян Рудольф Дейман, Антони Паулус ван дер Бум и Николас Лувьер впервые получили его из спирта серной кислотой и назвали «огненно-воздушным спиртовым газом» (olefiant gas — «маслодельный газ», поскольку продукт его хлорирования — маслообразная жидкость). Термин «этилен» предложил в 1834 году Михаил Лебедев, а структурную формулу CH₂=CH₂ установил в 1861 году Александр Меншуткин.

¶Источники

• Беленький Б. Х. «Курс органической химии»
• Несмеянов А. Н., Несмеянов Н. А. «Начала органической химии»
• Кнунянц И. Л. и др. «Химическая энциклопедия», т. 5
• «Углеводороды нефти. Справочник» под ред. В. А. Кирпичникова
• Справочник «Химия» под ред. Н. С. Акулова