Ацетилен структурний. Ацетилен - газ із найвищою температурою полум'я! Що робити, якщо виникла пожежа

Ацетилен - газ зі слабким часниковим запахом, конденсується в рідину при температурі - 84 ° С і тиску 62 атм.

Суміші ацетилену із повітрям вибухонебезпечні. Рідкий ацетилен підриває при попаданні до нього пилу.

Зберігають і транспортують ацетилен або в адсорбованому стані активованого вугілля, або в розчинах карбонильных сполук. 1 об'єм ацетону поглинає 25 об'ємів ацетилену (за нормальних умов). Перевозять ацетилен у балонах заповнених активованим вугіллям. Ацетилен легко розкладається на вуглець та водень під час нагрівання.

Хімічні властивості
1. Реакції приєднання

Приєднання водню

Водень на каталізаторах гідрування відновлює алкін до алканів.

Щоб зупинити реакцію на стадії утворення алкенів, використовують спеціальні добавки до каталізаторів благородної групи:

З хімічних відновників використовують гідриди.

На відміну від гідрування каталітичного, що призводить до утворення цис-алкенів, хімічні відновники дають транс-алкени.

В даний час у промисловості застосовують рідкі гідриди алюмінію:

(RO) 2 AlHрідина світло-жовтого кольору,

Приєднання галогеноводородів

Метод широко використовується в промисловості для одержання хлорвінілу, дихлоретану, тетрахлоретилену та інших хлорпохідних.

Реакція протікає за електрофільним механізмом:

Приєднання галогенів

Реакція застосовується для синтезу тетрахлоретилену. У промисловості отримують всілякі продукти із застосуванням вологого окису або гідроокису Ca-агенти м'якого відщеплення H-X (дегідрогалогеніруючі реагенти).

Для отримання тетрахлоретилену застосовують двостадійний метод:

Приєднання хлору до ацетиленів протікає дуже бурхливо, безпечне хлорування можна проводити в розчині переносника хлору:

 комплекс п'ятихлористої сурми з пентахлоретаном.

Реакції нуклеофільного приєднання до ацетиленів

Приєднання води

Вода відноситься до нейтральних нуклеофілів.

Механізм реакції:

Активування ацетилену комплексом із ртуттю

Приєднання спиртів

Спирти дещо сильніші нейтральні нуклеофіли, ніж вода:

Реакція приєднання спиртів до ацителенів називається вінілювання спиртів:

Вінілові ефіри стійка форма існування вінілових спиртів ( єнолів).

Деякі властивості вінілових ефірів

Вінілові ефіри більш реакціоноспроможні в реакціях електрофільного приєднання ніж етилени.

Алкоксигрупа завдяки поєднанню викликає значне збільшення електронної щільності на подвійному зв'язку, що сприяє легкості утворення -комплексу з електрофільними реагентами.

Так, наприклад, реакція з бромом протікає з кількісним виходом:

У присутності кислот вінілові ефіри можуть полімеризуватися за катіонним механізмом:

ПВБЕ, так званий бальзам Шостаковського, має антисептичні властивості, є замінником пеніцилінів.

Приєднання карбонових кислот до ацетиленів

ПВА використовується як лаки та клеї; при гідролізі піввінілацетату утворюється полівініловий спирт:

Полівініловий спирт незамінний для приготування лаків та емалей.

Приєднання синильної кислоти

Реакція карбонілювання

Всі похідні акрилової кислоти знаходять широке застосування як полімерні матеріали з індивідуальними властивостями. Наприклад, поліакриламід використовується як синтетичний клей, а метилметакрилат – органічного скла.

Нітрування ацетилену

Проводять сумішшю сірчаної та азотної кислот з метою одержання тетранітрометану.

В умовах реакції динітрооцтовий альдегід окислюється, декарбоксилюється та донітрується:

Реакції полімеризації ацетилену

Лінійна полімеризація

Може проходити як димеризація або тримеризація:

Вінілацетилен використовують у промисловості для отримання хлоропрену.

У присутності ацетиленіду міді ацетилен утворює речовину купрен:

Високотемпературна циклізація ацетилену

Якщо використовувати карбоніл заліза як каталізатор, то можна отримати навіть циклооктатетраєн.

Особливості будови ацетилену впливають на його властивості, отримання та застосування. Умовне позначення складу речовини - З 2 Н 2 - це його найпростіша та брутто-формула. Ацетилен утворений двома атомами вуглецю, між якими виникає потрійний зв'язок. Її наявність відображають різні види формул і моделей молекули етину, що дозволяють розібратися в проблемі впливу будови на властивості речовини.

Алкіни. Загальна формула. Ацетилен

Вуглеводні алкіни, або ацетиленові, є ациклічними, ненасиченими. Ланцюжок атомів вуглецю — не замкнутий, у ньому присутні прості та кратні зв'язки. Склад алкінів відбиває зведена формула C n H 2n - 2 . У молекулах речовин цього класу є один або кілька потрійних зв'язків. Ацетиленові сполуки належать до ненасичених. Це означає, що лише одна валентність вуглецю реалізується за рахунок водню. Три зв'язку, що залишилися, використовуються при взаємодії з іншими атомами вуглецю.

Перший - і найвідоміший представник алкінів - ацетилен, або етин. Тривіальне походить від латинського слова "acetum" - "оцет" і грецького - "hyle" - "дерево". Родоначальник гомологічного ряду був відкритий в 1836 в пізніше речовину синтезували з вугілля і водню Е. Деві і М. Бертло (1862 рік). При звичайній температурі та нормальному атмосферному тиску ацетилен знаходиться у газоподібному стані. Це безбарвний газ, без запаху, малорозчинний у воді. Етин легше розчиняється в етанолі та ацетоні.

Молекулярна формула ацетилену

Етин - найпростіший член свого гомологічного ряду, його склад та будова відображають формули:

С 2 Н 2 — молекулярний запис складу етину, що дає уявлення про те, що речовина утворена двома вуглецевими атомами та таким самим числом атомів водню. За цією формулою можна розрахувати молекулярну та сполуку. Mr (З 2 Н 2) = 26 а. е. м., М (З 2 Н 2) = 26,04 г/моль.
Н:С:::С:Н - електронно-крапкова формула ацетилену. Подібні зображення, що отримали назву «структури Льюїса», відображають електронну будову молекули. При написанні необхідно дотримуватись правил: атом водню прагне при утворенні хімічного зв'язку мати конфігурацію валентної оболонки гелію, інші елементи - октетом зовнішніх електронів. Кожна двокрапка означає загальну для двох атомів або неподілену пару електронів зовнішнього енергетичного рівня.
H-C≡C-H - структурна формула ацетилену, що відображає порядок і кратність зв'язків між атомами. Одна рисочка замінює собою одну пару електронів.

Моделі молекули ацетилену

Формули, що показують розподіл електронів, послужили фундаментом до створення атомно-орбітальних моделей, просторових формул молекул (стереохімічних). Ще наприкінці XVIII століття набули поширення шарострижневі моделі - наприклад, кульки різного кольору та розміру, що позначають вуглець і водень, які утворюють ацетилен. Структурна формула молекули представлена у вигляді стрижнів, що символізують хімічні зв'язки та їх кількість у кожного атома.

Шаростержнева модель ацетилену відтворює валентні кути, рівні 180°, але міжядерні відстані молекулі відбиваються приблизно. Порожнечі між кульками не створюють уявлення про заповнення простору атомів електронною густиною. Недолік усунений у моделях Дрейдингу, що позначають ядра атомів не кульками, а точками приєднання стрижнів один до одного. Сучасні об'ємні моделі дають більш яскраве уявлення про атомні та молекулярні орбітали.

Гібридні атомні орбіталі ацетилену

Вуглець у збудженому стані містить три р-орбіталі та одну s з неспареними електронами. При освіті метану (СН 4) вони беруть участь у створенні рівноцінних зв'язків із атомами водню. Відомий американський дослідник розробив вчення про гібридний стан атомних орбіталей (АТ). Пояснення поведінки вуглецю в хімічних реакціях полягає у вирівнюванні АТ за формою та енергії, утворення нових хмар. Гібридні орбіталі дають міцніші зв'язки, стає стійкішою за формулу.

Атоми вуглецю в молекулі ацетилену, на відміну від метану, піддаються sp-гібридизації. За формою та енергії змішуються s-і р електрони. З'являються дві sp-орбіталі, що лежать під кутом 180 °, спрямовані по різні боки від ядра.

Потрійний зв'язок

В ацетилені гібридні електронні хмари вуглецю беруть участь у створенні зв'язків σ з такими ж сусідніми атомами і з воднем у парах С—Н. Залишаються дві перпендикулярні один одному негібридні p-орбіталі. У молекулі етину вони беруть участь у освіті двох π-зв'язків. Разом з σ виникає потрійний зв'язок, який відбиває структурна формула. Ацетилен відрізняється від етану та етилену відстанню між атомами. Потрійний зв'язок коротший за подвійний, але має великий запас енергії, є більш міцним. Максимальна щільність σ- та π-зв'язків розташована в перпендикулярних областях, що призводить до утворення циліндричної електронної хмари.

Особливості хімічного зв'язку в ацетилені

Молекула етину має лінійну форму, що успішно відбиває хімічна формула ацетилену — H—C≡C—H. Атоми вуглецю і водню знаходяться вздовж однієї прямої, між ними виникають 3 - і 2 - зв'язку. Вільний рух, обертання вздовж осі CC неможливо, цьому перешкоджає наявність кратних зв'язків. Інші особливості потрійного зв'язку:

кількість пар електронів, що зв'язують два атоми вуглецю, - 3;
довжина - 0,120 нм;
енергія розриву - 836 кДж/моль.

Для порівняння: у молекулах етану та етилену довжина одинарного та подвійного хімічного зв'язку — 1,54 і 1,34 нм відповідно, енергія розриву С—С становить 348 кДж/моль, C=C — 614 кДж/моль.

Гомологи ацетилену

Ацетилен - найпростіший представник алкінів, в молекулах яких також є потрійний зв'язок. Пропін СН 3 С≡СН - гомолог ацетилену. Формула третього представника алкінів - бутина-1 - СН 3 СН 2 С ≡СН. Ацетилен – тривіальна назва етину. алкінів підпорядковується правилам ІЮПАК:

в лінійних молекулах вказується назва основного ланцюга, що виникла від грецького чисельного, до якого додається суфікс -ін та номер атома при потрійному зв'язку, наприклад, етин, пропін, бутин-1;
нумерацію головного ланцюжка атомів починають з кінця молекули, найближчого до потрійного зв'язку;
для розгалужених вуглеводнів спочатку йде найменування бічного відгалуження, потім слідує назва головного ланцюжка атомів з суфіксом -ін.
заключна частина найменування - цифра, що вказує на розташування в молекулі потрійного зв'язку, наприклад, бутин-2.

Ізомерія алкінів. Залежність властивостей від будови

Етин та пропін не мають ізомерів положення потрійного зв'язку, вони з'являються, починаючи з бутину. Ізомери вуглецевого скелета є у пентину і гомологів, що слідують за ним. Щодо потрійного зв'язку не проявляється просторова ізомерія ацетиленових вуглеводнів.

Перші 4 гомологи етину - гази, погано розчинні у воді. Ацетиленові вуглеводні C5-C15 - рідини. Твердими речовинами є гомологи етину, починаючи з вуглеводню C17. Хімічна природа алкінів зазнає значного впливу потрійного зв'язку. типу активніше, ніж етиленові, приєднують різні частки. На цій властивості засноване широке застосування етину в промисловості та техніці. При горінні ацетилену виділяється велика кількість теплоти, що знаходить застосування в газовому різанні та зварюванні металів.

Ацетилен

Назва цієї речовини пов'язана зі словом "оцет". Сьогодні це єдиний газ, що широко використовується в промисловості, горіння і вибух якого можливі за відсутності киснючи інших окислювачів. Згоряючи в кислоті, він дає дуже гаряче полум'я до 3100°С.

Як синтезувався ацетилен

Вперше ацетилен отримав 1836 Едмунд Деві, двоюрідний брат знаменитого Гемфрі Деві. Він подіяв водою на карбід калію: До 2 З 2 + 2Н 2 О=С 2 Н 2 + 2КОН і отримав новий газ, який назвав двовуглецевим воднем. Цей газ був, переважно, цікавий хімікам з погляду теорії будови органічних сполук. Один із творців так званої теорії радикалів Юстус Лібіх назвав групу атомів (тобто радикал) З 2 Н 3 ацетилом.
Латиною acetum - оцет; молекула оцтової кислоти (С2Н3О+О+Н, як записували тоді її формулу) розглядалася як похідне ацетилу. Коли французький хімік Марселен Бертло в 1855 році зумів отримати «двовуглецевий водень» відразу кількома способами, він назвав його ацетиленом . Бертло вважав ацетилен похідним ацетилу, від якого відібрали один атом водню: З 2 Н 3 - Н = З 2 Н 2 . Спочатку Бертло отримував ацетилен, пропускаючи пари етилену, метилового та етилового спирту через розпечену до червоного трубку. У 1862 році він зумів синтезувати ацетилен з елементів, пропускаючи водень через полум'я вольтової дуги між двома вугільними електродами. Всі згадані методи синтезу мали лише теоретичне значення, і ацетилен був рідкісним і дорогим газом, поки не був розроблений дешевий спосіб отримання карбіду кальцію прожарюванням суміші вугілля та негашеного вапна: СаО + 3С = СаС 2 + СО. Це сталося наприкінці ХІХ століття.
Тоді ацетилен стали використовувати для освітлення . У полум'ї за високої температури цей газ, що містить 92,3% вуглецю (це своєрідний хімічний рекорд), розкладається з утворенням твердих частинок вуглецю, які можуть мати у своєму складі від декількох до мільйонів атомів вуглецю. Сильно розжарюючись у внутрішньому конусі полум'я, ці частинки обумовлюють яскраве свічення полум'я - від жовтого до білого, залежно від температури (чим гаряче полум'я, тим ближчий колір до білого).
Ацетиленові пальники давали у 15 разів більше світла, ніж звичайні газові ліхтарі, якими освітлювали вулиці. Поступово вони були витіснені електричним освітленням, але ще довго використовувалися у невеликих ліхтарях на велосипедах, мотоциклах, кінні екіпажі.
Протягом тривалого часу ацетилен для технічних потреб (наприклад, на забудовах) отримували «гасінням» карбіду водою. Отриманий з технічного карбіду кальцію ацетилен має неприємний запах через домішки аміаку, сірководню, фосфіну, арсину.

Ацетилен сьогодні: способи отримання

У промисловості ацетилен часто одержують дією води на карбід кальцію.
Зараз широко застосовуються методи одержання ацетилену з природного газу – метану:
електрокрекінг (струмінь метану пропускають між електродами при температурі 1600°С і швидко охолоджують, щоб запобігти розкладу ацетилену);
термоокислювальний крекінг (неповне окислення), де реакції використовують теплоту часткового згоряння ацетилену.

Застосування

Ацетилен використовують:

для зварювання та різання металів,
як джерело дуже яскравого, білого світла в автономних світильниках, де він виходить реакцією карбіду кальцію та води,
у виробництві вибухових речовин,
для одержання оцтової кислоти, етилового спирту, розчинників, пластичних мас, каучуку, ароматичних вуглеводнів.

Властивості ацетилену

У хімічно чистому вигляді ацетилен має слабкий ефірний запах. Технічний ацетилен завдяки наявності в ньому домішок, зокрема фосфористого водню, має різкий специфічний запах. Ацетилен легший за повітря. Газоподібний ацетилен - безбарвний газ; молекулярна маса - 26,038.
Ацетилен здатний розчинятися у багатьох рідинах. Його розчинність залежить від температури: що нижча температура рідини, то більше вона здатна «забрати» ацетилену. У практиці виробництва розчиненого ацетилену використовують ацетон, який за температури 15 °С розчиняє до 23 обсягів ацетилену.
Зміст фосфористого водню в ацетилені має бути строго обмежений, оскільки в момент утворення ацетилену в присутності повітря при високій температурі може статися самозаймання.
Ацетилен — єдиний широко використовуваний у промисловості газ, що належить до небагатьох сполук, горіння і вибух яких можливі за відсутності кисню чи інших окислювачів.
Ще в 1895 р. А.Л.Ле Шательє виявив, що ацетилен, згоряючи в кислоті, дає дуже гаряче полум'я (до 3150 ° С), тому його широко використовують для зварювання та різання тугоплавких металів. Сьогодні застосування ацетилену для газополум'яної обробки металів відчуває сильну конкуренцію з боку доступніших горючих газів (природний газ, пропан-бутан і т.д.). Однак перевага ацетилену – у найвищій температурі горіння. У такому вогні дуже швидко розплавляються навіть товсті шматки сталі. Саме тому газополум'яна обробка відповідальних вузлів машинобудівних конструкцій проводиться лише за допомогою ацетилену, який забезпечує найвищу продуктивність та якість процесу зварювання.
Крім того, ацетилен широко використовується в органічному синтезі різноманітних речовин - оцтового альдегіду та оцтової кислоти, синтетичних каучуків (ізопренового та хлоропренового), полівінілхлориду та інших полімерів.

ІСТОРІЯ ВІДКРИТТЯ

НАЗВА АЦЕТИЛЕНУ ПО НОМЕНКЛАТУРІ ІЮПАК

ФІЗИЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ

СТРУКТУРНА ФОРМУЛА АЦЕТИЛЕНУ

ХАРАКТЕРИСТИКА КЛАСУ ОРГАНІЧНИХ СПОЛУК АЦЕТИЛЕНУ

РЕАКЦІЇ ОТРИМАННЯ АЦЕТИЛЕНУ

ХАРАКТЕРНІ ХІМІЧНІ РЕАКЦІЇ АЦЕТИЛЕНУ

ОБЛАСТИ ЗАСТОСУВАННЯ АЦЕТИЛЕНУ

ВПЛИВ АЦЕТИЛЕНУ НА ЛЮДСЬКИЙ ОРГАНІЗМ І НАВКОЛИШНЕ СЕРЕДОВИЩЕ

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

ІСТОРІЯ ВІДКРИТТЯ

Вперше ацетилен отримав у 1836 році Едмунд Деві, двоюрідний брат знаменитого Гемфрі Деві. Він подіяв водою на карбід калію: К2С2 + Н2О = С2Н2 + 2КОН і отримав новий газ, який назвав двовуглецевим воднем. Цей газ був, переважно, цікавий хімікам з погляду теорії будови органічних сполук. Один із творців так званої теорії радикалів Юстус Лібіх назвав групу атомів (тобто радикал) С2Н3 ацетилом.

Латиною acetum - оцет; молекула оцтової кислоти (С2Н3О+О+Н, як записували тоді її формулу) розглядалася як похідне ацетилу. Коли французький хімік Марселен Бертло в 1855 році зумів отримати «двовуглецевий водень» відразу кількома способами, він назвав його ацетиленом. Бертло вважав ацетилен похідним ацетилу, від якого відібрали один атом водню: С2Н3 - Н = С2Н2. Спочатку Бертло отримував ацетилен, пропускаючи пари етилену, метилового та етилового спирту через розпечену до червоного трубку. У 1862 році він зумів синтезувати ацетилен з елементів, пропускаючи водень через полум'я вольтової дуги між двома вугільними електродами. Всі згадані методи синтезу мали лише теоретичне значення, і ацетилен був рідкісним і дорогим газом, поки не було розроблено дешевий спосіб отримання карбіду кальцію прожарюванням суміші вугілля та негашеного вапна: СаО + 3С = СаС2 + СО. Це сталося наприкінці ХІХ століття.

Тоді ацетилен стали використовуватиме освітлення. У полум'ї за високої температури цей газ, що містить 92,3% вуглецю (це своєрідний хімічний рекорд), розкладається з утворенням твердих частинок вуглецю, які можуть мати у своєму складі від декількох до мільйонів атомів вуглецю. Сильно розжарюючись у внутрішньому конусі полум'я, ці частинки зумовлюють яскраве свічення полум'я - від жовтого до білого, залежно від температури (чим гаряче полум'я, тим ближчий колір до білого).

Ацетиленові пальники давали у 15 разів більше світла, ніж звичайні газові ліхтарі, якими освітлювали вулиці. Поступово вони були витіснені електричним освітленням, але ще довго використовувалися у невеликих ліхтарях на велосипедах, мотоциклах, кінні екіпажі.

Протягом тривалого часу ацетилен для технічних потреб (наприклад, на забудовах) отримували «гасінням» карбіду водою. Отриманий з технічного карбіду кальцію ацетилен має неприємний запах через домішки аміаку, сірководню, фосфіну РН3, арсина AsH3.

НАЗВА АЦЕТИЛЕНУ ПО НОМЕНКЛАТУРІ ІЮПАК

Згідно з номенклатурою ІЮПАК при побудові назв алкінів у назвах відповідних насичених вуглеводнів суфікс -ан замінюється суфіксом -ін. Для вказівки положення потрійного зв'язку і груп, що заміщають, ланцюг нумерують так само, як у відповідних алкенах. Етин також можна назвати очевидно - ацетилен.

ФІЗИЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ

За нормальних умов - безбарвний газ, малорозчинний у воді, легший за повітря. Температура кипіння 83,8 °C. При стиску розкладається з вибухом, зберігають у балонах, заповнених кизельгуром або активованим вугіллям, просоченим ацетоном, в якому ацетилен розчиняється під тиском у великих кількостях. Вибухонебезпечний. Не можна випускати на свіже повітря. C2H2 виявлено на Урані та Нептуні.

СТРУКТУРНА ФОРМУЛА АЦЕТИЛЕНУ

ХАРАКТЕРИСТИКА КЛАСУ ОРГАНІЧНИХ СПОЛУК АЦЕТИЛЕНУ

Ацетилен належить до класу алкінів.

Алки ?ні (інакше ацетиленові вуглеводні) - вуглеводні, що містять потрійний зв'язок між атомами вуглецю, що утворюють гомологічний ряд із загальною формулою CnH2n-2. Атоми вуглецю при потрійному зв'язку перебувають у стані sp-гібридизації.

Для алкінів характерні реакції приєднання. На відміну від алкенів, яким властиві реакції електрофільного приєднання, алкіни можуть вступати також і реакції нуклеофільного приєднання. Це зумовлено значним s-характером зв'язку та, як наслідок, підвищеною електронегативністю атома вуглецю. Крім того, велика рухливість атома водню при потрійному зв'язку зумовлює кислотні властивості алкінів у реакціях заміщення.

Алкіни за своїми фізичними властивостями нагадують відповідні алкени. Нижчі (до С4) – гази без кольору та запаху, що мають більш високі температури кипіння, ніж аналоги в алкенах. Алкіни погано розчиняються у воді, краще - в органічних розчинниках.

ацетилен реакція сполука формула

РЕАКЦІЇ ОТРИМАННЯ АЦЕТИЛЕНУ

У лабораторії ацетилен одержують дією води на карбід кальцію.

2 Н2О = С2Н2? + Са(ОН)2

а також при дегідруванні двох молекул метану при температурі понад 1400 °C:

СН4 = С2Н2? +3Н2?

ХАРАКТЕРНІ ХІМІЧНІ РЕАКЦІЇ АЦЕТИЛЕНУ

Основні хімічні реакції ацетилену (реакції приєднання):

Основні хімічні реакції ацетилену (реакції приєднання, димеризації, полімеризації, цикломеризації).

ОБЛАСТИ ЗАСТОСУВАННЯ АЦЕТИЛЕНУ

Ацетилен використовують:

для зварювання та різання металів,

як джерело дуже яскравого, білого світла в автономних світильниках, де він виходить реакцією карбіду кальцію та води (див. карбідна лампа),

у виробництві вибухових речовин (див. ацетиленіди),

для отримання оцтової кислоти, етилового спирту, розчинників, пластичних мас, каучуку, ароматичних вуглеводнів,

для отримання технічного вуглецю,

в атомно-абсорбційній спектрофотометрії при полум'яній атомізації,

у ракетних двигунах (разом з аміаком).

ВПЛИВ АЦІТЕЛЕНА НА ЛЮДСЬКИЙ ОРГАНІЗМ І НАВКОЛИШНЕ СЕРЕДОВИЩЕ

Оскільки ацетилен розчинний у воді, та його суміші з киснем можуть вибухати у дуже широкому діапазоні концентрацій, його не можна збирати в газометри.

Ацетилен вибухає при температурі близько 500 °C або тиск вище 0,2 МПа; КПВ 2,3-80,7 %, температура самозаймання 335 °C. Вибухонебезпечність зменшується при розведенні ацетилену іншими газами, наприклад, азотом, метаном або пропаном. При тривалому зіткненні ацетилену з міддю та сріблом утворюються ацетиленіди міді та срібла, які вибухають під час удару чи підвищення температури. Тому при зберіганні ацетилену не використовують матеріали, що містять мідь (наприклад, вентилі балонів).

Ацетилен має слабку токсичну дію. Для ацетилену нормований ПДКм. = ГДК с.с. = 1,5 мг/м3 згідно з гігієнічними нормативами ГН 2.1.6.1338-03 «гранично допустимі концентрації (ГДК) забруднюючих речовин в атмосферному повітрі населених місць».

ПДКр.з. (робочої зони) не встановлено (за ГОСТ 5457-75 та ГН 2.2.5.1314-03), оскільки концентраційні межі розподілу полум'я у суміші з повітрям становить 2,5-100 %.

Зберігають і перевозять його в заповнених пористою інертною масою (наприклад, деревним вугіллям) сталевих балонах білого кольору (з червоним написом «А») у вигляді розчину в ацетоні під тиском 1,5-2,5 МПа.

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

1.Ньюленд Ю., Фогт Р., Хімія ацетилену, Ініздат, 1947.

.Федоренко Н.П., Методи та економіка отримання ацетилену, Хімічна наука та промисловість, 3, т. 1, 1956.

.Федоренко Н.П. Хімія та хімічна технологія, № 3, т. I, 1956.

Репетиторство

Потрібна допомога з вивчення якоїсь теми?

Наші фахівці проконсультують або нададуть репетиторські послуги з цікавої для вас тематики.
Надішліть заявкуіз зазначенням теми прямо зараз, щоб дізнатися про можливість отримання консультації.

Для газополум'яних робіт необхідно здійснити передачу тепла з полум'я в метал у кількості, достатній для конкретних умов робіт. Горючі гази згоряють, як правило, у суміші з киснем. Найбільшу температуру має ацетилено-кисневе полум'я (3200°С), що дозволяє використовувати ацетилен за будь-яких видів газополум'яної обробки металів. Інтенсивність горіння полум'я визначається добутком нормальної швидкості горіння теплоту згоряння суміші. Ацетилен має найвищу «інтенсивність горіння», яка для суміші стехіометричного складу становить 27 700 ккал/(м 2 *с).

Ацетилен

Ацетилен відноситься до групи ненасичених вуглеводнів ряду С n Н 2n-2 . . Це безбарвний горючий газ із специфічним запахом; завдяки наявності в ньому домішок – фосфористого водню, сірководню та ін. щільність ацетилену при 20 ° С та 760 мм рт. ст. дорівнює 1,091 кг/м 3; при 0°С та 760 мм рт. ст. – – Щільність 1,171 кг/м 3 . Ацетилен легший за повітря; щільність проти щільністю повітря 0,9; молекулярна вага 26,038. Критична точка для ацетилену характеризується тиском насиченої пари, рівним 61,65 кгс/см 2 і температурою 35,54°С. При 760 мм рт. ст. і температурі –84°С ацетилен перетворюється на рідкий стан, при температурі –85°С – твердне.

Ацетилен – єдиний широко використовуваний у промисловості газ, що належить до небагатьох сполук, горіння і вибух яких можливі без кисню чи інших окислювачів. Ацетилен високоендотермічна сполука; при розкладанні 1 кг ацетилену виділяється понад 2000 ккал, тобто приблизно в 2 рази більше, ніж при вибуху 1 кг твердого ВР тротилу. Температура самозаймання ацетилену коливається в межах 500 - 600 ° С при тиску 2 кгс/см 2 і помітно знижується зі збільшенням тиску; так, при тиску 22 кгс/см 2 температура самозаймання ацетилену дорівнює 350°С, а за наявності каталізаторів, таких як залізний порошок, силікагель, активне вугілля та ін. Розкладання ацетилену починається при 280 - 300°С. Присутність окису міді знижує температуру самозаймання до 246°С. За певних умов ацетилен реагує з міддю, утворюючи вибухонебезпечні сполуки; тому при виготовленні ацетиленового обладнання забороняється застосовувати сплави, що містять понад 70% Cu.

Вибуховий розпад ацетилену, як правило, починається за інтенсивного нагрівання зі швидкістю 100 – 500°С/с. При повільному нагріванні відбувається реакція полімеризації ацетилену, що йде з виділенням тепла, яка, як правило, при температурі понад 530 ° С спричиняє вибуховий розпад ацетилену. Нижній граничний тиск, при якому можливе розкладання ацетилену, дорівнює 0,65 кгс/см 2 . Межі вибуховості для ацетилену широкі (табл. 2). Найбільш небезпечними є суміші ацетилену з киснем стехіометричного складу (~30%). Швидкості поширення полум'я та детонації досягають найбільшого значення при співвідношенні ацетилену та кисню 1:2,5 і відповідно дорівнюють 13,5 та 2400 м/с за нормальних умов. Тиск, що утворюється під час вибуху ацетилену, залежить від початкових параметрів та характеру вибуху. Воно може зрости приблизно в 10 – 12 разів у порівнянні з початковим при вибуху в невеликих судинах і може бути збільшено у 22 рази при детонації чистого ацетилену та у 50 разів при детонації ацетилено-кисневої суміші.

При газополум'яній обробці металів ацетилен використовують або газоподібному стані при отриманні його в переносних або стаціонарних ацетиленових генераторах, або в розчиненому стані. Розчинений ацетилен являє собою розчин ацетилену в ацетоні, рівномірно розподілений в пористому наповнювачі під тиском. Розчинність ацетилену залежить від температури та тиску. Пориста маса в балоні забезпечує розосередження ацетилену по всьому об'єму та локалізацію вибухового розпаду ацетилену. За відсутності пористої маси в балоні ініційований вибуховий розпад ацетилену, розчиненого в ацетоні, відбувається при тиску нижче 5 кгс/см 2 . Як пористі наповнювачі можуть бути використані не тільки насипні пористі маси, але і литі пористі маси, які знайшли застосування за кордоном.

Фізико-хімічні показники газоподібного та розчиненого технічного ацетилену обумовлено ГОСТ 5457 – 75. За вмістом допустимої кількості домішок розрізняють ацетилен розчинений, розчинений та газоподібний; допустимий вміст домішок (в об'ємних частках) відповідно дорівнює:

повітря та інших малорозчинних у воді газів – не більше 0,9, 1,0, 1,5;
фосфористого водню – 0,01; 0,04; 0,08;
сірководню – 0,005; 0,05; 0,15;
водяної пари при 20°С і 760 мм рт. ст. - 0,5; 0,6.

Технічний розчинений ацетилен транспортують у сталевих балонах. Допустимий максимальний тиск у балонах не повинен перевищувати 13,4 кгс/см 2 при температурі –5°С та тиску 760 мм рт. ст. і 30 кгс/см 2 при температурі +40°З тиском 760 мм рт. ст. Залишковий тиск у балоні при тих же параметрах не повинен бути меншим відповідно 0,5 і З,0 кгс/см 2 .

Для газополум'яної обробки металів, поряд з ацетиленом, отриманим з карбіду кальцію, застосовують піролізний ацетилен, що отримується з природного газу термоокислювальним піролізом метану з киснем. Піролізний ацетилен також зберігають і транспортують у балонах у розчиненому вигляді. Наповнювач і розчинник для піролізного ацетилену той самий, що й для ацетилену з карбіду кальцію.

При застосуванні розчиненого ацетилену в порівнянні з газоподібним забезпечуються найбільший коефіцієнт використання карбіду, чистота робочого місця зварювальника, стійка робота апаратури та безпека в роботі. Основною сировиною для отримання ацетилену, що використовується при газополум'яній обробці металів, є карбід кальцію. Карбід кальцію отримують в електричних печах при взаємодії обпаленого вапна з коксом або антрацитом. Розплавлений карбід кальцію розливають у виливниці, де він застигає; потім його дроблять у кускових дробарках і сортують за розмірами шматків згідно з ГОСТ 1460. Ацетилен отримують в результаті розкладання (гідролізу) карбіду кальцію водою. Справжній «літраж» ацетилену з 1 кг технічного карбіду при 20 ° С та 760 мм рт. ст. не перевищує 285 л і залежить від грануляції карбіду. Зі збільшенням розмірів шматків карбіду «літраж» збільшується, проте швидкість розкладання його зменшується, т. е. збільшується тривалість розкладання карбіду (табл. 1).

Вміст фосфористого водню в ацетилені за обсягом не більше 0,08% вміст сульфідної сірки не більше 1,2%. У ГОСТ 1460 обговорюється також допустима кількість шматків карбіду кальцію інших розмірів у партіях зазначеної грануляції. Великий тепловий ефект реакції розкладання карбіду створює небезпеку сильного перегріву. Без відведення тепла при взаємодії кількості стехіометричного карбіду кальцію і води реакційна маса розігрівається до 700 - 800°С. Розкладання карбіду при недостатньому охолодженні і особливо в присутності повітря може призвести до вибуху, тому процес необхідно здійснювати при значному надлишку води. Для розкладання 1 кг карбіду потрібно 5 – 20 л води. Особливу увагу слід звертати на наявність карбідного пилу в карбіді. Пил розкладається майже миттєво; за рахунок миттєвого розігріву може виникнути вибух ацетилену. Тому переробка пилу у звичайних генераторах, які не пристосовані для використання пилу, не допускається. Якщо вміст пилу значний, карбід кальцію перед завантаженням у генератор просівають через сито з осередками діаметром 2 мм. Пил, що накопичився, слід розкласти на відкритому повітрі в спеціальній посудині місткістю не менше 800 - 1000 л при інтенсивному помішуванні, одночасно висипаючи не більше 250 г карбідного пилу. Воду слід міняти після розкладання пилу у кількості до 100 кг.

Карбід кальцію транспортують та зберігають у залізних барабанах з товщиною стінки не менше 0,51 мм та масою 50 – 130 кг. Бічна поверхня барабанів роблять гофрованою для більшої жорсткості. Карбід кальцію інтенсивно поглинає вологу навіть із повітря, тому при поганій герметичності тари можливе утворення ацетилену безпосередньо в барабані. Герметичність барабанів слід ретельно перевіряти; При перевезенні барабанів на відкритих машинах необхідно покривати барабани брезентом. При виявленні пошкодження барабана карбід повинен бути пересипаний в іншу герметичну тару.

При обслуговуванні стаціонарних генераторів карбід із барабанів пересипають у спеціальні приймачі-бункери. Розтин барабанів на станції, як правило, механізовано. Для цих цілей застосовують верстати, в яких верхня кришка вирізається спеціальним різальним роликом або клиновими ножами. Ножі і ролик виготовляють з матеріалу, що не іскриться. Крім того, до місця різання подається олія чи азот.

Транспортування карбіду кальцію в барабанах для стаціонарних генераторів продуктивністю понад 20 м 3 /год економічно не виправдане, оскільки розкупорка барабанів займає значний час; накопичується велика кількість порожньої тари, яка вдруге не може бути використана; втрати карбіду за рахунок його дроблення при перекочуванні барабанів та подальшого відсіву від пилу значні. Тому можна вважати найбільш перспективним контейнерний спосіб перевезення та зберігання карбіду для стаціонарних установок. При газополум'яній обробці алюмінію, латуні, свинцю та інших металів, що мають температуру плавлення нижче температури плавлення сталі, як паливо доцільно застосовувати не ацетилен, а гази - замінники ацетилену або рідкі горючі. Основні фізичні та теплові властивості горючих газів наведені у табл. 2.

Таблиця 1. Фізико-хімічні показники карбіду кальцію

Таблиця 2. Основні фізичні та теплові властивості горючих газів

Найменування пального газу та хімічна формула

Найнижча теплота згоряння при 20 ° С і 760 мм рт. ст., ккал/м з

Температура полум'я суміші з киснем, °С

Коефіцієнт заміни ацетилену

Щільність при 20 ° С та 760 мм рт. ст., кг/м3

Критичний тиск, кгс/см 2

Температура, ° С

Межі вибуховості, % вмісту пального у суміші

Оптимальне співвідношення між киснем та іншим пальним у суміші

Відносна швидкість розповсюдження полум'я з повітрям

критична *1

плавлення

з повітрям

з киснем

Ацетилен С2Н2

Водень Н 2

Метан СН 4

Етан З 2 Н 6

Пропан З 3 Н 8

Бутан З 4 Н 10

Пропан-бутан

Етилен З 2 Н 4

Окис вуглецю СО

Сланцевий газ*2

Коксовий газ * 2

Природний газ*2 (метан 98%)

Нафтовий (попутний) газ

Міський газ * 2

Піролізний газ

МАПП чи МАФ

Пари бензину (~З 7 Н 15)

10 тис. ккал/кг

0,7-0,74 кг/л

Пари гасу (~З 7 Н 14)

10 тис. ккал/кг

0,79-0,82 кг/л

*1 Критичною температурою називається така температура, вище якої газ не переходить у рідкий стан за жодного тиску.

*2 Для горючих газових сумішей наведені дані відносяться до середніх складів цих газів.

Широкі межі зміни щільності, температури полум'я і теплоти згоряння пояснюються хімічним складом зазначених газів, що змінюється, залежать від родовища або місця виробництва.

Метилацетилен-пропадієн МАПП(широко застосовуваний США) - суміш горючих газів; за фізичними властивостями близький до пропан. Межі вибуховості МАПП у суміші з повітрям 3,4 – 10,8%, у суміші з киснем 2,5 – 60%. Суміші метилацетилену та пропадієну термодинамічно нестійкі, тому до складу МАПП вводять стабілізатор. Розпад метилацетилену, подібно до ацетилену, відбувається з великим виділенням тепла. Температура полум'я МАПП (2900 ° С) близька до температури ацетилену. МАПП використовують для кисневого різання та зварювання та інших газополум'яних процесів.

Пальне МАФ- метилацетиленова пропадієнова фракція є відходом оліфінового виробництва, а також відходом виробництва етилену та моновінілацетилену. Ця фракція містить 48 - 75% суміші метилацетилену та пропадієну та стабілізатори: 3% пропілену, 15% пропану, 7% інших вуглеводнів. Межі вибуховості для МАФ ті ж, що і для МАПП. МАФ нечутливий до удару. Балони з МАФом не вибухають, перебуваючи поруч із палаючим балоном. Суміш інертна при температурі до 215°З тиску до 20 кгс/см 2 . При зіткненні з міддю утворюються вибухонебезпечні сполуки – ацетиленіди міді. Швидкість розповсюдження полум'я МАФ дорівнює 470 см/с. Місткість балонів для зріджених газів 40 або 55 дм 3; товщина стінки 3мм. Граничний робочий тиск (кгс/см 2) у балонах для зріджених газів по-різному: для пропану не більше 16, для пропілену 20, для бутану та бутилену 3,8. Коефіцієнт наповнення балонів зрідженими газами (в кгс/м 3) відповідно дорівнюватиме: 425 для пропану, 445 - пропілену, 448 - бутану і 526 - бутилену. Коефіцієнт наповнення означає масу газу в кг на 1 м 3 місткості балона і не повинен перевищувати значень, зазначених для кожного газу.