Ацетилен – бесцветный газ, относящийся к классу алкинов. Он представляет собой химическое соединение углерода с кислородом, служащее сырьём для синтеза большого числа химических компонентов.
Он ценится за свою универсальность и недорогую стоимость. Впервые этот газ был получен Эдмундом Деви, который проводил лабораторные опыты с карбидом калия. Чуть позже опыты с получением ацетилена проводились Пьером Бертло. Физик получил чистый ацетилен, пропуская обыкновенный водород над электрической дугой. Именно Бертло назвал новое химическое соединение ацетиленом.
Основные свойства ацетилена
Ацетилен является искусственным газом, так как он не имеет природного происхождения. Он горючий и весит легче воздуха. Газообразный углеводород добывается на специальных установках из карбида кальция, который в свою очередь подвергается разложению водой. В атмосферном воздухе ацетилен горит коптящим ярким пламенем.
При давлении свыше двух атмосфер он может быть взрывоопасным. В чисто химическом виде это соединение имеет слабовыраженный эфирный запах. А технический продукт, наоборот, из-за имеющихся примесей насыщен резковатым ароматом. Ацетилен намного легче воздушных масс, в газообразном состоянии он бесцветен. Описываемое соединение растворяется во многих жидких веществах при этом, чем ниже температура, тем лучше растворимость ацетилена.
Для этого газа характерны реакции полимеризации, димеризации, цикломеризации. Ацетилен может полимеризоваться в бензол или в другие химические органические соединения, такие как полиацетин. Атомы этого газа могут отщепляться в виде протонов. И за счет этого проявляются кислотные свойства ацетилена.
Ацетилен способен спровоцировать взрыв в отсутствие кислорода как природного окислителя. И особенности горючести этого газа были открыты еще в 1895 году А. Шателье. Именно он заметил, что ацетилен, сгорая в кислоте, дает яркое пламя, температура которого может достигать выше 3000 градусов Цельсия.
Применение ацетилена
Ацетилен имеет широкий ореол распространения. При помощи своих горючих свойств он активно применяет при сварке и резке металла. Также он применяется как источник ярчайшего и белого цвета. Ацетилен, образуемый путём взаимосвязи карбида кальция и H2O используемый для автономных светильников. Он активно используется для изготовления взрывчатых веществ. Благодаря ацетилену на свет появились разнообразные растворители этилового происхождения. Без этого газа не обходятся газосварочные работы, поэтому строительные фирмы всегда заказывают для производства сварочных а газорежущих работ.
Строительство и промышленность это две основные отрасли, в которых ацетилен нашел свое широкое применение. В частности, сварочные и автогенные работы производятся только с ним. Кроме этого ацетилен используется в процессе органического синтеза разных химических веществ.
Например, на его основе производится синтез уксусной кислоты и уксусного альдегида, синтетического каучука, поливинилхлорида. Ну и естественно, ацетилен применяется в медицине для общей анестезии, которая предполагает использование алкинов в ингаляционном наркозе.
Транспортировка
Следует сказать и о транспортировке и хранении этого газа. Ацетилен вещество потенциально взрывоопасное. И он хранится в специализированных баллонах при поддержании оптимального уровня температуры и атмосферного давления. Газ растворяют и наполняют им баллоны для транспортировки. Подобный груз считается потенциально опасным и перевозится в соответствии со специальными нормами обращения с взрывоопасными грузами.
Чистый ацетилен в обычном состоянии представляет собой бесцветный газ, лишённый запаха, отлично растворяется в ацетоне, намного хуже - в воде. Обычно используется технический ацетилен, который вследствие содержания некоторых примесей в составе имеет резкий запах. Закипает при температуре 83,6°C, тройная точка наступает при t=80,55°C (давление - 1.265 атм), критическая точка при t=35,18°C (давление - 61,1 атм).
Ацетиленовый газ довольно нестабилен, что требует соблюдения техники безопасности во время работы с ним. Становится взрывоопасен при нагревании до 500°C, при сжатии до давления 1,4 атм, а также при ударе. На открытом воздухе легко возгорает, поэтому в местах хранения исключены источники открытого огня: мельчайшая искра, включающая также искру от статического электричества, спровоцирует возгорание. Хранится в баллонах со спецматериалом, поры которого пропитаны ацетоном.
Так как молекулы ацетилена имеют тройную связь атомов углерода, газ выделяет достаточно большое количество энергии при сгорании - 14000 ккал/м³ (50,4 МДж/Кг). В соединении с водой в совокупности с солями катализаторов (например, ртути) ацетилен согласно реакции Кучерова образует уксусный альдегид. При наличии графита и t=400°C полимеризуется в бензол, также может полимеризоваться в другие органические вещества.
Ацетилен имеет некоторые свойства, характерные для кислот вследствие того, что содержащиеся в его молекулах атомы водорода способны отщепляться как протоны. Таким образом ацетилен может образовать осадок с солями серебра и меди, который не будет растворяться, и вытесняет метан из метилмагнийбромида.
Использование ацетиленового газа:
- работа с металлом (нарезке, сварочных работах);
- изготовление взрывчатки;
- плазменная атомизация - в атомно-абсорбционной спектрофотометрии;
- для яркого света, используемого в светильниках, и получаемого вследствие реакции воды с кальций карбидом;
- в моторах ракет, в паре с аммиаком;
- образование технического углерода;
- изготовление пластика, каучука, этанола, растворителей, ароматических углеводородов.
Техника безопасности
Вследствие того, что ацетилен при температуре от 500°C/давлении от 0,2 МПа взрывается, имеет КПВ 2,3-80,7 % и самовоспламеняется при t=335°C , он требует соблюдения некоторых условий при работе. Уменьшить вероятность взрыва можно в случае разбавления ацетилена другими газами.
1. Ацетилен нельзя использовать в газометрах
Это обусловлено его высокой взрывоопасностью в соединении с кислородом, причем в разных концентрациях, а также плохой водорастворимостью.
2. Не хранить в баллонах, состоящих частично или полностью из меди.
Ацетилены меди и серебра, возникающие при сколько-нибудь длительном контакте ацетилена соответственно с медью или серебром, взрывоопасны и нестойки к механическим ударам и изменениям температуры.
3. Норма ПДК м.р. = ПДК с.с. = 1,5 мг/м3
Такая норма установлена гигиеническим нормативом ГН «Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населённых мест» из-за некоторой токсичности ацетилена. При этом ПДК р.з. (рабочей зоны) не имеет нормированного значения из-за того, что концентрация распределения пламени в воздухе слишком разнится - 2,5-100 %.
4. Хранение и перевозка ацетилена производится в белых стальных баллонах, маркированных литерой «А» красного цвета в виде ацетонового раствора, находящегося под давлением 1,5-2,5 МПа. Баллоны изнутри выложены пористым веществом - к примеру, древесным углем.
Ацетилен образуется путём разложения кальций карбида в водой в специальном аппарате, называемом ацетиленовым генератором. Согласно ГОСТу, ацетиленовые генераторы, производящие ацетилен для работы с металлом, разделяются на несколько групп.
Классификация ацетиленовых генераторов
1. По принципу действия:
- стационарные (производят 5—160м3/ч ацетилена),
- передвижные (производят 0,5—3м3/ч ацетилена).
2. По объёму произведённого вещества в м3/ч - 0,5; 0,75; 1,25; 2,5; 3; 5; 10; 20; 40; 80.
3. По давлению, под которым выходит вырабатываемый ацетилен:
- с низким давлением до 0,1 кгс/см2,
- со средним давлением - от 0,1 до 0,7кгс/см2,
- с высоким давлением - от 0,7 до 1,5кгс/см2.
4. По тому, каким именно образом кальций карбид вступает в реакцию с водой:
- система КВ, или "карбид в воду", где в воду, находящуюся в специальном рекреационном контейнере, подаётся необходимое количество кальций карбида, который там же и разлагается, взаимодействуя с водой;
- система ВК, или "вода на карбид", где наоборот, в специальной рекреационной камере находится карбид кальция, и он разлагается про подаче в камеру необходимого количества воды;
- система ВВ, или "вытеснение воды", где кальций карбид разлагается при его контакте с водой в рекреационной камере, и соприкосновение этих веществ зависит от того, какой в камере уровень воды, и насколько она вытесняется выделяющимся ацетиленовым газом.
Ацетилен
Название этого вещества связано со словом «уксус». Сегодня это единственный широко используемый в промышленности газ, горение и взрыв которого возможны в отсутствие кислорода или других окислителей. Сгорая в кислоте, он дает очень горячее пламя — до 3100°С.
Как синтезировался ацетилен
Впервые ацетилен получил
в 1836 Эдмунд Дэви, двоюродный брат знаменитого Гемфри Дэви. Он подействовал водой на карбид калия: К 2 С 2 + 2Н 2 О=С 2 Н 2 + 2КОН и получил новый газ, который назвал двууглеродистым водородом. Этот газ был, в основном, интересен химикам с точки зрения теории строения органических соединений. Один из создателей так называемой теории радикалов Юстус Либих назвал группу атомов (т.е. радикал) С 2 Н 3 ацетилом.
На латыни acetum - уксус; молекула уксусной кислоты (С 2 Н 3 О+О+Н, как записывали тогда ее формулу) рассматривалась как производное ацетила. Когда французский химик Марселен Бертло в 1855 сумел получить «двууглеродистый водород» сразу несколькими способами, он назвал его ацетиленом
. Бертло считал ацетилен производным ацетила, от которого отняли один атом водорода: С 2 Н 3 - Н = С 2 Н 2 . Сначала Бертло получал ацетилен, пропуская пары этилена, метилового и этилового спирта через раскаленную докрасна трубку. В 1862 он сумел синтезировать ацетилен из элементов, пропуская водород через пламя вольтовой дуги между двумя угольными электродами. Все упомянутые методы синтеза имели только теоретическое значение, и ацетилен был редким и дорогим газом, пока не был разработан дешевый способ получения карбида кальция прокаливанием смеси угля и негашеной извести: СаО + 3С = СаС 2 + СО. Это произошло в конце XIX века.
Тогда ацетилен стали использовать для освещения
. В пламени при высокой температуре этот газ, содержащий 92,3% углерода (это своеобразный химический рекорд), разлагается с образованием твердых частичек углерода, которые могут иметь в своем составе от нескольких до миллионов атомов углерода. Сильно накаливаясь во внутреннем конусе пламени, эти частички обуславливают яркое свечение пламени — от желтого до белого, в зависимости от температуры (чем горячее пламя, тем ближе его цвет к белому).
Ацетиленовые горелки
давали в 15 раз больше света, чем обычные газовые фонари, которыми освещали улицы. Постепенно они были вытеснены электрическим освещением, но еще долго использовались в небольших фонарях на велосипедах, мотоциклах, в конных экипажах.
В течение длительного времени ацетилен для технических нужд (например, на стройках) получали «гашением» карбида водой. Полученный из технического карбида кальция ацетилен имеет неприятный запах из-за примесей аммиака, сероводорода, фосфина, арсина.
Ацетилен сегодня: способы получения
В промышленности ацетилен часто получают действием воды на карбид кальция.
Сейчас широко применяются методы получения ацетилена из природного газа - метана:
электрокрекинг (струю метана пропускают между электродами при температуре 1600°С и быстро охлаждают, чтобы предотвратить разложение ацетилена);
термоокислительный крекинг (неполное окисление), где в реакции используют теплоту частичного сгорания ацетилена.
Применение
Ацетилен используют:
- для сварки и резки металлов,
- как источник очень яркого, белого света в автономных светильниках, где он получается реакцией карбида кальция и воды,
- в производстве взрывчатых веществ,
- для получения уксусной кислоты, этилового спирта, растворителей, пластических масс, каучука, ароматических углеводородов.
Свойства ацетилена
В химически чистом виде ацетилен обладает слабым эфирным запахом. Технический ацетилен, благодаря наличию в нем примесей, в частности фосфористого водорода, имеет резкий специфический запах. Ацетилен легче воздуха. Газообразный ацетилен - бесцветный газ молекулярная масса - 26,038.
Ацетилен способен растворяться во многих жидкостях. Его растворимость зависит от температуры: чем ниже температура жидкости, тем больше она способна «забрать» ацетилена. В практике производства растворенного ацетилена используют ацетон, который при температуре 15 °С растворяет до 23 объемов ацетилена.
Содержание фосфористого водорода в ацетилене должно быть строго ограничено, так как в момент образования ацетилена в присутствии воздуха при высокой температуре может произойти самовоспламенение.
Ацетилен — единственный широко используемый в промышленности газ, относящийся к числу немногих соединений, горение и взрыв которых возможны в отсутствии кислорода или других окислителей.
Еще в 1895 г. А.Л.Ле Шателье обнаружил, что ацетилен, сгорая в кислоте, дает очень горячее пламя (до 3150°С), поэтому его широко используют для сварки и резки тугоплавких металлов. Сегодня применение ацетилена для газопламенной обработки металлов испытывает сильную конкуренцию со стороны более доступных горючих газов (природный газ, пропан-бутан и т.д.). Однако преимущество ацетилена — в самой высокой температуре горения. В таком пламени очень быстро расплавляются даже толстые куски стали. Именно поэтому газопламенная обработка ответственных узлов машиностроительных конструкций производится только с помощью ацетилена, который обеспечивает наивысшую производительность и качество процесса сварки.
Кроме того, ацетилен широко используется в органическом синтезе разнообразных веществ — уксусного альдегида и уксусной кислоты, синтетических каучуков (изопренового и хлоропренового), поливинилхлорида и других полимеров.
Ацетилен представляет собой углеводород ненасыщенного ряда С п Н 2n-2 . Его химическая формула С 2 Н 2 , структурная формула Н-С=С-Н. При атмосферном давлении и нормальной температуре ацетилен - бесцветный газ. Технический ацетилен вследствие присутствия в нем примесей, например фосфористого водорода и сероводорода, имеет резкий специфический запах. При 20°С и 760 мм рт. ст. плотность ацетилена р = 1,091 кг/м 3 . Физические константы ацетилена следующие:
При атмосферном давлении ацетилен сжижается при температуре -82,4...-83,6°С. При температуре -85°С и ниже ацетилен переходит в твердое состояние, образуя кристаллы плотностью 0,76 кг/м 3 . Жидкий и твердый ацетилен легко взрывается от трения, механического или гидравлического удара и действия детонатора.
Полное сгорание ацетилена происходит по реакции
С 2 Н 2 +2,5О 2 =2СО 2 +Н 2 О+Q (1)
Из уравнения реакции (1) следует, что для полного сгорания одного объема ацетилена требуется 2,5 объема кислорода. Высшая теплотворная способность ацетилена при 0°С и 760 мм рт. ст.
равна Qв=58 660 кДж/м 3 (14 000 ккал/м3), низшая теплотворная способность при тех же условиях может быть принята Qн=55 890 кДж/м 3 (13 500 ккал/м 3).
Теплота реакции (1) сгорания ацетилена С} слагается из теплоты реакции экзотермического распада ацетилена и суммы теплот первичных реакций сгорания углерода и водорода. Экзотермический распад ацетилена происходит по реакции
Теплота распада Q о =225,8 кДж/моль (53,9 ккал/г-мол) или Q о =225,8*100/26,036=8686 кДж/кг (2070 ккал/кг).
Теплота сгорания С в СО 2 равна 395,7 кДж/моль (94,45 ккал/г-мол), Н 2 в Н 2 О равна 290,4 кДж/моль (68,35 ккал/г-мол). Тогда для теплоты реакции сгорания ацетилена по уравнению (1) получаем 225,8+2-395,7+290,4=1307 кДж/моль (311,15 ккал/г-мол) или Q=1307,6*1000/26,036=50000 кДж, или 50 000*1,17=58 500 кДж/м 3 (14 000 ккал/м 3);
здесь 1,17 кг/м 3 - плотность ацетилена при 0°С и 760 мм рт. ст.
Ацетилен широко используют в химической промышленности в качестве основного исходного вещества для получения ряда важнейших продуктов органического синтеза: синтетического каучука, пластмасс, растворителей, уксусной кислоты и т. п.
Ацетилен - универсальное и самое распространенное горючее, используемое в процессах газопламенной обработки. При сгорании с кислородом он дает пламя с наиболее высокой температурой, равной 3150°С. Достигнуть столь высокой температуры пламени при использовании других горючих не удается.
При использовании ацетилена необходимо учитывать его взрывные свойства, для того чтобы обеспечить полную безопасность работ. Следует всегда иметь в виду, что ацетилен (как и водород) относится к наиболее взрывоопасным газам.
Температура самовоспламенения ацетилена находится в пределах 240-630°С и зависит от давления и присутствия в нем различных веществ:
Повышение давления существенно снижает температуру самовоспламенения ацетилена. Присутствие в ацетилене частиц других веществ увеличивает поверхность контакта и тем понижает температуру самовоспламенения.
Практически в зависимости от давления допустимо нагревание ацетилена до следующих температур: при абсолютном давлении 0,1 МПа (1 кгс/см 2) - до 300°С, при абсолютном давлении 0,25 МПа (2,5 кгс/см 2) - до 150-180°С, при более высоких давлениях - до 100°С.
Один из важных показателей взрывоопасности горючих газов и паров - величина энергии зажигания. Чем ниже эта величина, тем взрывоопаснее данное вещество. Значения энергии зажигания для газовых смесей стехиометрического состава при атмосферном давлении и 20°С приведены в табл. 1.
Как видно из этих данных, энергия зажигания кислородно-газовых смесей примерно в 100 раз меньше, чем воздушно-газовых. Ацетилен имеет наименьшую энергию зажигания и в отношении взрывоопасности подобен водороду.
Основной способ получения ацетилена основан на реакции взаимодействия карбида кальция с водой. Карбид кальция СаС 2 - твердое вещество кристаллического строения, имеющее в изломе темносерый или коричневый цвет. Плотность химически чистого СаС 2 при температуре 18°С равна 2,22 г/см 3 .
Реакция образования карбида кальция из окиси кальция и углерода является эндотермической и протекает при температуре 1900-2300°С по уравнению
CaO+3C=CaC 2 +CO-452,5 кДж/моль (108 ккал/г-мол)
56,08+36,03=64,1+28,01. (3)
Согласно уравнению для образования 1 кг СаС 2 расходуется 56,08/64,1=0,875 кг СаО и 36,03/64.1=0,562 кг С.
Для получения 1 кг СаС 2 требуется теоретически затратить теплоты 452,5*1000/64,1=7060 кДж/кг (1685 ккал/кг).
Технический карбид кальция содержит 70-75% химически чистого СаС 2 , 17-24% СаО и различные примеси: окислы магния, алюминия, железа, соединения серы, фосфора, ферросилиций, углерод и др.
Карбид кальция чрезвычайно активно вступает во взаимодействие с водой, разлагаясь при этом с образованием газообразного ацетилена и гидрата окиси кальция (гашеной извести). Разложение карбида кальция водой протекает экзотермически: СаС 2 +2Н 2 О=С 2 Н 2 +Са(ОН) 2 +127,4 кДж/моль (30,4 ккал/г-мол)
64,1+36,032=26,036+74,096. (4)
Следовательно, для разложения 1 кг химически чистого СаС 2 требуется затратить 0,562 кг воды. При этом получается 26,036/64,1=0,406 кг С 2 Н 2 и 74,096/64,1=1,156 кг Са(ОН) 2 . Плотность ацетилена при 20°С и 760 мм рт. ст. равна 1,09 кг/м 3 ; следовательно, количество ацетилена (выход ацетилена), получаемое пои разложении 1 кг СаС 2 , равно а m =0,406*103/64,1=372,5 дм 3 /кг.
С учетом паров, насыщающих ацетилен при 20°С и 760 мм рт. ст. выход ацетилена аm = 380,88 дм 3 /кг. Количество теплоты, выделяющейся при разложении 1 кг СаС 2 , 127,4*103/64,1=1980 кДж/кг (475 ккал/кг).
Содержащаяся в качестве примеси в техническом карбиде негашеная известь СаО при взаимодействии с водой также разлагается по реакции СаО+Н 2 О=Са(ОН) 2 +63 кДж/моль (15,1 ккал/г-мол) или 63*103/56,08=1130 кДж/кг СаО (270 ккал/кг СаО). (5)
Принимая содержание чистого СаС 2 в техническом СаС 2 равным 70% и содержание в нем СаО равным 24%, получим тепловой эффект реакции разложения технического карбида кальция: (1980*0,7)/(1130*0,24)=1651 кДж/кг (400 ккал/кг).
Экзотермичность реакции разложения карбида кальция создает опасность перегрева в зоне реакции. В связи с этим необходимо осуществлять ее при избытке воды и обеспечивать отвод теплоты реакции. Особенно опасны местные перегревы карбида кальция, так как при этом температура в месте его разложения может достигать 700-800°С. При такой температуре возможна полимеризация, разложение и взрыв ацетилена, особенно при попадании воздуха в зону реакции. Поэтому необходимо в месте разложения карбида кальция поддерживать
температуру не выше 150°С, при которой еще не могут возникать процессы полимеризации ацетилена. При температуре 200°С и выше может происходить разложение карбида кальция за счет отнятия влаги от гашеной извести по реакции
СаС 2 +Са(ОН) 2 -С 2 Н 2 +2СаО.
Эта реакция протекает при недостатке влаги, поэтому может произойти сильный перегрев карбида кальция, куски которого будут покрыты плотной коркой гашеной извести. Непрерывное
удаление с кусков карбида кальция слоя образующейся гашеной извести имеет важное значение для полноты разложения карбида кальция и безопасности этого процесса.
Количество ацетилена в литрах (при 20°С и 760 мм рт. ст.), выделяемое при разложении 1 кг карбида кальция, называется выходом ацетилена из карбида кальция
. В ГОСТ 1460-56 установлены следующие нормы выхода ацетилена в зависимости от размеров кусков (грануляции) карбида кальция (табл. 2).
С уменьшением размеров частиц карбида кальция выход ацетилена понижается, что объясняется большим содержанием в мелком карбиде посторонних примесей (СаО и др.).
Скорость разложения карбида кальция - важный показатель для его использования в ацетиленовых генераторах - измеряется количеством ацетилена, выделившимся за время разложения 1 кг карбида кальция в течение 1 мин. Скорость разложения (л/кг-мин) зависит от сорта и грануляции карбида кальция, а также от температуры воды. Как видно на рис. 6, наибольшая скорость разложения достигается в первые 2-4 мин после смачивания карбида кальция.
Поскольку карбид кальция жадно поглощает атмосферную влагу и при этом разлагается с выделением ацетилена, его хранят и транспортируют в герметически закрытой таре: барабанах из кровельной стали или контейнерах, герметически закрывающихся крышкой, из листовой низкоуглеродистой стали. Барабаны с карбидом кальция необходимо хранить в сухих, хорошо проветриваемых складах, защищенных от затопления грунтовыми водами.
Способ получения ацетилена из карбида кальция довольно громоздкий, дорогой и требующий затрат большого количества электроэнергии. За последние годы разработаны и быстро внедряются в промышленность более экономичные и высокопроизводительные способы получения ацетилена: из природного газа термоокислительным пиролизом метана в смеси с кислородом (так называемый пиролизный ацетилен) и разложением жидких горючих (нефти, керосина) действием электродугового разряда (так называемый электропиролиз). Получение ацетилена из природного газа на 30-40% дешевле, чем из карбида кальция. Этот ацетилен по своим свойствам не отличается от ацетилена, получаемого из карбида кальция. Пиролизный ацетилен, используемый для сварки и резки, накачивают в баллоны с пористой массой, пропитанной ацетоном.
Хранение и транспортировка ацетилена осуществляются под давлением в баллонах, заполненных специальной пористой массой, пропитанной ацетоном - хорошим растворителем ацетилена, что позволяет существенно увеличить количество ацетилена, накачиваемого в баллон. Кроме того, ацетон снижает взрывоопасность ацетилена. Ацетон удерживается в порах массы и распределяется по всему объему баллона, это увеличивает поверхность его контакта с ацетиленом при растворении и выделении из раствора.
Ацетилен, отпускаемый потребителям в баллонах, называется растворенным ацетиленом (ГОСТ 5457-60). Максимальное давление ацетилена при заполнении баллона составляет 2,5 МПа (25 кгс/см 2), при отстое и охлаждении баллона до 20°С оно снижается до 1,9 МПа (19 кгс/см 2). При этом давлении в 40-литровый баллон вмещается 5-5,8 кг ацетилена по массе (4,6-5,3 м 3 газа при 20°С и 760 мм рт. ст.).
Количество ацетилена в баллоне определяют следующим способом: наполненный баллон взвешивают с точностью до 0,1 кг и выдерживают при температуре не ниже 15°С в течение 8 ч, после чего отбирают ацетилен со скоростью не более 0,8 м 3 /ч. Остаточное давление в баллоне после отбора должно быть не менее 0,05 МПа (0,5 кгс/см 2). После окончания отбора газа баллон вновь взвешивают. Разность между массой наполненного баллона и массой баллона после отбора из него газа представляет собой массу содержавшегося в нем ацетилена.
Давление ацетилена в полностью наполненном баллоне изменяется при изменении температуры следующим образом:
Ацетон (СН 3 СОСН 3) - растворитель, имеющий температуру кипения при атмосферном давлении 56,2°С, температуру замерзания 178,7°К (-94,3°С). При абсолютном давлении 0,1 МПа (1 кгс/см 2) и 20°С в 1 кг ацетона растворяется 27,9 кг ацетилена или в 1 л ацетона растворяется 20 л ацетилена. Растворимость ацетилена возрастает в ацетоне примерно прямо пропорционально давлению. С понижением температуры растворимость ацетилена в ацетоне растет.
Для более полного использования емкости баллона порожние ацетиленовые баллоны следует хранить в горизонтальном положении, что способствует равномерному распределению ацетона по всему объему баллона. Наполнять баллоны ацетиленом необходимо медленно (с учетом скорости растворения его в ацетоне) в два приема: сначала в течение 6-9 ч до давления 2,2-2,3 МПа (22-23 кгс/см 2), затем после отстаивания вторично до давления 2,3-2,5 МПа (23-25 кгс/см 2), так, чтобы после охлаждения до температуры 20°С давление в них составило 1,9 МПа (19 кгс/см 2) согласно ГОСТ 5457-60. Для ускорения накачки баллонов иногда их снаружи охлаждают водой, что повышает коэффициент растворимости ацетилена в ацетоне.
При расходовании газа из баллона ацетилен уносит часть ацетона в виде паров. Для уменьшения потерь ацетона отбор ацетилена из баллона следует производить со скоростью не более 1700 дм 3 /ч, соединяя в случае необходимости несколько баллонов в батарею. По этой же причине нельзя отбирать газ из баллона, в котором давление менее 0,05 МПа (0,5 кгс/см 2) при температуре ниже 0°С, менее 0,1 МПа (1 кгс/см 2) при температуре 0-15°С, менее 0,2 МПа (2 кгс/см 2) при температуре 15-25° С, менее 0,3 МПа (3 кгс/см 2) при температуре 25-35°С. Периодически в баллон добавляют ацетон (ацетонируют баллоны) для возмещения потерь растворителя.
При производстве газопламенных работ и децентрализованном потреблении ацетилена растворенный ацетилен имеет ряд существенных преимуществ перед ацетиленом, получаемым из карбида кальция в переносных генераторах непосредственно на месте работ. При использовании ацетиленовых баллонов взамен переносных генераторов производительность труда сварщика повышается на 20%, на 15-25% снижаются потери ацетилена, повышается оперативность и маневренность сварочного поста, удобство работы, безопасность, облегчается использование генераторов в зимнее время. Кроме того, растворенный ацетилен - высококачественное горючее, содержащее минимальные количества посторонних примесей, поэтому его можно применять при выполнении особо ответственных сварочных работ.
Применение растворенного ацетилена в технике газопламенной обработки неуклонно расширяется из года в год, вытесняя использование передвижных ацетиленовых генераторов.
Пористые массы для ацетиленовых баллонов должны удовлетворять следующим требованиям: надежно локализовать взрывной распад ацетилена в баллоне при давлении до 3 МПа (30 кгс/см 2); не взаимодействовать с ацетиленом, ацетоном и металлом баллона; обладать достаточной механической прочностью и не разрушаться при толчках и ударах, неизбежных в процессе эксплуатации баллона, не оседать и не образовывать пустот в баллоне; масса должна быть легкой и пористой, чтобы не уменьшать полезного объема и не увеличивать веса тары баллона; не должна выгорать и осмоляться при обратном ударе пламени; должна обеспечивать равномерное распределение ацетона по всему объему баллона и предотвращать
стекание раствора на дно баллона; обеспечивать быстрое выделение ацетилена из раствора для возможности отбора газа без сильного охлаждения баллона.
В качестве пористых масс применяют такие высокопористые вещества, как: инфузорную землю, (кизельгур, диатомит), пемзу, асбест, древесный и активированный уголь, силикат кальция, углекислый магний и др. Наибольшее применение имеют зернистые трамбованные массы и монолитные.
ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ
НАЗВАНИЕ АЦЕТИЛЕНА ПО НОМЕНКЛАТУРЕ ИЮПАК
ФИЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
СТРУКТУРНАЯ ФОРМУЛА АЦЕТИЛЕНА
ХАРАКТЕРИСТИКА КЛАССА ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ АЦЕТИЛЕНА
РЕАКЦИИ ПОЛУЧЕНИЯ АЦЕТИЛЕНА
ХАРАКТЕРНЫЕ ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ АЦЕТИЛЕНА
ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ АЦЕТИЛЕНА
ВОЗДЕЙСТВИЕ АЦЕТИЛЕНА НА ЧЕЛОВЕЧЕСКИЙ ОРГАНИЗМ И ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ
Впервые ацетилен получил в 1836 Эдмунд Дэви, двоюродный брат знаменитого Гемфри Дэви. Он подействовал водой на карбид калия: К2С2 + Н2О=С2Н2 + 2КОН и получил новый газ, который назвал двууглеродистым водородом. Этот газ был, в основном, интересен химикам с точки зрения теории строения органических соединений. Один из создателей так называемой теории радикалов Юстус Либих назвал группу атомов (т.е. радикал) С2Н3 ацетилом.
На латыни acetum - уксус; молекула уксусной кислоты (С2Н3О+О+Н, как записывали тогда ее формулу) рассматривалась как производное ацетила. Когда французский химик Марселен Бертло в 1855 сумел получить «двууглеродистый водород» сразу несколькими способами, он назвал его ацетиленом. Бертло считал ацетилен производным ацетила, от которого отняли один атом водорода: С2Н3 - Н = С2Н2. Сначала Бертло получал ацетилен, пропуская пары этилена, метилового и этилового спирта через раскаленную докрасна трубку. В 1862 он сумел синтезировать ацетилен из элементов, пропуская водород через пламя вольтовой дуги между двумя угольными электродами. Все упомянутые методы синтеза имели только теоретическое значение, и ацетилен был редким и дорогим газом, пока не был разработан дешевый способ получения карбида кальция прокаливанием смеси угля и негашеной извести: СаО + 3С = СаС2 + СО. Это произошло в конце XIX века.
Тогда ацетилен стали использовать для освещения. В пламени при высокой температуре этот газ, содержащий 92,3% углерода (это своеобразный химический рекорд), разлагается с образованием твердых частичек углерода, которые могут иметь в своем составе от нескольких до миллионов атомов углерода. Сильно накаливаясь во внутреннем конусе пламени, эти частички обуславливают яркое свечение пламени - от желтого до белого, в зависимости от температуры (чем горячее пламя, тем ближе его цвет к белому).
Ацетиленовые горелки давали в 15 раз больше света, чем обычные газовые фонари, которыми освещали улицы. Постепенно они были вытеснены электрическим освещением, но еще долго использовались в небольших фонарях на велосипедах, мотоциклах, в конных экипажах.
В течение длительного времени ацетилен для технических нужд (например, на стройках) получали «гашением» карбида водой. Полученный из технического карбида кальция ацетилен имеет неприятный запах из-за примесей аммиака, сероводорода, фосфина РН3, арсина AsH3.
НАЗВАНИЕ АЦЕТИЛЕНА ПО НОМЕНКЛАТУРЕ ИЮПАК
Согласно номенклатуре ИЮПАК при построении названий алкинов в названиях соответствующих насыщенных углеводородов суффикс -ан заменяется суффиксом -ин. Для указания положения тройной связи и замещающих групп цепь нумеруют также, как в соответствующих алкенах. Этин также возможно именовать тривиально - ацетилен.
ФИЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
При нормальных условиях - бесцветный газ, малорастворим в воде, легче воздуха. Температура кипения?83,8 °C. При сжатии разлагается со взрывом, хранят в баллонах, заполненных кизельгуром или активированным углем, пропитанным ацетоном, в котором ацетилен растворяется под давлением в больших количествах. Взрывоопасный. Нельзя выпускать на открытый воздух. C2H2 обнаружен на Уране и Нептуне.
СТРУКТУРНАЯ ФОРМУЛА АЦЕТИЛЕНА
ХАРАКТЕРИСТИКА КЛАССА ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ АЦЕТИЛЕНА
Ацетилен принадлежит к классу алкинов.
Алки?ны (иначе ацетиленовые углеводороды) - углеводороды, содержащие тройную связь между атомами углерода, образующие гомологический ряд с общей формулой CnH2n-2. Атомы углерода при тройной связи находятся в состоянии sp-гибридизации.
Для алкинов характерны реакции присоединения. В отличие от алкенов, которым свойственны реакции электрофильного присоединения, алкины могут вступать также и в реакции нуклеофильного присоединения. Это обусловлено значительным s-характером связи и, как следствие, повышенной электроотрицательностью атома углерода. Кроме того, большая подвижность атома водорода при тройной связи обуславливает кислотные свойства алкинов в реакциях замещения.
Алкины по своим физическим свойствам напоминают соответствующие алкены. Низшие (до С4) - газы без цвета и запаха, имеющие более высокие температуры кипения, чем аналоги в алкенах. Алкины плохо растворимы в воде, лучше - в органических растворителях.
ацетилен реакция соединение формула
РЕАКЦИИ ПОЛУЧЕНИЯ АЦЕТИЛЕНА
В лаборатории ацетилен получают действием воды на карбид кальция
2 Н2О = С2Н2? + Са(ОН)2
а также при дегидрировании двух молекул метана при температуре свыше 1400 °C:
СН4 = С2Н2? +3Н2?
ХАРАКТЕРНЫЕ ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ АЦЕТИЛЕНА
Основные химические реакции ацетилена (реакции присоединения):
Основные химические реакции ацетилена (реакции присоединения, димеризации, полимеризации, цикломеризации).
ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ АЦЕТИЛЕНА
Ацетилен используют:
для сварки и резки металлов,
как источник очень яркого, белого света в автономных светильниках, где он получается реакцией карбида кальция и воды (см. карбидная лампа),
в производстве взрывчатых веществ (см. ацетилениды),
для получения уксусной кислоты, этилового спирта, растворителей, пластических масс, каучука, ароматических углеводородов,
для получения технического углерода,
в атомно-абсорбционной спектрофотометрии при пламенной атомизации,
в ракетных двигателях (вместе с аммиаком).
ВОЗДЕЙСТВИЕ АЦИТЕЛЕНА НА ЧЕЛОВЕЧЕСКИЙ ОРГАНИЗМ И ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ
Поскольку ацетилен растворим в воде, и его смеси с кислородом могут взрываться в очень широком диапазоне концентраций, его нельзя собирать в газометры.
Ацетилен взрывается при температуре около 500 °C или давлении выше 0,2 МПа; КПВ 2,3-80,7 %, температура самовоспламенения 335 °C. Взрывоопасность уменьшается при разбавлении ацетилена другими газами, например азотом, метаном или пропаном. При длительном соприкосновении ацетилена с медью и серебром образуются ацетилениды меди и серебра, которые взрываются при ударе или повышении температуры. Поэтому при хранении ацетилена не используются материалы, содержащие медь (например, вентили баллонов).
Ацетилен обладает слабым токсическим действием. Для ацетилена нормирован ПДКм.р. = ПДК с.с. = 1,5 мг/м3 согласно гигиеническим нормативам ГН 2.1.6.1338-03 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест».
ПДКр.з. (рабочей зоны) не установлен (по ГОСТ 5457-75 и ГН 2.2.5.1314-03), так как концентрационные пределы распределения пламени в смеси с воздухом составляет 2,5-100 %.
Хранят и перевозят его в заполненных инертной пористой массой (например, древесным углем) стальных баллонах белого цвета (с красной надписью «А») в виде раствора в ацетоне под давлением 1,5-2,5 МПа.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1.Ньюленд Ю., Фогт Р., Химия ацетилена, Иниздат, 1947.
.Федоренко Н.П., Методы и экономика получения ацетилена, Химическая наука и промышленность, 3, т. 1, 1956.
.Федоренко Н.П. Химия и химическая технология, № 3, т. I, 1956.
Репетиторство
Нужна помощь по изучению какой-либы темы?
Наши специалисты проконсультируют или окажут репетиторские услуги по интересующей вас тематике.
Отправь заявку
с указанием темы прямо сейчас, чтобы узнать о возможности получения консультации.
