L'éthène (éthylène) est un représentant éminent des hydrocarbures insaturés. Propriétés physiques : gaz incolore et inflammable, explosif lorsqu'il est mélangé à l'oxygène et à l'air. L'éthylène est obtenu en quantités importantes à partir du pétrole pour la synthèse ultérieure de substances organiques précieuses (alcools monohydriques et diatomiques, polymères, acide acétique et autres composés).

éthylène, hybridation sp 2

Les hydrocarbures similaires en structure et en propriétés à l'éthène sont appelés alcènes. Historiquement, un autre terme a été établi pour ce groupe : les oléfines. La formule générale C n H 2n reflète la composition de toute la classe de substances. Son premier représentant est l'éthylène, dans la molécule dont les atomes de carbone forment non pas trois, mais seulement deux liaisons X avec l'hydrogène. Les alcènes sont des composés insaturés ou insaturés, leur formule est C 2 H 4. Seuls 2 nuages ​​d'électrons p et 1 s de l'atome de carbone sont mélangés en forme et en énergie au total, trois liaisons õ sont formées. Cette condition est appelée hybridation sp2. La quatrième valence du carbone est conservée et une liaison π apparaît dans la molécule. La caractéristique structurelle est reflétée dans la formule développée. Mais les symboles permettant d'indiquer différents types de connexions sur les schémas sont généralement les mêmes : des tirets ou des points. La structure de l'éthylène détermine son interaction active avec des substances de différentes classes. L’ajout d’eau et d’autres particules se produit en raison de la rupture de la faible liaison π. Les valences libérées sont saturées par les électrons de l'oxygène, de l'hydrogène et des halogènes.

Éthylène : propriétés physiques de la substance

L'éthylène dans des conditions normales (pression atmosphérique normale et température 18°C) est un gaz incolore. Il a une odeur douce (éthérée) et son inhalation a un effet narcotique sur les humains. Il durcit à -169,5°C et fond dans les mêmes conditions de température. L'éthylène bout à -103,8°C. S'enflamme lorsqu'il est chauffé à 540°C. Le gaz brûle bien, la flamme est lumineuse, avec de faibles suies. L'éthylène se dissout dans l'éther et l'acétone, beaucoup moins dans l'eau et l'alcool. La masse molaire arrondie de la substance est de 28 g/mol. Les troisième et quatrième représentants de la série homologue de l'éthène sont également des substances gazeuses. Les propriétés physiques du cinquième alcène et des suivants sont différentes ; ils sont liquides et solides.

Préparation et propriétés de l'éthylène

Le chimiste allemand Johann Becher l'a utilisé accidentellement dans des expériences avec de l'acide sulfurique concentré. C'est ainsi que l'éthylène a été obtenu pour la première fois en laboratoire (1680). Au milieu du XIXème siècle A.M. Butlerov a donné au composé le nom d'éthylène. Les propriétés physiques ont également été décrites par le célèbre chimiste russe. Butlerov a proposé une formule structurelle reflétant la structure de la substance. Modalités pour l’obtenir en laboratoire :

1. Hydrogénation catalytique de l'acétylène.
2. Déshydrohalogénation du chloroéthane en réaction avec une solution alcoolique concentrée d'une base forte (alcali) lorsqu'elle est chauffée.
3. L'élimination de l'eau des molécules d'éthyle. La réaction a lieu en présence d'acide sulfurique. Son équation : H2C-CH2-OH → H2C=CH2 + H2O

Production industrielle:

• raffinage du pétrole - craquage et pyrolyse des hydrocarbures ;
• déshydrogénation de l'éthane en présence d'un catalyseur. H 3 C-CH 3 → H 2 C = CH 2 + H 2

La structure de l'éthylène explique ses réactions chimiques typiques - l'ajout de particules par des atomes de C qui sont dans une liaison multiple :

1. Halogénation et hydrohalogénation. Les produits de ces réactions sont des dérivés halogènes.
2. Hydrogénation (saturation de l'éthane.
3. Oxydation en alcool dihydrique éthylène glycol. Sa formule est OH-H2C-CH2-OH.
4. Polymérisation selon le schéma : n(H2C=CH2) → n(-H2C-CH2-).

Domaines d'application de l'éthylène

Lorsqu'elle est fractionnée en grands volumes, les propriétés physiques, la structure et la nature chimique de la substance lui permettent d'être utilisée dans la production d'alcool éthylique, de dérivés halogénés, d'alcools, d'oxydes, d'acide acétique et d'autres composés. L'éthylène est un monomère du polyéthylène et également le composé parent du polystyrène.

Le dichloroéthane, produit à partir d'éthène et de chlore, est un bon solvant utilisé dans la production de chlorure de polyvinyle (PVC). Les films, les tuyaux et les plats sont en polyéthylène basse et haute densité ; les boîtiers pour CD et autres pièces sont en polystyrène. Le PVC est la base du linoléum et des imperméables. En agriculture, les fruits sont traités à l'éthylène avant la récolte pour accélérer la maturation.

Caractéristiques et propriétés physiques de l'éthène

DÉFINITION

Éthène (éthylène)- un gaz incolore et inflammable (la structure de la molécule est représentée sur la Fig. 1), avec une légère odeur. Légèrement soluble dans l'eau.

L'éthylène (éthylène) est un gaz incolore et inflammable (la structure moléculaire est illustrée sur la figure 1) avec une légère odeur. Légèrement soluble dans l'eau. Il est hautement soluble dans l'éther diéthylique et les hydrocarbures.

Riz. 1. La structure de la molécule d'éthylène.

Tableau 1. Propriétés physiques de l'éthène.

Obtention d'éthylène

En quantités industrielles, l'éthène est obtenu à partir du raffinage du pétrole : craquage et déshydrogénation de l'éthane. Les méthodes de laboratoire pour produire de l'éthylène sont présentées

— déshydratation de l'éthanol

CH 3 -CH 2 -OH →CH 2 =CH 2 + H 2 O (H 2 SO 4 (conc), t o = 170).

— déshydrohalogénation du monohaloéthane

CH 3 -CH 2 -Br + NaOH alcool →CH 2 =CH 2 + NaBr + H 2 O (t o).

— déshalogénation du dihaloéthane

Cl-CH 2 -CH 2 -Cl + Zn(Mg) →CH 2 =CH 2 + ZnCl 2 (MgCl 2);

- hydrogénation incomplète de l'acétylène

CH≡CH + H 2 →CH 2 =CH 2 (Pd, t o).

Propriétés chimiques de l'éthène

L'éthylène est un composé très réactif. Toutes les transformations chimiques de l'éthylène procèdent à une division :

1. Liaisons p-C-C (addition, polymérisation et oxydation)

• hydrogénation

CH 2 =CH 2 + H 2 → CH 3 -CH 3 (kat = Pt).

• halogénation

CH 2 =CH 2 + Br 2 → BrCH-CHBr.

• hydrohalogénation

CH 2 =CH 2 + H-Cl → H 2 C-CHCl.

• hydratation

CH 2 =CH 2 + H-OH → CH 3 -CH 2 -OH (H + , to).

• polymérisation

nCH 2 =CH 2 → -[-CH 2 -CH 2 -]- n (kat, t o).

• oxydation

CH 2 =CH 2 + 2KMnO 4 + 2KOH → HO-CH 2 -CH 2 -OH + 2K 2 MnO 4;

2CH 2 =CH 2 + O 2 → 2C 2 OH 4 (époxyde) (kat = Ag,t o) ;

2CH 2 =CH 2 + O 2 → 2CH 3 -C(O)H (kat = PdCl 2, CuCl).

1. liaisons C sp 3 -H (en position allylique)

CH 2 =CH 2 + Cl 2 → CH 2 =CH-Cl + HCl (t o =400).

1. Rompre tous les liens

C 2 H 4 + 2O 2 → 2CO 2 + 2H 2 O.

Applications de l'éthène

L'utilisation principale de l'éthylène est la synthèse organique industrielle de composés tels que les dérivés halogénés, les alcools (éthanol, éthylène glycol), l'acétaldéhyde, l'acide acétique, etc. De plus, ce composé est utilisé dans la production de polymères.

Exemples de résolution de problèmes

EXEMPLE 1

EXEMPLE 2

Histoire de la découverte de l'éthylène

L'éthylène a été obtenu pour la première fois par le chimiste allemand Johann Becher en 1680 par l'action de l'huile de vitriol (H 2 SO 4) sur l'alcool (éthylique) du vin (C 2 H 5 OH).

CH 3 -CH 2 -OH+H 2 SO 4 →CH 2 =CH 2 +H 2 O

Au début, il a été identifié avec « l’air inflammable », c’est-à-dire l’hydrogène. Plus tard, en 1795, l'éthylène fut obtenu de manière similaire par les chimistes hollandais Deyman, Potts van Truswyk, Bond et Lauerenburg et le décrivèrent sous le nom de « gaz de pétrole », car ils découvrirent la capacité de l'éthylène à ajouter du chlore pour former un gaz huileux. liquide - chlorure d'éthylène ("chimistes pétroliers néerlandais") (Prokhorov, 1978).

L'étude des propriétés de l'éthylène, de ses dérivés et homologues a débuté au milieu du XIXe siècle. L'utilisation pratique de ces composés a commencé avec les études classiques d'A.M. Butlerov et ses étudiants dans le domaine des composés insaturés et en particulier la création par Butlerov de la théorie de la structure chimique. En 1860, il prépara l'éthylène par action du cuivre sur l'iodure de méthylène, établissant ainsi la structure de l'éthylène.

En 1901, Dmitry Nikolaevich Nelyubov a cultivé des pois dans un laboratoire de Saint-Pétersbourg, mais les graines ont produit des pousses tordues et raccourcies, dont le sommet était plié avec un crochet et ne se courbait pas. Dans la serre et à l'air frais, les plants étaient uniformes, hauts et le sommet a rapidement redressé le crochet à la lumière. Nelyubov a suggéré que le facteur provoquant l'effet physiologique était l'air du laboratoire.

A cette époque, les locaux étaient éclairés au gaz. Le même gaz brûlait dans les lampadaires, et on avait remarqué depuis longtemps qu'en cas d'accident de gazoduc, les arbres situés à côté de la fuite de gaz jaunissaient prématurément et perdaient leurs feuilles.

Le gaz éclairant contenait diverses substances organiques. Pour éliminer les impuretés du gaz, Nelyubov l'a fait passer dans un tube chauffé contenant de l'oxyde de cuivre. Dans l'air « purifié », les plants de pois se sont développés normalement. Afin de découvrir quelle substance provoque la réponse des plants, Nelyubov a ajouté tour à tour divers composants du gaz d'éclairage et a découvert que l'ajout d'éthylène provoquait :

1) croissance plus lente en longueur et épaississement de la plantule,

2) anse apicale « non fléchissante »,

3) Changer l'orientation du plant dans l'espace.

Cette réponse physiologique des plantules était appelée triple réponse à l’éthylène. Les pois se sont révélés si sensibles à l'éthylène qu'ils ont commencé à être utilisés dans des biotests pour déterminer de faibles concentrations de ce gaz. On a vite découvert que l’éthylène provoque également d’autres effets : chute des feuilles, maturation des fruits, etc. Il s'est avéré que les plantes elles-mêmes sont capables de synthétiser de l'éthylène, c'est-à-dire l'éthylène est une phytohormone (Petushkova, 1986).

Propriétés physiques de l'éthylène

Éthylène- un composé chimique organique décrit par la formule C 2 H 4. C'est l'alcène le plus simple ( oléfine).

L'éthylène est un gaz incolore à légère odeur sucrée d'une densité de 1,178 kg/m³ (plus léger que l'air), son inhalation a un effet narcotique sur l'homme. L'éthylène se dissout dans l'éther et l'acétone, beaucoup moins dans l'eau et l'alcool. Forme un mélange explosif lorsqu'il est mélangé à l'air

Il durcit à –169,5°C et fond dans les mêmes conditions de température. L'éthylène bout à –103,8°C. S'enflamme lorsqu'il est chauffé à 540°C. Le gaz brûle bien, la flamme est lumineuse, avec de faibles suies. La masse molaire arrondie de la substance est de 28 g/mol. Les troisième et quatrième représentants de la série homologue de l'éthène sont également des substances gazeuses. Les propriétés physiques du cinquième alcène et des suivants sont différentes ; ils sont liquides et solides.

Production d'éthylène

Les principales méthodes de production d'éthylène :

Déshydrohalogénation d'alcanes halogénés sous l'influence de solutions alcooliques d'alcalis

CH 3 -CH 2 -Br + KOH → CH 2 = CH 2 + KBr + H 2 O;

Déshalogénation des alcanes dihalogénés sous l'influence de métaux actifs

Cl-CH 2 -CH 2 -Cl + Zn → ZnCl 2 + CH 2 = CH 2;

Déshydratation de l'éthylène en le chauffant avec de l'acide sulfurique (t > 150 °C) ou en faisant passer sa vapeur sur un catalyseur

CH 3 -CH 2 -OH → CH 2 = CH 2 + H 2 O;

Déshydrogénation de l'éthane par chauffage (500C) en présence d'un catalyseur (Ni, Pt, Pd)

CH 3 -CH 3 → CH 2 = CH 2 + H 2.

Propriétés chimiques de l'éthylène

L'éthylène est caractérisé par des réactions qui se déroulent par le mécanisme d'addition électrophile, de substitution radicalaire, d'oxydation, de réduction et de polymérisation.

1. Halogénation(addition électrophile) - l'interaction de l'éthylène avec des halogènes, par exemple avec le brome, dans laquelle l'eau bromée se décolore :

CH 2 = CH 2 + Br 2 = Br-CH 2 -CH 2 Br.

L'halogénation de l'éthylène est également possible lorsqu'il est chauffé (300C), dans ce cas la double liaison ne se rompt pas - la réaction se déroule selon le mécanisme de substitution radicalaire :

CH 2 = CH 2 + Cl 2 → CH 2 = CH-Cl + HCl.

2. Hydrohalogénation- interaction de l'éthylène avec les halogénures d'hydrogène (HCl, HBr) avec formation d'alcanes halogénés :

CH 2 = CH 2 + HCl → CH 3 -CH 2 -Cl.

3. Hydratation- interaction de l'éthylène avec l'eau en présence d'acides minéraux (sulfurique, phosphorique) avec formation d'alcool monohydrique saturé - éthanol :

CH 2 = CH 2 + H 2 O → CH 3 -CH 2 -OH.

Parmi les réactions d'addition électrophiles, on distingue l'addition acide hypochloreux(1), réactions hydroxy- Et alcoxymercuration(2, 3) (production de composés organomercuriels) et hydroboration (4):

CH 2 = CH 2 + HClO → CH 2 (OH)-CH 2 -Cl (1);

CH 2 = CH 2 + (CH 3 COO) 2 Hg + H 2 O → CH 2 (OH)-CH 2 -Hg-OCOCH 3 + CH 3 COOH (2) ;

CH 2 = CH 2 + (CH 3 COO) 2 Hg + R-OH → R-CH 2 (OCH 3)-CH 2 -Hg-OCOCH 3 + CH 3 COOH (3);

CH 2 = CH 2 + BH 3 → CH 3 -CH 2 -BH 2 (4).

Les réactions d'addition nucléophile sont typiques pour les dérivés de l'éthylène contenant des substituants attracteurs d'électrons. Parmi les réactions d'addition nucléophiles, une place particulière est occupée par les réactions d'addition d'acide cyanhydrique, d'ammoniac et d'éthanol. Par exemple,

2 SUR-CH = CH 2 + HCN → 2 SUR-CH 2 -CH 2 -CN.

4. oxydation. L'éthylène s'oxyde facilement. Si l’éthylène passe à travers une solution de permanganate de potassium, il se décolorera. Cette réaction est utilisée pour distinguer les composés saturés et insaturés. En conséquence, de l'éthylène glycol est formé

3CH 2 = CH 2 + 2KMnO 4 +4H 2 O = 3CH 2 (OH)-CH 2 (OH) +2MnO 2 + 2KOH.

À oxydation sévère l'éthylène avec une solution bouillante de permanganate de potassium dans un environnement acide, une rupture complète de la liaison (liaison σ) se produit avec formation d'acide formique et de dioxyde de carbone :

Oxydationéthylène oxygèneà 200C en présence de CuCl 2 et PdCl 2 conduit à la formation d'acétaldéhyde :

CH 2 = CH 2 +1/2O 2 = CH 3 -CH = O.

5. hydrogénation. À restauration L'éthylène produit de l'éthane, un représentant de la classe des alcanes. La réaction de réduction (réaction d'hydrogénation) de l'éthylène se déroule par un mécanisme radicalaire. La condition pour que la réaction se produise est la présence de catalyseurs (Ni, Pd, Pt), ainsi que le chauffage du mélange réactionnel :

CH 2 = CH 2 + H 2 = CH 3 -CH 3.

6. L'éthylène entre réaction de polymérisation. La polymérisation est le processus de formation d'un composé de haut poids moléculaire - un polymère - en se combinant les uns avec les autres en utilisant les principales valences des molécules de la substance originale de faible poids moléculaire - le monomère. La polymérisation de l'éthylène se produit sous l'action d'acides (mécanisme cationique) ou de radicaux (mécanisme radicalaire) :

n CH 2 = CH 2 = -(-CH 2 -CH 2 -) n -.

7. Combustion :

C 2 H 4 + 3O 2 → 2CO 2 + 2H 2 O

8. Dimérisation. Dimérisation- le processus de formation d'une nouvelle substance par combinaison de deux éléments structuraux (molécules, dont des protéines, ou particules) en un complexe (dimère) stabilisé par des liaisons faibles et/ou covalentes.

2CH 2 =CH 2 →CH 2 =CH-CH 2 -CH 3

Application

L'éthylène est utilisé dans deux catégories principales : comme monomère à partir duquel de grandes chaînes carbonées sont construites, et comme matière première pour d'autres composés à deux carbones. Les polymérisations sont des combinaisons répétées de nombreuses petites molécules d'éthylène en de plus grosses. Ce processus se produit à des pressions et des températures élevées. Les domaines d'application de l'éthylène sont nombreux. Le polyéthylène est un polymère particulièrement utilisé dans la production de films d'emballage, de gaines métalliques et de bouteilles en plastique. Une autre utilisation de l'éthylène comme monomère concerne la formation d'α-oléfines linéaires. L'éthylène est la matière première pour la préparation d'un certain nombre de composés à deux carbones tels que l'éthanol ( alcool technique), oxyde d'éthylène ( antigel, fibres et films polyester), acétaldéhyde et chlorure de vinyle. En plus de ces composés, l'éthylène et le benzène forment l'éthylbenzène, utilisé dans la production de plastiques et de caoutchouc synthétique. La substance en question est l’un des hydrocarbures les plus simples. Cependant, les propriétés de l’éthylène le rendent biologiquement et économiquement important.

Les propriétés de l’éthylène constituent une bonne base commerciale pour un grand nombre de matériaux organiques (contenant du carbone et de l’hydrogène). Des molécules d'éthylène simples peuvent être assemblées pour former du polyéthylène (ce qui signifie de nombreuses molécules d'éthylène). Le polyéthylène est utilisé pour fabriquer des plastiques. De plus, il peut être utilisé pour fabriquer détergents et lubrifiants synthétiques, qui sont des produits chimiques utilisés pour réduire la friction. L'utilisation de l'éthylène pour produire du styrène est importante dans le processus de création de caoutchouc et d'emballages de protection. En outre, il est utilisé dans l'industrie de la chaussure, notamment des chaussures de sport, ainsi que dans la production de pneus de voiture. L’utilisation de l’éthylène est commercialement importante et le gaz lui-même est l’un des hydrocarbures les plus couramment produits dans le monde.

L'éthylène est utilisé dans la production de verres spéciaux pour l'industrie automobile.

Hydrocarbures

10 e année

Continuation. Voir le début dans le n° 9/2009.

Conférence 3.
Hydrocarbures insaturés de la série éthylène, formule de composition générale. Structure électronique et spatiale, propriétés chimiques de l'éthylène

Les hydrocarbures insaturés de la série éthylène, ou alcènes, sont des hydrocarbures de formule générale C n H2 n, dont les molécules contiennent une double liaison. Les atomes de C reliés par une double liaison sont dans l'état sp 2-hybridation, la double liaison est une combinaison de liaisons - et -. De par sa nature, la -connexion est très différente de la -connexion ; - la liaison est moins forte du fait du chevauchement des nuages ​​d'électrons en dehors du plan de la molécule.

L'alcène le plus simple est éthylène. Les formules structurelles et électroniques de l'éthylène sont :

Dans la molécule d'éthylène, on subit une hybridation s- et deux p-orbitales d'atomes de C ( sp 2-hybridation). Ainsi, chaque atome C possède trois orbitales hybrides et une orbitale non hybride. p-orbitales. Deux des orbitales hybrides des atomes C se chevauchent et forment une liaison C entre les atomes. Les quatre orbitales hybrides restantes des atomes C se chevauchent dans le même plan avec quatre s-orbitales d'atomes H et forment également quatre liaisons. Deux non hybrides p-les orbitales des atomes C se chevauchent mutuellement dans un plan situé perpendiculairement au plan des liaisons -, c'est-à-dire un lien est formé. Sous l'influence de réactifs, la liaison se rompt facilement.

La molécule d'éthylène est symétrique ; les noyaux de tous les atomes sont situés dans le même plan et les angles de liaison sont proches de 120° ; la distance entre les centres des atomes de C est de 0,134 nm.

Si les atomes sont reliés par une double liaison, alors leur rotation est impossible sans que les nuages ​​​​d'électrons n'ouvrent les liaisons.

L'éthylène est le premier membre de la série homologue des alcènes.

Mais la molécule butène-2 peut se présenter sous la forme de deux formes spatiales - cis- et trans- :

Les isomères cis et trans, ayant des dispositions différentes d'atomes dans l'espace, diffèrent par de nombreuses propriétés physiques et chimiques.

Ainsi, deux types sont possibles pour les alcènes isomérie structurelle: isomérie de chaîne carbonée et isomérie de position de double liaison. Il est également possible isomérie géométrique.

L'éthylène (éthène) est un gaz incolore avec une très faible odeur sucrée, légèrement plus léger que l'air, légèrement soluble dans l'eau.

Par chimique Les propriétés de l'éthylène diffèrent fortement de celles de l'éthane, en raison de la structure électronique de sa molécule. Ayant une double liaison dans la molécule, constituée de liaisons - et -, l'éthylène est capable de lier deux atomes ou radicaux monovalents en raison du clivage de la liaison -.

Capacité à réagir accession caractéristique de tous les alcènes.

1. Ajout d'hydrogène(réaction d'hydrogénation) :

2. Ajout d'halogènes(réaction d'halogénation) :

Lorsque du brome (sous forme d’eau bromée) est ajouté à un alcène, la couleur brune du brome disparaît rapidement. Cette réaction est qualitative pour une double liaison.

3. (réaction d'hydrohalogénation) :

Si l’alcène de départ est asymétrique, alors la réaction se déroule selon la règle de Markovnikov.

L'ajout d'halogénures d'hydrogène à des composés insaturés se produit selon ionique mécanisme.

4. Raccordement à l'eau(réaction d'hydratation) :

Cette réaction est utilisée pour produire de l'alcool éthylique dans l'industrie.

Les alcanes sont caractérisés par des réactions oxydation :

1. L'éthylène s'oxyde facilement même à des températures ordinaires, par exemple sous l'action du permanganate de potassium. Si l'on fait passer l'éthylène à travers une solution aqueuse de permanganate de potassium KMnO4, alors la couleur violette caractéristique de cette dernière disparaît, et l'éthylène est oxydé (réaction d'hydroxylation) avec du permanganate de potassium (réaction qualitative à une double liaison) :

2. L'éthylène brûle avec une flamme lumineuse pour former du monoxyde de carbone (IV) et de l'eau :

C 2 H 4 + 3O 2 -> 2CO 2 + 2H 2 O.

3. L'oxydation partielle de l'éthylène par l'oxygène de l'air revêt une grande importance industrielle :

L'éthylène, comme tous les hydrocarbures insaturés, est caractérisé par des réactions polymérisation . Ils se produisent à température et pression élevées et en présence de catalyseurs :

La polymérisation est la combinaison séquentielle de molécules identiques en molécules plus grosses.

Ainsi, l'éthylène et ses homologues sont caractérisés par des réactions d'addition, d'oxydation et de polymérisation.

Conférence 4.
L'acétylène est un représentant des hydrocarbures avec une triple liaison dans la molécule.
Propriétés chimiques, production et utilisation de l'acétylène en synthèse organique

Les alcynes sont des hydrocarbures de formule générale C n H2 n–2, dont les molécules contiennent une triple liaison.

Acétylène– le premier membre de la série homologue des hydrocarbures acétylènes, ou alcynes. La formule moléculaire de l'acétylène est C 2 H 2.

Formule développée de l'acétylène H – C = C–H.

Formule électronique :

H : AVEC : : : AVEC : N.

Les atomes de carbone d'acétylène liés par une triple liaison sont dans l'état sp-hybridation. s Lorsque les molécules d'acétylène se forment, un atome de C s'hybride à chaque fois. p- Et p-orbitales. En conséquence, chaque atome C acquiert deux orbitales hybrides et deux s-les orbitales restent non hybrides. Les deux orbitales hybrides se chevauchent et une liaison se forme entre les atomes de C. Les deux orbitales hybrides restantes se chevauchent avec p-des orbitales d'atomes H, et des liaisons -se forment également entre eux et les atomes C. Quatre non hybrides p-les orbitales sont placées mutuellement perpendiculaires et perpendiculaires aux directions des -liaisons. Dans ces avions

-les orbitales se chevauchent et deux liaisons -se forment, qui sont relativement faibles et se rompent facilement lors de réactions chimiques.

Ainsi, dans une molécule d’acétylène, il existe trois liaisons (une liaison C-C et deux liaisons C-H) et deux liaisons entre deux atomes de C. La triple liaison dans les alcynes n'est pas une triple liaison, mais une liaison combinée, composée de trois liaisons : une et deux liaisons.

La molécule d'acétylène a une structure linéaire. L’apparition de la troisième liaison provoque un rapprochement supplémentaire des atomes de C : la distance entre leurs centres est de 0,120 nm. Propriétés physiques.

L'acétylène est un gaz incolore, plus léger que l'air, légèrement soluble dans l'eau et presque inodore sous sa forme pure. Propriétés chimiques.

Les propriétés chimiques de l'acétylène sont largement similaires à celles de l'éthylène. Il se caractérise par des réactions d'addition, d'oxydation et de polymérisation. accession. Réactions

1. Ajout d'hydrogène Les alcynes ajoutent non pas une, mais deux molécules réactives. Une triple liaison se transforme d’abord en double liaison puis en simple liaison (-bond).

2. Ajout d'halogènes(réaction d’hydrogénation) se produit lorsqu’il est chauffé en présence d’un catalyseur. La réaction se déroule en deux étapes, d'abord de l'éthylène est formé, puis de l'éthane :

L'eau bromée se décolore. La décoloration de l'eau bromée est une réaction qualitative à l'acétylène, ainsi qu'à tous les hydrocarbures insaturés.

3. Ajout d'halogénures d'hydrogène(réaction d'hydrohalogénation). La réaction d’addition du chlorure d’hydrogène est importante :

Un polymère, le polychlorure de vinyle, est obtenu à partir du chlorure de vinyle.

4. Raccordement à l'eau(réaction d'hydratation) se produit en présence de sels de mercure(II) - HgSO 4, Hg(NO 3) 2 - avec formation d'acétaldéhyde :

Cette réaction porte le nom du scientifique russe Mikhaïl Grigorievich Kucherov (1881).

Les propriétés chimiques de l'acétylène sont largement similaires à celles de l'éthylène. Il se caractérise par des réactions d'addition, d'oxydation et de polymérisation. oxydation . L'acétylène est très sensible aux agents oxydants.

1. Lorsqu'il est passé à travers une solution de permanganate de potassium, l'acétylène s'oxyde facilement et la solution de KMnO 4 se décolore :

La décoloration du permanganate de potassium peut être utilisée comme réaction qualitative à la triple liaison.

L'oxydation implique généralement le clivage de la triple liaison et la formation d'acides carboxyliques :

RC-C = C–R " + 3[O] + H 2 O -> R–COOH + R " –COOH.

L'acétylène, lors d'une combustion complète, produit du monoxyde de carbone (IV) et de l'eau :

2C 2 H 2 + 5O 2 -> 4CO 2 + 2H 2 O.

Dans l'air, l'acétylène brûle avec une flamme très enfumée.

Réactions polymérisation . Dans certaines conditions, l'acétylène peut polymériser en benzène et en vinylacétylène.

1. Lorsque l'acétylène passe sur du charbon actif à 450-500 °C, l'acétylène se trimère pour former du benzène (N.D. Zelinsky, 1927) :

2. Sous l'influence d'une solution aqueuse de CuCl et NH 4 Cl, l'acétylène se dimérise pour former du vinylacétylène :

Le vinylacétylène est très réactif ; En ajoutant du chlorure d'hydrogène, il forme du chloroprène, qui est utilisé pour produire du caoutchouc artificiel :

Préparation d'acétylène. En laboratoire et dans l'industrie, l'acétylène est produit en faisant réagir du carbure de calcium avec de l'eau (méthode au carbure) :

Le carbure de calcium est produit dans des fours électriques en chauffant du coke avec de la chaux vive :

Beaucoup d'énergie est dépensée pour produire du CaC 2, de sorte que la méthode au carbure ne peut pas répondre aux besoins en acétylène.

Dans l'industrie, l'acétylène est obtenu à la suite du craquage du méthane à haute température :

Application de l'acétylène en synthèse organique. L'acétylène est largement utilisé en synthèse organique. C'est l'une des matières premières dans la production de caoutchoucs synthétiques, de chlorure de polyvinyle et d'autres polymères. L'acide acétique et les solvants (1,1,2,2-tétrachloroéthane et 1,1,2-trichloroéthène) sont obtenus à partir de l'acétylène. Lorsque l’acétylène est brûlé dans l’oxygène, la température de la flamme atteint 3 150 °C, c’est pourquoi il est utilisé pour le soudage et le coupage des métaux.

Exemples d'utilisations industrielles de l'acétylène :

Conférence 5.
Hydrocarbures diéniques, leur structure, leurs propriétés, leur préparation et leur importance pratique

Les hydrocarbures diéniques, ou alcadiénes, sont des hydrocarbures contenant deux doubles liaisons dans la chaîne carbonée. Leur composition peut être exprimée par la formule générale C n H2 n–2. Ils sont isomères des hydrocarbures acétylènes.

Les alcadiènes, dans les molécules desquels les doubles liaisons sont séparées par une simple liaison (doubles liaisons conjuguées), sont largement utilisés - ce sont

qui sont les matières premières pour la production de caoutchoucs.

Pour former deux doubles liaisons dans une molécule, au moins trois atomes de C sont nécessaires. Le représentant le plus simple des alcadiènes est le propadiène CH 2 =C=CH 2.

Les hydrocarbures diéniques peuvent différer par la position de la double liaison dans la chaîne carbonée :

L'isomérie de la chaîne carbonée est également possible.

Le butadiène-1,3 est l'alcadiène conjugué le plus simple. Dans le butadiène-1,3, les quatre atomes de C sont dans l'état sp 2-hybridation. Ils se situent dans le même plan et forment le squelette de la molécule. Non hybride p-les orbitales de chaque atome C sont perpendiculaires au plan squelettique et parallèles les unes aux autres, ce qui crée les conditions de leur chevauchement mutuel. Le chevauchement se produit non seulement entre les atomes C 1 – C 2 et C 3 – C 4, mais aussi partiellement entre les atomes C 2 – C 3. Quand quatre se chevauchent p-orbitales, un nuage d'un seul électron se forme, c'est-à-dire conjugaison de deux doubles liaisons (, -conjugaison).

La molécule d'acétylène a une structure linéaire. L’apparition de la troisième liaison provoque un rapprochement supplémentaire des atomes de C : la distance entre leurs centres est de 0,120 nm. Le butadiène-1,3 dans des conditions normales est un gaz qui se liquéfie lorsqu'il t= 4,5 °C ; Le 2-méthylbutadiène-1,3 est un liquide volatil qui bout à t= 34,1 °C.

L'acétylène est un gaz incolore, plus léger que l'air, légèrement soluble dans l'eau et presque inodore sous sa forme pure. Les hydrocarbures diéniques à doubles liaisons conjuguées sont très réactifs.

Ils réagissent facilement accession , réagissant avec l'hydrogène, les halogènes, les halogénures d'hydrogène, etc.

Habituellement, l’addition se produit aux extrémités des molécules diènes. Ainsi, lors de l'interaction avec le brome, les doubles liaisons sont rompues, des atomes de brome sont ajoutés aux atomes de C les plus externes et les valences libres forment une double liaison, c'est-à-dire À la suite de l'addition, la double liaison se déplace :

S'il y a un excès de brome, une autre molécule peut être ajoutée à l'endroit de la double liaison restante.

Dans les alcadiènes, les réactions d'addition peuvent se dérouler dans deux directions :

1) au site de rupture d'une double liaison (addition 1,2) :

2) avec ajout aux extrémités de la molécule et rupture de deux doubles liaisons (addition 1,4) :

Le déroulement préférentiel de la réaction selon une voie ou une autre dépend des conditions spécifiques.

En raison de la présence de doubles liaisons, les hydrocarbures diènes sont assez facilement polymériser . Le produit de polymérisation du 2-méthylbutadiène-1,3 (isoprène) est le polyisoprène - un analogue du caoutchouc naturel :

Reçu. La méthode catalytique de production de 1,3-butadiène à partir d'éthanol a été découverte en 1932 par Sergei Vasilievich Lebedev. Selon la méthode de Lebedev, le butadiène-1,3 est obtenu par déshydrogénation et déshydratation simultanées de l'éthanol en présence de catalyseurs à base de ZnO et d'Al 2 O 3 :

Mais une méthode plus prometteuse pour produire du butadiène est la déshydrogénation du butane contenu dans les gaz de pétrole. À t= 600 °C, une déshydrogénation progressive du butane se produit en présence d'un catalyseur :

La déshydrogénation catalytique de l'isopentane produit de l'isoprène :

Importance pratique. Les hydrocarbures diéniques sont principalement utilisés pour la synthèse des caoutchoucs :

Réaction de polymérisation du butadiène-1,3 :

Réimprimé avec suite

L'éthylène est le plus simple des composés organiques appelés alcènes. Il est incolore et a un goût et une odeur sucrés. Les sources naturelles comprennent le gaz naturel et le pétrole, et c'est également une hormone naturellement présente dans les plantes, dans laquelle elle inhibe la croissance et favorise la maturation des fruits. L'utilisation de l'éthylène est courante en chimie organique industrielle. Il est produit en chauffant du gaz naturel, le point de fusion est de 169,4 °C et le point d'ébullition est de 103,9 °C.

Éthylène : caractéristiques structurelles et propriétés

Les hydrocarbures sont des molécules contenant de l'hydrogène et du carbone. Ils varient considérablement en termes de nombre de liaisons simples et doubles et d’orientation structurelle de chaque composant. L’éthylène est l’un des hydrocarbures les plus simples, mais bénéfiques sur le plan biologique et économique. Il se présente sous forme gazeuse, incolore et inflammable. Il est constitué de deux atomes de carbone doubles liés à des atomes d’hydrogène. La formule chimique est C 2 H 4 . La forme structurelle de la molécule est linéaire en raison de la présence d'une double liaison au centre.
L'éthylène a une odeur douce et musquée qui facilite l'identification de la substance dans l'air. Ceci s'applique au gaz sous sa forme pure : l'odeur peut disparaître lorsqu'il est mélangé à d'autres produits chimiques.

Schéma d'application de l'éthylène

L'éthylène est utilisé dans deux catégories principales : comme monomère à partir duquel de grandes chaînes carbonées sont construites, et comme matière première pour d'autres composés à deux carbones. Les polymérisations sont des combinaisons répétées de nombreuses petites molécules d'éthylène en de plus grosses. Ce processus se produit à des pressions et des températures élevées. Les domaines d'application de l'éthylène sont nombreux. Le polyéthylène est un polymère utilisé notamment en grande quantité dans la production de films d'emballage, de gaines métalliques et de bouteilles en plastique. Une autre utilisation de l'éthylène comme monomère concerne la formation d'α-oléfines linéaires. L'éthylène est la matière première pour la préparation d'un certain nombre de composés à deux carbones tels que l'éthanol (alcool industriel) (antigel et film), l'acétaldéhyde et le chlorure de vinyle. En plus de ces composés, l'éthylène et le benzène forment l'éthylbenzène, qui est utilisé dans la production de plastiques et la substance en question est l'un des hydrocarbures les plus simples. Cependant, les propriétés de l’éthylène le rendent biologiquement et économiquement important.

Un usage commercial

Les propriétés de l’éthylène constituent une bonne base commerciale pour un grand nombre de matériaux organiques (contenant du carbone et de l’hydrogène). Des molécules d'éthylène simples peuvent être assemblées pour former du polyéthylène (ce qui signifie de nombreuses molécules d'éthylène). Le polyéthylène est utilisé pour fabriquer des plastiques. De plus, il peut être utilisé pour fabriquer des détergents et des lubrifiants synthétiques, qui sont des produits chimiques utilisés pour réduire la friction. L'utilisation de l'éthylène pour produire du styrène est importante dans le processus de création de caoutchouc et d'emballages de protection. De plus, il est utilisé dans l’industrie de la chaussure, notamment des chaussures de sport, ainsi que dans la production de pneus automobiles. L’utilisation de l’éthylène est commercialement importante et le gaz lui-même est l’un des hydrocarbures les plus couramment produits dans le monde.

Danger pour la santé

L'éthylène présente un risque pour la santé principalement parce qu'il est inflammable et explosif. Il peut également agir comme un stupéfiant à faibles concentrations, provoquant des nausées, des étourdissements, des maux de tête et une perte de coordination. À des concentrations plus élevées, il agit comme un anesthésique, provoquant une perte de conscience et d'autres irritants. Tous ces aspects négatifs peuvent être préoccupants, en particulier pour les personnes travaillant directement avec le gaz. La quantité d’éthylène que la plupart des gens rencontrent au quotidien est généralement relativement faible.

Réactions à l'éthylène

1) Oxydation. Il s'agit de l'ajout d'oxygène, par exemple lors de l'oxydation de l'éthylène en oxyde d'éthylène. Il est utilisé dans la production d'éthylène glycol (1,2-éthanediol), qui est utilisé comme liquide antigel, et dans la production de polyesters par polymérisation par condensation.

2) Halogénation - réactions avec l'éthylène du fluor, du chlore, du brome, de l'iode.

3) Chloration de l'éthylène sous forme de 1,2-dichloroéthane et conversion ultérieure du 1,2-dichloroéthane en monomère de chlorure de vinyle. Le 1,2-dichloroéthane est utile et constitue également un précurseur précieux dans la synthèse du chlorure de vinyle.

4) Alkylation - ajout d'hydrocarbures au niveau d'une double liaison, par exemple, synthèse d'éthylbenzène à partir d'éthylène et de benzène, suivie d'une conversion en styrène. L'éthylbenzène est un intermédiaire pour la production de styrène, l'un des monomères vinyliques les plus utilisés. Le styrène est un monomère utilisé pour produire du polystyrène.

5) Combustion de l'éthylène. Le gaz est produit par chauffage et acide sulfurique concentré.

6) Hydratation - une réaction avec ajout d'eau à la double liaison. L'application industrielle la plus importante de cette réaction est la conversion de l'éthylène en éthanol.

Éthylène et combustion

L'éthylène est un gaz incolore peu soluble dans l'eau. La combustion de l'éthylène dans l'air s'accompagne de la formation de dioxyde de carbone et d'eau. Dans sa forme pure, le gaz brûle avec une flamme à diffusion légère. Mélangé à une petite quantité d'air, il produit une flamme composée de trois couches distinctes : un noyau interne de gaz non brûlé, une couche bleu-vert et un cône externe où le produit partiellement oxydé de la couche prémélangée est brûlé dans une flamme de diffusion. La flamme qui en résulte présente une série complexe de réactions et si davantage d’air est ajouté au mélange gazeux, la couche de diffusion disparaît progressivement.

Faits utiles

1) L'éthylène est une hormone végétale naturelle, elle affecte la croissance, le développement, la maturation et le vieillissement de toutes les plantes.

2) Le gaz n'est ni nocif ni toxique pour l'homme à une certaine concentration (100-150 mg).

3) Il est utilisé en médecine comme anesthésique.

4) L'action de l'éthylène ralentit à basse température.

5) Une propriété caractéristique est une bonne pénétration à travers la plupart des substances, par exemple à travers les cartons d'emballage, les murs en bois et même en béton.

6) Bien qu’il soit inestimable pour sa capacité à initier le processus de maturation, il peut également être très nocif pour de nombreux fruits, légumes, fleurs et plantes, accélérant le processus de vieillissement et réduisant la qualité et la durée de conservation des produits. L'étendue des dommages dépend de la concentration, de la durée d'exposition et de la température.

7) L'éthylène est explosif à des concentrations élevées.

8) L'éthylène est utilisé dans la production de verres spéciaux pour l'industrie automobile.

9) Fabrication de métaux : le gaz est utilisé comme gaz oxycombustible pour la découpe des métaux, le soudage et la pulvérisation thermique à grande vitesse.

10) Raffinage du pétrole : L’éthylène est utilisé comme réfrigérant, notamment dans les industries de liquéfaction du gaz naturel.

11) Comme mentionné précédemment, l’éthylène est une substance très réactive et également très inflammable. Pour des raisons de sécurité, il est généralement transporté via un gazoduc spécial séparé.

12) L’un des produits les plus courants fabriqués directement à partir d’éthylène est le plastique.