乙烷 - DGSO百科
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乙烷(ethane) 烷烃同系列中第二个成员,为最简单的含碳-碳单键的烃。分子式C2H6。乙烷在某些天然气中的含量为5%~10%,仅次于甲烷;并以溶解状态存在于石油中。

发现简史

1834年迈克尔·法拉第首次使用电解乙酸钾的方法制造了乙烷。他错误地以为这个反应的产物是甲烷,因此没有继续研究。
在1847年和1849年间阿道夫·威廉·赫尔曼·科尔贝和爱德华·弗兰克兰在维护有机化学理论的过程中通过使用金属还原丙腈碘乙烷以及通过电解乙酸盐的方法制造了乙烷。但是他们错误地以为这些反应的产物是甲基自由基,而不是甲基的二聚体乙烷。
1864年卡尔·肖莱马校正了这个错误,他证明所有这些反应的产物都是乙烷。

物理性质

基本性质

外观与性状: 无色无臭气体。
  熔点(℃): -183.3
  沸点(℃): -88.6
  相对密度(水=1): 0.45
  相对蒸气密度(空气=1): 1.04
  饱和蒸气压(kPa): 53.32(-99.7℃)
  燃烧热(kJ/mol): 1558.3
  临界温度(℃): 32.2
  临界压力(MPa): 4.87
  闪点(℃): <-50
  引燃温度(℃): 472
  爆炸上限%(V/V): 16.0
  爆炸下限%(V/V): 3.0
  溶解性: 不溶于水,微溶于乙醇、丙酮,溶于苯,与四氯化碳互溶

构像

乙烷的交叉式构象 乙烷的交叉式构象
乙烷的C-C单键可以自由旋转,如果乙烷中的一个C原子不动,另一个绕C-C单键自由旋转,则一个C原子上的3个H相对于另一个C原子上的3个H可以有无数的空间排列。这种由于单键旋转而产生的分子中的原子或基团在空间的不同排列形式叫做构象,每一个个构象就叫做一个构象异构体,由于C-C单键自由旋转,乙烷可以有无数种构象,乙烷的优势构象是交叉式。这个时候2个C原子上的H距离最远相互间的排斥力最小,因而分子内能最低 也最稳定。内能最高的是重叠式,这时2个C上的H两两相对,相互间的排斥力最大,内能最高,最不稳定,其他的构象内能介于这两者之间。在旋转过程中,由于两个甲基上的氢原子的相对位置不断发生变化,这就形成了许多不同的空间排列方式。其中一种是一个甲基的氢原子正好处在另一个甲基的两个氢原子之间的中线上。这种排布方式叫做交叉式构像。
C H夹角为111.17,非109.5 C H夹角为111.17,非109.5
另一种是两个碳原子上的各个氢原子正好处在相互对映的位置上。这种排布方式叫重叠构像。交叉式和重叠式是乙烷无数构像中的两种极端情况。
乙烷单键的旋转也并不是完全自由的。可以把这个能垒看作是克服氢原子的斥力,以及很可能还有由于碳氢原键电子云之间的斥力所需要的能量。重叠式由于前后两个氢原子相距最近,以及碳氢键间8电子云斥力最大,所以能量最高,交叉式中C-H相距最远,斥力最小,能量最低,是乙烷最有利的构像。

化学性质

乙烷是低级烷烃的一种,能发生很多烷烃的典型反应

卤化反应

紫外光或热(250~400℃)作用下,与氯反应得氯代烷
CH 3CH 3+Cl 2→CH 3CH 2Cl+HCl

硝化反应

硝酸四氧化二氮(N 2O 4)进行气相(400~450℃)反应,生成硝基化合物(RNO 2)。 这种直接生成硝基化合物的反应叫做硝化(nitration),它在工业上是一个很重要的反应。它之所以重要是由于硝基烷烃可以转变成多种其它类型的化合物,如羟胺羧酸等。此外,硝基烷烃可以发生多种反应,故在近代文献中有关硝基烷烃的应用的报道日益增多。 在实验室中采用气相硝化法有很大的局限性,所以实验室内主要通过间接方法制备硝基烷烃。 气相硝化法制备硝基烷烃,常得到多种硝基化合物的混合物。
CH 3CH 3+HONO 2→CH 3CH 2NO 2+H 2O

磺化及氯磺化

烷烃在高温下与硫酸反应,和与硝酸反应相似,生成烷基磺酸,这种反应叫做磺化(sulfcmation)。
CH 3CH 3+HOSO 3H→CH 3CH 2SO 3H+H 2O

燃烧

乙烷能燃烧,即发生剧烈的氧化反应。完全燃烧时,反应物全被破坏,生成二氧化碳和水,同时放出大量热。
2CH 3CH 3+7O 2→4CO 2+6H 2O

主要用途

裂解制造乙烯

在化学工业里乙烷主要用来通过蒸汽裂解生产乙烯。与蒸汽混合被加到摄氏900度或以上的高温时重的碳氢化合物裂解成轻的碳氢化合物,烷烃成为烯烃。相对于其它比较重的原材料而言乙烷在蒸汽裂解过程中相当大的部分成为乙烯,而比它重的化合物则会产生许多混合物,其中包括许多重的烯烃如丙烯、丁二烯以及芳香烃,降低乙烯的成分。

制冷剂

乙烷可以在冷冻设施中作为致冷剂使用。在科学研究中液态的乙烷在电子显微技术中被用来使得含水量高的样本透明化。薄的水层在快速沉浸到设施-150度或更低的液乙烷中时迅速冻结,不会形成晶体。这样的迅速冻结不会像冰结晶时那样会破坏液态水中软物质的结构。

生产工艺

来源:本品存在于石油气、天然气、焦炉气及石油裂解气中,经分离而得。
  1. 从油田气分离 油田气或天然气除主要含甲烷以外,还含有少量乙烷、丙烷或其他更多碳原子的烃,在天然气中的含量约5%一10%,仅次于甲烷,经分离可得乙烷。由天然气深冷分离而得的液析液,是以乙烷、丙烷。丁烷为主要组分的轻质烃类混合物,其组成与天然气的来源及分离加工温度、压力条件有关,典型组成(P)为:乙烷37.6%、丙烷35.9%、丁烷11.6%、异丁烷3.9%、正戊烷3.1%、其他7.9%。
  2. 从炼厂气分离 在各炼厂石油加工气体中,除含有甲烷以外,还含有乙烷、丙烷以及碳四和碳五烃等,经分离可得乙烷。
  3. 从裂解气分离 用深冷法可以分出乙烷。

运输与安全

运输事项

危险货物编号: 21009
  UN编号: 1035
  包装类别: O52
  包装方法: 钢质气瓶。
  具体事项: 密闭操作,全面通风。操作人员必须经过专门培训,严格遵守操作规程。操作人员应身穿防静电工作服。远离火种、热源,工作场所严禁吸烟。使用防爆型的通风系统和
乙烷泄漏报警器 乙烷泄漏报警器
设备。防止气体泄漏到工作场所空气中。避免与氧化剂、卤素接触。在传送过程中,钢瓶和容器必须接地和跨接,防止产生静电。搬运时轻装轻卸,防止钢瓶及附件破损。配备相应品种和数量的消防器材及泄漏应急处理设备。采用刚瓶运输时必须戴好钢瓶上的安全帽。钢瓶一般平放,并应将瓶口朝同一方向,不可交叉;高度不得超过车辆的防护栏板,并用三角木垫卡牢,防止滚动。运输时运输车辆应配备相应品种和数量的消防器材。装运该物品的车辆排气管必须配备阻火装置,禁止使用易产生火花的机械设备和工具装卸。严禁与氧化剂、卤素等混装混运。夏季应早晚运输,防止日光曝晒。中途停留时应远离火种、热源。公路运输时要按规定路线行驶,勿在居民区和人口稠密区停留。铁路运输时要禁止溜放。

储存事项

储存于阴凉、
手持式乙烷报警器 手持式乙烷报警器
通风的库房。远离火种、热源。库温不宜超过30℃。应与氧化剂、卤素分开存放,切忌混储。采用防爆型照明、通风设施。禁止使用易产生火花的机械设备和工具。储区应备有泄漏应急处理设备。
  工程控制: 生产过程密闭,全面通风。
  呼吸系统防护: 一般不需要特殊防护,但建议特殊情况下,佩戴自吸过滤式防毒面具(半面罩)。
  身体防护: 穿防静电工作服。
  手防护: 戴一般作业防护手套。
  其他防护: 工作现场严禁吸烟。避免长期反复接触。进入罐、限制性空间或其它高浓度区作业,须有人监护。
  职业接触限值:前苏联MAC(mg/m 3): 300

法规信息

化学危险物品安全管理条例(1987年2月17日国务院发布),化学危险物品安全管理条例实施细则 (化劳发[1992] 677号),工作场所安全使用化学品规定 ([1996]劳部发423号)等法规,针对化学危险品的安全使用、生产、储存、运输、装卸等方面均作了相应规定;常用危险化学品的分类及标志 (GB 13690-92)将该物质划为第2.1 类易燃气体。