Etilen (eten): definicija, lastnosti, proizvodnja in uporaba
Etilen ali eten je kemijska spojina z dvema ogljikovima atomoma in štirimi vodikovimi atomi v vsaki molekuli. Te molekule so povezane z dvojno vezjo, zaradi česar je ogljikovodik. Je zelo pomemben v industriji in se uporablja celo v biologiji kot hormon. Je tudi najbolj izdelana kemikalija. Od leta 2005 ga vsako leto proizvedejo približno 75 milijonov ton. Največ se uporablja za izdelavo polietilena.
Kemijske in fizikalne lastnosti
Etilen ima kemijsko formulo C2H4 in molekulsko maso približno 28,05 g/mol. Gre za brezbarven plin z rahlo sladkastim vonjem (pri visokih koncentracijah se vonj lahko zazna). Ključne fizikalne lastnosti vključujejo:
- Stanje pri sobni temperaturi: plin
- Tališče: približno −169,2 °C
- Vretje: približno −103,7 °C
- Topnost: slabo topen v vodi, dobro topen v organskih raztopinah
V molekuli sta ogljikova atoma sp2-hibridizirana, zato je etilen planska molekula z π-dvojno vezjo. Ta dvojna vez mu daje značilne reaktivnosti – reakcije dodatka (hidrogenacija, halogenacija, hidracijo, oksidacijo) in polimerizacija (npr. v polietilen).
Proizvodnja
Večina industrijske proizvodnje etilena temelji na steam cracking (parnem razpadu) lahkih ogljikovodikov, kot so etan, propan in nafta (naphtha). V procesu se ogljikovodike pri zelo visokih temperaturah razgradijo na manjše alkene, iz katerih se etilen loči in prečisti s kondenzacijo in destilacijo.
Druge metode proizvodnje vključujejo:
- katalitična dehidrogenacija etana ali etanola;
- dehidracija etanola (npr. iz obnovljivega etanola), kar omogoča pridobivanje "bio-etilena";
- industrijske reakcije kot so hidroformilacija in nadaljnje pretvorbe, kjer je etilen lahko vmesni produkt.
Po začetni ločitvi se etilen običajno dodatno prečisti (npr. z adsorpcijo, kriogene ločitve), preden se uporabi kot surovina za nadaljnje kemijske procese ali polimerizacijo. Proizvodnja etilena je v zadnjih desetletjih rasla zaradi velike porabe pri proizvodnji polimerov in drugih kemičnih izdelkov.
Uporaba
Etilen je izjemno pomemben surovinski kemikalija (feedstock) v petro-kemijski industriji. Glavne uporabe:
- Proizvodnja polietilena (PE) – najpomembnejša in največja porabniška smer.
- Proizvodnja etilen oksida, iz katerega se pridobiva etilen glikol (antifriz, surovina za poliestrske smole).
- Proizvodnja vinil klorida (za PVC), stirena (prek etilbenzen→styrén) in drugih monomerov ter intermediatov.
- Proizvodnja α-olenov in ostalih kemikalij, uporabljenih pri detergentih, topilih in plastifikatorjih.
- V kmetijstvu kot rastlinski hormon: etilen spodbuja zorjenje plodov (npr. banane, paradižniki), uravnava odpad listov in reakcijo na poškodbe; uporabljajo ga pri nadzorovanem zorenju in za raziskave rastlinskih procesov.
Varnost in okoljski vplivi
Etilen je zelo vnetljiv plin; v mešanici z zrakom lahko tvori eksplozivne mešanice. Pri ravnanju je treba upoštevati varnostne ukrepe: uporaba protiiskrnih naprav, dobro prezračevanje, detekcija puščanj in varno shranjevanje pod pritiskom ali ohlajeno kot tekočina, kjer je to potrebno.
Vpliv na zdravje: ob manjših izpostavitvah etilen nima močnejših akutnih toksičnih učinkov, vendar pri zelo visokih koncentracijah deluje kot dušilec (zato so možni simptomi pomanjkanja kisika). Dolgotrajna izpostavljenost in specifični tvorjeni produkti so predmet industrijskih varnostnih standardov.
Okoljski vplivi: etilen je reaktiven organski spoj in prispeva k tvorbi prizemnega ozona in fotokemijskega smoga, kadar se sprošča v ozračje. Ker je relativno kratkoživel v atmosferi, ne velja med glavnimi toplogrednimi plini, vendar njegove reakcije vplivajo na lokalno kakovost zraka.
Naravni viri in biološka vloga
Etilen nastaja naravno v rastlinah, bakterijah, glivah in nekaterih živalih. V rastlinah deluje kot rastlinski hormon, ki uravnava zorenje plodov, odpoved listov (abscisijo), cvetenje in reakcije na stres ali poškodbe. Zaradi te vloge ga kmetijstvo in živilska industrija uporablja za nadzor nad zorenjem in podaljševanje roka uporabnosti pridelkov.
Zaključek
Etilen je ključna industrijska surovina in obenem pomemben biološki signal. Njegove enostavne strukture in izrazite reaktivnosti omogočajo širok spekter kemijskih pretvorb in proizvodov, zaradi česar ostaja ena najpomembnejših in najbolj proizvedenih kemikalij v svetu. Zaradi vnetljivosti in vplivov na kakovost zraka je pri njegovi proizvodnji in uporabi potrebno dosledno upoštevati varnostne in okoljske standarde.
Zgodovina
Od leta 1795 so etilen imenovali olefiantni plin ali plin za pridobivanje olja. To je bilo zato, ker je skupaj s klorom tvoril olje nizozemskih kemikov.
Leta 1866 je nemški kemik August Wilhelm von Hofmann izdelal sistem za poimenovanje ogljikovodikov. S končnicami -an, -en, -in, -on in -une so poimenovali ogljikovodike, ki imajo 0, 2, 4, 6 in 8 atomov vodika manj kot alkani, iz katerih so nastali. Zaradi tega sistema je etilen postal eten.
Leta 1979 se je IUPAC odločil, da etilen ostane etilen.
Kako je narejen
Etilen se v kemični industriji proizvaja s parnim krekingom. Nekateri deli obrata za proizvodnjo etilena so lahko:
- Peči za parni kreking;
- Sistemi za rekuperacijo toplote;
- Sistem za recikliranje pare;
- Sistem za stiskanje razpokanega plina;
- Sistem za odstranjevanje kislega plina;
V obratu za proizvodnjo etilena so še drugi sistemi. Zgoraj našteti sistemi so najpomembnejši sistemi v obratu za proizvodnjo etilena.
Ker se pri proizvodnji etilena porabi veliko energije, si ljudje, ki ga proizvajajo, zelo prizadevajo, da toplota plinov ne bi zapustila peči.
Vprašanja in odgovori
V: Kaj je etilen?
O: Etilen je kemijska spojina, sestavljena iz dveh ogljikovih atomov in štirih vodikovih atomov z dvojno vezjo, zaradi česar je ogljikovodik.
V: Kakšen je pomen etilena v industriji?
O: Etilen je v industriji pomemben zaradi široke uporabe v proizvodnji različnih kemikalij.
V: Ali se etilen lahko uporablja v biologiji?
O: Da, etilen se lahko uporablja v biologiji kot hormon.
V: Koliko etilena se proizvede vsako leto?
O: Od leta 2005 se vsako leto proizvede približno 75 milijonov ton etilena, kar pomeni, da je to najbolj proizvedena kemikalija.
V: Kakšna je glavna uporaba etilena?
O: Etilen se primarno uporablja za proizvodnjo polietilena.
V: Kakšno vrsto vezi ima etilen?
O: Etilen ima dvojno vez, zato je ogljikovodik.
V: Koliko vodikovih atomov je v vsaki molekuli etilena?
O: Vsaka molekula etilena vsebuje štiri atome vodika.
