乙烷

乙烷

乙烷(ethane)是 烷烴同系列中第二個成員,為最簡單的含碳-碳鍵的烴。分子式CH3CH3。在標準狀況下乙烷為可燃氣體,無色無嗅,在一定的濃度下如遇火可產生爆炸。工業生產的乙烷是從天然氣分離出來的或者是煉油廠的副產品。在石油化工中它是生產乙烯的原材料。

基本信息

簡介

乙烷分子結構乙烷分子結構

乙烷是烷烴同系列中第二個成員,為最簡單的含碳-碳鍵的烴。乙烷中的所有分子由共價鍵結合,通常在分子的書寫中為了表現兩個C(碳原子)之間只有一個化學鍵,寫作CH3-CH3。它是由兩個碳原子組成的烷烴中唯一的脂肪烴。

乙烷在某些天然氣中的含量為5%—10%,僅次於甲烷;並以溶解狀態存在於石油中。

歷史

1834年麥可·法拉第首次使用電解乙酸鉀的方法製造了乙烷。他錯誤地以為這個反應的產物是甲烷,因此沒有繼續研究。

在1847年和1849年間,阿道夫·威廉·赫爾曼·科爾貝和愛德華·弗蘭克蘭在維護有機化學理論的過程中,通過使用金屬鉀還原丙腈和碘乙烷以及通過電解乙酸鹽的方法製造了乙烷。但是他們錯誤地以為這些反應的產物是甲基自由基,而不是甲基的二聚體乙烷。

1864年卡爾·肖萊馬校正了這個錯誤,他證明所有這些反應的產物都是乙烷。

性質

物理特性

甲,乙,丙烷的分子式,結構式對比甲,乙,丙烷的分子式,結構式對比

相對蒸氣密度(空氣=1):1.04

飽和蒸氣壓(kPa):53.32(-99.7℃)

燃燒熱(kJ/mol):1558.3

臨界溫度(℃):32.2

臨界壓力(MPa):4.87 

引燃溫度(℃):472

爆炸上限%(V/V):16.0

爆炸下限%(V/V):3.0

溶解性:微溶於乙醇、丙酮,溶於苯。

化學性質

1、反應性

在高溫下分解為乙烯和氫;

在不同條件下加熱氯化,可得到氯乙烷、1,1-二氯乙烷或1,1,1-三氯乙烷:乙烷

與硝酸在氣相反應,生成硝基乙烷和硝基甲烷:
乙烷後一產物說明在這個反應中發生了碳-碳鍵的斷裂。

乙烷燃燒化學方程式

:2C2H6+7O2=點燃=4CO2+6H2O

禁配物:強氧化劑、鹵素。

2、構像
乙烷圖形乙烷圖形

乙烷的C-C單鍵可以自由鏇轉。由於C-C單鍵自由鏇轉,乙烷可以有無數種構象,乙烷的優勢構象是交叉式。這個時候2個C原子上的H距離最遠,相互間的排斥力最小,因而分子內能最低也最穩定,內能最高的是重疊式。在鏇轉過程中,由於兩個甲基上的氫原子的相對位置不斷發生變化,這就形成了許多不同的空間排列方式。

其中一種是一個甲基的氫原子正好處在另一個甲基的兩個氫原子之間的中線上。這種排布方式叫做交叉式構像。

另一種是兩個碳原子上的各個氫原子正好處在相互對映的位置上。這種排布方式叫重疊構像。交叉式和重疊式是乙烷無數構像中的兩種極端情況。

乙烷單鍵的鏇轉也並不是完全自由的。可以把這個能壘看作是克服氫原子的斥力,以及很可能還有由於碳氫原鍵電子云之間的斥力所需要的能量。重疊式由於前後兩個氫原子相距最近,以及碳氫鍵間8電子云斥力最大,所以能量最高,交叉式中C-H相距最遠,斥力最小,能量最低,是乙烷最有利的構像。

製取方法

實驗室製取

在實驗室中可由乙酸鈉電解製備:
乙烷

工業製取

工業上由天然氣或煉油廠的裂化氣中分離製取。

(l)、從油田氣分離

油田氣或天然氣除主要含甲烷以外,還含有少量乙烷、丙烷或其他更多碳原子的烴,在天然氣中的含量約5%一10%,僅次於甲烷,經分離可得乙烷。由天然氣深冷分離而得的液析液,是以乙烷、丙烷。丁烷為主要組分的輕質烴類混合物,其組成與天然氣的來源及分離加工溫度、壓力條件有關,典型組成(P)為:乙烷37·6%、丙烷35·9%、丁烷11·6%、異丁烷3·9%、正戊烷3.1%、其他7·9%。

(2)、從煉廠氣分離

在各煉廠石油加工氣體中,除含有甲烷以外,還含有乙烷、丙烷以及碳四和碳五烴等,經分離可得乙烷。

(3)、從裂解氣分離用深冷法可以分出乙烷。

主要用途

用於制乙烯、氯乙烯、氯乙烷、冷凍劑等。

1、在化學工業里,乙烷主要用來通過蒸汽裂解生產乙烯氯乙烯

2、通常,乙烷系用作生產鹵代乙烷的原料。

3、在極低溫度製冷系統中,已經有使用乙烷做製冷劑的。

4、乙烷具有顯著的抗爆質量,因而,可以用在高壓縮比的發動機中。

危險性

健康危害

1、高濃度時,有單純性窒息作用。空氣中濃度大於6%時,出現眩暈、輕度噁心、麻醉症狀;達40%以上時,可引起驚厥,甚至窒息死亡。

2、把乙烷當作製冷劑存放的時候,直接與液乙烷接觸會導致凍傷。液乙烷蒸發的氣體在達到室溫前比空氣重,因此會聚集在低處,假如他們遇到火的話會點燃並且傳播回到它們蒸發出去的液體。

3、截至2012年,乙烷沒有已知的毒性或者其它緊急威脅,也沒有乙烷致癌的跡象。

燃爆危險

本品易燃,具窒息性。

危險特性

易燃,與空氣混合能形成爆炸性混合物,遇熱源和明火有燃燒爆炸的危險。與氟、氯等接觸會發生劇烈的化學反應。

長期處在使用乙烷的工作環境中,會使人的腿部關節麻木,失去平衡感。

操作防護

職業接觸限值

中國MAC(mg/m3):未制定標準

前蘇聯MAC(mg/m3):300;TLVTN:ACGIH窒息性氣體;TLVWN:未制定標準。 

防護方法

呼吸系統防護:一般不需要特殊防護,但建議特殊情況下,佩戴自吸過濾式防毒面具(半面罩)。

眼睛防護:一般不需特殊防護。

身體防護:穿防靜電工作服。

手防護:戴一般作業防護手套。

其他防護:工作現場嚴禁吸菸。避免長期反覆接觸。進入罐、限制性空間或其它高濃度區作業,須有人監護。

急救措施

吸入:迅速脫離現場至空氣新鮮處。保持呼吸道通暢。如呼吸困難,給輸氧。如呼吸停止,立即進行人工呼吸。就醫。

消防措施

危險特性:易燃,與空氣混合能形成爆炸性混合物,遇熱源和明火有燃燒爆炸的危險。與氟、氯等接觸會發生劇烈的化學反應。

有害燃燒產物:一氧化碳、二氧化碳。

滅火方法:切斷氣源。若不能切斷氣源,則不允許熄滅泄漏處的火焰。噴水冷卻容器,可能的話將容器從火場移至空曠處。

滅火劑:霧狀水、泡沫、二氧化碳、乾粉。

泄漏應急處理

1、迅速撤離泄漏污染區人員至上風處,並進行隔離,嚴格限制出入。

2、切斷火源。

3、建議應急處理人員戴自給正壓式呼吸器,穿防靜電工作服。

4、儘可能切斷泄漏源。

5、合理通風,加速擴散。如有可能,將漏出氣用排風機送至空曠地方或裝設適當噴頭燒掉。也可以將漏氣的容器移至空曠處,注意通風。

6、漏氣容器要妥善處理,修復、檢驗後再用。

操作注意事項

1、密閉操作,全面通風。

2、操作人員必須經過專門培訓,嚴格遵守操作規程。建議操作人員穿防靜電工作服。遠離火種、熱源,工作場所嚴禁吸菸。

3、使用防爆型的通風系統和設備。

4、防止氣體泄漏到工作場所空氣中。

5、避免與氧化劑鹵素接觸。

6、在傳送過程中,鋼瓶和容器必須接地和跨接,防止產生靜電。搬運時輕裝輕卸,防止鋼瓶及附屬檔案破損。

7、配備相應品種和數量的消防器材及泄漏應急處理設備。

儲運及廢棄

儲存

1、儲存於陰涼、通風的庫房。

2、遠離火種、熱源。庫溫不宜超過30℃。

3、應與氧化劑、鹵素分開存放,切忌混儲。

4、採用防爆型照明、通風設施。

5、禁止使用易產生火花的機械設備和工具。

6、儲區應備有泄漏應急處理設備。

運輸

1、運輸信息

危險貨物編號:21009

UN編號:1035

包裝類別:O52 

包裝方法:鋼質氣瓶。

2、運輸注意事項:

(1)、採用剛瓶運輸時必須戴好鋼瓶上的安全帽。鋼瓶一般平放,並應將瓶口朝同一方向,不可交叉;高度不得超過車輛的防護欄板,並用三角木墊卡牢,防止滾動。

(2)、運輸時運輸車輛應配備相應品種和數量的消防器材。

(3)、裝運該物品的車輛排氣管必須配備阻火裝置,禁止使用易產生火花的機械設備和工具裝卸。

(4)、嚴禁與氧化劑、鹵素等混裝混運。夏季應早晚運輸,防止日光曝曬。中途停留時應遠離火種、熱源。

(5)、公路運輸時要按規定路線行駛,勿在居民區和人口稠密區停留。鐵路運輸時要禁止溜放。

廢棄處置

處置前應參閱國家和地方有關法規。建議用焚燒法處置。

法規信息

《化學危險物品安全管理條例(1987年2月17日國務院發布)》、《化學危險物品安全管理條例實施細則(化勞發[1992]677號)》、《工作場所安全使用化學品規定([1996]勞部發423號)等法規,針對化學危險品的安全使用、生產、儲存、運輸、裝卸等方面均作了相應規定。

《常用危險化學品的分類及標誌(GB13690-92)》將該物質劃為第2.1類易燃氣體。

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