エタンは、式Cの単純な炭化水素である2 H 6無色エチレンの合成において非常に貴重かつ多様な用途を有する無臭のガスの性質を有します。さらに、それは他の惑星や太陽系の周りの星体でも検出されている地球上のガスの1つです。それは1834年に科学者マイケルファラデーによって発見されました。
炭素原子と水素原子によって形成される多数の有機化合物（炭化水素として知られている）の中には、周囲の温度と圧力で気体状態で見られるものもあり、多くの産業で広く使用されています。
これらは通常、「天然ガス」と呼ばれる気体混合物から発生し、人類にとって価値の高い製品であり、とりわけメタン、エタン、プロパン、ブタンタイプのアルカンを構成します。その鎖の炭素原子の量によって分類されます。
化学構造
エタンは、式C 2 H 6の分子であり、通常、単一の炭素-炭素結合の炭化水素を形成する2つのメチル基（-CH 3）の結合と見なされます。また、メタンに続く最も単純な有機化合物であり、次のように表されます。
H 3 C-CH 3
この分子の炭素原子にはsp 3タイプのハイブリダイゼーションがあるため、分子結合は自由回転を示します。
同様に、エタンには分子構造の回転と360度の結合回転を生成するのに必要な最小エネルギーに基づく固有の現象があり、科学者はこれを「エタンバリア」と呼んでいます。
このため、水素が互いに向かい合っている場所で最も安定したコンフォメーションが存在する場合でも（図に示されているように）、エタンはその回転に応じて異なる構成で表示されます。
Jslipscomb、Wikimedia Commonsより
エタンの合成
エタンは、2つのカルボン酸の電気化学的脱炭酸（カルボキシル基の除去と二酸化炭素の放出）、および生成物の組み合わせという2つのステップが発生する有機反応であるコルベ電解から簡単に合成できます。共有結合を形成する中間体。
同様に、酢酸の電気分解はエタンと二酸化炭素の形成を引き起こし、この反応は前者を合成するために使用されます。
過酸化水素の作用による無水酢酸の酸化も、コルベの電解と同様の概念であり、エタンが生成されます。
同様に、液化プロセスによって天然ガスとメタンから効率的に分離でき、極低温システムを利用してこのガスを捕捉し、他のガスとの混合物から分離します。
この役割にはターボ膨張プロセスが推奨されます。ガス混合物はタービンを通過し、温度が-100℃未満に下がるまでタービンの膨張を生成します。
すでにこの時点で、混合物の成分を区別することができるため、液体エタンは気体のメタンや蒸留の使用に関連する他の種から分離されます。
プロパティ
エタンは、標準的な圧力と温度（1 atmおよび25°C）で無臭で無色のガスとして自然界に存在します。沸点は-88.5ºC、融点は-182.8ºCです。また、強酸や強塩基への曝露による影響も受けません。
エタンの溶解度
エタン分子は構成が対称的であり、それらを一緒に保持する弱い引力があり、これは分散力と呼ばれます。
エタンを水に溶解しようとすると、気体と液体の間に形成される引力が非常に弱いため、エタンが水分子と結合することは非常に困難です。
このため、エタンの溶解度はかなり低く、系の圧力を上げるとわずかに増加します。
エタンの結晶化
エタンは固化し、立方晶構造の不安定なエタン結晶が形成されます。
-183.2°Cを超える温度の低下により、この構造は単斜晶になり、分子の安定性が向上します。
エタン燃焼
この炭化水素は、燃料としては広く使用されていませんが、燃焼プロセスで二酸化炭素、水、熱を生成するために使用できます。
2C 2 H 6 + 7O 2 →4CO 2 + 6H 2 O + 3 120キロジュール
「不完全燃焼」として知られている過剰酸素なしでこの分子を燃焼する可能性もあり、適用される酸素の量に応じて、望ましくない反応でアモルファス炭素と一酸化炭素が形成されます。 ：
2C 2 H 6 + 3O 2 →4C + 6H 2 O +熱
2C 2 H 6 + 4O 2 →2C + 2CO + 6H 2 O +熱
2C 2 H 6 + 5O 2 →4CO + 6H 2 O +熱
この領域では、数百の異なる反応に番号が付けられた一連のフリーラジカル反応によって燃焼が発生します。例えば、不完全燃焼反応は、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、メタン、メタノール、エタノールなどの化合物を形成する可能性があります。
これは、反応が発生する条件と関与するフリーラジカル反応に依存します。エチレンは、高温（600〜900°C）でも生成可能であり、業界では非常に望ましい製品です。
大気中および天体中のエタン
エタンは地球の大気中に微量に存在しており、人間が産業活動を始めて以来、この濃度を2倍にできたと考えられています。
シェールガスの生産技術が改善されて以来、エタンの世界的な排出量はほぼ半分に減少したものの、現在の大気中のエタンの存在の多くは化石燃料の燃焼に起因すると科学者たちは考えています（a天然ガス源）。
この種はまた、大気のメタンに対する太陽光の影響によって自然に生成され、メタンが再結合してエタン分子を形成します。
エタンは、土星の衛星の1つであるタイタンの表面に液体の状態で存在しています。これは、海の1つに向かって400キロメートル以上流れるVid Flumina川でより多く発生します。この化合物は彗星や冥王星の表面でも確認されています。
用途
エチレン生産
エタンの使用は、主に気相分解として知られるプロセスによる、世界の生産で最も広く使用されている有機製品であるエチレンの生産に基づいています。
このプロセスでは、蒸気で希釈されたエタン原料を炉に入れ、酸素なしで急速に加熱します。
反応は非常に高い温度（850〜900°C）で発生しますが、反応を有効にするには、滞留時間（エタンが炉内で費やす時間）を短くする必要があります。より高い温度では、より多くのエチレンが生成されます。
基本的な化学生成
エタンはまた、基礎化学物質の形成における主成分として研究されてきました。酸化的塩素化は、塩化ビニル（PVCの成分）を得るために提案されたプロセスの1つであり、他のそれほど経済的でなく、より複雑なプロセスに取って代わります。
冷媒
最後に、エタンは一般的な極低温システムの冷媒として使用され、分析のために実験室で少量のサンプルを凍結する能力も示しています。
デリケートなサンプルの冷却に時間がかかり、有害な氷の結晶を形成する可能性があるため、水に非常に良い代替品です。
エタンのリスク
-エタンは、主に空気と結合するときに発火する能力があります。空気中のエタンが3.0から12.5％になると、爆発性混合物が形成される可能性があります。
-それが含まれている空気中の酸素を制限する可能性があるため、存在している人や動物が窒息する危険性があります。
-凍結した液体の状態のエタンは、皮膚に直接触れると深刻な火傷を負う可能性があり、接触する物体の極低温媒体としても機能し、瞬間的に凍結します。
-液体のエタン蒸気は空気より重く、地面に集中しているため、燃焼連鎖反応を引き起こす可能性のある発火のリスクがあります。
-エタンの摂取は、悪心、嘔吐、内出血を引き起こす可能性があります。窒息に加えて、吸入は頭痛、混乱、気分のむらを引き起こします。曝露が高いと心停止による死亡の可能性があります。
-温室効果ガスを表し、メタンと二酸化炭素とともに、人間の汚染によって生成される地球温暖化と気候変動に寄与します。幸い、メタンよりも豊富で耐久性が低く、メタンよりも放射線を吸収しません。
参考文献
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- Nes、GV（nd）。エタン、エチレン、アセチレンの単結晶構造と電子密度分布。rug.nlから回復
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- SoftSchools。（sf）。エタンフォーミュラ。softschools.comから復元
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