Ацетилен, получение, свойства, химические реакции

Видео

Процесс сварки

Применение ацетилена при сварке должно осуществляться аккуратно и в соответствии с определенными правилами. Для начала горелку следует продуть газом. Это нужно делать до тех пор, пока не появится запах ацетилена. После этого газ поджигается. При этом следует добавлять кислород, пока пламя не станет более устойчивым. Из редуктора на выходе давление ацетилена должно быть от 2 до 4 атмосфер, а кислорода – от 2 атмосфер.

Для сварки черных металлов требуется нейтральное пламя. Оно обладает четко очерченной короной и условно его можно разделить на три яркие части: ядро – ярко-голубой окрас с зеленоватым отливом, восстановленное пламя – бледно-голубого оттенка, факел пламени. Последние две зоны являются рабочими.

Перед началом работы все детали нужно очистить, а затем подогнать друг к другу. При работе с горелкой также применяют левый и правый способ. В последнем случае происходит медленное остывание шва. Присадочный материал, как правило, перемещается за горелкой. При левом способе повышается эластичность и прочность шва. В данном случае пламя направляется от места сварки. Присадочный материал следует вносить в сварочную ванну только после того, как переместится на следующую позицию горелка.

Навигация по записям

Меры безопасности при работе с ацетиленом

Ацетилен – бесцветный горючий газ C2 H2 с атомной массой 26,04, немного легче воздуха. Обладает резким запахом.

Ацетилен самовоспламеняется при температуре 335° С, смесь ацетилена с кислородом воспламеняется при температуре 297–306° С, смесь ацетилена с воздухом – при температуре 305–470° С.

Ацетилен взрывоопасен при следующих условиях:

• при увеличении температуры более 450–500° С и давления более 1,5–2 ат (около 150–200 кПа);
• при атмосферном давлении ацетилено-кислородная смесь с содержанием ацетилена от 2,3 до 93% взрывается от искры, пламени, сильного местного нагрева и др.;
• при аналогичных условиях смесь ацетилена с воздухом взрывается при содержании в ней ацетилена от 2,2 до 80,7%;
• в результате длительного соприкосновении ацетилена с серебром или медью образуется взрывчатое ацетиленистое серебро или медь, взрывающиеся при повышении температуры или ударе.

Взрыв ацетилена способен вызвать значительные разрушения и тяжелые несчастные случаи: при взрыве 1 кг ацетилена выделяется примерно в два раза больше тепла, чем при взрыве 1 кг тротила и примерно в 1,5 раза больше, чем при взрыве 1 кг нитроглицерина.

Правила

• содержание ацетилена в воздухе рабочей зоны необходимо непрерывно контролировать автоматическими приборами, сигнализирующими о превышении допустимой взрывобезопасной концентрации ацетилена в воздухе, равной 0,46%;
• при работе с ацетиленовыми баллонами поблизости не должно быть открытого пламени или отопительной системы; запрещается работать с баллонами, находящимися в горизонтальном положении, с незакрепленными баллонами, с неисправными баллонами; необходимо использовать неискрящийся инструмент, освещение и электрическое оборудование только во взрывобезопасном исполнении;
• в случае обнаружения утечки ацетилена из баллона (по запаху и звуку) необходимо по возможности быстро закрыть вентиль баллона специальным неискрящимся ключом;
• при нагреве баллон с ацетиленом может взорваться с крайне разрушительными последствиями; в случае пожара необходимо по возможности удалить из опасной зоны холодные баллоны с ацетиленом, оставшиеся баллоны постоянно охлаждать водой или специальными составами до полного остывания; при загорании ацетилена, выходящего из баллона, необходимо по возможности быстро закрыть вентиль баллона специальным неискрящимся ключом и поливать баллон водой до полного остывания; при сильном возгорании пожаротушение необходимо производить с безопасного расстояния; при пожаротушении рекомендуется применять огнетушители с содержанием флегматизирующей концентрации азота 70% по объему, диоксида углерода 57% по объему, водяные струи, песок, сжатый азот, асбестовое полотно, токораспыленную пену и воду; при тушении сильного пожара используются огнезащитные костюмы, противогазы и т. п.

Преимущества

Упоминание о газовой сварке моментально наводит на мысли об ацетилене. Действительно для этого процесса чаще всего применяют этот газ. Он в сочетании с кислородом обеспечивает самую высокую  температуру горения пламени. Но в последние годы из-за развития различных видов сварки использование этого вида соединения металлов несколько снизилось. Более того, в некоторых отраслях произошел полный отказ от применения этих технологий. Но для выполнения определенного вида ремонтных работ она до сих пор остается незаменима.

Применение ацетилена позволяет  получить следующие преимущества:

• максимальная температура пламени;
• существует возможность генерации ацетилена непосредственно на рабочем месте или приобретения его в специальных емкостях;
• довольно низкая стоимость, в сравнении с другими горючими газами.

Вместе с тем, у ацетилена есть и определенные недостатки, которые ограничивают его использование. Самый главный — это взрывоопасность. При работе с этим газом необходимо строго соблюдать меры безопасности. В частности, работы должны выполняться в хорошо проветриваемом помещении. При нарушении режимов работы возможно появление некоторых дефектов, например, пережогов.

Хранение и меры безопасности

Хранить ацетилен нужно в помещении отдельно от кислорода и воспламеняющихся газов. Нельзя допускать контакта газа с серебром или медью. В помещении для хранения должен осуществляться не только контроль содержания газа в воздухе. Желательно всегда держать следить за давлением и температурой. От повышения давления до критической отметки ацетилен взрывается. То же самое происходит и при повышении температуры.

Там, где хранится и используется ацетилен, недопустимы источники открытого огня. В помещениях всегда требуется поддерживать оптимальную температуру. Особенно опасны в таких местах пожары. Если вдруг произошло возгорание, то следует охладить и вынести ацетиленовые баллоны. В некоторых случаях возникает утечка ацетилена. Чтобы избежать взрыва, нужно воспользоваться специальным неискрящимся ключом и перекрыть баллон.

При тушении лучше использовать асбестовое полотно, песок, огнетушители с соедржанием азота и диоксида углерода. При сильных пожарах необходимо производить тушение огня на расстоянии и обязательно использовать специальный защитный костюм.

Чтобы предотвратить несчастные случаи, нужно регулярно производить проверку баллонов с газом. Они должны быть герметичными. Об утечке газа можно узнать по запаху и характерному шуму.

Безопасность

Поскольку ацетилен нерастворим в воде, и его смеси с кислородом могут взрываться в очень широком диапазоне концентраций, его нельзя собирать в газометры.

Ацетилен взрывается при температуре около 500 °C или давлении выше 0,2 МПа; КПВ 2,3-80,7 %, температура самовоспламенения 335 °C. Взрывоопасность уменьшается при разбавлении ацетилена другими газами, например азотом, метаном или пропаном.

При длительном соприкосновении ацетилена с медью и серебром образуются ацетилениды меди и серебра, которые взрываются при ударе или повышении температуры. Поэтому при хранении ацетилена не используются материалы, содержащие медь (например, вентили баллонов).

Ацетилен обладает слабым токсическим действием. Для ацетилена нормирован ПДКм.р. = ПДК с.с. = 1,5 мг/м3 согласно гигиеническим нормативам ГН 2.1.6.1338-03 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест».

ПДКр.з. (рабочей зоны) не установлен (по ГОСТ 5457-75 и ГН 2.2.5.1314-03), так как концентрационные пределы распределения пламени в смеси с воздухом составляет 2,5-100 %.

Хранят и перевозят его в заполненных инертной пористой массой (например, древесным углем) стальных баллонах белого цвета (с красной надписью «А») в виде раствора в ацетоне под давлением 1,5-2,5 МПа.

Сварка ацетиленом: проверка

Технология сварки данным газом достаточно проста. Однако при работе с веществом требуется терпение и внимательность. Для сварки обычно используют специальные горелки, с маркировкой 0-5. Ее выбор зависит от того, какой толщиной обладают свариваемые детали. Следует учесть, что чем больше размер горелки, тем больше расход.

Сварка ацетиленом осуществляется только после того, как оборудование будет проверено и отрегулировано

При этом следует обратить внимание на номер наконечника и номер подающей газ форсунки, которая располагается около рукоятки горелки под гайкой. Также следует проверить все уплотнения

Получение алканов

Крекинг алканов с изначально большей длиной цепи

Процесс, используемый в промышленности, протекает в интервале температур 450-500oC в присутствии катализатора и при температуре 500-700oC в отсутствие катализатора:

Важность промышленного процесса крекинга заключается в том, что он позволяет повысить выход бензина из тяжелых фракций нефти, которые не представляют существенной ценности сами по себе. алкенов:

алкенов:

алкинов и алкадиенов:

Газификация каменного угля

в присутствии никелевого катализатора при повышенных температуре и давлении может быть использована для получения метана:

Процесс Фишера-Тропша

С помощью данного метода могут быть получены предельные углеводороды нормального строения, т.е. алканы. Синтез алканов осуществляют, используя синтез-газ (смеси угарного газа CO и водорода H₂), который пропускают через катализаторы при высоких температуре и давлении:

Реакция Вюрца

С помощью данной реакции могут быть получены углеводороды с большим числом атомов углерода в цепи, чем в исходных углеводородах. Реакция протекает при действии на галогеналканы металлического натрия:

Декарбоксилирование солей карбоновых кислот

Сплавление твердых солей карбоновых кислот со щелочами приводит к реакции декарбоксилирования, при этом образуются углеводород с меньшим числом атомов углерода и карбонат металла (реакция Дюма):

Взаимодействие карбида алюминия с водой, а также кислотами-неокислителями приводит к образованию метана:

Крекинг алканов

Реакция в общем виде уже была рассмотрена выше (получение алканов). Пример реакции крекинга:

Дегидрогалогенирование галогеналканов протекает при действии на них спиртового раствора щелочи:

Дегидратация спиртов

Данный процесс протекает в присутствии концентрированной серной кислоты и нагревании до температуры более 140оС:

Обратите внимание, что и в случае дегидратации, и в случае дегидрогалогенирования отщепление низкомолекулярного продукта (воды или галогеноводорода) происходит по правилу Зайцева: водород отщепляется от менее гидрированного атома углерода

Дегалогенирование вицинальных дигалогеналканов

Вицинальными дигалогеналканами называют такие производные углеводородов, у которых атомы хлора прикреплены к соседним атомам углеродной цепи.

Дегидрогалогенирование вицинальных галогеналканов можно осуществить, используя цинк или магний:

Дегидрирование алканов

Пропускание алканов над катализатором (Ni, Pt, Pd, Al₂O₃ или Cr₂O₃) при высокой температуре (400-600оС) приводит к образованию соответствующих алкенов:

Получение алкадиенов

Дегидрирование бутана и бутена-1

В настоящий момент основным методом производства бутадиена-1,3 (дивинила)  является каталитическое дегидрирование бутана, а также бутена-1, содержащихся в газах вторичной переработки нефти. Процесс проводят в присутствии катализатора на основе оксида хрома (III) при 500—650°С:

Действием высоких температур в присутствии катализаторов на изопентан (2-метилбутан) получают промышленно важный продукт – изопрен (исходное вещество для получения так называемого «натурального» каучука):

Ранее (в Советском Союзе) бутадиен-1,3 получали по методу Лебедева из этанола:

Осуществляется действием на галогенпроизводные спиртового раствора щелочи:

Получение алкинов

Пиролиз метана

При нагревании до температуры 1200-1500оС метан подвергается реакции дегидрирования с одновременным удваиванием углеродной цепи – образуются ацетилен и водород:

Гидролиз карбидов щелочных и щелочноземельных металлов

Действием на карбиды щелочных и щелочно-земельных металлов воды или кислот-неокислителей в лаборатории получают ацетилен. Наиболее дешев и, как следствие, наиболее доступен для использования карбид кальция:

Физические свойства ацетилена

Физические свойства ацетилена представлены в таблицах ниже.

Ацетилен в баллоне

Наименование	Объем баллона, л	Масса газа в баллоне, кг	Объем газа (м3) при Т=15°С, Р=0,1 МПа
С2Н2	40	5	4,545

Благодаря информации в таблице можно дать ответы на часто задаваемые вопросы:

• Сколько ацетилена в одном баллоне? Ответ: в 40 л баллоне 5 кг или 4,545 м3 ацетилена
• Сколько весит баллон ацетилена? Ответ: 58,5 кг — масса пустого баллона из углеродистой стали согласно ГОСТ 949; 18-20 кг — масса пористого материала, пропитанного ацетоном; 5,0 — кг масса С2Н2 в баллоне; Итого: 58,5 + 20,0 + 5,0= 83,5 кг вес баллона с ацетиленом.
• Сколько м3 ацетилена в баллоне Ответ: 4,545 м3

Реакции присоединения

Тройная связь состоит из σ-связи и двух π-связей. Сравним характеристики одинарной связи С–С, тройной связи С≡С и связи С–Н:

	Энергия связи, кДж/моль	Длина связи, нм
С–С	348	0,154
С≡С	814	0,120
С–Н	435	0,107

Таким образом, тройная связь С≡С короче, чем одинарная связь С–С, поэтому π-электроны тройной связи прочнее удерживаются ядрами атомов углерода и обладают меньшей поляризуемостью и подвижностью. Реакции присоединения по тройной связи к алкинам протекают сложнее, чем реакции присоединения по двойной связи к алкенам.

Для алкинов характерны реакции присоединения по тройной связи С≡С с разрывом π-связей. 

1.1. Гидрирование

Гидрирование алкинов протекает в присутствии катализаторов (Ni, Pt) с образованием алкенов, а затем сразу алканов.

Например, при гидрировании бутина-2 в присутствии никеля образуется сначала бутен-2, а затем бутан.

При использовании менее активного катализатора (Pd, СaCO₃, Pb(CH₃COO)₂) гидрирование останавливается на этапе образования алкенов.

Например, при гидрировании бутина-1 в присутствии палладия преимущественно образуется бутен-1.

1.2. Галогенирование алкинов

Присоединение галогенов к алкинам происходит даже при комнатной температуре в растворе (растворители — вода, CCl₄).

При взаимодействии с алкинами  красно-бурый раствор брома в воде (бромная вода) обесцвечивается. Это качественная реакция на тройную связь.

Например, при бромировании пропина сначала образуется 1,2-дибромпропен, а затем — 1,1,2,2-тетрабромпропан.

Аналогично алкины реагируют с хлором, но обесцвечивания хлорной воды при этом не происходит, потому что хлорная вода и так бесцветная)

Реакции протекают в присутствии полярных растворителей по ионному (электрофильному) механизму.

1.3. Гидрогалогенирование алкинов

Алкины присоединяют галогеноводороды. Реакция протекает по механизму электрофильного присоединения с образованием галогенопроизводного алкена или дигалогеналкана.

Например, при взаимодействии ацетилена с хлороводородом образуется хлорэтен, а затем 1,1-дихлорэтан.

При присоединении галогеноводородов и других полярных молекул к симметричным алкинам образуется, как правило, один продукт реакции, где оба галогена находятся у одного атома С.

При присоединении полярных молекул к несимметричным алкинам образуется смесь изомеров. При этом выполняется правило Марковникова.

Правило Марковникова: при присоединении полярных молекул типа НХ к несимметричным алкинам водород преимущественно присоединяется к наиболее гидрогенизированному атому углерода при двойной связи.

Например, при присоединении хлороводорода HCl к пропину преимущественно образуется 2-хлорпропен.

1.4. Гидратация алкинов

Гидратация (присоединение воды) алкинов протекает в присутствии кислоты и катализатора (соли ртути II). 

Сначала образуется неустойчивый алкеновый спирт, который затем изомеризуется в альдегид или кетон.

Например, при взаимодействии ацетилена с водой в присутствии сульфата ртути образуется уксусный альдегид.

Гидратация алкинов  протекает по ионному (электрофильному) механизму.

Для несимметричных алкенов присоединение воды преимущественно по правилу Марковникова. 

Например, при гидратации пропина  образуется  пропанон (ацентон).

1.5. Димеризация, тримеризация и полимеризация

Присоединение одной молекулы ацетилена к другой (димеризация) протекает под действием аммиачного раствора хлорида меди (I). При этом образуется винилацетилен:

Тримеризация ацетилена (присоединение трех молекул друг к другу) протекает под действием температуры, давления и в присутствии активированного угля с образованием бензола (реакция Зелинского):

Алкины также вступают в реакции полимеризации — процесс многократного соединения молекул низкомолекулярного вещества (мономера) друг с другом с образованием высокомолекулярного вещества (полимера).

nM → M_n   (M – это молекула мономера)

Например, при полимеризации ацетилена образуется полимер линейного или циклического строения.

… –CH=CH–CH=CH–CH=CH–…

Получение алкингалогенидов

Действием галогена на
монозамещенные ацетилены в щелочной
среде можно получить галогеналкины:

Реакция
нуклеофильного замещения алкинидов

В
препаративном синтезе часто используют
комплекс ацетиленида лития
с этилендиамином как
удобный источник ацетиленид-аниона.

Следует
отметить, что в случае реакции с вторичными
или третичными галогеналканами реакция
во многом идет по альтернативному пути
(элиминирование):

Прочие
реакции

Хлорированием
ацетилена хлоридом
меди (II) в
водных растворах CuCl можно
получить дихлорацетилен:

Ацетиленовая
конденсация

Ацетиленовая конденсация или
иначе реакция
Ходкевича-Кадио, заключается во
взаимодействии ацетиленовых углеводородов
с бром- или йодалкинами с образованием
диацетиленов:

Аналогично
протекает и реакция
Куртца (катализатор —
ацетиленид меди):

Получение
ацетиленаминов

Реакция
идет в присутствии солей меди (I).

3.2
Реакции
электофильного присоединения

Электрофильное
присоединение к
алкинам инициируется под воздействием
положительно заряженной частицы — электрофила.
В общем случае, катализатором таких
реакций являются кислоты.

Общая
схема первой стадии реакции электрофильного
присоединения:

3.2.1
Реакции галогенирования

Алкины
способны присоединять одну или две
молекулы галогена с образованием
соответствующих галогенпроизводных:

Галогенирование
алкинов идет как транс-присоединение
(как правило) и протекает по аналогии с
галогенированием алкенов.

Вместе
с тем, присоединение по тройной связи
идет труднее, чем по двойной, в связи с
чем при наличии в соединении как двойной,
так и тройной связи, возможно провести
избирательное присоединение:

3.2.2
Реакции гидрогалогенирования

Присоединение хлороводорода и бромоводорода к
алкинам происходит по аналогии с
алкенами. Реакция идет в две стадии:
сперва образуется галогеналкен, который
далее переходит в дигалогеналкан:

Несмотря
на большую электроотрицательность
галогенов, обе стадии реакции идут
по правилу
Марковникова. Это объясняется
возникновением p-сопряжения между
атомами галогена и водорода. Как видно
из схемы, в результате реакции присоединения
образуются транс— изомеры.

3.2.3
Реакции гидратации

В
присутствии солей ртути алкины
присоединяют воду с
образованием ацетальдегида (для ацетилена)
или кетона (для
прочих алкинов). Эта реакция известна
как реакция
Кучерова.

Считается,
что процесс гидратации идет через стадию
образования енола:

3.2.4
Реакции
карбонилирования

Реакция карбонилирования были
открыты в лаборатории Реппе в 1939 году.

где
Х: ОН, OR, OCOR, NH₂ и
пр.

Катализатором
реакции являются карбонилы никеля или
палладия.

Отдельно
стоит упомянуть реакцию оксилительного
карбохлорирования:

3.2.5
Прочие реакции электрофильного
присоединения

Присоединениекарбоновых
кислотс
образованиемдиэфиров:

Уксусная
кислота в
реакции с ацетиленом образует винилацетат:

Ацетиленовые
углеводороды присоединяютCO₂и
вторичныеаминыс
образованиемамидов:

Реакцияацетиленасцианистым
водородомв
присутствии солей одновалентной меди
с получениемакрилонитрила:

Ацетиленспособен
в присутствии катализаторов
присоединятьуглеводородыс
образованием новых С-С связей:

или

3.3
Реакции
нуклеофильного присоединения

Нуклеофильное
присоединение к алкинам инициируется
под воздействием отрицательно заряженной
частицы — нуклеофила.
В общем случае, катализатором таких
реакций являются основания.
Общая схема первой стадии реакции
нуклеофильного присоединения:

Типовые
реакции нуклеофильного присоединения

Характерным
примером реакции нуклеофильного
присоединения является Реакция
Фаворского —
присоединение спиртов в
присутствии щелочей с
образованием алкенильных эфиров:

Первичные амины под
действием оснований присоединяются к
алкинам с образованием иминов:

По
аналогии ацетилен реагирует с аммиаком,
образуя этилиденимин:

При
высокой температуре в присутствии
катализатора имин дегидрируется и
превращается в ацетонитрил:

В
среде очень сильных оснований
(например: КОН+ДМСО)
ацетилен реагирует с сероводородом,
образуя дивинилсульфид:

Литература

Физические свойства

Рис.1. Пи-связи в молекуле ацетилена

При нормальных условиях — бесцветный газ, легче воздуха. Чистый 100 % ацетилен не обладает запахом. Технический ацетилен хранится в баллонах с пористым наполнителем, пропитанным ацетоном (т.к. чистый ацетилен при сжатии взрывается), и может содержать другие примеси, которые придают ему резкий запах. Малорастворим в воде, хорошо растворяется в ацетоне. Температура кипения −83,6 °C. Тройная точка −80,55 °C при давлении 961,5 мм рт. ст., критическая точка 35,18 °C при давлении 61,1 атм.

Ацетилен требует большой осторожности при обращении. Может взрываться от удара, при нагреве до 500 °C или при сжатии выше 0,2 МПа при комнатной температуре

Струя ацетилена, выпущенная на открытый воздух, может загореться от малейшей искры, в том числе от разряда статического электричества с пальца руки. Для хранения ацетилена используются специальные баллоны, заполненные пористым материалом, пропитанным ацетоном.

Ацетилен обнаружен на Уране и Нептуне.

Прямой эфир

Карбидные лампы

Название «карбидная лампа» обусловлено использованием в качестве источника света открытого пламени струи сжигаемого ацетилена. Он, соответственно, получен в результате взаимодействия карбида кальция с водой.

Такие лампы были широко распространены в прошлом. Их можно было увидеть на каретах, автомобилях и даже велосипедах. В современное время карбидные лампы используют только в случае острой необходимости в мощном автономном светильнике. Так, спелеологи часто пользуются ими. Отдаленные маяки снабжают именно такими лампами, ведь такой тип освещения намного выгоднее, нежели подведение линий электропередач. Достаточно распространенным является использование таких ламп на судах дальнего плавания.

Геометрические элементы, составляющие конус

Чтобы лучше понимать вопрос, что такое конус, следует привести геометрические названия элементов этой пространственной фигуры.

Конус ограничен двумя поверхностями. Первая называется основанием. Она представляет собой плоскость, которая ограничена отмеченной выше кривой. Например, это может быть круг или эллипс. Вторая поверхность является боковой для фигуры и называется конической. Она не лежит в одной плоскости, однако может быть развернута в плоскую фигуру, о чем будет сказано ниже.

Одним из важных элементов конуса является его вершина. Эта точка ограничивает коническую поверхность. С ней соединяются все точки кривой основания.

Отрезок, который вершину соединяет с основанием, называется генератрисой, или образующей конуса. В свою очередь, кривая, ограничивающая основание, получила название директрисы, или направляющей фигуры.

Площади конической поверхности и основания в сумме дают общую площадь конуса. Объем пространства, который ограничивают указанные две поверхности, является объемом конуса.

Добавить ваш

Как работает трансформатор

2. Запуск Arduino IDE