乙炔
編輯乙炔(學名:ethyne)是一類化合物,分子式為C2H2,結構式為H?C≡C?H . 它是一種碳氫化合物,也是最簡單的炔烴。 這種無色氣體被廣泛用作燃料和化學原料。 它的純形式不穩定,因此通常作為溶液處理。 純乙炔是無味的,但商業級乙炔通常由于二乙烯基硫化物和磷化氫等雜質而具有明顯的氣味。
作為炔烴,乙炔是不飽和的,因為它的兩個碳原子以三鍵結合在一起。 碳-碳三鍵將所有四個原子置于同一條直線上,CCH 鍵角為 180°。
發現
編輯乙煉于 1836 年由埃德蒙·戴維 (Edmund Davy) 發現,他將其鑒定為一種新的氫化油器。 這是在試圖分離鉀金屬時的一個偶然發現。 通過在非常高的溫度下加熱碳酸鉀和碳,他產生了現在稱為碳化鉀 (K2C2) 的殘留物,它與水反應釋放出新氣體。 它于 1860 年被法國化學家 Marcellin Berthelot 重新發現,他創造了 acétylène 這個名字。 Berthelot 的乙炔 (C4H2) 經驗公式以及替代名稱 quadricarbure d\'hydrogène(氫四碳化物)是不正確的,因為當時許多化學家使用了錯誤的碳原子質量(6 而不是 12)。 Berthelot 能夠通過讓有機化合物(甲醇、乙醇等)的蒸氣通過熾熱的管子并收集流出物來制備這種氣體。 他還發現乙炔是通過混合氰和氫氣產生電火花而形成的。 Berthelot 后來通過在碳弧的兩極之間傳遞氫氣直接獲得乙炔。
準備
編輯20世紀50年代以來,乙炔主要通過甲烷部分燃燒制造。 它是通過碳氫化合物裂解生產乙烯時回收的副產品。 1983 年,這種方法生產了大約 400,000 噸。它在乙烯中的存在通常是不受歡迎的,因為它具有爆炸性和毒化齊格勒-納塔催化劑的能力。 通常使用 Pd-Ag 催化劑將其選擇性氫化為乙烯。
直到 1950 年代,當石油取代煤炭成為減少碳排放的主要來源時,乙炔(以及煤焦油中的芳烴餾分)才是化學工業中有機化學品的主要來源。 它是由碳化鈣水解制備的,該反應由 Friedrich W?hler 于 1862 年發現,至今仍為學生所熟知:
CaC 2 + 2 H 2 O ? Ca ( OH ) 2 + C 2 H 2 ↑ {\\displaystyle {\\ce {CaC2 + 2H2O ->; Ca(OH)2 + C2H_{2 }}}}
碳化鈣生產需要極高的溫度,約 2000 °C,因此必須使用電弧爐。 在美國,這一過程是 19 世紀末由尼亞加拉大瀑布的大型水力發電項目推動的化學xxx的重要組成部分。
綁定
編輯根據價鍵理論,在每個碳原子中,2s 軌道與一個 2p 軌道雜化,從而形成 sp 雜化。 其他兩個 2p 軌道保持未雜化。 兩個 sp 雜化軌道的兩端重疊,在碳之間形成強大的 σ 價鍵,而在其他兩端的每一端上,氫原子也通過 σ 鍵連接。 兩個不變的 2p 軌道形成一對較弱的 π 鍵。
由于乙炔是線性對稱分子,它具有D∞h點群。
物理性質
編輯狀態變化
在大氣壓下,乙炔不能以液體形式存在,也沒有熔點。 相圖上的三相點對應于液體乙炔可以存在的最小壓力 (1.27 atm) 下的熔點 (?80.8 °C)。 在低于三相點的溫度下,固體乙炔可以通過升華直接變成蒸汽(氣體)。 大氣壓下的升華點為 ?84.0 °C。
其他
在室溫下,乙炔在丙酮中的溶解度為每千克27.9克。 對于相同量的二甲基甲酰胺(DMF),溶解度為51克。 在 20.26 巴下,丙酮和 DMF 的溶解度分別增加到 689.0 和 628.0 g。 這些溶劑用于加壓氣瓶。
應用
編輯焊接
由于火焰溫度高,約有 20% 的乙炔由工業氣體行業提供,用于氧乙炔氣體焊接和切割。 乙炔與氧氣燃燒產生超過 3,600 K(3,330 °C;6,020 °F)的火焰,釋放 11.8 kJ/g。 氧乙炔是燃燒最熱的普通燃料氣體。 乙煉是繼二氰乙炔的 5,260 K(4,990 °C; 9,010 °F)和 4,798 K(4,525 °C; 8,177 °F)的氰之后第三熱的天然化學火焰。 氧乙炔焊接是過去幾十年流行的焊接工藝。
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