Ethyleen is de eenvoudigste van de organische verbindingen die bekend staan als alkenen. Het is een kleurloos brandbaar gas met een zoetige smaak en geur. Natuurlijke bronnen zijn onder meer aardgas en olie, het is ook een natuurlijk hormoon in planten waar het de groei remt en fruitrijping bevordert. Het gebruik van ethyleen is gebruikelijk in de industriële organische chemie. Het wordt geproduceerd door aardgas te verwarmen, het smeltpunt is 169,4°C, het kookpunt is 103,9°C.
Ethyleen: structurele kenmerken en eigenschappen
Koolwaterstoffen zijn moleculen die waterstof en koolstof bevatten. Ze variëren sterk in termen van het aantal enkele en dubbele bindingen en de structurele oriëntatie van elk onderdeel. Een van de eenvoudigste, maar biologisch en economisch voordelige koolwaterstoffen is ethyleen. Het wordt geleverd in gasvorm, is kleurloos en brandbaar. Het bestaat uit twee dubbel gebonden koolstofatomen met waterstofatomen. De chemische formule is C2H4. De structurele vorm van het molecuul is lineair vanwege de aanwezigheid van een dubbele binding in het midden.
Ethyleen heeft een zoetige muskusgeur die het gemakkelijk maakt omidentificeer de stof in de lucht. Dit geldt voor gas in zijn pure vorm: de geur kan verdwijnen bij vermenging met andere chemicaliën.
Toepassingsschema voor ethyleen
Ethyleen wordt in twee hoofdcategorieën gebruikt: als monomeer waaruit grote koolstofketens zijn opgebouwd, en als uitgangsmateriaal voor andere twee-koolstofverbindingen. Polymerisaties zijn herhaalde combinaties van vele kleine ethyleenmoleculen tot grotere. Dit proces vindt plaats bij hoge drukken en temperaturen. De toepassingen voor ethyleen zijn talrijk. Polyethyleen is een polymeer dat vooral in grote hoeveelheden wordt gebruikt bij de productie van verpakkingsfolies, draadcoatings en plastic flessen. Een ander gebruik van etheen als monomeer betreft de vorming van lineaire a-olefinen. Ethyleen is het uitgangsmateriaal voor de bereiding van een aantal twee-koolstofverbindingen, zoals ethanol (technische alcohol), ethyleenoxide (antivries, polyestervezels en films), aceetaldehyde en vinylchloride. Naast deze verbindingen vormt ethyleen met benzeen ethylbenzeen, dat wordt gebruikt bij de productie van kunststoffen en synthetisch rubber. De stof in kwestie is een van de eenvoudigste koolwaterstoffen. De eigenschappen van ethyleen maken het echter biologisch en economisch significant.
Commercieel gebruik
De eigenschappen van ethyleen vormen een goede commerciële basis voor een groot aantal organische (koolstof- en waterstofhoudende) materialen. Enkele ethyleenmoleculen kunnensamengevoegd om polyethyleen te maken (wat veel ethyleenmoleculen betekent). Polyethyleen wordt gebruikt om plastic te maken. Bovendien kan het worden gebruikt om wasmiddelen en synthetische smeermiddelen te maken, chemicaliën die worden gebruikt om wrijving te verminderen. Het gebruik van ethyleen om styrenen te verkrijgen is relevant bij het maken van rubber en beschermende verpakkingen. Daarnaast wordt het gebruikt in de schoenenindustrie, met name sportschoenen, maar ook bij de productie van autobanden. Het gebruik van ethyleen is commercieel belangrijk en het gas zelf is een van de meest geproduceerde koolwaterstoffen op wereldschaal.
Gezondheidsgevaar
Ethyleen is vooral een gevaar voor de gezondheid omdat het ontvlambaar en explosief is. Het kan in lage concentraties ook als een medicijn werken, wat misselijkheid, duizeligheid, hoofdpijn en coördinatiestoornissen veroorzaakt. Bij hogere concentraties werkt het als een verdovingsmiddel en veroorzaakt het bewusteloosheid, ongevoeligheid voor pijn en andere stimuli. Al deze negatieve aspecten kunnen in de eerste plaats zorgen baren voor mensen die direct met gas werken. De hoeveelheid ethyleen die de meeste mensen in hun dagelijks leven tegenkomen, is meestal relatief klein.
Ethyleenreacties
1) Oxidatie. Dit is de toevoeging van zuurstof, bijvoorbeeld bij de oxidatie van ethyleen tot ethyleenoxide. Het wordt gebruikt inbij de productie van ethyleenglycol (1,2-ethaandiol), dat wordt gebruikt als antivriesvloeistof en bij de productie van polyesters door condensatiepolymerisatie.
2) Halogenering - reacties met ethyleen van fluor, chloor, broom, jodium.
3) Chlorering van ethyleen als 1,2-dichloorethaan en daaropvolgende omzetting van 1,2-dichloorethaan in vinylchloridemonomeer. 1,2-dichloorethaan is een nuttig organisch oplosmiddel en is ook een waardevolle voorloper bij de synthese van vinylchloride.
4) Alkylering - de toevoeging van koolwaterstoffen aan de dubbele binding, bijvoorbeeld de synthese van ethylbenzeen uit ethyleen en benzeen, gevolgd door omzetting in styreen. Ethylbenzeen is een tussenproduct voor de productie van styreen, een van de meest gebruikte vinylmonomeren. Styreen is een monomeer dat wordt gebruikt om polystyreen te maken.
5) Verbranding van ethyleen. Het gas wordt verkregen door ethylalcohol en geconcentreerd zwavelzuur te verhitten.
6) Hydratatie is een reactie met de toevoeging van water aan een dubbele binding. De belangrijkste industriële toepassing van deze reactie is de omzetting van ethyleen in ethanol.
Ethyleen en verbranding
Ethyleen is een kleurloos gas dat slecht oplosbaar is in water. De verbranding van ethyleen in lucht gaat gepaard met de vorming van kooldioxide en water. In zijn pure vorm brandt het gas met een lichte diffusievlam. Gemengd met een kleine hoeveelheid lucht, geeft het een vlam bestaande uit drie afzonderlijke lagen - een binnenkern - onverbrand gas, een blauwgroene laag en een buitenste kegel waar het gedeeltelijk geoxideerde productuit de voorgemengde laag branden in een diffusievlam. De resulterende vlam vertoont een complexe reeks reacties en naarmate er meer lucht aan het gasmengsel wordt toegevoegd, verdwijnt de diffusielaag geleidelijk.
Nuttige feiten
1) Ethyleen is een natuurlijk plantenhormoon, het beïnvloedt de groei, ontwikkeling, rijping en veroudering van alle planten.
2) Het gas is in een bepaalde concentratie (100-150 mg) niet schadelijk en niet giftig voor de mens.
3) Het wordt in de geneeskunde gebruikt als pijnstiller.
4) Ethyleen vertraagt bij lage temperaturen.
5) De karakteristieke eigenschap is een goede penetratie door de meeste stoffen, zoals kartonnen verpakkingsdozen, houten en zelfs betonnen muren.
6) Hoewel het van onschatbare waarde is vanwege zijn vermogen om het rijpingsproces te starten, kan het ook zeer schadelijk zijn voor veel fruit, groenten, bloemen en planten, het verouderingsproces versnellen en de productkwaliteit en houdbaarheid verminderen. De mate van schade is afhankelijk van de concentratie, blootstellingsduur en temperatuur.
7) Ethyleen is explosief bij hoge concentraties.
8) Ethyleen wordt gebruikt bij de productie van speciaal glas voor de auto-industrie.
9) Fabricage van constructiestaal: het gas wordt gebruikt als autogeengas voor het snijden van metaal, lassen en thermisch spuiten op hoge snelheid.
10) Verfijning: er wordt ethyleen gebruiktals koelmiddel, vooral in LNG-installaties.
11) Zoals eerder vermeld, is ethyleen een zeer reactieve stof, daarnaast is het ook zeer ontvlambaar. Om veiligheidsredenen wordt het meestal via een speciale aparte gasleiding getransporteerd.
12) Een van de meest voorkomende producten die rechtstreeks van ethyleen worden gemaakt, is plastic.
