乙烯

 
乙烯分子结构
乙烯分子结构
  乙烯是合成纤维、合成橡胶、合成塑料(聚乙烯及聚氯乙烯)、合成乙醇(酒精)的基本化工原料,也用于制造氯乙烯苯乙烯环氧乙烷醋酸乙醛乙醇和炸药等,尚可用作水果和蔬菜的催熟剂,是一种已证实的植物激素。 

基本信息

  中文名称: 乙烯
  英文名称: ethylene (ethene)
  分子式:C2H4
  CAS No.: 74-85-1
  EINECS登陆号:200-815-3 [1]
  分子量: 28.06
  分子结构: C原子以sp2杂化轨道成键、分子为平面形的非极性分子。
  乙烯燃烧化学方程式:C2H4+3O2==2CO2+2H2O(条件:点燃)

物理性质

  主要成分: 含量≥99.95% (以体积计)。
  外观与性状: 无色气体,略具烃类特有的臭味。
  熔点(℃): -169.4
  沸点(℃): -103.9
  相对密度(水=1): 0.61
  相对蒸气密度(空气=1): 0.98
  饱和蒸气压(kPa): 4083.40(0℃)
  燃烧热(kJ/mol): 1409.6
  临界温度(℃): 9.2
  临界压力(MPa): 5.04
  辛醇/水分配系数的对数值: 无资料
  闪点(℃): 无意义
  引燃温度(℃): 425
  爆炸上限%(V/V): 36.0
  爆炸下限%(V/V): 2.7
  溶解性: 不溶于水,微溶于乙醇、酮、苯,溶于醚。
  主要用途: 用于制聚乙烯、聚氯乙烯、醋酸等。
  其它理化性质: 可以和酸性高锰酸钾发生氧化还原反应,乙烯作为还原剂,被氧化成二氧化碳。酸性高锰酸钾被还原而褪色。 同时,还可以和溴的四氯化碳发生加成反应,四氯化碳溶液会褪色 。

化学性质

  乙烯是最简单的烯烃。分子式CH2=CH2 。少量存在于植物体内,是植物的一种代谢产物,能使植物生长减慢,促进叶落和果实成熟。无色易燃气体。乙烯分子里的 C=C双键的键长是1.33×10 -10 米,乙烯分子里的 2个碳原子和4个氢原子都处在同一个平面上。它们彼此之间的键角约为120°。乙烯双键的键能是615千焦/摩,实验测得乙烷C—C单键的键长是1.54×10 -10 米,键能 348千焦/摩。这表明C=C双键的键能并不是C—C单键键能的两倍,而是比两倍略少。因此,只需要较少的能量,就能使双键里的一个键断裂。这是乙烯的性质活泼,容易发生加成反应等的原因。在形成乙烯分子的过程中,每个碳原子以 1个2s轨道和2个2p轨道杂化形成3个等同的sp 2 杂化轨道而成键。这 3个sp 2 杂化轨道在同一平面里,互成 120°夹角。因此,在乙烯分子里形成5个σ键,其中4个是C—H键(sp 2 — s)1个是C—C键(sp 2 — sp 2 );两个碳原子剩下未参加杂化的2个平行的p轨道在侧面发生重叠,形成另一种化学键:π键,并和σ键所在的平面垂直。如:乙烯分子里的C=C双键是由一个σ键和一个π键形成的。这两种键的轨道重叠程度是不同的。π键是由p轨道从侧面重叠形成的,重叠程度比σ键从正面重叠要小,所以π键不如σ键牢固,比较容易断裂,断裂时需要的能量也较少。乙烯就是一种最简单的不饱和烃,分子中碳碳原子间以双键相连,C═C双键的键长比C-C单键的键长略短,C═C双键的键能比两倍C-C单键能略小,所以其中的一个键较易断裂,这就决定了乙烯的化学性质比较活泼。能发生加成反应、氧化反应和聚合反应。

·氧化反应

  ①常温下极易被氧化剂氧化。如将乙烯通入酸性KMnO4溶液,溶液的紫色褪去,由此可用鉴别乙烯。
  ②易燃烧,并放出热量,燃烧时火焰明亮,并产生黑烟。
  CH2═CH2+3O2  ═2CO2+2H2O

·加成反应

  CH2═CH2+Br2═CH2Br-CH2Br(常温下使溴水褪色)
  CH2═CH2+HCl ═ CH3-CH2Cl(制氯乙烷)
  CH2═CH2+HOH  ═CH3CH2OH(制酒精)
  加成反应:有机物分子中双键(或三键)两端的碳原子与其他原子或原子团直接结合生成新的化合物的反应。

·聚合反应

   nCH2═CH2  ═CH2-CH2 n  (制聚乙烯)
  在一定条件下,乙烯分子中不饱和的C═C双键中的一个键会断裂,分子里的碳原子能互相形成很长的键且相对分子质量很大(几万到几十万)的化合物,叫做聚乙烯,它是高分子化合物。
  这种由相对分子质量较小的化合物(单体)相互结合成相对分子质量很大的化合物的反应,叫做聚合反应。这种聚合反应是由一种或多种不饱和化合物(单体)通过不饱和键相互加成而聚合成高分子化合物的反应,所以又属于加成反应,简称加聚反应。

危险特征

·健康危害

  侵入途径: 吸入
  健康危害: 具有较强的麻醉作用。
  急性中毒:吸入高浓度乙烯可立即引起意识丧失,无明显的兴奋期,但吸入新鲜空气后,可很快苏醒。对眼及呼吸道粘膜有轻微刺激性。液态乙烯可致皮肤冻伤。
  慢性影响:长期接触,可引起头昏、全身不适、乏力、思维不集中。个别人有胃肠道功能紊乱。

·环境危害

  环境危害: 对环境有危害,对水体、土壤和大气可造成污染。
  燃爆危险: 易燃物品。   

急救措施 

  皮肤接触: 若有冻伤,就医治疗。
  眼睛接触: 立即提起眼睑,用大量流动清水或生理盐水彻底冲洗至少15分钟。就医。
  吸入: 迅速脱离现场至空气新鲜处。保持呼吸道通畅。如呼吸困难,给输氧。如呼吸停止,立即进行人工呼吸。就医。
  食入: 饮足量温水,催吐。就医。

消防措施

  危险特性: 易燃,与空气混合能形成爆炸性混合物。遇明火、高热或与氧化剂接触,有引起燃烧爆炸的危险。与氟、氯等接触会发生剧烈的化学反应。
  有害燃烧产物: 一氧化碳。
  灭火方法: 切断气源。若不能切断气源,则不允许熄灭泄漏处的火焰。喷水冷却容器,可能的话将容器从火场移至空旷处。灭火剂:泡沫、二氧化碳、干粉。 

泄漏应急处理

  应急处理: 迅速撤离泄漏污染区人员至上风处,并进行隔离,严格限制出入。切断火源。建议应急处理人员戴自给正压式呼吸器,穿防静电工作服。尽可能切断泄漏源。合理通风,加速扩散。喷雾状水稀释。如有可能,将漏出气用排风机送至空旷地方或装设适当喷头烧掉。漏气容器要妥善处理,修复、检验后再用。 

操作处置与储存

·操作注意事项

  密闭操作,全面通风。操作人员必须经过专门培训,严格遵守操作规程。建议操作人员穿防静电工作服。远离火种、热源,工作场所严禁吸烟。使用防爆型的通风系统和设备。防止气体泄漏到工作场所空气中。避免与氧化剂、卤素接触。在传送过程中,钢瓶和容器必须接地和跨接,防止产生静电。搬运时轻装轻卸,防止钢瓶及附件破损。配备相应品种和数量的消防器材及泄漏应急处理设备。

·储存注意事项

 储存于阴凉、通风的库房。远离火种、热源。库温不宜超过30℃。应与氧化剂、卤素分开存放,切忌混储。采用防爆型照明、通风设施。禁止使用易产生火花的机械设备和工具。储区应备有泄漏应急处理设备。  

接触防护

  职业接触限值
  中国MAC(mg/m3): 未制定标准
  前苏联MAC(mg/m3): 100
  TLVTN: ACGIH 窒息性气体
  TLVWN: 未制定标准
  工程控制: 生产过程密闭,全面通风。
  呼吸系统防护: 一般不需要特殊防护,高浓度接触时可佩戴自吸过滤式防毒面具(半面罩)。
  眼睛防护: 一般不需特殊防护。必要时,戴化学安全防护眼镜。
  身体防护: 穿防静电工作服。
  手防护: 戴一般作业防护手套。
  其他防护: 工作现场严禁吸烟。避免长期反复接触。进入罐、限制性空间或其它高浓度区作业,须有人监护。

主要用途

  1.乙烯是重要的有机化工基本原料,主要用于生产聚乙烯、乙丙橡胶、聚氯乙烯等.
  2.石油化工最基本原料之一。在合成材料方面,大量用于生产聚乙烯、氯乙烯及聚氯乙烯,乙苯、苯乙烯及聚苯乙烯以及乙丙橡胶等;在有机合成方面,广泛用于合成乙醇环氧乙烷乙二醇乙醛、乙酸、丙醛丙酸及其衍生物等多种基本有机合成原料;经卤化,可制氯代乙烯、氯代乙烷、溴代乙烷;经齐聚可制α-烯烃,进而生产高级醇、烷基苯等。其中,乙烯用量最大的是生产聚乙烯,约占乙烯耗量的45%;其次是由乙烯生产的二氯乙烷和氯乙烯;乙烯氧化制环氧乙烷和乙二醇。另外乙烯烃化可制苯乙烯,乙烯氧化制乙醛、乙烯合成酒精、乙烯制取高级醇。
  3. 主要用作石化企业分析仪器的标准气.
  4.作为一种植物激素,促进果实成熟的作用,并在成熟前大量合成,所以认为它是成熟激素(ripening hormone)。可抑制茎和根的增粗生长、幼叶的伸展、芽的生长、花芽的形成;另一方面可促进茎和根的扩展生长、不定根和根毛的形成、某些种子的发芽、偏上生长、芽弯曲部的形成器官的老化或脱离等。能促进凤梨的开花,促进水稻和水繁缕茎的生长。几乎所有作用的有效气中浓度的阈值为0.0-0.1微升/升,最大值为1-10微升/升。一部分菌类和大部分高等植物均可生成乙烯,而在成熟的果实里可大量的生成。若给营养组织以植物生长素或各种应力(接触、病伤害、药物处理等)则生成量可激增。在生物体内由甲硫氨酸生物合成,其第三、第四位碳转变为乙烯,但合成酶的性质不明。甲硫氨酸脱氨生成的α-酮-4-甲硫丁酸,或后者进一步脱羧生成的甲硫丙醛,在过氧化氢、亚硫酸盐、单酚的存在下由于过氧化物酶的作用而有效地生成乙烯,因此曾被认为是乙烯生物合成的中间体,但甲硫丙醛在生物体内存在尚未被证实。梅普森和沃德尔(L.Mapson.D.Wardale)在体外用转氨酶、过氧化物酶和供给过氧化氢的葡萄糖氧化酶等三种酶的协同作用,显示出由甲硫氨酸合成乙烯的事实,但通过同位素标记化合物的实验,认为此反应系统在体内不起作用。乙烯也有从除甲硫氨酸以外的物质进行生物合成的情况。

乙烯的制备

·乙烯的工业制法

  工业上所用的乙烯,主要是从石油炼制工厂和石油化工厂所生产的气体里分离出来的。
  由石油分离生产:乙烯是由石油化工裂解而成。在这个过程中,气态或轻液态烃是加热到750-950 ℃ ,诱使许多自由基反应,然后立即淬火冻结的反应。这个过程中,把大型碳氢化合物转换到较小型的碳氢化合物,并反应出不饱和烃。
  由煤合成方法:煤合成烯烃(MTO):煤基制烯烃技术,它是C1化工新工艺, 是指以煤气化的合成气合成的甲醇为原料,借助类似催化裂化装置的流化床反应形式,生产低碳烯烃的化工技术。

·乙烯的实验室制法

  实验室里是把酒精和浓硫酸混合加热,使酒精分解制得。浓硫酸在反应过程里起催化剂和脱水剂的作用。制取乙烯的反应属于
实验室制取乙烯及收集装置
实验室制取乙烯及收集装置
液--液加热型
  (1)反应原理:CH3CH2OH→CH2═CH2↑+H2O(条件:170℃、浓硫酸
  (2)发生装置:选用“液+液→气”的反应装置。
  (3)收集方法:排水集气法(因乙烯的密度跟空气的密度接近且难溶于水)。
  (4)注意事项:
  ①反应液中乙醇与浓硫酸的体积比为1∶3。使用过量的浓硫酸可提高乙醇的利用率,增加乙烯的产量。
酒精制取乙烯反应式
酒精制取乙烯反应式
  ②在圆底烧瓶中加少量碎瓷片、沸石或其他惰性固体,目的是防止反应混合物在受热时暴沸。
  ③温度计水银球应插在液面下,以准确测定反应液温度。加热时要使温度迅速提高到170℃,以减少乙醚生成的机会。
  ④在制取乙烯的反应中,浓硫酸不但是催化剂、吸水剂,也是氧化剂,在反应过程中易将乙醇氧化,最后生成CO2、CO、C等(因此试管中液体变黑),而硫酸本身被还原成SO2。SO2能使溴水或KMnO4溶液褪色。因此,在做乙烯的性质实验前,应将气体先通过碱石灰将SO2除去,也可以将气体通过10%NaOH溶液以洗涤除去SO2,得到较纯净的乙烯。
  ⑤空气中若含3.4%~34%的乙烯,遇明火极易爆炸,爆炸程度比甲烷猛烈,所以点燃乙烯时要小心。

运输管理

  危险货物编号: 21016
  UN编号: 1962
  包装方法: 钢质气瓶。
  采用刚瓶运输时必须戴好钢瓶上的安全帽。钢瓶一般平放,并应将瓶口朝同一方向,不可交叉;高度不得超过车辆的防护栏板,并用三角木垫卡牢,防止滚动。运输时运输车辆应配备相应品种和数量的消防器材。装运该物品的车辆排气管必须配备阻火装置,禁止使用易产生火花的机械设备和工具装卸。严禁与氧化剂、卤素等混装混运。夏季应早晚运输,防止日光曝晒。中途停留时应远离火种、热源。公路运输时要按规定路线行驶,勿在居民区和人口稠密区停留。铁路运输时要禁止溜放。

法规信息

  化学危险物品安全管理条例 (1987年2月17日国务院发布);化学危险物品安全管理条例实施细则 (化劳发[1992] 677号);工作场所安全使用化学品规定 ([1996]劳部发423号)等法规;针对化学危险品的安全使用、生产、储存、运输、装卸等方面均作了相应规定;常用危险化学品的分类及标志 (GB 13690-92)将该物质划为第2.1 类易燃气体。