Etilén (etén): az ipar alapvegyülete, polietilén-gyártás és növényi hormon
Az etilén vagy etén olyan kémiai vegyület, amelynek minden molekulájában két szénatom és négy hidrogénatom található. Ezek a molekulák kettős kötéssel állnak össze, ami szénhidrogénné teszi. Nagyon fontos az iparban, és még a biológiában is használják hormonként. Ez a legtöbbet gyártott vegyi anyag is. Évente körülbelül 75 millió tonnát állítanak elő belőle 2005 óta. Legnagyobb felhasználása a polietilén előállítása.
Alapvető fizikai és kémiai tulajdonságok
- Képlet: C2H4 (IUPAC név: etén).
- Állapot: Szobahőmérsékleten színtelen gáz, enyhén édeskés szaggal.
- Szerkezet: A két szénatom sp2 hibridizációjú, sík geometriájú molekulát alkotnak a kettős kötés miatt; ez a kettős kötés adja magas reakciókészségét.
- Kémiai reakciók: könnyen megy végbe addíció (pl. hidrogénezés, halogénezés), polimerizáció és oxidáció; fontos kiinduló anyag sok szintetikus átalakuláshoz.
Előállítás és ipari folyamatok
Az etilén előállítása elsősorban fosszilis nyersanyagokból történik, főbb módszerek:
- Gőzkrakkolás (steam cracking): leggyakoribb eljárás; könnyű szénhidrogéneket (etán, propán, bután) vagy naftát hevítve és disszociáltatva állítanak elő etilént és más olefineket.
- Petrolkémiai melléktermékek: finomítói és krakkoló üzemek többi frakcióiból tisztítják és választják ki.
- Katalitikus folyamatok: bizonyos speciális eljárásokkal és katalizátorokkal is lehet etilént készíteni, de a gőzkrakkolás az ipari mérlegben dominál.
Az etilén tisztítása desztillációval és abszorpcióval történik; a nagyüzemi gyártás hatalmas üzemeket és szoros energia- és nyersanyag-gazdálkodást igényel.
Fő felhasználások
- Polietilén (PE) gyártása: a legnagyobb felhasználási terület. Különböző polimerizációs technikákkal készítenek LDPE (radikális polimerizáció, magas nyomás), HDPE és LLDPE (katalitikus eljárások, Ziegler–Natta vagy metallocén katalizátorok) típusú műanyagokat.
- Etilén-oxid és etilén-glikol: etilén oxidálásával etilén-oxidot állítanak elő, amelyből etilén-glikolt gyártanak (pl. fagyálló és poliésztergyártás alapanyag).
- Vinil-klorid, styén, etilbenzol: további fontos alapanyagok a mûanyagok és vegyipari termékek előállításához.
- Oldószerek és intermedierek: finomabb vegyi szintézisek kiinduló anyagaként is használják.
Etilén mint növényi hormon
Az etilén fontos növényi hormon, amelyet a növények kis mennyiségben gáz formájában termelnek. Főbb hatásai:
- Gyümölcsök érésének serkentése (pl. banán, paradicsom, alma): a kereskedelemben ezt kihasználva érik utólag a szállítás során.
- Levél- és virágszáradás (abscisszió) és öregedés (szeneszcencia) szabályozása.
- Stresszválasz: fizikai sérülés, vízhiány vagy kórokozó fertőzés hatására nő az etiléntermelés.
- Magzati csírázásnál a „háromszoros válasz” (triple response): a hajtás rövidül, megvastagodik és megváltozik a növekedési irány.
Bioszintézis: az etilén metioninból képződik, a folyamat kulcsenzimei az ACC-szintáz (ACC synthase) és az ACC-oxidáz (ACC oxidase). Az etilén hatását lehet gátolni például 1-metilciklopropénnel (1-MCP), amelyet gyümölcsök tárolásánál alkalmaznak az érés lassítására.
Biztonság, tárolás és környezeti hatások
- Tűz- és robbanásveszély: az etilén erősen éghető gáz; levegővel robbanóképes elegyet alkothat. Szivárgás esetén tűz- és robbanásveszély áll fenn.
- Egészségügyi hatások: kis koncentrációkban nem kifejezetten mérgező, de nagy koncentrációban fulladást okozhat (helyettesíti az oxigént). Ipari expozíciót monitoroznak.
- Környezet: illékony szerves vegyületként hozzájárulhat az ózonképződéshez a troposzférában (városi fotokémiai szmog), ezért a kibocsátást csökkentik és ellenőrzik.
- Tárolás és szállítás: jellemzően sűrítve vagy cseppfolyósítva (alacsony hőmérsékleten) tárolják speciális palackokban és tartályokban; a biztonsági előírások és szivárgásfigyelés kritikusak.
Polimerizáció és műanyagtechnológia
A polietilén előállításában az etilén monomert különféle eljárásokkal (nagy nyomású radikális polimerizáció, alacsony nyomású katalitikus eljárások) alakítják polimerré. A katalizátor típusa és a folyamatparaméterek határozzák meg a polietilén sűrűségét, mechanikai tulajdonságait és alkalmazhatóságát (csövek, fóliák, palackok, csomagolások stb.).
Összefoglalás
Az etilén (etén) alapvető vegyipari nyersanyag és fontos növényi hormon egyben. Nagy ipari jelentősége a polietilén-gyártásból és számos vegyi alapanyag előállításából fakad; ugyanakkor kezelése és kibocsátása biztonsági és környezeti szempontból is odafigyelést igényel. A növényélettanban betöltött szerepe pedig a mezőgazdasági gyakorlatokban (például tárolás, érés-szabályozás) hasznosítható.
Történelem
Az etilént 1795 óta nevezték olefiáns gáznak, azaz olajkészítő gáznak. Ez azért volt így, mert klórral együtt a holland kémikusok olajat készítettek belőle.
1866-ban August Wilhelm von Hofmann német kémikus kidolgozott egy rendszert a szénhidrogének elnevezésére. Az -án, -én, -ine, -one és -une utótagokkal azokat a szénhidrogéneket nevezték meg, amelyeknek 0, 2, 4, 6 és 8 hidrogénatomja kevesebb volt, mint az alkánnak, amelyből származott. E rendszer miatt lett az etilénből etén.
1979-ben az IUPAC úgy döntött, hogy az etilén etilén marad.
Hogyan készül
Az etilént a vegyiparban gőzkrakkolással állítják elő. Az etilénüzem egyes részei a következők lehetnek:
- A gőzkrakkoló kemencék;
- Hővisszanyerő rendszerek;
- Gőz újrahasznosító rendszer;
- A repedt gáz sűrítésére szolgáló rendszer;
- A savas gázok eltávolítására szolgáló rendszer;
Az etilénüzemben más rendszerek is vannak. A fent felsorolt rendszerek voltak a legfontosabb rendszerek egy etilénüzemben.
Mivel az etilén előállítása sok energiát használ, az etilént előállító emberek nagyon igyekeznek megakadályozni, hogy a gázok hője elhagyja a kemencéket.
Kérdések és válaszok
K: Mi az az etilén?
V: Az etilén két szénatomból és négy hidrogénatomból álló kémiai vegyület, amely kettős kötéssel rendelkezik, így szénhidrogén.
K: Mi a jelentősége az etilénnek az iparban?
V: Az etilén a különböző vegyi anyagok előállításában való széleskörű felhasználása miatt alapvető fontosságú az iparban.
K: Felhasználható-e az etilén a biológiában?
V: Igen, az etilén hormonként felhasználható a biológiában.
K: Mennyi etilént állítanak elő évente?
V: 2005 óta évente mintegy 75 millió tonna etilént állítanak elő, ami a legtöbbet gyártott vegyi anyag.
K: Mi az etilén elsődleges felhasználási területe?
V: Az etilén elsődleges felhasználási területe a polietilén előállítása.
K: Milyen kötése van az etilénnek?
V: Az etilénnek kettős kötése van, ami szénhidrogénné teszi.
K: Hány hidrogénatom van minden etilénmolekulában?
V: Minden etilénmolekula négy hidrogénatomot tartalmaz.
