استیلن

استیلن (Acetylene)،ساده‌ترین هیدروکربن از خانواده آلكین‌ها (هیدروکربن‌های دارای پیوند سه‌گانه) است.

ساختار شیمیایی

با فرمول مولکولی ​​\( C_{2}H_{2} \)​دارای یک پیوند سه‌گانه بین دو اتم کربن ​\( -C\equiv C- \)​و هر کربن با یک هیدروژن پیوند کووالانسی دارد.شکل مولکولی آن به صورت  خطی با زاویه پیوند 180 درجه است . جرم مولی آن تقریبا26.04 گرم بر مول و چگالی آن در شرایط استاندارد برابر  1.177 کیلوگرم بر مترمکعب (در شرایط استاندارد)

خواص فیزیکی

روش‌های تولید صنعتی

از کلسیم کاربید  (روش سنتی و رایج)

برآورد میشه که از هر کیلوگرم کلسیم کاربید ، در شرایط استاندارد تقریباً 300 لیتر استیلن حاصل می شود . نسبت آب به کاربید 2 به 1 است طوری که آب را قطره قطره و به صورت کنترل شده اضافه می کنیم تا از ایجاد گرمای ناگهانی جلوگیری شود . کلسیم کاربید باید خلوصی در حدود 75% داشته باشد . ( ناخالصی های آن فسفید و سولفید که به ترتیب تولید گازهای سمی فسفین ​\( PH_{3} \)​و هیدروژن سولفید ​\( H_{2}S \)​می کند . ) اندازه ذرات کاربید در حدود 2 تا 8 میلی متر است ، وجود ذرات ریزتر باعث انجام واکنش های سریع و خطرناک می شود .

​\( CaC_{2}(s)+2H_{2}O(g)\xrightarrow[\hspace{1cm}]{} C_{2}H_{2}(g)+Ca(OH)_{2}(aq) \hspace{0.4cm}\Delta H:-127KJ/mol \)​

کلسیم کاربید با آب واکنش داده و استیلن تولید می‌کند. و مراحل انجام کار به گونه ای است که در محفظۀ پایین کاربید را قرار م یدهیم و آب را به صورت قطره ای از بالا اضافه می کنیم و گاز استیلن خروجی را در یک بالُن یا سیلندر کوچک جمع آوری می کنیم . هنوز در کشورهای در حال توسعه  برای جوشکاری استفاده می‌شود. حالا چرا در جوشکاری ؟ دمای شعلۀ آن نزدیک به 3200 درجه سلسیوس که تقریباً دمای ذوب فولاد ، چدن و آلومینیم است . شعله متمرکزی داشته و از دقت کاربالایی برخوردار است . با تنظیم 1 به 1 و یا 1 به 2.5 از آن برای جوش ، بُرش و گرمایش استفاده می شود .

کراکینگ حرارتی متان (روش مدرن)

​\( 2CH_{4}(g)\xrightarrow[\hspace{1cm}]{1500^{\circ}C/1-2atm} C_{2}H_{2}(g)+3H_{2}(g) \hspace{0.4cm}\Delta H :376KJ/mol \)​

در کوره‌های الکتریکی یا پلاسما انجام می‌شود. و برای تولید انبوه صرفۀ اقتصادی دارد .که 25% محصول را استیلن و 75%باقیمانده را هیدروژن تشکیل می دهد . البته ممکن است مقداری گاز اتیلن نیز در این مسیر تولید شود .

زمان ماندگاری واکنش

در حدود 0.01 تا 0.05 ثانیه است زیرا که استیلن خیلی ناپایدار بوده و به سرعت تجزیه می شود و احتمال تبدیل آن به کُک ( دوده ) بیشتر می شود . و از طرفی احتمال مسدود شدن کوره به وسیله کربن جامد وجود دارد . تجربه ثابت کرده که هر 0.1 ثانیه اضافی به اندازه 10 تا 15 درصد افت بازده تولید استیلن است .

از گاز طبیعی یا نفتا

نفتا ، هیدروکربن های 5 تا 10 کربنه است که پیرولیزحرارتی آن به طور عمده اتیلن ( 30 تا 35 % ) ، پروپیلین به مقدار 15 تا 20% و بنزن و مقدار ناچیزی استیلن است .

​\( C_{n}H_{2n+2}\xrightarrow[850-900^{\circ}C]{H_{2}O(g)/1-2atm}C_{2}H_{4}(g)+C_{3}H_{6}(g)+C_{2}H_{2}(g)+… \)​

صنعت شیمیایی (ماده اولیه)

در تهیه وینیل کلرید استفاده می شود که از بسپارش آن ، پلی وینیل کلرید حاصل می شود .

​\( C_{2}H_{2}(g)+HCl(g)\xrightarrow[\hspace{1cm}]{}H_{2}C=CHCl(g) \)​

از واکنش آب با استیلن برایتولید استالدهید استفاده می شود .

​\( C_{2}H_{2}(g)+HCl(g)\xrightarrow[40-80^{\circ}C]{HgSO_{4}/H_{2}SO_{4}}CH_{3}CHO(g) \)​

نورافشانی (در گذشته)

لامپ‌های کاربید برای استفاده در معادن و غارنوردی کاربرد داشت .

خطرات و ایمنی استیلن

 نکات جالب

• تشکیل استیلن اندوترمیک ( گرماگیر )  است و  تجزیه آن انرژی آزاد می‌کند (برخلاف اکثر گازها)
• در فضا (در ابرهای تیتان، قمر زحل) به صورت طبیعی وجود دارد.
• در جوشکاری، شعله استیلن-اکسیژن تنها شعله‌ای است که می‌تواند فولاد را ذوب کند.

مقایسه با سایر گازهای جوشکاری

دمای شعلۀ استیلن در حدود 3200 درجه و برای برش و جوش سنگین  به کار می رود . امّا پروپان دمای شعله ای در حدود 2800 درجه سلسیوس داشته و برای جوش های سبک و گرمایش استفاده می شود ، گاز هیدروژن که دمای شعلۀ آن تقریباً 2600 درجه است برای جوش آلومینیم استفاده می شود .

جوشکاری با اُکسی استیلن