الإتلين
اتلين
Ethylene - Ethylène
فاروق قنديل
الإتلين ethylene أبسط فرد من الإلكِنات (الألفينات)، وصيغته ، ويسمى وفق نمط الهيئة الدولية للكيمياء النظرية والتطبيقية International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) الإيتن ethene. وهو مركّب عضوي غازيّ، وأحد الفحوم الهدروجينية (هدروكربونات hydrocarbons)غير المشبعة لاحتوائه رابطة ثنائية كربون_كربون. يستعمل الإتلين في الصناعة على نطاق واسع، كما أنه يُعدّ هرموناً نباتياً، وهو أكثر المركّبات العضوية إنتاجاً، وقد بلغت الكميات المصنَّعة منه في العالم عام J2006 ما يزيد على J109 ملايين طن.
يمكن الحصول على الإتلين بطرائق مختلفة:
1 - نزع الماء من الإتانول (الكحول الإتيلي) بمعالجته بحمض الكبريت المركَّز، وهي الطريقة الأكثر شيوعاً.
ويمكن تحقيق تفاعل نزع الماء من الإتانول أيضاً بإمرار أبخرة الأخير فوق أكسيد الألمنيوم Al2 O3 عند درجة الحرارة J J400 - 350ءْس ، وهذه الطريقة تعطي إتليناً نقياً. لا تستعمل طريقة نزع الماء من الإتانول في المخبر فقط؛ وإنما يمكن استخدامها أيضاً - ولكن على نطاق ضيق - في الصناعة.
2- الهدرجة الجزئية للأستيلين C2H2 عند الدرجة J320 - J180"س على حفاز من معدن البالاديوم م Pd المرسب فوق هلام السيليكا وذلك في بعض البلدان الفقيرة بالنفط.
3 - تفاعل الإيتان مع كمية زائدة من أكسيد الكربون فوق Al2O3 عند درجة الحرارة j800 - 900 ْس ويمكن الاستفادة من مزيج الإتلين الناتج مع CO في الحصول مباشرة على ألدهيد البروبيل propyl aldehydeء
CH3CH2CHO |
.
4 - غير أن الحصول صناعياً على إتلين رخيص يعتمد على معالجة النفط والغاز الطبيعي، ويعدّ إنتاج الإتلين بطريقة التكسير الحراري thermal cracking أحد أحجار الأساس في الصناعة البتروكيميائية، وقد
اعتمدت صناعة الإتلين في معظمها على الإيتان والبروبان، وتعدّ النَفْتا (النَفْطة) naphta - وهي مستخلص نفطي تقع قابلية تطايره بين الغازولين (البنزين) والكيروسين (الكاز) في أغلب البلدان الصناعية -
من أكثر لقائم التغذية feedstocks شيوعاً.
تعتمد عملية التكسير الحراري على تسخين اللقيم الممزوج بالبخار إلى درجة حرارة تراوح بين J370 ْ - j390 ْ س ثم تبريده بسرعة إلى درجة حرارة تراوح
j400 -ْ j300 ْس على ألا يستغرق ذلك أكثر من ثانية، وهذا يعدّ صعباً من الناحية التقنية على نطاق واسع.
يُمزج لقيم التغذية والبخار، ويمرر خلال أنبوب معدني يبلغ قطره بين J5 و J14سم، وطوله بين J60 وJ120م، ويسخن في مفاعل يحرق الغاز أو الزيت، ويُلَف الأنبوب (أو يُطوى) بشكل يتسع المفاعل لعدد من هذه الأنابيب، وقد يضم مصنعٌ طاقةُ إنتاجه السنوي J450000 طن ما بين J12 وJ15 من هذه المفاعلات الأنبوبية.
تبرَّد الغازات المنبعثة من المفاعل (الفرن) إلى درجة حرارة تقع بين j300 ْوJ400 ْس في مبادل حراري يطلق عليه مرجل التبريد السريع، وتستخدم هذه الحرارة في توليد البخار. ويبيّن الشكل (1) مخططاً لمفاعل ومرجل تبريد سريع، كما تجمع الغازات الآتية من مفاعلات المصنع جميعها معاً، وتفصل المنتجات بالتقطير.
الشكل (1) |
تبلغ نسبة الوزن المئوية لمردود الإتلين الناتج من التكسير الحراري للإيتان J47.7 % والبروبان J36.6 % والبوتان J31.2 % والنفتا J31.3 %. وكما هو متوقع فإن الأمر يزداد تعقيداً عند الانتقال من الإيتان إلى البروبان إلى لقائم التغذية السائلة، كما تصبح تقنية التكسير ومنتجاته أكثر تعقيداً.
ومعادلتا التكسير الحراري للايتان والبروبان هما:
إن أحد العوامل المهمة اقتصادياً في صناعة الإتلين التي تجعل تكسير النفتا، والوقود النفطي gas oil - وهو قطارة بترولية تحتوي عادة على الكيروسين ووقود الديزل - وزيوت التسخين، وزيوت الوقود الخفيفة؛ هي المنتجات المرافقة التي لها استخدامات كيميائية أخرى.
إن تركيز غاز الإتلين والشوائب المرافقة له تحدد استخداماته اللاحقة؛ إذ يمكن للحصول على ثنائي كلور الإيتان وكلور هدرين الإتلين استخدام غاز محتوٍ على 20% من الإتلين.
ويمكن من أجل إماهة الإتلين استخدام غاز نسبته 40% من الإتلين، أما اصطناع بولي إتلين منخفض الكثافة فيتطلب إتليناً نقياً تقريباً يحوي أقل من 0,0005 % من الأكسجين و0,05 % غاز الكربون CO2 و0,0001 % من كبريتيد الهدروجين H2S.
الإتيلن غاز لا لون له رائحته خفيفة، درجة انصهاره (J168 ْ- س) ، ودرجة غليانه ( J103.8 ْ- س) ، وكتلة واحدة الحجوم عند الدرجة (J-103.8) ْس J0,5699 غ/سم3، وقرينة انكساره عند (J-103.8) ْس تساوي J1.36. تبلغ طاقة احتراقه J333,35 حرّة/مول عند ضغط ثابت، وJ341.4 حرّة/مول عند حجم ثابت. سعته الحرارية الجزيئية عند ضغط ثابت J14.8 حريرة/مول عند الدرجة ( J193 -) ْس تساوي J10,07 حريرة/مول عدد J15 ْس ، درجة الوميض J546 ْس في الهواء. ينحل J0.25 حجم من الإتلين في حجم واحد من الماء وJ3.59 حجم منه في حجم واحد من الإتانول، وهو جيد الانحلال في الإتر.
يوجد الإتلين في غاز الاستصباح وفي غاز الكوك بنسبة J3ء- J5 %، وتصل نسبته في الغازات الناتجة من المعالجة النفطية إلى J20%.
الإتلين فعال جداً، وتعزى خواصه الكيميائية بصورة رئيسية إلى احتوائه رابطة ثنائية يعود إليها الألفة الكبيرة لتفاعلات الإضافة، ويُعدّ من أهم المواد الأولية التي تستخدم في الاصطناع العضوي. أهم تفاعلاته:
1- يتفكك الإتلين إلى الميتان والأستيلين عند تسخينه إلى درجة حرارة أعلى من J350 J ْ- J400 ْس:
2 - عند معالجة الإتلين بالكلور في محل عضوي (عادة ثنائي كلورالإيتان C2H4Cl2 وبوجود الحديد المعدني أو كلوريد الحديد يتشكل ثنائي كلور الإيتان:
يجري التفاعل مع البروم بسهولة من دون وسيط، أما التفاعل مع اليود فهو عكوس. يستعمل ثنائي كلور الإيتان على نطاق واسع محلاً كما يستخدم مادة أولية للحصول على كلوريد الفينيل vinyl chloride وغيره.
3- يؤدي تفاعل الإتلين مع البنزن بوجود كلوريد الألمنيوم AlCl3 إلى تشكل مادة بوليمرية، هي بولي أريل الإيتان (- C6 H4 - CH2 CH2 C6 H4 -)n .
4- يضم الإتلين إليه بسهولة حمض تحت الكلوري HOCl مشكلاً كلورهدرينethylene chlorohydrin الإتلين ء (ClCH2 CH2 OH)ء
5- يتألكل البنزن C6 H6 بالإتلين بوجود AlCl3 معطياً إتيل البنزن C6 H5 C2 H3 ethylbenzene . كما يمكن ألكلة الايزوبارافينات (الإيزوألكانات ) isoalkanes بوجود حفازات إيونية مثل AlCl3 و BF3 حيثُ
تتشكل ألكانات شديدة التفرع يمكن استخدامها وقوداً للطائرات .
6- يُعطي تفاعل الإتلين مع HCLعند الدرجة J30 ْس كلوريد الإتيل الذي يمكن استخدامه في تفاعلات الأتيلة مثل الحصول على رباعي إتيل الرصاص الذي استخدم سابقاً مضافا ً additive لبنزين
السيارات لرفع عدد الاوكتان octane number.
7- يتفاعل الإتلين مع كلوريدات الكبريت مثل SCl 2 و S2 Cl2 معطياً ثنائي كلوروثنائي إتيل الكبريتيد (غاز الإيبريت (ClCH2 CH2 )2 S، وهو ما يطلق عليه اسم غاز الخردل السام الذي استعمل في
الحرب العالمية الأولى.
8- يتفاعل الإتلين مع الفورم ألدهيد HCHO في حمض الخل CH3COOH بوجود حمض الكبريت H2 SO4وفق تفاعل برنس معطياً أسيتات ثلاثي ميتلين غليكول CH3 COOCH2 OHCH2 CH2 الذي تؤدي حلمهته ء (تحلله بالماء) إلى تشكل ثلاثي متلين غليكولءءءءءءءءءءء
9 - يؤدي تفاعل الإتلين مع حمض الآزوت إلى تشكل -bنتروالإيتانول O2NCH2CH2OHأما مع N2O4فينضم إلى الإتلين مشكلاً ثنائي نترو الإيتان O2NCH2CH2 NO2 .
10- يعطي تفاعل الإتلين مع COو H2 البروبيل ألدهيد البروبيل C2H5CHO propyl aldehyde بينما يعطي مع CO2 حمض بروبانويك
propanoic acidء C2H5CO2Hء(اصطناع أوكسو oxo process)
11- إلى جانب الصناعات القائمة على استخدام الإتلين - والتي ساهمت في التطور الصناعي الكبير- تعدّ بلمرة الإتلين من أهم الصناعات القائمة على الإتلين والتي تعطي مادة البولي إتلين polyethylene (-CH2 CH2-)n المستعملة استعمالاً واسعاً في الحياة اليومية. والمخطط (1) يوضح الاصطناعات المختلفة التي تقوم على استخدام الإتلين مادة أولية.
المخطط (1) |
تُستَهلك كميات كبيرة من الإتلين (25- 40% من الإنتاج العالمي) في كثير من بلاد العالم في إنتاج مادة البولي إتلين، كما يستهلك منه 25- 40% في صناعة الإتانول و10% في إنتاج الستَيْرين C6 H5- CH=CH2 من خلال إتيل البنزن؛ وكميات مشابهة في إنتاج ثنائي كلورالإيتان ومشتقات كلورية أخرى. وقد استخدم الإتلين في الطب مخدراً عاماً في العمليات الجراحية.
يساعد توفرJ0.1 % من الإتلين في الهواء على سرعة نضج الفواكه والخُضر مثل الليمون والبندورة (الطماطم) والموز والعنب. فالإتلين منظِّم طبيعي لنمو النباتات في أطوار نموها المختلفة. وهو يقوم بدور هرمون نباتي ينظم العديد من العمليات الحيوية في النباتات، ويحوّل لون الحمضيات من اللون الأخضر إلى البرتقالي. ويعود ذلك إلى أن العديد من الفواكه والخُضر تُطلق عند اقترابها من مرحلة النضج غاز الإتلين الذي يسرع في نضجها. غير أن تأثيره ليس دائماً إيجابياً؛ إذ إن آثاراً ضئيلة منه في جو وحدات تخزين الخُضر والفواكه تُحرض أفعالاً غير مرغوب فيها مثل تسريع شيخوخة senescence الأزهار والورود، ومرارة الطعم في بعض الخُضر والفواكه وإزالة لون الكلوروفيل من أوراق النباتات الخضراء.
أول ما لوحظ من مردود أفعال للنباتات تجاه الإتلين كان ذبول أزهار القرنفل في البيوت الزجاجية التي تلوَّث جوها بغاز الإتلين المنبعث من أجهزة التدفئة أو المتسرب من أنابيب توصيل الغاز. وكان يُعتقد في البداية أنه منظم لنمو النباتات فقط، أما دوره هرموناً نباتياً فلم يكن معروفاً حتى تطورت طريقة التحليل ذات الحساسية الكافية لقياس الكميات الضئيلة التي تصنعها بعض النباتات.
إن لتخزين المحاصيل أهمية اقتصادية كبيرة من أجل الصناعات الغذائية وزراعة الحدائق والبساتين. يسمح التخزين للمنتجين والبائعين بتغطية طلبات السكان من الخضر والفواكه وتوفير هذه السلع في فصول السنة جميعها مع الحفاظ على جودتها واستقرار أسعارها. وقد ورد في بعض الدراسات أن هناك ضياعاً في الصناعة الغذائية يصل إلى نحو 30% بسبب التعرض للإتلين؛ وأن إزالته من جو وحدات التخزين يؤخر تلف المحاصيل الزراعية، وينقص الفاقد منها؛ الأمر الذي يجعلها أكثر فائدة للمنتجين والمستهلكين.
مراجع للاستزادة: - روبرت ت. موريسون، وروبرت ن. بويد، الكيمياء العضوية، ترجمة فاروق قنديل وصالح القادري وآخرين، المركز العربي للتعريب والترجمة والتأليف والنشر، دمشق 2000. -F. A. Carey, Organic Chemistry. McGraw-Hill, 2008.
|
- التصنيف : الكيمياء العضوية - النوع : الكيمياء العضوية - المجلد : المجلد الأول - رقم الصفحة ضمن المجلد : 166 مشاركة :