le éthane est un hydrocarbure simple de formule CdeuxH6 avec un gaz naturel incolore et inodore qui a une utilisation très précieuse et diversifiée dans la synthèse de l'éthylène. De plus, c'est l'un des gaz terrestres qui a également été détecté dans d'autres planètes et corps stellaires autour du système solaire. Il a été découvert par le scientifique Michael Faraday en 1834.
Parmi le grand nombre de composés organiques formés par des atomes de carbone et d'hydrogène (appelés hydrocarbures), il y a ceux qui sont à l'état gazeux aux températures et pressions ambiantes, largement utilisés dans de nombreuses industries..
Ceux-ci proviennent le plus souvent du mélange gazeux dit "gaz naturel", produit de grande valeur pour l'humanité, et constituent des alcanes de type méthane, éthane, propane et butane, entre autres; classé selon le nombre d'atomes de carbone dans sa chaîne.
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L'éthane est une molécule de formule CdeuxH6, généralement considéré comme une union de deux groupes méthyle (-CH3) pour former l'hydrocarbure d'une seule liaison carbone-carbone. C'est aussi le composé organique le plus simple après le méthane, représenté comme suit:
H3C-CH3
Les atomes de carbone de cette molécule ont une hybridation de type sp3, donc les liaisons moléculaires présentent une rotation libre.
De même, il existe un phénomène intrinsèque de l'éthane, qui est basé sur la rotation de sa structure moléculaire et l'énergie minimale requise pour produire une rotation de liaison à 360 degrés, que les scientifiques ont appelé la «barrière à l'éthane»..
Pour cette raison, l'éthane peut apparaître dans différentes configurations en fonction de sa rotation, même si sa conformation la plus stable existe là où les hydrogènes sont opposés (comme on le voit sur la figure).
L'éthane peut être facilement synthétisé à partir de l'électrolyse Kolbe, une réaction organique dans laquelle deux étapes se produisent: une décarboxylation électrochimique (élimination du groupe carboxyle et libération de dioxyde de carbone) de deux acides carboxyliques, et la combinaison des produits intermédiaires pour former une liaison covalente.
De même, l'électrolyse de l'acide acétique donne lieu à la formation d'éthane et de dioxyde de carbone, et cette réaction est utilisée pour synthétiser le premier..
L'oxydation de l'anhydride acétique par l'action des peroxydes, concept similaire à celui de l'électrolyse de Kolbe, se traduit également par la formation d'éthane..
De la même manière, il peut être séparé efficacement du gaz naturel et du méthane par un processus de liquéfaction, en utilisant des systèmes cryogéniques pour capturer ce gaz et le séparer des mélanges avec d'autres gaz..
Le processus de turbo-détente est préféré pour ce rôle: le mélange gazeux est passé à travers une turbine, générant une expansion de celle-ci, jusqu'à ce que sa température tombe en dessous de -100 ºC.
Déjà à ce stade, les composants du mélange peuvent être différenciés, de sorte que l'éthane liquide sera séparé du méthane gazeux et des autres espèces impliquées dans l'utilisation d'une distillation.
L'éthane se présente dans la nature sous forme de gaz inodore et incolore aux pressions et températures standard (1 atm et 25 ° C). Il a un point d'ébullition de -88,5 ºC et un point de fusion de -182,8 ºC. En outre, il n'est pas affecté par une exposition à des acides ou des bases forts..
Les molécules d'éthane ont une configuration symétrique et ont de faibles forces d'attraction qui les maintiennent ensemble, appelées forces de dispersion..
Lorsque l'éthane est tenté de se dissoudre dans l'eau, les forces d'attraction formées entre le gaz et le liquide sont très faibles, il est donc très difficile pour l'éthane de se lier aux molécules d'eau..
Pour cette raison, la solubilité de l'éthane est considérablement faible, augmentant légèrement lorsque la pression du système est élevée..
L'éthane peut être solidifié, entraînant la formation de cristaux d'éthane instables avec une structure cristalline cubique..
Avec une diminution de la température au-delà de -183,2 ºC, cette structure devient monoclinique, augmentant la stabilité de sa molécule.
Cet hydrocarbure, même s'il n'est pas largement utilisé comme carburant, peut être utilisé dans les processus de combustion pour générer du dioxyde de carbone, de l'eau et de la chaleur, ce qui est représenté comme suit:
2 CdeuxH6 + 7Odeux → 4COdeux + 6HdeuxO + 3120 kJ
Il existe également la possibilité de brûler cette molécule sans excès d'oxygène, ce que l'on appelle «combustion incomplète», et qui entraîne la formation de carbone amorphe et de monoxyde de carbone dans une réaction indésirable, en fonction de la quantité d'oxygène appliquée.:
2 CdeuxH6 + 3Odeux → 4C + 6HdeuxO + Chaleur
2 CdeuxH6 + 4edeux → 2C + 2CO + 6HdeuxO + Chaleur
2 CdeuxH6 + 5Odeux → 4CO + 6HdeuxO + Chaleur
Dans ce domaine, la combustion se produit par une série de réactions radicalaires, qui sont numérotées dans les centaines de réactions différentes. Par exemple, dans des réactions de combustion incomplètes, des composés tels que le formaldéhyde, l'acétaldéhyde, le méthane, le méthanol et l'éthanol peuvent se former..
Cela dépendra des conditions dans lesquelles la réaction se produit et des réactions radicalaires impliquées. L'éthylène peut également être formé à des températures élevées (600-900 ° C), qui est un produit hautement recherché par l'industrie..
L'éthane est présent dans l'atmosphère de la planète Terre sous forme de traces, et on soupçonne que les humains ont réussi à doubler cette concentration depuis qu'ils ont commencé à pratiquer des activités industrielles..
Les scientifiques pensent qu'une grande partie de la présence actuelle d'éthane dans l'atmosphère est due à la combustion de combustibles fossiles, bien que les émissions mondiales d'éthane aient diminué de près de moitié depuis que les technologies de production de gaz de schiste ont été améliorées (une source de gaz naturel).
Cette espèce est également produite naturellement par l'effet de la lumière du soleil sur le méthane atmosphérique, qui se recombine et forme une molécule d'éthane.
L'éthane liquide existe à la surface de Titan, l'une des lunes de Saturne. Cela se produit en plus grande quantité dans la rivière Vid Flumina, qui s'écoule sur plus de 400 kilomètres vers l'une de ses mers. Ce composé a également été mis en évidence sur les comètes et à la surface de Pluton.
L'utilisation de l'éthane repose principalement sur la production d'éthylène, le produit organique le plus utilisé dans la production mondiale, par un procédé appelé craquage en phase vapeur..
Ce procédé consiste à faire passer une alimentation d'éthane dilué avec de la vapeur dans un four, en la chauffant rapidement sans oxygène..
La réaction se produit à une température extrêmement élevée (entre 850 et 900 ° C), mais le temps de séjour (le temps que l'éthane passe dans le four) doit être court pour que la réaction soit efficace. À des températures plus élevées, plus d'éthylène est généré.
L'éthane a également été étudié en tant que composant principal dans la formation de produits chimiques de base. La chloration oxydante est l'un des procédés proposés pour obtenir du chlorure de vinyle (un composant du PVC), en remplaçant d'autres moins économiques et plus compliqués.
Enfin, l'éthane est utilisé comme réfrigérant dans les systèmes cryogéniques courants, ce qui montre également la capacité de congeler de petits échantillons en laboratoire pour analyse..
C'est un très bon substitut à l'eau, qui prend plus de temps pour refroidir les échantillons délicats et peut également provoquer la formation de cristaux de glace nocifs..
-L'éthane a la capacité de s'enflammer, principalement lorsqu'il se lie à l'air. À 3,0 à 12,5% volume d'éthane dans l'air, un mélange explosif peut se former.
-Il peut limiter l'oxygène de l'air dans lequel il se trouve, et pour cette raison, il présente un facteur de risque d'étouffement pour les personnes et les animaux présents et exposés..
-L'éthane sous forme liquide congelée peut gravement brûler la peau s'il entre en contact direct avec elle, et agit également comme un milieu cryogénique pour tout objet qu'il touche, le gelant instantanément..
-Les vapeurs d'éthane liquide sont plus lourdes que l'air et se concentrent sur le sol, cela peut présenter un risque d'inflammation pouvant générer une réaction de combustion en chaîne.
-L'ingestion d'éthane peut provoquer des nausées, des vomissements et des saignements internes. L'inhalation, en plus de la suffocation, provoque des maux de tête, de la confusion et des sautes d'humeur. La mort par arrêt cardiaque est possible à des expositions élevées.
-Il représente un gaz à effet de serre qui, avec le méthane et le dioxyde de carbone, contribue au réchauffement climatique et aux changements climatiques générés par la pollution humaine. Heureusement, il est moins abondant et durable que le méthane et absorbe moins de rayonnement que le méthane..
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