II.3.5. Proprietățile chimice ale etinei (acetilenei).
- II.3.5.1. Reacţia de adiţie la etină (acetilenă).
- II.3.5.2. Reacţia de oxidare a etinei (acetilenei).
- II.3.5.3. Reacţia de substituție la etină (acetilenă).
Datorită prezenţei celor două legături π slabe, care se rup relativ foarte ușor, reactivitatea chimică a alchinelor este foarte mare.
II.3.5.1. Reacţia de adiţie la etină (acetilenă).
1. Reacţia de adiţie este specifică alchinelor.
a) Reacția de adiţie a hidrogenului la acetilenă (reacția de hidrogenare) poate fi efectuată total până la etan cu catalizatori de metale fin divizate de Ni, Pt, Pd și exces de hidrogen:
Hidrogenare parțială a etinei până la etenă are loc cu un randament mai mic, cu catalizator de paladiu otrăvit cu săruri de Pb+2:
b) Adiţia halogenilor la acetilenă (reacția de halogenare) conduce într-o primă etapă la dihalogenoetenă vicinală, care ulterior, cu exces de halogen, trece în tetrahalogenoetan
Schema generală
Adiția bromului este o reacție de identificare a nesaturării acetilenei, prin decolorarea apei de brom.
Adiția clorului la etină are loc cu clor dizolvat într-un solvent inert (tetraclorură de carbon).
Reacția clorului gazos cu acetilena este o reacție explozivă, puternic exotermă cu formare de cărbune și acid clorhidric.
C2H2 + Cl2 → 2C + 2HCl + Q
c) Reacția de adiţie de hidracizi (acidul clorhidric și acidul bromhidric) la acetilenă are loc la 170-200 °C, cu catalizator HgCl2. Reacția decurge în două etape: inițial se formează monohalogenoetenă și apoi dihalogenoetan geminal (atomii de halogen se găsesc la același atom de C):
Schema generală
Prin adiția acidului clorhidric la acetilenă se obține cloroetena (clorura de vinil), în condiții de lucru care asigură oprirea reacției la prima etapă a adiției :
Observație
Clorura de vinil este un monomer important pentru obținerea policlorurii de vinil (PVC).
d) Reacția de adiţie a apei la acetilenă (reacția Kucerov) are loc în prezența catalizatorilor: HgSO4 și H2SO4.
În prima etapă se formează alcool vinilic (enol) instabil, care se stabilizează intramolecular, trecând în etanal (acetaldehidă):
II.3.5.2. Reacţia de oxidare a etinei (acetilenei).
2. Reacţia de oxidare
Oxidarea completă (arderea) acetilenei are loc cu o flacără luminoasă, cu temperatura foarte mare. Acetilena arde în aer sau în oxigen, cu degajare de CO2, căldură și H2O:
Observație
La temperaturi înalte acetilena se descompune termic în elemente:
Arderea acetilenei în oxigen are loc într-un suflător oxiacetilenic folosit pentru sudura și tăierea metalelor. Flacăra oxiacetilenică atinge o temperatură de 3000 °C.
II.3.5.3. Reacţia de substituție la etină (acetilenă).
3. Reacția de substituție
Atomii de H din acetilenă au un caracter slab acid, astfel încât pot fi înlocuiți cu ioni de metale cu formare de acetiluri metalice.
- Obținerea acetilurilor metalelor din grupa I A și a II-a A
Acetilena reacționează la cald cu metalele alcaline și alcalino-pământoase, cu schimb de electroni, formând acetilurile corespunzătoare, care sunt compuși ionici, stabili la temperatură obișnuită. Acetilurile reacționează energic cu apa, cu degajare de căldură și cu formarea acetilenei.
De exemplu, acetilena reacționează cu sodiul metalic la temperatura de 150 °C, cu formare de acetilură monosodică :
În a doua etapă, acetilura monosodică reacționează cu sodiul la temperatura de 220 °C, cu formarea acetilurii disodice:
Carbidul (CaC2) este acetilura de calciu, care se obține în laborator prin reacția acetilenei cu calciu metalic, la o temperatură de 150 °C:
Industrial, carbidul se obține într-un cuptor cu arc electric dintr-un amestec de var și cocs la aproximativ 2200 °C:
CaO + 3C → CaC2 + CO
Principala utilizare industrială a carbidului este obținerea acetilenei, prin reacția acestuia cu apa:
- Obținerea acetilurilor unor metale tranziționale
Acetilena reacționează cu unele combinații complexe ale Cu (I) și Ag (I), cu formarea de acetiluri greu solubile (precipitate) în soluții apoase.
- Se barbotează acetilena în soluția incoloră de reactiv Tollens: hidroxidul de diaminoargint I – [Ag(NH3)2]OH.
Acetilena barbotată în reactivul Tollens formează un precipitat alb-gălbui.
Argintul din hidroxidul de diaminoargint I – [Ag(NH3)2]OH substituie atomii de hidrogen din acetilenă, cu formarea acetilurii de diargint.
- Se barbotează acetilena în soluția de clorură de diaminocupru I – [Cu(NH3)2]Cl.
Acetilena barbotată în clorura de diaminocupru I formează un precipitat roșu-brun.
Cuprul din clorura de diaminocupru I – [Cu(NH3)2]Cl substituie atomii de hidrogen din acetilenă, cu formarea acetilurii de dicupru.
👀 Experiment: Proprietățile chimice ale acetilenei
🔥 Atenție! Experiența se execută demonstrativ numai de către profesor, sub nișă!
🔥 Atenție! Carbura de calciu este o substanță inflamabilă, corozivă și iritantă!
🔥 Atenție! Azotatul de argint este toxic, coroziv, oxidant și periculos pentru mediul acvatic!
🔥 Atenție! Bromul este toxic, coroziv și periculos pentru mediu!
🔥 Atenție! Hidroxidul de sodiu este extrem de caustic, toxic!
🔥 Atenție! Amoniacul este extrem de iritant!
🔥 Atenție! Acetilena este extrem de inflamabilă și explozivă!
🔥 Atenție! 1,2-dibromoetenă și 1,1,2,2-tetrabromoetan sunt substanțe toxice, iritante și periculoase pentru mediu acvatic!
🔥 Atenție! Acidul oxalic este toxic!
🔥 Atenție! Hidroxidul de calciu este o substanță corozivă!
🔥 Atenție! Acetilura de diargint este un exploziv sensibil la căldură și șoc cu proprietatea neobișnuită că aprinderea sa nu emite niciun gaz: Ag2C2 (s) → 2 Ag (s) + 2 C (s)
Materiale necesare: Pahar Berzelius cu apă, stativ cu clema, dop cu tub de sticla cu furtun, acetilură de calciu(carbid), 4 eprubete, bucățele de porțelan, hidroxid de diaminoargint I (reactivul Tollens), apă de brom, soluție de permanganat de potasiu, pâlnie, hârtie de filtru, sită de azbest, trepied metalic, chibrit.
Descrierea experimentului:
1. Se prepară reactivul Tollens: hidroxidul de diaminoargint I – [Ag(NH3)2]OH prin amestecarea în volume egale de soluții de AgNO3 10% și NaOH 10%, până la obținerea unui precipitat gri de AgOH. Peste precipitat se adaugă sol de NH3 5% până la dizolvarea completă a precipitatului, cu obținerea unei soluții incolore de hidroxid de diaminoargint.
2. Se prepară acetilena prin reacția dintre acetilura de calciu (carbid) și apă :
- Într-o eprubetă se adaugă câteva bucățele de porțelan (pietricele) și câteva bucățele de carbid.
- Se sparge cu grijă o bucată din fundul eprubetei și se introduce eprubeta într-un pahar Berzelius cu apă.
- Se acoperă gura eprubetei cu un dop perforat, prevăzut cu un tub de sticlă cu furtun.
- În urma reacției dintre carbid și apă rezultă acetilena, care se barbotează în diferite soluții pentru a-i studia proprietățile chimice.
Acetilena este un gaz incolor, fără miros în stare pură, foarte solubil în acetonă.
3. Se barbotează acetilena în apă de brom, de culoare brună.
Adiția bromului la acetilenă este o reacție de identificare a acesteia, prin decolorarea apei de brom , deoarece 1,1,2,2-tetrabromoetan obținut este un lichid incolor:
Adiția bromului la acetilenă are loc în două etape,mai întâi se formează 1,2-dibromoetenă și apoi 1,1,2,2-tetrabromoetan.
4. Se barbotează acetilena în soluție violetă de KMnO4 0,5% slab alcalinizată cu soluție de Na2CO3 5%.
La barbotarea acetilenei în KMnO4 se observă decolorarea acesteia și formarea unui precipitat brun de dioxid de mangan.
Oxidarea acetilenei cu soluție de KMnO4 conduce la formarea acidului etandioic (acidului oxalic), care este unul dintre cei mai tari acizi organici (datorită celor două grupări carboxil).
Acidul oxalic se găsește în multe alimente (spanac, gulie, fasole, banane, cacao, nuci etc.). Consumate în exces aceste alimente pot duce la formarea pietrelor la rinichi, care sunt cristale de oxalat de calciu (acidul oxalic reacționează cu calciul din alimente).
5. Se barbotează acetilena în soluția incoloră de reactiv Tollens : hidroxidul de diaminoargint I – [Ag(NH3)2]OH.
Acetilena barbotată în reactivul Tollens formează un precipitat alb-gălbui.
Argintul din hidroxidul de diaminoargint I – [Ag(NH3)2]OH substituie atomii de hidrogen din acetilenă, cu formarea acetilurii de diargint.
6. Se aprinde cu un chibrit acetilena.
Acetilena arde în aer sau în oxigen, cu degajare de CO2, căldură și H2O :
Oxidarea completă (arderea) acetilenei are loc cu o flacără luminoasă, cu temperatura foarte mare. Se mai observă și un fum negru cu funingine.
La temperaturi înalte acetilena se descompune termic în elemente:
7. Se filtrează precipitatul de acetilură de diargint și se lasă la uscat, la întuneric, 24 de ore. Se așază precipitatul uscat cu hârtia de filtru pe sita de azbest a unui trepied. Se aprinde hârtia de filtru cu un chibrit și se păstrează o distanță mai mare față de hârtia aprinsă.
Observație:
Acetilura de diargint se descompune termic exploziv în elementele componente: Ag2C2 (s) → 2 Ag (s) + 2 C (s)