Acetilene

L'acetilene (nome IUPAC: etino) è il più semplice degli alchini, idrocarburi con un triplo legame carbonio-carbonio. Fu scoperto nel 1836 dal chimico britannico Edmund Davy.

Acetilene
formula di struttura e modello molecolare
modello molecolare tipo space-filling
Nome IUPAC
etino
Nomi alternativi
acetilene
Caratteristiche generali
Formula bruta o molecolare	C2H2
Massa molecolare (u)	26,04
Aspetto	gas incolore
Numero CAS	74-86-2
Numero EINECS	200-816-9
PubChem	6326
DrugBank	DBDB15906
SMILES	C#C
Proprietà chimico-fisiche
Densità (kg·m−3, in c.s.)	1,17085
Solubilità in acqua	0,144 g/l a c.n.
Temperatura di fusione	−84 °C (189 K)
Temperatura di ebollizione	−83,6 °C (189,6 K)
Tensione di vapore (Pa) a 189 K	1,0252 * 106
Proprietà termochimiche
ΔfH0 (kJ·mol−1)	226,73
ΔfG0 (kJ·mol−1)	209,20
S0m(J·K−1mol−1)	200,94
C0p,m(J·K−1mol−1)	43,93
ΔcombH0 (kJ·mol−1)	−1300
Indicazioni di sicurezza
Limiti di esplosione	2,5 - 81% vol.
Simboli di rischio chimico
pericolo
Frasi H	220 - 230 - 280
Consigli P	202 - 210 - 317 - 381 - 403

Descrizione

A temperatura e pressione standard è un gas incolore ed estremamente infiammabile. Ha una temperatura di autoaccensione di circa 305 °C. È un gas estremamente pericoloso perché può esplodere anche con inneschi minimi e per questo è normalmente diluito nell'acetone.

La maggior parte dell'acetilene (~80%) è utilizzata come intermedio di sintesi di altri composti; circa il 20% della produzione annua di acetilene è usato per saldatura e taglio dei metalli (ossiacetilene), dato che la sua combustione con l'ossigeno produce una fiamma la cui temperatura arriva a circa 3300 °C. L'acetilene è anche usato nella lavorazione dell'acciaio.

L'acetilene veniva in passato utilizzato nei dispositivi di illuminazione utilizzati dagli speleologi e dai minatori dove veniva prodotto in situ a partire dal carburo di calcio facendolo reagire con l'acqua.

Viene utilizzato anche in saldatura e in brasatura, sia in bombole sia prodotto in loco da gasogeni, anche se la saldatura elettrica da circa 50 anni sta progressivamente soppiantando l'uso della saldatura a cannello.

La molecola dell'acetilene ha geometria lineare, ovvero tutti e quattro gli atomi sono allineati lungo l'asse del triplo legame che unisce i due atomi di carbonio che hanno ibridazione sp. Dal punto di vista chimico, la reattività dell'acetilene è simile a quella dell'etene, ovvero si manifesta attraverso reazioni di addizione al triplo legame.

Una particolarità dell'acetilene (e in genere degli alchini terminali, ossia quelli che hanno struttura tipo R-C≡C-H) è l'acidità degli atomi di idrogeno. Per trattamento con basi forti, l'acetilene perde uno o entrambi gli idrogeni formando l'anione HC≡C^- (acetiluro) o il dianione C₂^2- (carburo).

Data l'estrema facilità con cui brucia ed esplode, nonché l'elevata energia liberata dalle sue esplosioni, l'acetilene va manipolato con estrema cautela.

Sintesi

L'acetilene è un prodotto molto costoso; si tende a sostituirlo con etilene che costa un terzo ed è molto meno pericoloso (infatti l'acetilene ha limiti di esplosività in aria di 2.3-80 e di 2.3-93 in ossigeno).

Il primo metodo di preparazione risale al 1862:

CaO   3C → CaC2   CO		ΔH°=108 kcal/mol

in forno elettrico si carica una miscela di coke (40 %) e di calce (60 %), si scalda a T = 2000 °C. Il consumo di energia elettrica è di 4-4.3 kWh per kg di CaC₂. Successivamente si idrolizza il carburo di calcio:

CaC2   2H2O → Ca(OH)2   CH≡CH	ΔH°=–32 kcal/mole

Con l'aumento della domanda di acetilene questo processo va in crisi perché non si possono costruire forni di alta capacità. Si è sviluppato quindi un processo di pirolisi di idrocarburi:

2CH4 → CH≡CH   3H2	             ΔH°=96 kcal/mole, con ΔG°<0 a T=1450 °C

C4H10 → 2CH≡CH   3H2		ΔH°=72 kcal/mole, con ΔG°<0 a T=1120 °C

A T basse l'acetilene è ancora più instabile, ma la cinetica di decomposizione è più lenta:

2C   H2 → CH≡CH		ΔH°=54 kcal/mole, con ΔG°> 0  fino a T=4000 °C

A temperatura ambiente viene assorbito in acetone per essere stabilizzato.

Il problema di questa sintesi è quello di fornire calore ad alte T per tempi bassissimi; le soluzioni trovate sono due:

1. calore fornito dall'esterno (arco elettrico o parete riscaldata); i gas di reazione non vengono inquinati o diluiti dai prodotti di combustione;
2. calore fornito dall'interno (come nei gasogeni) per combustione parziale dei reagenti, o per miscelazione dei reagenti con i gas di combustione.

Reattore ad arco elettrico rotante

È un reattore tubolare raffreddato da una camicia a circolazione di acqua; un'elettrocalamita fa ruotare l'arco che scocca fra l'elettrodo centrale e la parete del reattore, in modo ottenere una d.d.p. uniforme e quindi una T uniforme. Ciò serve a diminuire le quantità di nerofumo e quindi evitare l'abbassamento di resa in acetilene. Ci sono due alimentazioni: a monte dell'arco si alimentano idrocarburi leggeri C1-C3 a T = 2500 °C; a valle si alimentano C4-C11 a T = 1800 °C. Il raffreddamento è ottenuto sia per evaporazione del fluido di quenching sia per assorbimento di calore da parte della reazione paraffina → acetilene. Il tempo di contatto è di circa 1/100 di secondo.

Processo Wulf

Prevede due forni che lavorano alternativamente: il primo in fase di riscaldamento, dove si ha la combustione in aria; nel secondo si ha la fase di pirolisi a 1200 °C

Bruciatore Fauser-Montedison

In questo caso si hanno due diversi quenching: un primo con benzina, dove avvengono deidrogenazioni con produzione di acetilene ed etilene; in seguito si ha un secondo quenching con acqua.

Processo Hoechst-Uhde

Come combustibile si usa il gas che proviene dalla coda dell'impianto (H₂ CO idrocarburi). Il reagente idrocarburico è successivamente iniettato nella corrente gassosa costituita dai gas combusti caldi, a T = 1500 °C e tempo di contatto pari a 1/1000 di secondo.

Apparecchio Forlanini

Forlanini produsse, per l'industria Gazogene e Fabbrica del gas di Forlì, un proprio modello di apparecchio per generare acetilene. I relativi appunti e lo schizzo sono conservati nel Fondo Enrico Forlanini del Museo nazionale della scienza e della tecnologia Leonardo da Vinci di Milano.

Bibliografia

• (EN) Klaus Weissermel, Hans-Jürgen Arpe, Charlet R. Lindley, Industrial organic chemistry, 4ª ed., Wiley-VCH, 2003, pp. 91-106, ISBN 3-527-30578-5.

Voci correlate

• Saldatura ossiacetilenica
• Lampada a carburo
• Vinilazione

Altri progetti

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Collegamenti esterni

• (EN) acetylene, su Enciclopedia Britannica, Encyclopædia Britannica, Inc.