Окись этилена

2901 10 000 0 – насыщенные
2901 21 000 0 – ненасыщенные:
- 2901 22 000 0 – – этилен
- 2901 23 – – бутен (бутилен) и его изомеры:
  - 2901 23 100 0 – – – бут-1-ен и бут-2-ен
  - 2901 23 900 0 – – – прочие
- 2901 24 – – бута-1,3-диен и изопрен:
  - 2901 24 100 0 – – – бута-1,3-диен
  - 2901 24 900 0 – – – изопрен
- 2901 29 000 0 – – прочие

Основным углеводородом является метан (CH4) с одним атомом углерода. Метан, а также пропан (C3H8) c тремя атомами углерода, однако, классифицируются в товарной позиции 2711, даже если они являются чистыми.

Насыщенные ациклические углеводороды данной товарной позиции включают:

Этан (C2H6) с двумя атомами углерода.

Для классификации в данной товарной позиции этан должен иметь чистоту 95 об.% или более. Этан более низкой чистоты из этой товарной позиции исключается (товарная позиция 2711).

Бутаны (C4H10), с четырьмя атомами углерода.

Пентаны, с пятью атомами углерода.

Гексаны, с шестью атомами углерода.

Гептаны, с семью атомами углерода.

Октаны, с восемью атомами углерода.

Нонаны, с девятью атомами углерода.

Деканы, с десятью атомами углерода.

Пентадеканы, с пятнадцатью атомами углерода.

Ациклические углеводороды представляют собой соединения, содержащие только углерод и водород, которые не имеют колец в своей структуре. Они могут быть распределены по двум категориям:

(А) Насыщенные ациклические углеводороды

Эти соединения образуют гомологический ряд, который может быть представлен общей формулой (СnH2n+2). Они широко встречаются в природе и являются главными компонентами нефтяных масел.

Триаконтаны, с тридцатью атомами углерода.

Гексаконтаны, с шестьюдесятью атомами углерода.

Все эти насыщенные углеводороды не растворимы в воде. При нормальных температуре и давлении такие углеводороды, содержащие до четырех атомов углерода, являются газообразными, углеводороды с пятью до пятнадцати атомов углерода, являются жидкими, а с большим числом атомов углерода, как правило, твердыми.

Один или более атомов водорода в молекулах этих углеводородов могут быть замещены алкильными радикалами (например, метилом, этилом, пропилом) таким образом, изобутан (2-метил-пропан, триметилметан) имеет ту же молекулярную формулу, что и нормальный бутан.

В промышленности и торговле наиболее важными углеводородами данной товарной позиции являются газы этан и бутан, которые получают из нефтяного масла и природного газа.

Анализ ациклических углеводородов

Насыщенные ациклические углеводороды

В данную товарную позицию включаются насыщенные ациклические углеводороды в виде отдельных соединений определенного химического состава. Независимо от способа получения – переработкой нефтяных масел и природного газа или синтеза. Неочищенный бутан, неочищенные нефтяные газы и аналогичные неочищенные газообразные углеводороды исключены из данной товарной позиции.

Ненасыщенные ациклические углеводороды

Эти углеводороды содержат двойные или тройные связи и на два, четыре, шесть и т.д. атомов водорода меньше, чем насыщенные углеводороды с тем же количеством углерода.

Моноэтиленовые углеводороды

Моноэтиленовые углеводороды представлены гомологическим рядом с общей формулой (CnH2n). Некоторые из них:

Этилен (C2H4): используется в производстве органических соединений.
Пропен (C3H6): является удушающим отравляющим веществом.
Бутены (C4H8): представлены ненасыщенными ациклическими углеводородами.

Полиэтиленовые углеводороды

Эти углеводороды имеют двойные или более двойные связи. Некоторые из них:

Пропадиен (аллен) (C3H4)
Бута-1,2-диен (1,2-бутадиен, метилаллен) (C4H6)
Бута-1,3-диен (1,3-бутадиен) (C4H6)
2-Метилбута-1,3-диен (изопрен) (C5H8)

Ацетиленовый ряд

Ацетиленовые углеводороды имеют либо одну тройную связь (моноацетелены, общая формула CnH2n-2), либо более одной тройной связи (полиацетилены).

Производство ацетилена и хранение кислорода

Наиболее важным продуктом является ацетилен (C2H2), бесцветный газ с характерным запахом. Из ацетилена можно синтезировать широкий ряд продуктов, таких как уксусная кислота, ацетон, изопрен, хлороуксусная кислота, этанол.

Поставка ацетилена и другие химические соединения

Ацетилен поставляется растворенным в ацетоне под давлением в специальных стальных баллонах, наполненных диатомитом. Другие химические соединения этого ряда включают в себя:

а) Пропин (аллилен, метилацетилен).

б) Бутин (этилацетилен).

Этилен-ацетиленовые углеводороды

Эти углеводороды содержат в своих молекулах как этиленовую, так и ацетиленовую связи. Наиболее важными из них являются винилацетилен и метилвинилацетилен.

Газопламенная сварка с использованием кислорода

Пламя, необходимое для газопламенной сварки, образуется при сгорании горючих газов или паров в смеси с техническим кислородом. Кислород не имеет цвета, запаха или вкуса при нормальных условиях, но при низких температурах он может перейти в жидкое состояние.

Соединения кислорода с горючими веществами в большой концентрации могут привести к воспламенению или даже взрыву. Для безопасного хранения и транспортировки жидкого кислорода применяют специальные транспортные резервуары с хорошей теплоизоляцией.

Таблица 1: Основные физические свойства кислорода

Показатель	Параметры
Молекулярная масса	32
Масса 1м3 при 0°С и давлении 760ммрт. ст., кг	1,43
То же при 20°С и давлении 760 мм рт. ст., кг	1,33
Критическая температура, °С	-118,8
Температура кипения при 760 мм рт. ст., °С	-182,97
Критическое давление кгс/см2	51,35

Хранение и транспортировка баллонов с жидким кислородом требуют соблюдения определенных давлений и температурных условий. ГОСТ 949-73 устанавливает стандарты для хранения и транспортировки кислорода.

Свойства кислорода

Масса 1л жидкости кислорода составляет -182,97°С и 760 ммрт. ст. кг. При этом, количество кислорода, получаемого из 1л жидкого составляет 850 л. Температура плавления кислорода при давлении 760 ммрт. ст. равна -218,4 °С. Критическая температура – это наивысшая температура превращения газа в жидкость.

Таблица 2: Величины давления в баллонах при разных температурах

Температура газа, °С	Давление при 15Мпа ±0,5 при 20°С	Давление при 20Мпа ±0,1 при 20°С
-50	9,3	12,3
-40	10,2	13,5
-30	11,1	14,6
-20	11,9	15,8
-10	12,7	16,9
0	13,5	17,9
+10	14,3	19,0
+20	15,0	20,0
+30	15,7	21,0

Ацетилен

Ацетилен (C2H2) – газ, состоящий из углерода и водорода. В нормальном состоянии он представляет собой бесцветный горючий газ с резким запахом. Масса 1 м³ ацетилена при температуре 20°С составляет 1,09 кг. У ацетилена низкая температура (240 – 630°С), что делает его взрывоопасным при контакте с кислородом. При атмосферном давлении смесь ацетилена с воздухом становится взрывоопасной при содержании ацетилена 2,2%. Он также токсичен при вдыхании, вызывая головокружение, тошноту и даже отравление.

Сгорание ацетилена в смеси с техническим кислородом сопровождается высокой температурой, достигающей 3200°С. Основные физические свойства ацетилена приведены в таблице 3.

Технический ацетилен получают двумя способами:

Из карбида кальция действием на него водой в специальных ацетиленовых генераторах.

Из углеводородных продуктов, содержащихся в природных газах, нефти и торфосланцах.

В сварочных работах, выполняемых на строительных площадках, в условиях мелких мастерских и т.д. большее распространение получил первый способ. Однако в промышленном производстве все большее распространение получает второй способ, как более прогрессивный и рентабельный.

Газообразный ацетилен может растворяться в таких жидкостях, как вода, бензол, бензин, но чаще всего его растворяют в ацетоне.

Поэтому растворенным называют ацетилен, находящийся в баллоне, заполненном пористой массой, пропитанной ацетоном. При наполнении такие баллоны искусственно охлаждают. При открывании вентиля на баллоне ацетилен начинает выделяться из ацетона в виде газа. Растворение ацетилена применяют для его длительного хранения и транспортировки, так как в жидком и твердом состоянии он взрывоопасен.

Таблица 3. Физические свойства ацетилена

| Показатель | Величина показателя |

| ———————————————— | ———————– |

| Молекулярная масса | 26 |

| Масса 1м³ при 0ºС и давлении 760 мм рт. ст. ,кг | 1,17 |

| Тоже при 20°С | 1,09 |

| Критическая температура, °С | 35,9 |

| Критическое давление кгс/см2 | 61,6 |

| Температура кипения при 760 ммрт. ст., °С | -81,8 |

| Температура затвердевания при 7 60 мм рт. ст.,°С | -85 |

Карбид кальция – кристаллическое вещество (СаС2) темно-серого или темно-коричневого цвета с удельным весом от 2,3 до 2,53 г/см³. При взаимодействии с парами воды, находящимися в атмосферном воздухе, имеет характерный (чесночный) запах. При взаимодействии с водой карбид кальция разлагается с образованием ацетилена и гашеной извести. Из 1 кг химически чистого карбида кальция теоретически можно получить 372 дм³ ацетилена, однако наличие примесей снижает этот показатель до 280 дм³. Процесс разложения карбида кальция в воде происходит по следующей реакции:

СаС2 + Н2О = С2Н2 + Са(ОН)

Карбидная пыль при смачивании водой разлагается почти мгновенно, поэтому применять ее в ацетиленовых генераторах невозможно. Для этого используют кусковый карбид кальция, загружая им ацетиленовый аппарат. В зависимости от размеров кусков и сортности карбида кальция получают фактический выход ацетилена, отраженный в таблице 4.

Таблица 4. Выход ацетилена и карбида кальция

| ——————— | ————————————— | ———————————— | — |

| 2-8 | 2/8 | 255 | 235 |

| 8-15 | 8/15 | 265 | 245 |

| 15-25 | 15/25 | 275 | 255 |

| 25-80 | 25/80 | 285 | 265 |

| Смешанных размеров | – | 275 | 265 |

Продолжительность разложения карбида кальция зависит от его грануляции и температуры, при которой происходит разложение. Для охлаждения ацетилена при разложении карбида кальция берут от 5 до 20 дм3 воды на 1 кг карбида кальция. Кроме того, иногда применяют «сухой» способ разложения , когда на 1 кг мелко раздробленного карбида кальция в генератор подают 0,2 — 1 дм³ воды.

Барабаны с карбидом кальция должны сохраняться в помещениях, которые отвечают следующим условиям:

помещение должно быть закрытым, сухим, построенным из негорючих материалов, защищенным от попадания влаги, хорошо проветриваться и иметь легкую кровлю, которую периодически проверяют на целостность.

в помещении не должно быть водопровода, канализации, а также водяного и парового отопления;

уровень пола в помещении должен быть на 0,2 м выше отметки наружной планировки;

помещение должно оборудоваться средствами противопожарной защиты.

Барабаны с карбидом кальция могут складироваться как в горизонтальном, так и в вертикальном положении. Помещения, где складируется карбид кальция, должны оборудоваться средствами механизации. Пустая тара из-под карбида кальция должна сохраняться в специальных местах вне производственных помещений.

Запрещается складировать карбид кальция в подвалах и местах, где существует угроза затопления, нельзя сохранять открытые или поврежденные барабаны с карбидом кальция. Открывать барабаны с карбидом кальция следует латунным зубилом и молотком, а запаянные барабаны – специальным режущим приспособлением. Место реза должно предварительно смазываться жировой смазкой слоем от 3 до 5 мм, что предотвращает появление искр. Открывать барабаны, развешивать карбид кальция, отсеивать мелкие фракции и пыль нужно в отдельных специальных помещениях. Просыпанный карбид кальция следует тщательно убрать.

Открытые или не полностью использованные барабаны с карбидом кальция закрывают водонепроницаемыми крышками. Открытым может быть только один барабан. В случае возникновения пожара в помещении, где хранится карбид кальция, нельзя пользоваться для тушения огня водой.

Пропан-бутановые смеси состоят из пропана (C3H8) с примесью бутана (С4Н10) в количестве от 5 до 30%. Их получают при переработке нефти или добыче природного газа. Для сварочных работ эти смеси поставляется в баллонах в сжиженном состоянии. Из сжиженного состояния пропан-бутановая смесь переходит в газообразное при температуре -40°С при нормальном атмосферном давлении или при нормальной температуре, но при пониженном давлении. Условия перехода пропана и бутана в жидкое состояние отражены в таблице 5.

Таблица 5. Переход пропана и бутана в жидкое состояние

| Температра, °С | Давление, при котором газ переходит в жидкое состояние, кг/см2 | |

| —————— | —————————————————————— | —- |

| Пропан | Бутан | |

| -20 | 2,7 | 0,45 |

| 110 | 3,7 | 0,68 |

| 0 | 4,8 | 0,96 |

| +10 | 6,4 | 1,5 |

| +20 | 8,5 | 2,1 |

| +40 | 14,3 | 3,9 |

Испарение 1 кг пропан-бутановой смеси освобождает до 0, 535 м³ паров, которые в смеси с кислородом образуют сварочное пламя. При работе с пропан-бутановыми смесями следует учитывать, что этот состав тяжелее воздуха, поэтому при утечках скапливается в низменных местах и углублениях.

При большой концентрации такой смеси в атмосферном воздухе она становится взрывоопасной. Для своевременного обнаружения таких скоплений в смесь добавляют специальное вещество, имеющее неприятный специфический запах. Баллоны, предназначенные для хранения и транспортировки пропан-бутановой смеси заполняют не полностью, так как, испаряясь, смесь создает большое давление, что может привести к разрушению баллона и взрыву.

Переход из жидкого состояния в газообразное происходит самопроизвольно в верхней части баллона. Температура пламени, образованного пропан-бутановой смесью с кислородом, ниже температуры ацетиленового пламени, поэтому для сварки сталей такая смесь используется редко. Большей частью такие смеси применяют при газовой резке и пайке или при сварке металлов с низкой температурой плавления.

Водород — представляет собой газ без цвета и запаха. Его получают в специальных генераторах воздействуя серной кислотой на железную стружку и цинк. Этот горючий газ в смеси с кислородом образует взрывчатую смесь, называемую гремучим газом. Хранят и транспортируют водород в сжиженном состоянии, в которое он переходит при температуре -253°С. Водород в газообразном состоянии легко проникает через любые неплотности, поэтому баллоны, трубопроводы и запорная арматура должны отвечать высоким требованиям герметичности. При сгорании водорода пламя практически не светится и не имеет четких границ.

Бензин и керосин

Бензин и керосин – представляют собой жидкости, получаемые при переработке нефти. При нормальной температуре и атмосферном давлении они легко испаряются и в газопламенной обработке металлов используются в виде паров. Для испарения бензина или керосинка горелки снабжают специальными испарителями или распылителями. Чаще всего эти жидкости используют для резки металлов, заменяя ацетилен. При этом вместо 1 м³ ацетилена расходуется 1,3 кг керосина.

Кроме этого для газопламенной обработки могут применять природный газ, нефтяной газ, окись углерода и т.д. Все эти газы в смеси с кислородом или атмосферным воздухом при определенном их соотношении образуют взрывоопасные смеси, что следует учитывать в процессе работы. Пределы взрываемости газов и паров горючих газов и жидкостей в смеси с воздухом и кислородом приведены в таблице 6.

Таблица 6. Пределы взрываемости газов, паров и жидкостей

| Наименование газа | Пределы взрываемости, выраженные в % объёме горючего газа | |

| ——————— | ————————————————————- | ——— |

| С воздухом | С кислородом | |

| Ацетилен | 2,2-81,0 | 2,8-93,0 |

| Водород | 3,3-81,5 | 4,65-93,9 |

| Окись углерода | 11,4-77,5 | 15,5-93,9 |

| Метан | 4,8-16,7 | 5,0-59,2 |

| Пропан | 2,17-9,5 | 2,0-48,0 |

| Бутан | 1,55-8,4 | 1,3-47,0 |

| Городской газ | 3,8-24,8 | 10,0-73,6 |

| Коксовый газ | 7,0-21,0 | – |

| Природньй газ | 4,8-14,0 | 5,0-59,2 |

| Нефтяной газ | 3,5-16,3 | – |

| Пары бензина | 0,7-6,0 | 2,1-28,4 |

| Пары керосина | 1,4-5,5 | – |

Сварочная проволока и другие присадочные материалы

В качестве присадочных материалов при газопламенной сварке применяют сварочную проволоку или литые прутки, которые по своему химическому составу должны быть близкими к основному материалу. Нельзя в качестве присадочных материалов применять случайную проволоку, так как это скажется на качестве сварного соединения. Присадочные материалы должны отвечать следующим требованиям:

температура их плавления должна быть несколько меньше температуры плавления основного материала
химический состав должен соответствовать химическому составу основного материала
поверхность должна быть ровной и чистой, без окалины, ржавчины, масла и жировых отложений
плавление должно происходить ровно, без разбрызгиваний и испарений
после кристаллизации наплавленный металл должен обладать хорошей плотностью без раковин, пор, шлаковых включений и т.д.

Применение в качестве присадочного металла различных полосок недопустимо, так как это влечет за собой неравномерную ширину сварочного шва и его неоднородность, что сказывается на качестве сварного соединения. Вместо сварочной проволоки допускается применение пруткового материала, прошедшего калибровку. При газовой сварке цветных металлов и нержавеющих сталей в виде исключения допускается применение полосок, своим химическим составом сходных с основным металлом.

Стальная проволока, предназначенная для сварки, поставляется в бухтах с обязательной маркировкой в виде бирок, на которых указаны: марка провода, ее диаметр, покрытие и т.д. Низкоуглеродистая и легированная проволока может иметь омедненную поверхность, предназначенную для защиты от атмосферного воздействия. Размеры и масса мотков проволоки приведены в таблице 7.

Таблица 7. Размеры и масса сварочной проволоки

| ————————- | ——————————– | ————————————— | — | — |

| 0,3-0,8 | 150-350 | 2 | 2 | 1,5 |

| 1,0-1,2 | 250-400 | 15 | 10 | 6 |

| 1,4-2,0 | 250-600 | 20 | 15 | 8 |

| 2,5-3,0 | 400-700 | 30 | 20 | 10 |

| 4,0-6,0 | 500-700 | 30 | 20 | 10 |

| 6,5-8,8 | 500-700 | 30 | 20 | 15 |

Для сварки цветных металлов промышленность выпускает сварочную проволоку с соответствующим химическим составом. Так, проволока для сварки алюминия и его сплавов выпускается диаметром от 0,8 до 12,0 мм. Она может быть тянутой или прессованной. Поставляется в бухтах, которые упаковываются во влагонепроницаемые пакеты. К каждой бухте крепится бирка, на которой указывают изготовителя, номер упаковки, условное обозначение проволоки, масса мотка и предупреждение: «Боится сырости и ударов». Химический состав проволоки должен соответствовать свариваемому сплаву.

Проволока на медной основе выпускается в бухтах и прутками. Она может быть в отожженном (мягком) и в твердом состояниях. Предусматривается следующая маркировка проволоки на медной основе:

Ml — проволока для сварки неответственных конструкций на основе меди;
М1р, МЗр — проволока для газовой сварки медных конструкций общего назначения;
MCpl — для сварки ответственных электротехнических конструкций;
JI63 — для газофлюсовой сварки латуни;
JIO60-1 — для газофлюсовой сварки латуни, легированной оловом;
ЛКБО62-0,2-0,04-0,5 — для газовой сварки и пайки меди и латуни без применения флюса;
ЛМц58-2, ЛЖМц59-1-1, ЛОК59-1-0,3 — для сварки латуни, пайки меди и меди с латунью.

Флюсы – в газопламенной сварке и пайке используют для раскисления расплавленного металла и удаления из сварочной ванны образующихся окислов и неметаллических включений. Под действием высоких температур флюсы связывают оксиды химическим путем с образованием легкоплавких соединений или растворяют их в сварочной ванне, а образующиеся при этом шлаки всплывают. Образовавшаяся на поверхности сварочной ванны шлаковая пленка защищает металл от окисления при контакте с атмосферным кислородом.

Состав флюсов подбирают в зависимости от химических реакций, преобладающих в сварочной ванне. Так, если в сварочной ванне преобладают основные оксиды, то используют кислые флюсы. Если же реакция сварочной ванны кислая (SiO, и др.), то флюс должен быть основным. Физические свойства наиболее часто применяемых флюсов приведены в таблице 8.

Флюсы вводят в сварочную ванну рукой, ложкой, составляют в виде паст, которые наносят на свариваемые кромки в виде газов, вводимых непосредственно в сварочное пламя и т.д.

Таблица 8. Физические свойства флюсов

| —————————— | ————- | ——- | —— | ——- | ————– | ——– | ——- | ——– | —- |

| В2О3 | Na2B4O2 | LiF | KF | NaF | CaF2<.sub> | LiCl | KC1 | NaCl | |

| Темтература плавления °С | 577 | 741 | 842 | 846 | 988 | 1375 | 606 | 678 | 800 |

| Температура кипения °С | – | – | 1676 | 1505 | 1695 | – | 1382 | 1417 | 1439 |

| Теплота образования, ккал/маль | 282 | – | 144,7 | 134 | 136 | 289 | 98 | 105, G | 97,7 |

| Плотность, г/см3 | 1,8 | – | 2,6 | 2,4 | 2,7 | 3,16 | 2,1 | 2,8 | 2,2 |

| Окись этилена | |

| ———————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————- | —————————————————————————————————————————— |

| | |

| Общие | |

| Систематическоенаименование | оксиран |

| Традиционные названия | этиленоксид, 1,2-эпоксиэтан, этилена окись |

| Хим. формула | |

| Рац. формула | C2H4O |

| Физические свойства | |

| Состояние | газ |

| Молярная масса | |

| Плотность | |

| Энергия ионизации | и |

| Термические свойства | |

| Температура | |

| • плавления | |

| • кипения | |

| • вспышки | |

| Пределы взрываемости | |

| Критическая точка | 195,8 °C; 7,19 МПа[3] |

| Мол. теплоёмк. | 48,19[4] Дж/(моль·К) |

| Энтальпия | |

| • образования | |

| Удельная теплота испарения | 25,82[3] |

| Удельная теплота плавления | 5,17[3] |

| Давление пара | |

| Оптические свойства | |

| Показатель преломления | |

| Структура | |

| Дипольный момент | |

| Классификация | |

| Рег. номер CAS | |

| PubChem | |

| Рег. номер EINECS | |

| SMILES | |

| InChI | |

| RTECS | |

| ChEBI | |

| ChemSpider | |

| Безопасность | |

| Предельная концентрация | 1 мг/м³ |

| ЛД50 | 72 мг/кг |

| Токсичность | высокая |

| NFPA 704 | |

| Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное. | |

| Медиафайлы на Викискладе | |

Оксира́н (этиленокси́д, о́кись этиле́на, 1,2-эпоксиэтáн) — органическое химическое гетероциклическое вещество, химическая формула C2H4O. При нормальных условиях — бесцветный газ с характерным сладковатым запахом. Производное этилена и представляет собой простейший эпоксид — трёхчленный гетероцикл, в кольцевой молекуле которого содержатся один атом кислорода и два атома углерода.

Благодаря особенностям электронной структуры молекулы, окись этилена легко вступает в реакции присоединения с раскрытием гетероцикла и поэтому легко подвергается полимеризации.

Смесь паров вещества с воздухом является чрезвычайно огне- и взрывоопасной.

Окись этилена обладает дезинфицирующими свойствами, то есть, является сильным ядом для большинства известных микроорганизмов даже в газообразном виде, что используется для газовой стерилизации, например, одноразовых медицинских шприцев.

Также является медленно действующим сильным ядом для теплокровных животных и человека, проявляя канцерогенное, мутагенное, раздражающее и наркотическое действие.

Окись этилена является одним из важных веществ в основном органическом синтезе и широко используется для получения многих химических веществ и полупродуктов, в частности этиленгликолей, этаноламинов, простых и сложных гликолевых и полигликолевых эфиров и прочих соединений.

В химической промышленности окись этилена получают прямым окислением этилена в присутствии серебряного катализатора.

${isplaystyle {athsf {Cl-CH_{2}CH_{2}-OH+KOH}}ightarrow {athsf {(CH_{2}CH_{2})O+KCl+H_{2}O}}}$

Строение и параметры молекулы

Строение молекулы окиси этилена

| Уравнение реакции | Δ_H_o298, кДж/моль | Метод определения |

| —————————————– | —————— | —————————————————- |

| (C2H4)O → C2H4 + O (разрыв двух связей) | 354,38 | Вычислено, исходя из энтальпий образования атомов |

| C2H5OH → C2H5 + OH (разрыв одной связи) | 405,85 | Электронный удар |

| CH3OCH3 → CH3O + CH3 (разрыв одной связи) | 334,72 | Вычислено, исходя из энтальпий образования радикалов |

Особенности строения молекулы окиси этилена определяют его химическую активность и объясняют лёгкость раскрытия цикла в многочисленных реакциях присоединения (см. раздел «Химические свойства»).

стандартная молярная теплоёмкость вещества, С_o_p = 48,19 Дж/(моль·К);
стандартная энтальпия образования, Δ_H_o298 = −51,037 кДж/моль;
стандартная энтропия, _S_o298 = 243,4 Дж/(моль·К);
стандартная энергия Гиббса образования, Δ_G_o298 = −11,68 кДж/моль;
теплота сгорания, Δ_H_oсгор. = −1306 кДж/моль[3].

Некоторые физические константы окиси этилена:

Поверхностное натяжение в жидком состоянии на границе с собственным паром[18]:

| T, °C | σ, мДж/м² |

| ——- | ——— |

| −50,1 | 35,8 |

| −0,1 | 27,6 |

Температура кипения при давлении пара выше 101,3 кПа[19]:

| P, МПа | P, атм | T, °C |

| ——– | ——– | ——- |

| 0,507 | 5 | 57,7 |

| 1,013 | 10 | 83,6 |

| 2,027 | 20 | 114,0 |

Вязкость[20]:

| T, °C | η, 10−3 Па·с |

| ——- | ———— |

| −49,8 | 0,577 |

| −38,2 | 0,488 |

| −21,0 | 0,394 |

| 0,0 | 0,320 |

Уравнение зависимости давления пара в интервале от −91 до 10,5 °C[21]:

lg(p [мм рт. ст.]) = 6,251 − 1115,1 / (244,14 + t [°C]).

Дипольный момент при температуре 17—176 °C[22]:

6,26⋅10−30 Кл·м (1,89 Д).

| ————– | —————– | ———————– | ———————— | ————– | ———————- | ————————- |

| −40 | 8,35 | 0 | 628,6 | 0,9488 | 1878 | 0,20 |

| −20 | 25,73 | 38,8 | 605,4 | 0,9232 | 1912 | 0,18 |

| 0 | 65,82 | 77,3 | 581,7 | 0,8969 | 1954 | 0,16 |

| +20 | 145,8 | 115,3 | 557,3 | 0,8697 | 2008 | 0,15 |

| +40 | 288,4 | 153,2 | 532,1 | 0,8413 | 2092 | 0,14 |

| +60 | 521,2 | 191,8 | 505,7 | 0,8108 | 2247 | 0,14 |

| +80 | 875,4 | 232,6 | 477,4 | 0,7794 | 2426 | 0,14 |

| +100 | 1385,4 | 277,8 | 445,5 | 0,7443 | 2782 | 0,13 |

| +120 | 2088 | 330,4 | 407,5 | 0,7052 | 3293 | н/д[23] |

| +140 | 3020 | 393,5 | 359,4 | 0,6609 | 4225 | н/д |

| +160 | 4224 | 469,2 | 297,1 | 0,608 | н/д | н/д |

| +180 | 5741 | 551,2 | 222,5 | 0,533 | н/д | н/д |

| +195,8 | 7191 | н/д | н/д | н/д | н/д | н/д |

| ————– | ——————— | —————————– | ————————————— | ————– | ————————– | ————————- |

| 298 | 242,4 | −52,63 | −13,10 | н/д | н/д | 48,28 |

| 300 | 242,8 | −52,72 | −12,84 | 9,0 | 0,012 | 48,53 |

| 400 | 258,7 | −56,53 | 1,05 | 13,5 | 0,025 | 61,71 |

| 500 | 274,0 | −59,62 | 15,82 | 15,4 | 0,038 | 75,44 |

| 600 | 288,8 | −62,13 | 31,13 | 18,2 | 0,056 | 86,27 |

| 700 | 302,8 | −64,10 | 46,86 | 20,9 | 0,075 | 95,31 |

| 800 | 316,0 | −65,61 | 62,80 | н/д | 0,090 | 102,9 |

Общий вид реакций:

Далее будут рассмотрены наиболее типичные химические реакции с участием окиси этилена.

Присоединение воды и спиртов

${isplaystyle {athsf {(CH_{2}CH_{2})O+H_{2}O}}ightarrow {athsf {HO-CH_{2}CH_{2}-OH}}}$

${isplaystyle {athsf {2(CH_{2}CH_{2})O+H_{2}O}}ightarrow {athsf {HO-CH_{2}CH_{2}-O-CH_{2}CH_{2}-OH}}}$

${isplaystyle {athsf {3(CH_{2}CH_{2})O+H_{2}O}}ightarrow {athsf {HO-CH_{2}CH_{2}-O-CH_{2}CH_{2}-O-CH_{2}CH_{2}-OH}}}$

Использование щелочных катализаторов может привести к образованию полиэтиленгликоля:

${isplaystyle {athsf {n(CH_{2}CH_{2})O+H_{2}O}}ightarrow {athsf {HO-(-CH_{2}CH_{2}-O-)_{n}-H}}}$

Аналогично протекает реакция со спиртами, в результате чего образуются эфиры этиленгликоля (целлозольвы):

${isplaystyle {athsf {(CH_{2}CH_{2})O+C_{2}H_{5}OH}}ightarrow {athsf {HO-CH_{2}CH_{2}-OC_{2}H_{5}}}}$

${isplaystyle {athsf {2(CH_{2}CH_{2})O+C_{2}H_{5}OH}}ightarrow {athsf {HO-CH_{2}CH_{2}-O-CH_{2}CH_{2}-OC_{2}H_{5}}}}$

Реакция с низшими спиртами протекает менее активно, чем с водой, требует более жёстких условий (нагревание до 160 °C, давление до 3 МПа) и присутствия кислотного или щелочного катализатора.

Присоединение карбоновых кислот и их производных

При взаимодействии окиси этилена в присутствии катализаторов с карбоновыми кислотами получаются неполные, а с ангидридами кислот — полные эфиры гликолей:

${isplaystyle {athsf {(CH_{2}CH_{2})O+CH_{3}COOH}}ightarrow {athsf {HO-CH_{2}CH_{2}-OCOCH_{3}}}}$

${isplaystyle {athsf {(CH_{2}CH_{2})O+2(CH_{3}CO){2}O}}ightarrow {athsf {CH{3}COO-CH_{2}CH_{2}-OCOCH_{3}}}}$

По аналогии возможно и присоединение амидов кислот:

${isplaystyle {athsf {(CH_{2}CH_{2})O+CH_{3}CONH_{2}}}ightarrow {athsf {HO-CH_{2}CH_{2}-NHCOCH_{3}}}}$

${isplaystyle {athsf {RCOOH+OH^{-}}}ightarrow {athsf {RCOO^{-}+H_{2}O}}}$

${isplaystyle {athsf {(CH_{2}CH_{2})O+RCOO^{-}}}ightarrow {athsf {RCOOCH_{2}CH_{2}O^{-}}}}$

${isplaystyle {athsf {RCOOCH_{2}CH_{2}O^{-}+RCOOH}}ightarrow {athsf {RCOOCH_{2}CH_{2}OH+RCOO^{-}}}}$

Присоединение аммиака и аминов

${isplaystyle {athsf {(CH_{2}CH_{2})O+NH_{3}}}ightarrow {athsf {HO-CH_{2}CH_{2}-NH_{2}}}}$

${isplaystyle {athsf {2(CH_{2}CH_{2})O+NH_{3}}}ightarrow {athsf {(HO-CH_{2}CH_{2})_{2}NH}}}$

${isplaystyle {athsf {3(CH_{2}CH_{2})O+NH_{3}}}ightarrow {athsf {(HO-CH_{2}CH_{2})_{3}N}}}$

Аналогично может протекать реакция и с первичными и вторичными аминами:

${isplaystyle {athsf {(CH_{2}CH_{2})O+RNH_{2}}}ightarrow {athsf {HO-CH_{2}CH_{2}-NHR}}}$

${isplaystyle n{athsf {(CH_{2}CH_{2})O+R_{2}NCH_{2}CH_{2}OH}}ightarrow {athsf {R_{2}NCH_{2}CH_{2}O{-}({-}CH_{2}CH_{2}O{-})}}_{n}{athsf {{-}H}}}$

${isplaystyle {athsf {(CH_{2}CH_{2})O+(CH_{3}){3}N+H{2}O}}ightarrow {athsf {[HOCH_{2}CH_{2}N(CH_{3})_{3}]^{+}OH^{-}}}}$

Ароматические первичные и вторичные амины также реагируют с окисью этилена, образуя соответствующие ариламиноспирты.

${isplaystyle {athsf {(CH_{2}CH_{2})O+HCl}}ightarrow {athsf {HO-CH_{2}CH_{2}-Cl}}}$

Реакция с галогеноводородами в водном растворе конкурирует с кислотно катализируемой гидратацией окиси этилена, поэтому всегда в качестве побочного продукта будет образовываться этиленгликоль с примесью диэтиленгликоля. Для получения более чистого продукта, можно проводить реакцию в газовой фазе или в среде органического растворителя.

${isplaystyle {athsf {2(CH_{2}CH_{2})O+CuCl_{2}+2H_{2}O}}ightarrow {athsf {2HO-CH_{2}CH_{2}-Cl+Cu(OH)_{2}ownarrow }}}$

Присоединение металлорганических соединений

Взаимодействие окиси этилена с магнийорганическими соединениями (реактивами Гриньяра) можно рассматривать как нуклеофильное замещение под действием карбаниона металлоорганического соединения. Конечным продуктом реакции будет первичный спирт:

${isplaystyle {athsf {(CH_{2}CH_{2})O+RMgBr}}ightarrow {athsf {R-CH_{2}CH_{2}-OMgBr{rightarrow {H_{2}O}}R-CH_{2}CH_{2}-OH}}}$

Помимо реактивов Гриньяра по аналогичной схеме присоединяются и другие металлорганические соединения, например, алкиллитий:

${isplaystyle {athsf {(CH_{2}CH_{2})O+RLi}}ightarrow {athsf {R-CH_{2}CH_{2}-OLi{rightarrow {H_{2}O}}R-CH_{2}CH_{2}-OH}}}$

Прочие реакции присоединения

Присоединение цианистого водорода

Этиленоксид легко вступает в реакцию с цианистым водородом с образованием этиленциангидрина:

${isplaystyle {athsf {(CH_{2}CH_{2})O+HCN}}ightarrow {athsf {HO-CH_{2}CH_{2}-CN}}}$

${isplaystyle {athsf {2(CH_{2}CH_{2})O+Ca(CN){2}+2H{2}O}}ightarrow {athsf {2HO-CH_{2}CH_{2}-CN+Ca(OH)_{2}}}}$

Этиленциангидрин легко теряет воду, образуя акрилонитрил:

${isplaystyle {athsf {HO-CH_{2}CH_{2}-CN}}ightarrow {athsf {CH_{2}=CH-CN+H_{2}O}}}$

Присоединение сероводорода и меркаптанов

Взаимодействуя с сероводородом, окись этилена образует 2-меркаптоэтанол и тиодигликоль, с алкилмеркаптанами получается 2-алкилмеркаптоэтанол:

${isplaystyle {athsf {(CH_{2}CH_{2})O+H_{2}S}}ightarrow {athsf {HO-CH_{2}CH_{2}-SH}}}$

${isplaystyle {athsf {2(CH_{2}CH_{2})O+H_{2}S}}ightarrow {athsf {(HO-CH_{2}CH_{2})_{2}S}}}$

${isplaystyle {athsf {(CH_{2}CH_{2})O+RHS}}ightarrow {athsf {HO-CH_{2}CH_{2}-SR}}}$

Избыток окиси этилена с водным раствором сероводорода приводит к трис-(гидроксиэтил)сульфония гидроксиду:

${isplaystyle {athsf {3(CH_{2}CH_{2})O+H_{2}S}}ightarrow {athsf {[(HO-CH_{2}CH_{2})_{3}S^{+}]OH^{-}}}}$

Присоединение азотистой и азотной кислот

${isplaystyle {athsf {2(CH_{2}CH_{2})O+Ca(NO_{2}){2}+2H{2}O}}ightarrow {athsf {2HO-CH_{2}CH_{2}-NO_{2}+Ca(OH)_{2}}}}$

${isplaystyle {athsf {(CH_{2}CH_{2})O+HNO_{3}}}ightarrow {athsf {HO-CH_{2}CH_{2}-ONO_{2}{rightarrow[{-H_{2}O}]{+HNO_{3}}}O_{2}NO-CH_{2}CH_{2}-ONO_{2}}}}$

Реакция с соединениями, содержащими активную метиленовую группу

Присоединение к ароматическим соединениям

Окись этилена вступает в реакцию Фриделя — Крафтса с бензолом с образованием фенилэтилового спирта:

Реакции синтеза краун-эфиров

С помощью окиси этилена можно получить ряд многочленных гетероциклических соединений, известных как краун-эфиры.

${isplaystyle {athsf {n(CH_{2}CH_{2})Oightarrow (-CH_{2}CH_{2}-O-)_{n}}}}$

${isplaystyle {athsf {(CH_{2}CH_{2})O{rightarrow {200^{o}C,Al_{2}O_{3}}}CH_{3}CHO}}}$

${isplaystyle [1]{athsf {(CH_{2}CH_{2})O}}ightleftarrows dot {athsf {CH_{2}CH_{2}Odot }}ightarrow {athsf {CH_{3}CHO^{*}}}}$

${isplaystyle [2]{athsf {CH_{3}CHO^{*}}}ightarrow {athsf {CH_{3}dot +CHOdot }}}$

${isplaystyle [3]{athsf {CH_{3}CHO^{}+M}}ightarrow {athsf {CH_{3}CHO+M^{}}}}$

Окись этилена может быть подвергнута гидрированию с образованием этилового спирта в присутствии катализатора:

${isplaystyle {athsf {(CH_{2}CH_{2})O+H_{2}{rightarrow {80^{o}C,Ni}}C_{2}H_{5}OH}}}$

${isplaystyle {athsf {(CH_{2}CH_{2})O+H_{2}{rightarrow {Zn+CH_{3}COOH}}CH_{2}=CH_{2}+H_{2}O}}}$

Окись этилена может быть окислена в зависимости от условий до гликолевой кислоты или до диоксида углерода:

${isplaystyle {athsf {(CH_{2}CH_{2})O+O_{2}{rightarrow {AgNO_{3}}}HOCH_{2}COOH}}}$

В присутствии кислотных катализаторов можно провести димеризацию окиси этилена с образованием диоксана:

Реакция димеризации не является селективной, так как в ходе её проведения всегда образуются побочные продукты и, в частности, ацетальдегид (вследствие реакции изомеризации).

${isplaystyle {athsf {n(CH_{2}CH_{2})O{rightarrow {SnCl_{4}}}(-CH_{2}CH_{2}-O-)_{n}}}}$

На первой стадии происходит инициация катализатора (MXm) под действием алкил- или ацилгалогенида или соединения с активным атомом водорода, обычно воды, спирта или гликоля:

${isplaystyle {athsf {MX_{m}+ROH}}ightarrow {athsf {MX_{m}RO^{-}H^{+}}}}$

Образующийся активный комплекс вступает в реакцию с окисью этилена по SN2-механизму:

${isplaystyle {athsf {(CH_{2}CH_{2})O+MX_{m}RO^{-}H^{+}}}ightarrow {athsf {(CH_{2}CH_{2})O}}dot dot dot {athsf {H^{+}O^{-}RMX_{m}}}}$

${isplaystyle {athsf {(CH_{2}CH_{2})O}}dot dot dot {athsf {H^{+}O^{-}RMX_{m}}}ightarrow {athsf {HO-CH_{2}CH_{2}^{+}+MX_{m}RO^{-}}}}$

${isplaystyle {athsf {HO-CH_{2}CH_{2}^{+}+n(CH_{2}CH_{2})O}}ightarrow {athsf {HO-CH_{2}CH_{2}-(O-CH_{2}CH_{2})_{n}^{+}}}}$

${isplaystyle {athsf {HO-CH_{2}CH_{2}-(O-CH_{2}CH_{2}){n}^{+}+MX{m}RO^{-}}}ightarrow {athsf {HO-CH_{2}CH_{2}-(O-CH_{2}CH_{2}){n}-OR+MX{m}}}}$

${isplaystyle {athsf {H(O-CH_{2}CH_{2}){n}-O-CH{2}-CH_{2}^{+}+MX_{m}RO^{-}}}ightarrow {athsf {H(O-CH_{2}CH_{2}){n}-O-CH=CH{2}+MX_{m}+ROH}}}$

${isplaystyle {athsf {(CH_{2}CH_{2})O+RONa}}ightarrow {athsf {RO-CH_{2}CH_{2}-O^{-}Na^{+}}}}$

${isplaystyle {athsf {RO-CH_{2}CH_{2}-O^{-}Na^{+}+n(CH_{2}CH_{2})O}}ightarrow {athsf {RO-(CH_{2}CH_{2}-O){n}-CH{2}CH_{2}-O^{-}Na^{+}}}}$

${isplaystyle {athsf {RO-(CH_{2}CH_{2}-O){n}-CH{2}CH_{2}-O^{-}Na^{+}}}ightarrow {athsf {RO-(CH_{2}CH_{2}-O){n}-CH=CH{2}+NaOH}}}$

${isplaystyle {athsf {RO-(CH_{2}CH_{2}-O){n}-CH{2}CH_{2}-O^{-}Na^{+}+H_{2}O}}ightarrow {athsf {RO-(CH_{2}CH_{2}-O)_{n+1}OH+NaOH}}}$

${isplaystyle {athsf {(CH_{2}CH_{2})O}}ightarrow dot {athsf {CH_{2}CH_{2}Odot }}ightarrow {athsf {CH_{2}O+CH_{2}:}}}$

Проводя термическую деструкцию окиси этилена в присутствии соединений переходных металлов в качестве катализаторов, можно не только уменьшить её температуру, но и получить в качестве основного продукта этилен, то есть фактически провести реакцию обратную синтезу окиси этилена прямым окислением.

${isplaystyle {athsf {(CH_{2}CH_{2})O+(NH_{2}){2}C=S}}ightarrow {athsf {athsf {(CH{2}CH_{2})S+(NH_{2})_{2}C=O}}}}$

${isplaystyle {athsf {(CH_{2}CH_{2})O+PCl_{5}}}ightarrow {athsf {Cl-CH_{2}CH_{2}-Cl+POCl_{3}}}}$

${isplaystyle {athsf {(CH_{2}CH_{2})O+PCl_{3}}}ightarrow {athsf {Cl-CH_{2}CH_{2}-OPCl_{2}}}}$

${isplaystyle {athsf {2(CH_{2}CH_{2})O+PCl_{3}}}ightarrow {athsf {(Cl-CH_{2}CH_{2}-O)_{2}PCl}}}$

${isplaystyle {athsf {3(CH_{2}CH_{2})O+PCl_{3}}}ightarrow {athsf {(Cl-CH_{2}CH_{2}-O)_{3}P}}}$

${isplaystyle {athsf {(CH_{2}CH_{2})O+RCOCl+NaI}}ightarrow {athsf {RC(O)-OCH_{2}CH_{2}-I+NaCl}}}$

${isplaystyle {athsf {(CH_{2}CH_{2})O+CO+H_{2}}}ightarrow {athsf {CHO-CH_{2}CH_{2}-OH{rightarrow {+H_{2}}}HO-CH_{2}CH_{2}CH_{2}-OH}}}$

Лабораторные методы получения

Дегидрохлорирование этиленхлоргидрина или его производных

Дегидрохлорирование этиленхлоргидрина, открытое ещё Вюрцем, до сих пор остаётся одним из распространённых лабораторных методов получения окиси этилена:

${isplaystyle {athsf {Cl-CH_{2}CH_{2}-OH+NaOH}}ightarrow {athsf {(CH_{2}CH_{2})O+NaCl+H_{2}O}}}$

${isplaystyle {athsf {OH-CH_{2}CH_{2}-OH+HCl}}ightarrow {athsf {OH-CH_{2}CH_{2}-Cl+H_{2}O}}}$

${isplaystyle {athsf {CH_{2}=CH_{2}+HOCl}}ightarrow {athsf {OH-CH_{2}CH_{2}-Cl}}}$

${isplaystyle {athsf {CH_{2}=CH_{2}+Cl_{2}+H_{2}O}}ightarrow {athsf {OH-CH_{2}CH_{2}-Cl+HCl}}}$

${isplaystyle {athsf {Cl-CH_{2}CH_{2}-OCOCH_{3}+2KOH}}ightarrow {athsf {(CH_{2}CH_{2})O+KCl+CH_{3}COOK+H_{2}O}}}$

${isplaystyle {athsf {2CH_{3}CH_{2}-OCl+CaO}}ightarrow {athsf {2(CH_{2}CH_{2})O+CaCl_{2}+H_{2}O}}}$

В свою очередь, этилгипохлорит получают по реакции:

${isplaystyle {athsf {Cl_{2}+NaOH+CH_{3}CH_{2}OH}}ightarrow {athsf {CH_{3}CH_{2}OCl+NaCl+H_{2}O}}}$

Прямое окисление этилена пероксикислотами

Прочие препаративные методы

${isplaystyle {athsf {I-CH_{2}CH_{2}-I+Ag_{2}O}}ightarrow {athsf {(CH_{2}CH_{2})O+2AgI}}}$

${isplaystyle {athsf {2C_{2}H_{5}OH+O_{2}}}{rightarrow[{Ag/Li_{2}O/Al_{2}O_{3}}]{200^{o}C}}{athsf {2(CH_{2}CH_{2})O+2H_{2}O}}}$

История промышленного производства окиси этилена

Хлоргидриновый процесс производства окиси этилена

Технологически хлоргидриновый процесс состоит из следующих этапов:

получение этиленхлоргидрина;
дегидрохлорирование этиленхлоргидрина с получением окиси этилена;
очистка окиси этилена.

${isplaystyle {athsf {[1]Cl_{2}+H_{2}O}}ightarrow {athsf {HOCl+HCl}}}$

${isplaystyle {athsf {[2]CH_{2}=CH_{2}+HOCl}}ightarrow {athsf {OH-CH_{2}CH_{2}-Cl}}}$

${isplaystyle {athsf {[3]CH_{2}=CH_{2}+Cl_{2}}}ightarrow {athsf {Cl-CH_{2}CH_{2}-Cl}}}$

${isplaystyle {athsf {2OH-CH_{2}CH_{2}-Cl+Ca(OH){2}}}ightarrow {athsf {2(CH{2}CH_{2})O+CaCl_{2}+H_{2}O}}}$

Процесс производства окиси этилена прямым окислением этилена

Использование метода прямого окисления этилена в мировой промышленности

Схема получения оксида этилена по методу Union Carbide Corp.[70]

Разработчик: Union Carbide Corp.[71]

Первая компания, реализовавшая промышленный метод прямого окисления этилена. Начиная с 1994 года, использует так называемый The METEOR[72] process, характеризующийся высокой производительностью, низкими начальными капитальными вложениями одновременно с низкими операционными затратами. Метод является исключительной собственностью компании и используется только на её собственных заводах (около 20 % всех мировых мощностей)[70].

Разработчик: Scientific Design Co., Inc.

Метод близкий к предыдущему, но широко распространённый в мире из-за системы лицензирования (с 1983 года реализовано около 90 проектов; около 25 % всех мировых мощностей и 75 % всех лицензионных производств окиси этилена)[70][73].

Разработчик: Shell International Chemicals B.V.

Метод отличает высокая гибкость в отношении специфических требований конкретных производств, повышенная селективность в отношении выхода окиси этилена, а также долгое время жизни катализатора (3 года). Занимает около 40 % всех мировых мощностей по производству этиленоксида[70].

Разработчик: Japan Catalytic Chemical Co.

Лицензионный метод, близкий методу Scientific Design, но адаптированный к организации единого производственного комплекса, предполагающего совмещение производства окиси этилена и этиленгликолей.

Химия и кинетика процесса прямого окисления этилена

Формально процесс прямого окисления этилена в присутствии серебряного катализатора можно записать в виде уравнения:

${isplaystyle {athsf {2CH_{2}=CH_{2}+O_{2}{rightarrow {Ag}}2(CH_{2}CH_{2})O}}}$

Вместе с тем, изучая практический процесс проведения реакции, можно наблюдать значительное количество углекислого газа и воды в её продуктах, что можно было бы объяснить полным окислением этилена или окиси этилена:

${isplaystyle {athsf {CH_{2}=CH_{2}+3O_{2}ightarrow 2CO_{2}+2H_{2}O}}}$

${isplaystyle {athsf {2(CH_{2}CH_{2})O+5O_{2}ightarrow 4CO_{2}+4H_{2}O}}}$

Механизм реакции прямого окисления этилена широко изучался, однако по настоящий момент не существует общепринятого мнения научного сообщества по этому вопросу.

${isplaystyle {athsf {O_{2}+4Ag(adj){rightarrow {}}4Ag+2O^{2-}(ads)}}}$

${isplaystyle {athsf {O_{2}+Ag{rightarrow {}}Ag^{+}+O_{2}^{-}}}}$

${isplaystyle {athsf {O_{2}^{-}(ads)+CH_{2}=CH_{2}{rightarrow {}}(CH_{2}CH_{2})O+O(ads)}}}$

${isplaystyle {athsf {6O(ads)+CH_{2}=CH_{2}{rightarrow {}}2CO_{2}+2H_{2}O}}}$

Здесь (ads) — частицы, адсорбированные на поверхности катализатора; (adj) — частицы серебра, непосредственно граничащие с атомами кислорода.

Общая схема реакции будет выглядеть следующим образом:

${isplaystyle {athsf {7CH_{2}=CH_{2}+6O_{2}ightarrow 6(CH_{2}CH_{2})O+2CO_{2}+2H_{2}O}}}$

${isplaystyle {athsf {6N_{2}O+6Ag^{*}{rightarrow {}}6(Ad-O)+6N_{2}}}}$

${isplaystyle {athsf {6(Ad-O)+6CH_{2}=CH_{2}{rightarrow {}}2CO_{2}+2H_{2}O+6Ag^{*}}}}$

Несмотря на существование единого фундаментального химического процесса каталитического окисления этилена, на практике существуют две различные технологические схемы окисления: более старая, предполагающая использование воздуха, и новая с использованием кислорода (>95 %).

| Параметры | Окисление воздухом | Окисление кислородом |

| ———————————————- | —————— | ——————– |

| Содержание этилена в газовой смеси, % молярных | 2—10 | 20—35 |

| Температура процесса, °C | 220—277 | 220—235 |

| Рабочее давление, МПа | 1—3 | 2—3 |

| Конверсия (по этилену), % | 20—65 | 8—12 |

| Фактический выход окиси этилена, % молярных | 63—75 | 75—82 |

процессы, использующие высокое давление, имеют меньшие издержки по сжатию кислорода по сравнению с воздухом;
каталитические процессы с низкой конверсией по кислороду являются более дорогими в случае использования воздуха из-за необходимости удаления азота во время рециркуляции реакционной газовой смеси;
процессы, в результате которых образуются опасные химические вещества, более управляемы в случае использования кислорода;
более простое разделение продуктов реакции из-за отсутствия необходимости отделения азота;
более быстрое и эффективное протекание реакции из-за отсутствия эффекта разбавления.

Мировое производство окиси этилена

| Регион | Число производителей | Производство, тыс. тонн |

| ——————————————————————————————— | ——————– | ———————— |

| Северная Америка США Канада Мексика | 1033 | 40091084350 |

| Южная Америка Бразилия Венесуэла | 21 | 31282 |

| Европа Бельгия Франция Германия Нидерланды Испания Турция Великобритания Восточная Европа | 2142111нет данных | 770215995460100115300950 |

| Ближний Восток Иран Кувейт Саудовская Аравия | 212 | 2013501781 |

| Азия Китай Тайвань Индия Индонезия Япония Малайзия Южная Корея Сингапур | нет данных4>214131 | 135482048817594938574080 |

Крупнейшие мировые производители окиси этилена по объёму производственных мощностей, по состоянию на 2006 год (№ 1, 2, 5, 6), 2008—2009 гг. (№ 3, 4, 7):

Dow Chemical Company: 3000—3500 тыс. тонн[97];
SABIC (Saudi Basic Industries Corp.): 2000—2500 тыс. тонн[97];
Shell: 1328 тыс. тонн[98][99][100][101][102];
BASF: 1175 тыс. тонн[103];
Китайская нефтехимическая корпорация: ~ 1000 тыс. тонн[97];
: 800—1000 тыс. тонн[97];
Ineos: 920 тыс. тонн[104].

Производство окиси этилена в России

Долевая структура производителей окиси этилена в России в 2008 году

Производство окиси этилена в России осуществляется на следующих предприятиях:

ПАО «Нижнекамскнефтехим» (г. Нижнекамск, Республика Татарстан)[107];

Проектная мощность на 2008 год: 320 тыс. тонн/год.

Объём производства в 2008 году: 248,8 тыс. тонн[108].

АО «Сибур-Нефтехим»[109] (Завод окиси этилена и гликолей, г. Дзержинск, Нижегородская область)[110];

Проектная мощность на 2008 год: 240 тыс. тонн/год.

Объём производства в 2008 году: 239 тыс. тонн, в том числе товарной окиси этилена 80,4 тыс. тонн[111].

ОАО «Казаньоргсинтез» (Завод «Оргпродукты», г. Казань, Республика Татарстан)[112];

Проектная мощность на 2008 год: 60 тыс. тонн/год[113].

Объём производства в 2008 году: 44 тыс. тонн.

Промышленное производство на основе окиси этилена

Основные направления промышленного использования

Окись этилена — важнейшее сырьё, используемое в производстве крупнотоннажной химической продукции, являющейся основой для большого числа разнообразных товаров народного потребления во всех промышленно развитых странах.

Глобальное промышленное использование окиси этилена, по данным на 2007 год[96]

этиленгликоли — используются в качестве антифризов, в производстве полиэстера, полиэтилентерефталата (ПЭТ — сырьё для пластиковых бутылок), агентов для осушения газов, жидких теплоносителей, растворителей и пр.;
полиэтиленгликоли — используются в производстве парфюмерии и косметики, фармацевтических препаратов, лубрикантов, растворителей для красок и пластификаторов;
эфиры этиленгликоля — входят в состав тормозных жидкостей, моющих средств, растворителей лаков и красок;
этаноламины — применяются в производстве мыла и моющих средств, очистки природного газа и аппретирования тканей;
этоксилаты[117] — используют в производстве моющих средств, в качестве сурфактантов, эмульгаторов и диспергаторов.

${isplaystyle {athsf {(CH_{2}CH_{2})O+H_{2}O}}ightarrow {athsf {HOCH_{2}CH_{2}OH}}}$

${isplaystyle {athsf {(CH_{2}CH_{2})O+CO_{2}}}ightarrow {athsf {(O-CH_{2}CH_{2}-O)C=O{rightarrow[{-CO_{2}}]{+H_{2}O}}HOCH_{2}CH_{2}OH}}}$

Shell OMEGA® (Only MEG Advanced) technology[122] — двухступенчатый синтез через этиленкарбонат с использованием галогенида фосфония в качестве катализатора. Выход моноэтиленгликоля составляет 99—99,5 %; при этом примеси других гликолей практически отсутствуют. Главное достоинство процесса — получение этиленгликоля высокой чистоты без необходимости дальнейшей очистки.
Dow METEOR® (Most Effective Technology for Ethylene Oxide Reactions) technology — комплексная технология получения окиси этилена и его последующего гидролиза в этиленгликоль. Выход моноэтиленгликоля составляет 90—93 %. Главное достоинство процесса — упрощённая структура производства, предполагающая меньшее число стадий и количество оборудования.

Производство эфиров гликолей

Химическая схема производства заключается в реакции соответствующего спирта с окисью этилена:

${isplaystyle {athsf {(CH_{2}CH_{2})O+ROH}}ightarrow {athsf {HOCH_{2}CH_{2}OR}}}$

${isplaystyle {athsf {(CH_{2}CH_{2})O+HOCH_{2}CH_{2}OR}}ightarrow {athsf {HOCH_{2}CH_{2}OCH_{2}CH_{2}OR}}}$

${isplaystyle {athsf {(CH_{2}CH_{2})O+HOCH_{2}CH_{2}OCH_{2}CH_{2}OR}}ightarrow {athsf {HOCH_{2}CH_{2}OCH_{2}CH_{2}OCH_{2}CH_{2}OR}}}$

Реакция моноэфиров с кислотой или её ангидридом приводит к образованию соответствующих сложных эфиров:

${isplaystyle {athsf {CH_{3}COOH+HOCH_{2}CH_{2}OR}}ightarrow {athsf {ROCH_{2}CH_{2}OCOCH_{3}+H_{2}O}}}$

${isplaystyle {athsf {(CH_{2}CH_{2})O+NH_{3}}}ightarrow {athsf {HOCH_{2}CH_{2}NH_{2}}}}$

${isplaystyle {athsf {2(CH_{2}CH_{2})O+NH_{3}}}ightarrow {athsf {(HOCH_{2}CH_{2})_{2}NH}}}$

${isplaystyle {athsf {3(CH_{2}CH_{2})O+NH_{3}}}ightarrow {athsf {(HOCH_{2}CH_{2})_{3}N}}}$

В процессе реакции образуются все три этаноламина, при этом аммиак и часть моноэтаноламина подвергаются рециркуляции. Разделение готовых продуктов осуществляется с помощью вакуумной дистилляции.

Аналогично получают и различные гидроксиалкиламины:

${isplaystyle {athsf {(CH_{2}CH_{2})O+RNH_{2}}}ightarrow {athsf {HOCH_{2}CH_{2}NHR}}}$

${isplaystyle {athsf {2(CH_{2}CH_{2})O+RNH_{2}}}ightarrow {athsf {(HOCH_{2}CH_{2})_{2}NR}}}$

Производство этоксилатов в промышленности осуществляют прямой реакцией высших спиртов, кислот или аминов с окисью этилена в присутствии щелочного катализатора при температуре 120—180 °C.

Схематичное изображение производства этоксилатов[126]

предварительная подготовка: инициатор или катализатор реакции вместе с исходным сырьём подаются в ёмкость, где происходит его предварительная обработка — смешение, нагрев и вакуумное обезвоживание в соответствии с технологией;
химическая реакция: осуществляется в специальном изолированном реакторе в инертной атмосфере (азот) для предотвращения возможного взрыва окиси этилена;
завершающая стадия: нейтрализация реакционной смеси, дегазация и очистка товарной продукции.

${isplaystyle {athsf {(CH_{2}CH_{2})O+HCN}}ightarrow {athsf {HOCH_{2}CH_{2}CN{rightarrow[{-H_{2}O}]{}}CH_{2}=CH-CN}}}$

Прочие направления использования

Идентификация окиси этилена

Простейшей качественной реакцией может служить свойство окиси этилена осаждать нерастворимые гидроксиды металлов при её пропускании через водные растворы солей, например:

${isplaystyle {athsf {2(CH_{2}CH_{2})O+MnCl_{2}+2H_{2}O}}ightarrow {athsf {2HO-CH_{2}CH_{2}-Cl+Mn(OH)_{2}ownarrow }}}$

${isplaystyle {athsf {(CH_{2}CH_{2})O+NaCl+H_{2}O}}ightarrow {athsf {HO-CH_{2}CH_{2}-Cl+NaOH}}}$

цветные реакции с производными пиридина;
реакция образующегося при гидролизе этиленгликоля с иодной кислотой — образующаяся иодноватая кислота определяется с помощью нитрата серебра.

Действие на микроорганизмы

Дезинфицирующее действие окиси этилена по своему эффекту схоже с температурной стерилизацией, с тем различием, что окись этилена воздействует на объекты преимущественно поверхностно из-за её ограниченной проникающей способности.

Действие на человека и животных

Значения средних летальных доз окиси этилена в отношении некоторых животных:

ЛД50 крысы (перорально): 72 мг/кг[149];
ЛД50 крысы (подкожно): 187 мг/кг[149].

ПДК в воздухе рабочей зоны производственных помещений составляет 1 мг/м³ (рекомендуемое);
класс опасности для рабочей зоны: 2 (высокоопасное химическое вещество);
особенность токсического действия на организм: К (канцероген);
ПДК максимально разовая в атмосферном воздухе населённых мест = 0,3 мг/м³;
ПДК среднесуточная в атмосферном воздухе населённых мест = 0,03 мг/м³;
класс опасности для населённых пунктов: 3 (умеренно опасное);
лимитирующий показатель воздействия: рефлекторно-резорбтивный.

Литература и прочие внешние источники

Дымент О. Н., Казанский К. С., Мирошников А. М. Гликоли и другие производные окисей этилена и пропилена / Под ред. О. Н. Дымента. — М.: Химия, 1976. — 376 с.
Зимаков П. В. Окись этилена. — М.: Госхимиздат, 1946. — 240 с.
Малиновский М. С. Окиси олефинов и их производные / Под ред. проф. П. В. Зимакова и к. т. н. О. Н. Дымента. — М.: Госхимиздат, 1961. — 554 с.
Окись этилена / Под ред. проф. П. В. Зимакова и к. т. н. О. Н. Дымента. — М.: Химия, 1967. — 320 с.
Пакен А. М. Эпоксидные соединения и эпоксидные смолы / Пер. с нем. под ред. Л. С. Эфроса. — Л.: Госхимиздат, 1962. — 964 с.
Bailey F. E., Koleske J. V. Alkylene oxides and their polymers. — New York: Marcel Dekker, Inc, 1991. — P. 261. — ISBN 0-8247-8384-0.

Физические свойства и молекулярная структура окиси этилена

Cunningham G. L., Jr., Boyd A. W., Myers R. J., Gwinn W. D., Le Van W. I. The Microwave Spectra, Structure, and Dipole Moments of Ethylene Oxide and Ethylene Sulfide (англ.) // J. Chem. Phys.. — 1951. — . — . (недоступная ссылка)
Cunningham G. L., Levan W. I., Gwinn W. D. The Rotational Spectrum of Ethylene Oxide (англ.) // Phys. Rev.. — 1948. — . — .
Ikeda M. et al. Survey Observations of c-C2H4O and CH3CHO toward Massive Star-forming Regions (англ.) // ApJ. — 2001. — . — .
Lord R. C., Nolin B. Vibrational Spectra of Ethylene Oxide and Ethylene Oxide-d4 (англ.) // J. Chem. Phys.. — 1956. — . — . (недоступная ссылка)
Nakanaga T. Infrared band intensities of ethylene oxide (англ.) // J. Chem. Phys.. — 1981. — . — . (недоступная ссылка)
Pan J., Albert S., Sastry K. V. L. N., Herbst E., De Lucia F. C. The Millimeter- and Submillimeter-Wave Spectrum of Ethylene Oxide (c-C2H4O) (англ.) // ApJ. — 1998. — . — .
Sutter D. H., Hüttner W., Flygare W. H. Molecular g Values, Magnetic Susceptibility Anisotropies, and Molecular Quadrupole Moments in Ethylene Oxide (англ.) // J. Chem. Phys.. — 1969. — . — . (недоступная ссылка)

Химия и промышленное производство окиси этилена

ГОСТ 7568-88. Этилена окись. Технические условия. — Издание официальное. — М.: Государственный комитет СССР по стандартам, 1988. — 54 с.
Лебедев Н. Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза: Учебник для вузов. — 4-е изд., перераб. и доп. — М.: Химия, 1988. — 592 с. — ISBN 5-7245-0008-6.
Юкельсон И. И. Технология основного органического синтеза. — М.: Химия, 1968. — С. 553—603.
Benson S. W. Pyrolysis of Ethylene Oxide. A Hot Molecule Reaction (англ.) // The Journal of Chemical Physics. — 1964. — , . — . (недоступная ссылка)
Bielański A., Habe J. Oxidation of Aliphatic Hydrocarbons // Oxygen in catalysis. — New York: Marcel Dekker, Inc, 1991. — P. 277—370. — ISBN 0-8247-8320-4.
Chauvel A., Lefebvre G. Chapter 7. Ethylene and propylene oxides // Petrochemical processes 2. Major Oxygenated, Chlorinated and Nitrated Derivatives. — 2nd ed. — Paris: Editions Technip, 1989. — P. 1—68. — ISBN 2-7108-0563-4.
// Encyclopedia of chemical processing and design / Edited by John J. McKetta, William A. Cunningham. — New York: Marcel Dekker, Inc, 1984. — P. 274—318. — ISBN 0-8247-2470-4.
// Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology. Elastomers, synthetic to Expert Systems. — 4th ed. — New York: John Wiley & Sons, Inc, 1994. — P. 450—466.
Wittcoff H., Reuben B. G., Plotkin J. S. Industrial organic chemicals. — 2nd ed. — New Jersey: John Wiley & Sons, Inc, 2004. — 662 p. — ISBN 0-471-44385-9.

Физиологическое воздействие окиси этилена

Guidelines for the distribution of Ethylene Oxide. — 3rd rev. — Ethylene Oxide and Derivatives Sector Group, 2004. Архивная копия от 12 октября 2012 на Wayback Machine

1. В ответе перечисляем через знак «+» только продукты реакции с коэффициентами. Левую часть реакции писать не нужно. Например:

10 уксусная кислота + 4 K2SO4 + 8 MnSO4 + 12 вода

2. Ответ должен учитывать только те реагенты, которые указаны в задаче, нельзя «брать» дополнительные реагенты. Например, если уравнение в задаче «CH3CHO + KMnO4», требуется дописать уравнение окисления именно в нейтральной среде, а не в кислой. Если без дополнительного реагента реакция не идет, пишем в ответ «не идет».

Исключение: если в задаче один из реагентов дан в растворе (индекс «p-р»), в уравнении реакции может дополнительно участвовать вода.

3. Ответ должен учитывать условия реакции и формы реагента, если они есть. Если при данных условиях реакция не идет, в ответ пишем «не идет».

4. Если у реагентов нет коэффициентов, вы должны сами выбрать, в каком молярном соотношении могут вступить друг с другом эти реагенты в данных условиях, и в соответствии с этим уравнять реакцию. Например, в задаче «C6H5OH + Cl2» допустимо как моно-хлорпроизводное, так и конечный продукт. Если один из реагентов имеет коэффициент, его необходимо учесть, задача «C6H5OH + 1Cl2» означает, что требуется именно моно-хлорпроизводное. Если в уравнении коэффициент одного из реагентов указан, а у другого реагента нет – значит у него подразумевается коэффициент 1.

5. Вещества можно записывать систематическими или тривиальными названиями, а также формулой. Но название должно быть однозначным, например, ответ «хлорид железа» не будет засчитан, т.к. неясно, это FeCl2 или FeCl3. Метилгексан тоже не будет засчитан, т.к. неоднозначен локант, а вот метилбутан – ок.

6. Если реакция дает нестехиометрическую смесь продуктов, в ответе следует писать преобладающий продукт. Если при данных условиях преобладающий продукт неоднозначен (или это выходит за рамки школы) система примет любой допустимый вариант ответа.

7. Коэффициенты и знаки «+» можно отделять пробелами или не отделять, как вам удобнее. Но если название содержит радикал, стоит отделять коэффициент пробелом, чтобы система не спутала коэффициент с локантом и забытым дефисом.

8. Коэффициенты в уравнении должны быть сокращены, но сокращать нужно лишь на общий множитель во всем уравнении. Нельзя сокращать общий множитель коэффициентов в правой части уравнения, если левая при этом окажется дробной. Коэффициент 1 писать не надо.

9. Порядок перечисления продуктов на ваше усмотрение.

10. Во время решения задачи можно пользоваться только химическими таблицами, справочником и графическим редактором. Если во время решения задачи вы сделаете запрос на любое вещество или реакцию, а потом отправите ответ, ваш рейтинг участника не будет повышен.