Công thức hóa học và ứng dụng của etilen trong công nghiệp

Công thức hóa học của etilen

Etilen, còn được gọi là eten hoặc etylen, là một hydrocacbon khí với công thức hóa học C2H4. Đây là một hợp chất hữu cơ đơn giản nhất có liên kết đôi carbon-carbon. Etilen đóng vai trò quan trọng trong công nghiệp hóa học và được sử dụng rộng rãi để sản xuất các hợp chất hữu cơ khác nhau.

Cấu trúc phân tử của etilen

Phân tử etilen có công thức hóa học là C2H4. Nó bao gồm hai nguyên tử cacbon liên kết với nhau bằng một liên kết đôi carbon-carbon. Mỗi nguyên tử cacbon cũng liên kết với hai nguyên tử hydrô bằng các liên kết đơn C-H.

Cấu trúc Lewis của etilen thể hiện sự hình thành liên kết đôi giữa hai nguyên tử cacbon. Mỗi carbon có bốn electron hóa trị, và chia sẻ một cặp electron chung để tạo thành liên kết đôi C=C. Sự liên kết đôi này làm cho phân tử khá bền vững.

Tính chất vật lý của etilen

Ở điều kiện tiêu chuẩn, etilen là một chất khí không màu, không mùi, có độ hòa tan thấp trong nước. Dưới áp suất cao, etilen chuyển thành chất lỏng có màu trắng xanh nhạt.

Một số tính chất vật lý chính của etilen bao gồm:

• Trạng thái vật lý: Khí ở điều kiện tiêu chuẩn, lỏng khi được nén lại
• Khối lượng phân tử: 28,05 g/mol
• Màu sắc: Không màu ở dạng khí, màu trắng xanh nhạt khi ở dạng lỏng
• Mùi: Không mùi
• Điểm sôi: -103,7°C (-154,7°F)
• Điểm tan chảy: -169,2°C (-272,6°F)
• Tỷ trọng (khí): 0,978 (không khí = 1)
• Tỷ trọng (lỏng): 0,567 g/cm3 ở -103°C

Các tính chất hóa học của etilen

Etilen là một hydrocacbon không no, có khả năng phản ứng cao. Nó tham gia các phản ứng hóa học như:

• Phản ứng cộng: Etilen dễ dàng tham gia phản ứng cộng với clo, brom và các chất oxy hóa mạnh khác.
• Phản ứng trùng ngưng: Tạo thành polyetylen dưới tác dụng của áp suất và nhiệt độ cao có xúc tác.
• Phản ứng oxy hóa: Cháy trong không khí tạo CO2 và H2O.
• Phản ứng trùng hợp: Tạo ra các ancol, axit hữu cơ và este hữu cơ với sự có mặt của xúc tác.
• Phản ứng polymerase: Tạo ra styren dưới tác dụng của xúc tác.

Các ứng dụng của etilen

Với khối lượng sản xuất hàng năm lên tới hơn 150 triệu tấn, etilen được coi là hợp chất hữu cơ được sản xuất nhiều nhất trên thế giới. Phần lớn etilen được dùng để sản xuất các vật liệu nhựa polyetylen. Ngoài ra, etilen còn được ứng dụng trong các ngành công nghiệp khác như:

Sản xuất polyetylen

Khoảng 60% lượng etilen sản xuất được dùng để tổng hợp polyetylen. Đây là loại nhựa được sử dụng nhiều nhất trên thế giới, với các ứng dụng chính như túi nhựa, hộp nhựa, ống nhựa, v.v...

Sản xuất các hợp chất hữu cơ

Etilen là tiền chất quan trọng cho sản xuất các hóa chất như: vinyl clorua, axit acrylic, nhựa polystyren, axit axetic, etanol, và nhiều hợp chất quan trọng khác.

Chất kích thích sinh trưởng thực vật

Etilen được sử dụng trong nông nghiệp để kích thích quá trình chín của trái cây, ra hoa và rụng lá ở thực vật. Do đó, nó đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát năng suất cây trồng.

Chất làm lạnh

Ứng dụng chính của etilen dưới dạng chất lỏng là chất làm lạnh cho hệ thống điều hòa nhiệt độ và tủ lạnh công nghiệp.

Các phương pháp điều chế etilen

Có nhiều cách khác nhau để sản xuất etilen. Phổ biến nhất là quá trình cracking hydrocacbon và lọc dầu mỏ. Một số phương pháp quan trọng bao gồm:

Cracking hơi nước

Quá trình cracking hơi nước các hydrocacbon như etan, propan, butan ở nhiệt độ cao 800-900°C để tạo thành etilen. Đây là phương pháp chiếm khoảng 40% sản lượng etilen toàn cầu.

Cracking dầu mỏ

Etilen được tạo ra bởi quá trình cracking dầu mỏ ở các nhà máy lọc dầu. Khoảng 35% nguồn cung etilen toàn cầu đến từ phương pháp này.

Oxy hóa etanol

Etilen có thể được sản xuất bằng cách oxy hóa etanol với xúc tác bạc ở nhiệt độ cao khoảng 300°C.

Các phương pháp khác

Ngoài ra, etilen cũng có thể thu được từ khí tự nhiên, khí sinh học từ các mảnh vụn sinh học, và trong quá trình lên men của các loại trái cây như chuối, táo, v.v...

Các bạn có thể tham khảo thêm nguồn khác: