Il etano è un semplice idrocarburo di formula CDueH6 con un gas naturale incolore e inodore che trova un impiego molto prezioso e diversificato nella sintesi dell'etilene. Inoltre, è uno dei gas terrestri che è stato rilevato anche in altri pianeti e corpi stellari attorno al Sistema Solare. Fu scoperto dallo scienziato Michael Faraday nel 1834.
Tra il gran numero di composti organici formati da atomi di carbonio e idrogeno (noti come idrocarburi), ci sono quelli che si trovano allo stato gassoso a temperature e pressioni ambiente, che sono ampiamente utilizzati in numerose industrie..
Questi di solito provengono dalla miscela gassosa chiamata "gas naturale", un prodotto di alto valore per l'umanità, e costituiscono alcani del tipo metano, etano, propano e butano, tra gli altri; classificato in base al numero di atomi di carbonio nella sua catena.
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L'etano è una molecola con formula C.DueH6, tipicamente visto come un'unione di due gruppi metilici (-CH3) per formare l'idrocarburo di un singolo legame carbonio-carbonio. È anche il composto organico più semplice dopo il metano, rappresentato come segue:
H3C-CH3
Gli atomi di carbonio in questa molecola hanno ibridazione di tipo sp3, quindi i legami molecolari presentano rotazione libera.
Allo stesso modo, esiste un fenomeno intrinseco dell'etano, che si basa sulla rotazione della sua struttura molecolare e sull'energia minima richiesta per produrre una rotazione del legame di 360 gradi, che gli scienziati hanno chiamato "barriera dell'etano".
Per questo motivo l'etano può presentarsi in diverse configurazioni a seconda della sua rotazione, anche se esiste la sua conformazione più stabile dove gli idrogeni sono uno di fronte all'altro (come si vede in figura).
L'etano può essere facilmente sintetizzato dall'elettrolisi di Kolbe, una reazione organica in cui avvengono due fasi: una decarbossilazione elettrochimica (rimozione del gruppo carbossilico e rilascio di anidride carbonica) di due acidi carbossilici e la combinazione dei prodotti intermedi per formare un legame covalente.
Allo stesso modo, l'elettrolisi dell'acido acetico dà luogo alla formazione di etano e anidride carbonica, e questa reazione viene utilizzata per sintetizzare il primo..
Anche l'ossidazione dell'anidride acetica per azione dei perossidi, concetto simile a quello dell'elettrolisi di Kolbe, porta alla formazione di etano..
Allo stesso modo, può essere efficacemente separato dal gas naturale e dal metano mediante un processo di liquefazione, utilizzando sistemi criogenici per catturare questo gas e separarlo dalle miscele con altri gas..
Il processo di espansione turbo è preferito per questo ruolo: la miscela di gas viene fatta passare attraverso una turbina, generando un'espansione della stessa, fino a quando la sua temperatura non scende al di sotto di -100 ºC.
Già a questo punto, i componenti della miscela possono essere differenziati, così l'etano liquido verrà separato dal metano gassoso e dalle altre specie coinvolte con l'uso di una distillazione.
L'etano è presente in natura come gas inodore e incolore a pressioni e temperature standard (1 atm e 25 ° C). Ha un punto di ebollizione di -88,5 ºC e un punto di fusione di -182,8 ºC. Inoltre, non è influenzato dall'esposizione ad acidi o basi forti..
Le molecole di etano hanno una configurazione simmetrica e hanno deboli forze di attrazione che le tengono insieme, chiamate forze di dispersione..
Quando si cerca di dissolvere l'etano in acqua, le forze attrattive formate tra gas e liquido sono molto deboli, quindi è molto difficile che l'etano si leghi con le molecole d'acqua..
Per questo motivo, la solubilità dell'etano è notevolmente bassa, aumentando leggermente all'aumentare della pressione del sistema..
L'etano può essere solidificato, determinando la formazione di cristalli di etano instabili con una struttura cristallina cubica..
Con una diminuzione della temperatura oltre -183,2 ºC, questa struttura diventa monoclina, aumentando la stabilità della sua molecola.
Questo idrocarburo, anche se non è molto utilizzato come combustibile, può essere utilizzato nei processi di combustione per generare anidride carbonica, acqua e calore, che è rappresentato come segue:
2 CDueH6 + 7ODue → 4CODue + 6HDueO + 3120 kJ
C'è anche la possibilità di bruciare questa molecola senza eccesso di ossigeno, che è nota come "combustione incompleta", e che provoca la formazione di carbonio amorfo e monossido di carbonio in una reazione indesiderata, a seconda della quantità di ossigeno applicata.:
2 CDueH6 + 3ODue → 4C + 6HDueO + calore
2 CDueH6 + 4 °Due → 2C + 2CO + 6HDueO + calore
2 CDueH6 + 5ODue → 4CO + 6HDueO + calore
In quest'area la combustione avviene tramite una serie di reazioni dei radicali liberi, numerate in centinaia di reazioni differenti. Ad esempio, in reazioni di combustione incomplete, si possono formare composti come formaldeide, acetaldeide, metano, metanolo ed etanolo..
Ciò dipenderà dalle condizioni in cui si verifica la reazione e dalle reazioni dei radicali liberi coinvolte. L'etilene può anche essere formato ad alte temperature (600-900 ° C), che è un prodotto altamente desiderato dall'industria..
L'etano è presente nell'atmosfera del pianeta Terra in tracce, e si sospetta che gli esseri umani siano riusciti a raddoppiare questa concentrazione da quando hanno iniziato a praticare attività industriali.
Gli scienziati ritengono che gran parte dell'attuale presenza di etano nell'atmosfera sia dovuta alla combustione di combustibili fossili, sebbene l'emissione globale di etano sia diminuita di quasi la metà da quando sono state migliorate le tecnologie di produzione di gas di scisto (una fonte di gas naturale).
Questa specie è prodotta naturalmente anche dall'effetto della luce solare sul metano atmosferico, che si ricombina e forma una molecola di etano.
L'etano liquido esiste sulla superficie di Titano, una delle lune di Saturno. Ciò avviene in maggiore quantità nel fiume Vid Flumina, che scorre per oltre 400 chilometri verso uno dei suoi mari. Questo composto è stato evidenziato anche sulle comete e sulla superficie di Plutone.
L'utilizzo dell'etano si basa principalmente sulla produzione di etilene, il prodotto organico più utilizzato nella produzione mondiale, attraverso un processo noto come cracking in fase vapore..
Questo processo consiste nel far passare una carica di etano diluito con vapore ad un forno, riscaldandolo rapidamente senza ossigeno..
La reazione avviene ad una temperatura estremamente elevata (tra 850 e 900 ° C), ma il tempo di permanenza (il tempo che l'etano trascorre nel forno) deve essere breve affinché la reazione sia efficace. A temperature più elevate, viene generato più etilene.
L'etano è stato anche studiato come componente principale nella formazione dei prodotti chimici di base. La clorazione ossidativa è uno dei processi proposti per ottenere il cloruro di vinile (un componente del PVC), in sostituzione di altri meno economici e più complicati.
Infine, l'etano viene utilizzato come refrigerante nei comuni sistemi criogenici, dimostrando anche la capacità di congelare piccoli campioni in laboratorio per l'analisi..
È un ottimo sostituto dell'acqua, che impiega più tempo per raffreddare i campioni delicati e può anche causare la formazione di dannosi cristalli di ghiaccio..
-L'etano ha la capacità di infiammarsi, principalmente quando si lega all'aria. Con una percentuale di etano in volume tra il 3,0 e il 12,5% nell'aria, può formarsi una miscela esplosiva.
-Può limitare l'ossigeno nell'aria in cui si trova, e per questo motivo presenta un fattore di rischio di soffocamento per le persone e gli animali che sono presenti ed esposti.
-L'etano in forma liquida congelata può bruciare gravemente la pelle se viene a contatto diretto con esso e agire anche come mezzo criogenico per qualsiasi oggetto che tocchi, congelandolo all'istante.
-I vapori di etano liquido sono più pesanti dell'aria e si concentrano sul terreno, questo può presentare un rischio di accensione che può generare una reazione a catena di combustione.
-L'ingestione di etano può causare nausea, vomito e sanguinamento interno. L'inalazione, oltre al soffocamento, provoca mal di testa, confusione e sbalzi d'umore. La morte per arresto cardiaco è possibile a esposizioni elevate.
-Rappresenta un gas serra che, insieme al metano e all'anidride carbonica, contribuisce al riscaldamento globale e ai cambiamenti climatici generati dall'inquinamento umano. Fortunatamente, è meno abbondante e durevole del metano e assorbe meno radiazioni del metano..
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