Χημεία (Β΄ Γενικού Λυκείου - Γενικής Παιδείας)
1.5 Αλκένια - αιθένιο ή αιθυλένιο 1.7 Αρωματικές ενώσεις - Βενζόλιο Επιστροφή στην αρχική σελίδα του μαθήματος
(1.6)
Αλκίνια - αιθίνιο ή ακετυλένιο

Γενικά

Αλκίνια ονομάζονται οι άκυκλοι ακόρεστοι υδρογονάνθρακες, οι οποίοι στο μόριό τους περιέχουν ένα τριπλό δεσμό. Το ακετυλένιο, που είναι το απλούστερο μέρος της σειράς, παλαιότερα έβρισκε μεγάλη βιομηχανική χρήση για την παρασκευή ακεταλδεϋδης, οξικού οξέος κλπ. Σήμερα, όμως, οι μέθοδοι αυτοί έχουν αντικατασταθεί από άλλες πιο οικονομικές με πρώτη ύλη το αιθυλένιο. Ο γενικός τύπος των αλκινίων είναι CvH2v-2 (v≥2). Στον επόμενο πίνακα γράφουμε τους μοριακούς και συντακτικούς τύπους των πρώτων μελών των αλκινίων.

Μοριακοί Τύποι Συντακτικοί Τύποι
C2H2 HC≡CH          αιθίνιο ή ακετυλένιο
C3H4 HC≡C − CH3              προπίνιο
C4H6 HC≡C − CH2CH3       1-βουτίνιο
CH3 − C≡C − CH3      2-βουτίνιο

Προέλευση - Παρασκευές

Τα αλκίνια λόγω δραστικότητας απαντούν σε μικρές ποσότητες στη φύση. Το μέλος της ομόλογης σειράς που παρουσιάζει ιδιαίτερο ενδιαφέρον είναι το ακετυλένιο το οποίο και θα εξετάσουμε αναλυτικότερα.

Παρασκευές ακετυλενίου

1. Βιομηχανικά, με πυρόλυση του μεθανίου στους 1200 ºC

2CH4εικόναHC≡CH + 3H2

2. Με υδρόλυση του CaC2. Παλαιότερα η μέθοδος αυτή είχε βιομηχανικά ενδιαφέρον, σήμερα έχει μόνο εργαστηριακή εφαρμογή.

CaC2 + 2H2O → Ca(OH)2 + HC≡CH

3. Με αφυδραλογόνωση 1,2-διχλωροαιθανίου με αλκοολικό διάλυμα NaOH ή ΚΟΗ.

εικόνα+ 2NaOHεικόναHC≡CH + 2NaCl + 2H2O

εικόνα

Η μέθοδος αυτή μπορεί να εφαρμοστεί γενικότερα για την παρασκευή αλκινίων.

CvH2vCl2 + 2NaOHεικόναCvH2v-2 + 2NaCl + 2H2O

Φυσικές ιδιότητες ακετυλενίου

Οι φυσικές ιδιότητες των αλκινίων μοιάζουν με αυτές των αλκανίων και αλκινίων. Ειδικότερα, το ακετυλένιο είναι αέριο, άχρωμο, άοσμο, ελάχιστα διαλυτό στο νερό.

Χημικές ιδιότητες

Τα αλκίνια γενικώς, όπως τα αλκένια, είναι δραστικές ενώσεις. Οι χαρακτηριστικότερες αντιδράσεις που δίνουν  είναι στην ουσία αντιδράσεις του τριπλού δεσμού άνθρακα - άνθρακα:

α. Αντιδράσεις προσθήκης

Η προσθήκη γίνεται σε δύο στάδια. Στο πρώτο ο τριπλός δεσμός μετατρέπεται σε διπλό και στη συνέχεια ο διπλός ανορθώνεται σε απλό.

• Προσθήκη υδρογόνου

Αυτή γίνεται παρουσία καταλύτη Pt, Pd ή Ni.

CH≡CH + H2εικόνα CH2=CH2εικόνα CH3CH3

•Προσθήκη αλογόνου (Cl2, Br2)

HC≡CH + Br2εικόνα

• Προσθήκη υδραλογόνου

HC≡CH + HCl → CH2=CH-Cl εικόνα CH3CHCl2

βινυλοχλωρίδιο 1,1-διχλωροαιθάνιο

Το ενδιάμεσο προϊόν (βινυλοχλωρίδιο) μπορεί να απομονωθεί και να χρησιμοποιηθεί για την παρασκευή του πολυμερούς PVC.

• Προσθήκη HCN

HC≡CH + HCN → CH2=CH-CN

Ο πολυμερισμός του ακρυλονιτριλίου δίνει προϊόν που χρησιμοποιείται ως τεχνητή υφάνσιμη ύλη (Orlon).

• Προσθήκη Η2Ο (ενυδάτωση αλκινίων)

HC≡CH + HOHεικόνα[CH2=CHOH] → CH3CHO

ασταθής βινυλική αλκοόλη ακεταλδεύδη

Η βινυλική αλκοόλη που σχηματίζεται αρχικά είναι ασταθής, επειδή στο ίδιο άτομο C υπάρχει και διπλός δεσμός και -ΟΗ ομάδα (ενόλη), και μετατρέπεται γρήγορα σε καρβονυλική ένωση.

β. Καύση

Η τέλεια καύση του HC≡CH δημιουργεί γαλάζια φλόγα υψηλής θερμοκρασίας (3000 ºC), η οποία ονομάζεται οξυακετυλενική φλόγα και χρησιμοποιείται για την κόλληση και κόψιμο των μετάλλων.

HC≡CH +εικόναO2 → 2CO2 + H2O

γ. Πολυμερισμός

Το HC≡CH μπορεί να πολυμεριστεί σε κατάλληλες συνθήκες σε βενζόλιο (τριμερισμός) ή σε βινυλοακετυλένιο (διμερισμός).

3HC≡CH → C6H6

HC≡CH + HC≡CHεικόναCH2=CH-C≡CH

βινυλοακετυλένιο

δ. Αντιδράσεις όξινου υδρογόνου

Τα υδρογόνα του HC≡CH, και γενικότερα τα υδρογόνα που είναι συνδεδεμένα με τον C του τριπλού δεσμού, είναι ευκίνητα (όξινα Η) και εύκολα μπορούν να αντικατασταθούν από άτομα μετάλλων. Τα προϊόντα αυτής της αντικατάστασης ονομάζονται ακετυλενίδια. Απ' αυτά  σημαντικότερο είναι το ανθρακασβέστιο (CaC2). Άλλα χαρακτηριστικά παραδείγματα ακετυλενιδίων  είναι αυτά του Na ή Κ

HC≡CH + Na → HC≡CNa + 1/2H2

μονονάτριο ακετυλενίδιο

HC≡CH + Na → NaC≡CNa + 1/2H2

δινάτριο ακετυλενίδιο

Τέλος, ο σχηματισμός του χαλκοακετυλενιδίου (καστανέρυθρο ίζημα) χρησιμοποιείται για την ανίχνευση του ακετυλενίου ή γενικότερα των αλκινίων με όξινο υδρογόνο.

HC≡CH + 2CuCl + 2NH3 → CuC≡CCu↓ + 2NH4Cl

Χρήσεις

Το ακετυλένιο χρησιμοποιείται στη συγκόλληση των μετάλλων (οξυακετυλενική φλόγα). Παλαιότερα το ακετυλένιο αποτελούσε τη βάση για τη βιομηχανική παρασκευή πολλών οργανικών ενώσεων με μεγάλες πρακτικές εφαρμογές. Μετά το 1970 και μέχρι σήμερα, ο ρόλος του  ακετυλενίου έχει περιοριστεί, αφού στις περισσότερες περιπτώσεις έχει αντικατασταθεί από το φτηνότερο αιθυλένιο. Στον επόμενο πίνακα δίνονται διάφορες συνθέσεις με βάση το ακετυλένιο, οι οποίες έχουν σήμερα θεωρητικό χαρακτήρα.

Συνθέσεις ακετυλενίου
εικόνα

(Παράδειγμα 1.6)

Να παρασκευαστεί αιθανάλη (ακεταλδεΰδη) CH3CHO με πρώτη ύλη ανθρακασβέστιο.

Απάντηση

Όπως είδαμε από CaC2 μπορούμε να παρασκευάσουμε ακετυλένιο HC≡CH, το οποίο όταν αντιδράσει με Η2Ο δίνει ακεταλδεΰδη.

CaC2 + 2H2O → Ca(OH)2 + HC≡CH

HC≡CH + H2O εικόνα CH3CHO

Εφαρμογή

Να παρασκευαστεί πολυβινυλοχλωρίδιο (PVC) με πρώτη ύλη ανθρακασβέστιο.