Etyleeni (eteni, C2H4) – teollinen hiilivety ja kasvien hormoni
Tutustu etyleeniin (C2H4): maailman eniten tuotettu teollinen hiilivety, polyeteenin raaka-aine ja kasvien hormoni – tuotanto, käyttö ja biologiset vaikutukset.
Etyleeni eli eteni on kemiallinen yhdiste, jonka jokaisessa molekyylissä on kaksi hiiliatomia ja neljä vetyatomia. Nämä molekyylit on yhdistetty kaksoissidoksella, joka tekee siitä hiilivedyn. Se on erittäin tärkeä teollisuudessa, ja sitä on jopa käytetty biologiassa hormonina. Se on myös eniten valmistettu kemikaali. Sitä on valmistettu noin 75 miljoonaa tonnia vuodessa vuodesta 2005 lähtien. Sitä käytetään eniten polyeteenin valmistukseen.
Perustiedot ja ominaisuudet
- Kemiallinen kaava: C2H4 (etyleeni, eteni)
- Molekyylipaino: noin 28,05 g/mol
- Fysikaaliset ominaisuudet: väritön kaasu, miedosti makea haju, huoneenlämpötilassa kaasu
- Kiehumispiste: noin −103,7 °C; sulamispiste: noin −169 °C
- Tiheys: hieman ilmaa kevyempi (moolimassa hieman pienempi kuin ilman)
- Kemiallinen luonne: hiili-hiili-kaksoissidos tekee etyleenistä hyvin reaktiivisen additio- ja polymeroitumisreaktioissa
Valmistus ja tärkeimmät käyttötavat
Etyleeniä tuotetaan pääosin fossiilisista raaka-aineista käyttäen lämmönkäsittelyä (höyrykrakkaus, steam cracking) esimerkiksi etaanista, propaanista tai naftasta. Joissakin tapauksissa käytetään katalyyttistä dehydrogenaatiota.
Tärkeimmät teolliset käyttökohteet:
- Polyeteenin (polyeteeni) valmistus — suurin yksittäinen käyttötarkoitus
- Etyleenimonoksidi (etyleenioksidi) — lähtöaine etyleeniglykoleille ja monille muille tuotteille
- Muovien ja liuottimien välituotteet: styreeni, vinylikloridi, alfa-olefiinit ym.
- Muut kemialliset synteesit ja teolliset prosessit
Biologinen rooli kasveissa
Etyleeni toimii kasvihormonina (kasvinsisäinen viestiaine). Kasveissa etyleeni tuotetaan lähtien aminohappo metioniinista ACC-välitteisen reitin kautta (entsyymit ACC-syntaasi ja ACC-oksidaasi). Sen vaikutuksia ovat muun muassa:
- hedelmien kypsyminen (esim. banaanit, tomaatit)
- lehtien ja kukkien irtoaminen (abskissio) sekä vanhenemisen (senesenssin) käynnistyminen
- kasvien vaste vaurioihin, taudeille ja ympäristöstressille
Teollisesti etyleeniä hyödynnetään hedelmien ja vihannesten kypsyttämisessä hallituissa tiloissa. Kasvien etyleenintuotanto lisääntyy usein vammautuessa tai stressin seurauksena.
Turvallisuus ja ympäristö
- Palovaara: etyleeni on erittäin herkästi syttyvä ja voi muodostaa räjähtäviä seoksia ilman kanssa.
- Terveysvaikutukset: ei ole voimakkaasti myrkyllinen, mutta suurina pitoisuuksina voi aiheuttaa hapenpuutteen, huimausta tai tajunnanmenetyksen. Hengittävät määräykset ja hyvä ilmanvaihto ovat tärkeitä.
- Säilytys ja käsittely: varastointia paineastioissa, oikeat räjähdys- ja paloturvallisuusmenettelyt sekä polymerisaationestoaineiden käyttö joissain tapauksissa.
- Ilmakehävaikutukset: etyleeni on reaktiivinen orgaaninen yhdiste (VOC) ja osallistuu alailmakehän otsonin muodostukseen ja kemiallisiin reaktioihin ilmakehässä.
Kemiaa käytännössä
Kemiallisesti etyleeni on monien lisäys- ja substituutioreaktioiden lähtöaineena. Se polymeroituu helposti muodostaen erilaatuisia polyeteenejä: korkean paineen radikaalipolymerisaatio tuottaa LDPE:tä, kun taas katalyyttiset prosessit (esim. Ziegler–Natta- tai metalliokatalyytit) tuottavat HDPE:tä ja lineaarisia polymeerejä. Etyleenin hapettuminen hopeakatalyytin avulla tuottaa etyleenioksidia, joka on tärkeä välituote.
Yhteenvetona etyleeni on kemian ja maatalouden keskeinen yhdiste: teollisesti korvaamaton lähtöaine laajalle valikoimalle tuotteita ja biologisesti tärkeä kasvihormoni, jonka käsittely vaatii huolellista turvallisuusajattelua.
Historia
Vuodesta 1795 lähtien etyleeniä kutsuttiin olefiant-kaasuksi eli öljyä tuottavaksi kaasuksi. Tämä johtui siitä, että se yhdessä kloorin kanssa valmisti hollantilaisten kemistien öljyä.
Vuonna 1866 saksalainen kemisti August Wilhelm von Hofmann kehitti järjestelmän hiilivetyjen nimeämistä varten. Päätteillä -aani, -eeni, -iini, -one ja -une kutsuttiin hiilivetyjä, joissa oli 0, 2, 4, 6 ja 8 vetyatomia vähemmän kuin alkaanissa, josta se oli peräisin. Tämän järjestelmän vuoksi etyleenistä tuli eteeni.
Vuonna 1979 IUPAC päätti, että etyleeni pysyisi etyleeninä.
Miten se valmistetaan
Etyleeniä valmistetaan kemianteollisuudessa höyrykrakkaamalla. Osa eteenilaitoksen osista voi olla:
- Höyryn krakkausuunit;
- Lämmön talteenottojärjestelmät;
- Höyryn kierrätysjärjestelmä;
- Järjestelmä halkaistun kaasun puristamiseksi;
- Järjestelmä happaman kaasun poistamiseksi;
Eteenitehtaassa on muitakin järjestelmiä. Edellä luetellut järjestelmät olivat eteenilaitoksen tärkeimmät järjestelmät.
Koska eteenin valmistukseen kuluu paljon energiaa, eteenin valmistajat yrittävät kovasti estää kaasujen lämpöä poistumasta uuneista.
Kysymyksiä ja vastauksia
K: Mikä on etyleeni?
V: Etyleeni on kemiallinen yhdiste, joka koostuu kahdesta hiiliatomista ja neljästä vetyatomista, joissa on kaksoissidos, mikä tekee siitä hiilivedyn.
K: Mikä on eteenin merkitys teollisuudessa?
V: Etyleeni on tärkeä teollisuudessa, koska sillä on monenlaisia käyttötarkoituksia erilaisten kemikaalien tuotannossa.
K: Voidaanko eteeniä käyttää biologiassa?
V: Kyllä, etyleeniä voidaan käyttää biologiassa hormonina.
K: Kuinka paljon eteeniä tuotetaan vuosittain?
V: Vuodesta 2005 lähtien eteeniä on tuotettu vuosittain noin 75 miljoonaa tonnia, mikä tekee siitä eniten tuotetun kemikaalin.
K: Mikä on eteenin ensisijainen käyttötarkoitus?
V: Etyleenin ensisijainen käyttötarkoitus on polyeteenin tuotanto.
K: Millainen sidos eteenillä on?
V: Etyleenillä on kaksoissidos, mikä tekee siitä hiilivedyn.
K: Kuinka monta vetyatomia kussakin eteenimolekyylissä on?
V: Jokaisessa eteenimolekyylissä on neljä vetyatomia.
Etsiä