مقدمة
الأسيتيلين (الاسم النظامي: الإيثاين) هو مركب كيميائي له الصيغة C2H2 والتركيب H−C≡C−H. وهو هيدروكربون وأبسط الألكاينات. هذا الغاز عديم اللون يستخدم على نطاق واسع كوقود ومادة كيميائية وسيطة. وهو غير مستقر في شكله النقي وبالتالي يتم التعامل معه عادة كمحلول.
اكتشاف وتاريخ الأسيتيلين
تم اكتشاف الأسيتيلين لأول مرة في عام 1836 من قبل الكيميائي الإنجليزي إدموند ديفي، الذي أنتجه عن طريق تسخين البوتاسيوم مع الكربون. ومع ذلك، لم يتم التعرف عليه كمركب جديد في ذلك الوقت. في عام 1860، قام الكيميائي الفرنسي مارسيلين بيرثيلو بإعادة اكتشاف الأسيتيلين وأطلق عليه هذا الاسم. قام بيرثيلو أيضاً بتطوير طريقة لإنتاجه عن طريق تمرير بخار الإيثانول أو الإيثر بين أقطاب كهربائية من الكربون.
الخصائص الفيزيائية والكيميائية
الخصائص الفيزيائية:
- الأسيتيلين غاز عديم اللون في حالته النقية.
- له رائحة مميزة تشبه رائحة الثوم بسبب الشوائب الموجودة فيه.
- أخف من الهواء.
- غير قابل للذوبان في الماء.
- قابل للذوبان في الأسيتون والإيثانول.
الخصائص الكيميائية:
- الأسيتيلين مركب غير مستقر بسبب الرابطة الثلاثية بين ذرتي الكربون.
- يتفاعل بعنف مع الأكسجين وينتج كمية كبيرة من الحرارة، مما يجعله وقوداً فعالاً.
- يتفاعل مع العديد من المواد الكيميائية الأخرى، بما في ذلك الهالوجينات والأحماض.
- يخضع لتفاعلات إضافة، حيث يمكن إضافة ذرات أو مجموعات ذرية إلى الرابطة الثلاثية.
إنتاج الأسيتيلين
هناك طريقتان رئيسيتان لإنتاج الأسيتيلين:
1. من كربيد الكالسيوم:
هذه هي الطريقة الأكثر شيوعاً لإنتاج الأسيتيلين. يتفاعل كربيد الكالسيوم (CaC2) مع الماء لإنتاج الأسيتيلين وهيدروكسيد الكالسيوم:
CaC2 + 2H2O → C2H2 + Ca(OH)2
يتم إنتاج كربيد الكالسيوم عن طريق تسخين فحم الكوك والجير الحي في فرن كهربائي.
2. التكسير الحراري للهيدروكربونات:
تتضمن هذه الطريقة تسخين الهيدروكربونات، مثل الميثان أو الإيثان، إلى درجات حرارة عالية جداً (1500-2000 درجة مئوية) في غياب الأكسجين. يؤدي هذا إلى تكسير الهيدروكربونات إلى الأسيتيلين والهيدروجين.
استخدامات الأسيتيلين
الأسيتيلين له العديد من الاستخدامات الصناعية والتجارية، بما في ذلك:
1. وقود اللحام والقطع:
يستخدم الأسيتيلين على نطاق واسع كوقود في عمليات اللحام والقطع بالغاز. عند حرقه مع الأكسجين، ينتج لهباً بدرجة حرارة عالية جداً (أكثر من 3300 درجة مئوية)، مما يجعله مثالياً لقطع المعادن ولحامها.
2. المادة الكيميائية الوسيطة:
يستخدم الأسيتيلين كمادة كيميائية وسيطة في إنتاج العديد من المواد الكيميائية الأخرى، بما في ذلك:
- كلوريد الفينيل (لإنتاج PVC).
- أكريلونيتريل (لإنتاج ألياف الأكريليك).
- حمض الأسيتيك.
- الأسيتالديهيد.
3. إنتاج البوليمرات:
يستخدم الأسيتيلين في إنتاج بعض البوليمرات، مثل البولي أسيتيلين، وهو بوليمر موصل.
4. الإضاءة:
في الماضي، كان الأسيتيلين يستخدم على نطاق واسع في الإضاءة، وخاصة في المناجم والمركبات. ومع ذلك، فقد تم استبداله إلى حد كبير بمصادر الإضاءة الأخرى، مثل المصابيح الكهربائية.
السلامة والاحتياطات
الأسيتيلين غاز قابل للاشتعال بدرجة كبيرة ويجب التعامل معه بحذر. بعض الاحتياطات الهامة التي يجب اتخاذها عند التعامل مع الأسيتيلين تشمل:
- تخزين الأسيتيلين في أسطوانات مصممة خصيصاً لذلك، والتي تحتوي على مادة مسامية مملوءة بالأسيتون.
- تجنب تعريض الأسيتيلين للهب أو مصادر الاشتعال الأخرى.
- تهوية جيدة للمنطقة التي يتم فيها استخدام الأسيتيلين.
- عدم استخدام الأسيتيلين بضغط أعلى من 15 رطلاً لكل بوصة مربعة (psi).
الأسيتيلين في الطبيعة
على الرغم من أن الأسيتيلين ينتج بشكل رئيسي صناعياً، إلا أنه يمكن أن يتكون أيضاً بكميات صغيرة في الطبيعة. على سبيل المثال، يمكن أن يتكون الأسيتيلين أثناء الاحتراق غير الكامل للمواد العضوية، مثل حرائق الغابات.
المركبات ذات الصلة
هناك العديد من المركبات الأخرى ذات الصلة بالأسيتيلين، بما في ذلك:
- الإيثيلين: وهو ألكين له رابطة مزدوجة بين ذرتي الكربون.
- الإيثان: وهو ألكان له رابطة واحدة بين ذرتي الكربون.
- البروبين: وهو ألكاين يحتوي على ثلاث ذرات كربون.
التأثيرات البيئية
الأسيتيلين ليس ملوثاً بيئياً كبيراً. ومع ذلك، فإن إنتاجه واستهلاكه يمكن أن يساهم في انبعاثات غازات الاحتباس الحراري، وخاصة إذا تم إنتاجه من مصادر غير متجددة للطاقة.
مستقبل الأسيتيلين
على الرغم من أن الأسيتيلين قد فقد بعضاً من أهميته في السنوات الأخيرة بسبب ظهور بدائل أخرى، إلا أنه لا يزال يلعب دوراً مهماً في العديد من الصناعات. مع استمرار البحث والتطوير في مجال الكيمياء، من المحتمل أن يتم اكتشاف استخدامات جديدة للأسيتيلين في المستقبل.
خاتمة
الأسيتيلين هو مركب كيميائي مهم له العديد من الاستخدامات الصناعية والتجارية. وهو غاز قابل للاشتعال يستخدم على نطاق واسع كوقود ومادة كيميائية وسيطة. على الرغم من أنه يجب التعامل معه بحذر بسبب قابليته للاشتعال، إلا أنه يظل عنصراً أساسياً في العديد من العمليات الصناعية.