Etano: estrutura, propriedades, usos e riscos - Ciência - 2023

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o etano é um hidrocarboneto simples de fórmula C₂H₆com um gás natural incolor e inodoro que tem um uso altamente valioso e diversificado na síntese de etileno. Além disso, é um dos gases terrestres que também foi detectado em outros planetas e corpos estelares ao redor do Sistema Solar. Foi descoberto pelo cientista Michael Faraday em 1834.

Dentre o grande número de compostos orgânicos formados por átomos de carbono e hidrogênio (conhecidos como hidrocarbonetos), existem aqueles que se encontram em estado gasoso em temperatura e pressão ambiente, os quais são amplamente utilizados em muitas indústrias.

Estes geralmente provêm da mistura gasosa denominada “gás natural”, produto de alto valor para a humanidade, e constituem os alcanos do tipo metano, etano, propano e butano, entre outros; classificados de acordo com a quantidade de átomos de carbono em sua cadeia.

Estrutura química

Etano é uma molécula com fórmula C₂H₆, normalmente visto como uma união de dois grupos metil (-CH₃) para formar o hidrocarboneto de uma única ligação carbono-carbono. É, além disso, o composto orgânico mais simples depois do metano, sendo representado da seguinte forma:

H₃C-CH₃

Os átomos de carbono nesta molécula têm hibridização do tipo sp³, de forma que as ligações moleculares apresentam rotação livre.

Da mesma forma, existe um fenômeno intrínseco do etano, que se baseia na rotação de sua estrutura molecular e na energia mínima necessária para produzir uma rotação de 360 graus da ligação, que os cientistas chamam de "barreira do etano".

Por esse motivo, o etano pode aparecer em diferentes configurações dependendo de sua rotação, embora sua conformação mais estável exista onde os hidrogênios estão opostos (como visto na figura).

Síntese de etano

O etano pode ser facilmente sintetizado a partir da eletrólise de Kolbe, uma reação orgânica em que ocorrem duas etapas: uma descarboxilação eletroquímica (remoção do grupo carboxila e liberação de dióxido de carbono) de dois ácidos carboxílicos e a combinação dos produtos intermediários para formar uma ligação covalente.

Da mesma forma, a eletrólise do ácido acético dá origem à formação de etano e dióxido de carbono, e essa reação é usada para sintetizar os primeiros.

A oxidação do anidrido acético pela ação dos peróxidos, conceito semelhante ao da eletrólise de Kolbe, também resulta na formação de etano.

Da mesma forma, pode ser eficientemente separado do gás natural e do metano por um processo de liquefação, fazendo uso de sistemas criogênicos para capturar esse gás e separá-lo de misturas com outros gases.

O processo de turboexpansão é preferido para essa função: a mistura de gases passa por uma turbina, gerando uma expansão da mesma, até que sua temperatura caia abaixo de -100ºC.

Já neste ponto, os componentes da mistura podem ser diferenciados, de forma que o etano líquido será separado do metano gasoso e das demais espécies envolvidas com o uso de uma destilação.

Propriedades

O etano ocorre na natureza como um gás inodoro e incolor em pressões e temperaturas padrão (1 atm e 25 ° C). Possui um ponto de ebulição de -88,5 ºC e um ponto de fusão de -182,8 ºC. Além disso, não é afetado pela exposição a ácidos ou bases fortes.

Solubilidade de etano

As moléculas de etano têm configuração simétrica e forças de atração fracas que as mantêm juntas, chamadas forças de dispersão.

Quando se tenta dissolver o etano na água, as forças de atração formadas entre o gás e o líquido são muito fracas, por isso é muito difícil para o etano se ligar às moléculas de água.

Por esse motivo, a solubilidade do etano é consideravelmente baixa, aumentando ligeiramente quando a pressão do sistema aumenta.

Cristalização de Etano

O etano pode ser solidificado, formando cristais de etano instáveis com uma estrutura cristalina cúbica.

Com a diminuição da temperatura acima de -183,2 ºC, essa estrutura torna-se monoclínica, aumentando a estabilidade de sua molécula.

Combustão de etano

Este hidrocarboneto, embora não seja amplamente utilizado como combustível, pode ser utilizado em processos de combustão para gerar dióxido de carbono, água e calor, que é representado da seguinte forma:

2 C₂H₆ + 7O₂ → 4CO₂ + 6H₂O + 3120 kJ

Também existe a possibilidade de queimar essa molécula sem excesso de oxigênio, o que é conhecido como “combustão incompleta”, e que resulta na formação de carbono amorfo e monóxido de carbono em uma reação indesejada, dependendo da quantidade de oxigênio aplicada. :

2 C₂H₆ + 3O₂ → 4C + 6H₂O + Heat

2 C₂H₆ + 4O₂→ 2C + 2CO + 6H₂O + Heat

2 C₂H₆ + 5O₂ → 4CO + 6H₂O + Heat

Nesta área, a combustão ocorre por uma série de reações de radicais livres, que são numeradas em centenas de reações diferentes. Por exemplo, as reações de combustão incompleta podem formar compostos como formaldeído, acetaldeído, metano, metanol e etanol.

Isso dependerá das condições em que a reação ocorre e das reações de radicais livres envolvidas. O etileno também pode ser formado em altas temperaturas (600-900 ° C), que é um produto altamente desejado pela indústria.

Etano na atmosfera e em corpos celestes

O etano está presente na atmosfera do planeta Terra em vestígios, e suspeita-se que o homem tenha conseguido dobrar essa concentração desde que começou a praticar atividades industriais.

Os cientistas pensam que grande parte da presença atual de etano na atmosfera se deve à combustão de combustíveis fósseis, embora a emissão global de etano tenha diminuído quase pela metade desde que as tecnologias de produção de gás de xisto foram aprimoradas (a fonte de gás natural).

Esta espécie também é produzida naturalmente pelo efeito da luz solar no metano atmosférico, que se recombina e forma uma molécula de etano.

O etano existe em estado líquido na superfície de Titã, uma das luas de Saturno. Isso ocorre em maior quantidade no rio Vid Flumina, que corre por mais de 400 quilômetros em direção a um de seus mares. Este composto também foi evidenciado em cometas e na superfície de Plutão.

Formulários

Produção de etileno

A utilização do etano baseia-se principalmente na produção de eteno, o produto orgânico mais utilizado na produção mundial, por meio de um processo conhecido como craqueamento em fase de vapor.

Esse processo envolve a passagem de uma alimentação de etano diluído com vapor para uma fornalha, aquecendo-a rapidamente sem oxigênio.

A reação ocorre a uma temperatura extremamente alta (entre 850 e 900 ° C), mas o tempo de residência (o tempo que o etano passa no forno) deve ser curto para que a reação seja eficaz. Em temperaturas mais altas, mais etileno é gerado.

Formação química básica

O etano também foi estudado como um componente principal na formação de produtos químicos básicos. A cloração oxidativa é um dos processos propostos para a obtenção do cloreto de vinila (componente do PVC), em substituição a outros menos econômicos e mais complicados.

Refrigerante

Por fim, o etano é usado como refrigerante em sistemas criogênicos comuns, também apresentando a capacidade de congelar pequenas amostras em laboratório para análise.

É um excelente substituto para a água, que leva mais tempo para resfriar amostras delicadas e também pode causar a formação de cristais de gelo prejudiciais.

Riscos de etano

-Ethane tem a capacidade de inflamar, principalmente quando se liga ao ar. Com 3,0 a 12,5% em volume de etano no ar, pode se formar uma mistura explosiva.

-Pode limitar o oxigênio do ar em que se encontra, por isso apresenta um fator de risco de asfixia para pessoas e animais que estão presentes e expostos.

-O etano na forma líquida congelada pode queimar gravemente a pele se entrar em contato direto com ela, e também atuar como meio criogênico para qualquer objeto que toque, congelando-o em instantes.

-Vapores de etano líquido são mais pesados que o ar e estão concentrados no solo, isso pode representar um risco de ignição que pode gerar uma reação em cadeia de combustão.

-A ingestão de etano pode causar náuseas, vômitos e hemorragias internas. A inalação, além de sufocação, causa dores de cabeça, confusão e alterações de humor. A morte por parada cardíaca é possível em altas exposições.

-Representa um gás de efeito estufa que, junto com o metano e o dióxido de carbono, contribui para o aquecimento global e as mudanças climáticas geradas pela poluição humana. Felizmente, é menos abundante e durável que o metano e absorve menos radiação do que o metano.

Referências

Britannica, E. (s.f.). Etano. Obtido em britannica.com
Nes, G. V. (s.f.). Estruturas monocristalinas e distribuições de densidade eletrônica de etano, etileno e acetileno. Recuperado de rug.nl
Sites, G. (s.f.). Etano: fontes e sumidouros. Obtido em sites.google.com
SoftSchools. (s.f.). Fórmula de Etano. Recuperado de softschools.com
Wikipedia. (s.f.). Etano. Obtido em en.wikipedia.org