Удивительные свойства этилена: почему он горит более светящимся пламенем, чем метан

Этилен - удивительное вещество с необычными свойствами. В чем же секрет его яркого пламени, отличающего этилен от других газов? Давайте разберемся!

Строение и получение этилена

Этилен (этен) - это непредельный углеводород с химической формулой C₂H₄. Отличительной особенностью этилена является наличие двойной связи между атомами углерода в его молекуле. Именно двойная связь придает этилену уникальные свойства, отличающие его от других углеводородов, например метана.

В лабораторных условиях этилен можно получить по реакции:

C₂H₄(OH)₂ → C₂H₄ + H₂O

При нагревании этиленгликоля происходит реакция дегидратации с образованием этилена и воды. Также этилен выделяется при термическом разложении полиэтилена:

(-CH₂-CH₂-)_n → nC₂H₄

В промышленности основным способом производства этилена является пиролиз, т.е. термическое разложение углеводородного сырья. Для этой цели чаще всего используют фракции нефти и природный газ.

Интересный факт - этилен был впервые получен в 1795 году голландскими химиками при нагревании спирта с серной кислотой. А в начале XX века из этилена стали производить полимер - полиэтилен.

Химические свойства этилена

Углеводороды ряда этилена обладают специфическими химическими свойствами, обусловленными наличием двойной связи.

Одной из важных реакций этилена является полимеризация - образование высокомолекулярного полимера полиэтилена:

nCH₂=CH₂ → (-CH₂-CH₂-)_n

Полиэтилен широко используется как пластик в быту и промышленности.

Еще одно важное свойство этилена - легкое присоединение к двойной связи таких реагентов, как бром, хлор, вода. Например:

CH₂=CH₂ + Br₂ → CH₂Br-CH₂Br

При этом происходит обесцвечивание растворов брома, хлора или перманганата калия. Это свойство этилена часто используется для его качественного обнаружения.

Также в присутствии катализатора к двойной связи этилена может присоединяться водород:

CH₂=CH₂ + H₂ → CH₃-CH₃

Реакция гидрирования превращает этилен в этан - насыщенный углеводород без двойных связей.

Таким образом, наличие двойной связи в этилене обуславливает его химическую активность и специфические реакции присоединения, полимеризации, гидрирования.

Объяснение, почему этилен горит более ярким пламенем, чем метан, следует ниже.

Почему этилен горит ярким пламенем?

Для ответа на вопрос, почему этилен горит более ярким пламенем, чем метан, нужно сравнить особенности горения этих газов.

Содержание углерода в молекулах

Основное отличие метана и этилена - в массовом содержании углерода. В молекуле метана CH4 на один атом углерода приходится четыре атома водорода. А в молекуле этилена C2H4 на два атома углерода - только четыре атома водорода.

Таким образом, в этилене по массе больше углерода, чем в метане. А углерод является основным носителем теплоты сгорания и светимости пламени.

Пламя этилена и его строение

Из-за бóльшего содержания углерода пламя этилена гораздо ярче, чем у метана. Кроме того, при горении этилена образуется больше сажи - частиц углерода, которые накаляются докрасна.

Эти раскаленные частицы сажи и делают пламя этилена таким ярким и светящимся. А метан, в отличие от этилена, горит практически без образования сажи.

Теплота сгорания этилена

Еще один важный фактор - теплота сгорания. У этилена этот показатель выше, чем у метана. Это связано с большим содержанием углерода и его окислением при горении с выделением большего количества энергии.

В результате температура пламени этилена оказывается выше, а значит, оно светится ярче.

Использование этилена как топлива

Благодаря более яркому пламени и высокой теплоте сгорания этилен может применяться в качестве компонента welding-fuel - смеси газов для сварки и резки металлов.

Однако использование чистого этилена затруднено из-за его взрывоопасности. Поэтому его разбавляют инертными газами или добавляют в небольших концентрациях к другим топливам.

Подробное научное объяснение

Итак, почему этилен горит более светящимся пламенем, чем метан? Это объясняется особенностями химического строения и свойствами этих газов.

Во-первых, в молекуле этилена содержится больше углерода, который является основным носителем теплоты и светимости пламени. Во-вторых, при горении этилена образуется больше сажи, раскаленные частицы которой делают пламя ярче. И в-третьих, теплота сгорания этилена выше, поэтому температура пламени тоже оказывается выше.

Эти факторы в совокупности и обеспечивают более интенсивное свечение пламени этилена по сравнению с метаном и другими углеводородами.