Ацетилен химия. Применение ацетилена. Сварка ацетиленом. Изомерия алкинов. Зависимость свойств от строения

Чтобы понять, где применяется ацетилен, необходимо изучить и понять, что же это такое. Данное вещество представляет собой горючий бесцветный газ. Его химическая формула - С 2 Н 2 . Газ обладает атомной массой, равной 26,04. Он немного легче воздуха и обладает резким запахом. Получение и применение ацетилена осуществляется лишь в промышленных условиях. Получают данное вещество из путем разложения компонента в воде.

Чем опасен ацетилен

Ограничено его необычайными свойствами. самовоспламеняется. Происходит это при температуре 335°С, а его смесь с кислородом - при температуре от 297 до 306°С, с воздухом - при температуре от 305 до 470°С.

Стоит отметить, что ацетилен технический взрывоопасен. Это было происходит при:

Повышении температуры до 450-500°С, а также при давлении в 150-200 кПа, что равно 1,5-2 атмосферам.
Смесь ацетилена и кислорода при атмосферном давлении также опасна, если ацетилена в ней содержится 2,3-93%. Взрыв может произойти от сильного нагрева, открытого пламени и даже от искры.
При подобных же условиях происходит взрыв смеси воздуха с ацетиленом, если в ней содержится 2,2-80,7 % ацетилена.
Если газ долго соприкасается с медным или серебряным предметом, то может образоваться ацетиленистое взрывчатое серебро или же медь. Это вещество очень опасно. Взрыв может произойти от сильного удара или же в результате повышения температуры. Работать с газом следует осторожно.

Особенности вещества

Ацетилен, свойства и применение которого до конца не изучены, в результате взрыва может привести к несчастному случаю и сильнейшим разрушениям. Вот некоторые данные. При взрыве одного килограмма данного вещества выделяется в 2 раз больше тепловой энергии, чем при взрыве такого же количества тротила, а также в полтора раза больше, чем при взрыве одного килограмма нитроглицерина.

Области применения ацетилена

Ацетилен - это горючий газ, который используется при газовой сварке. Нередко его используют для кислородной резки. Стоит отметить, что температура горения смеси кислорода и ацетилена может достигать 3300°С. Благодаря этому свойству вещество чаще других используется при сварке. Ацетиленом обычно заменяют и пропан-бутан. Вещество обеспечивает производительность и высокое качество сварки.

Снабжение постов газом для резки и сварки может осуществляться от или же от баллонов с ацетиленом. Для хранения данного вещества обычно используют емкости белого цвета. Как правило, на них присутствует надпись «Ацетилен», нанесенная красной краской. Стоит учесть, что существует ГОСТ 5457-75. Согласно данному документу для обработки металлов применяется технический растворенный ацетилен марки Б или же вещество в газообразном виде.

Сварка ацетиленом: проверка

Технология сварки данным газом достаточно проста. Однако при работе с веществом требуется терпение и внимательность. Для сварки обычно используют специальные горелки, с маркировкой 0-5. Ее выбор зависит от того, какой толщиной обладают свариваемые детали. Следует учесть, что чем больше размер горелки, тем больше расход.

Сварка ацетиленом осуществляется только после того, как оборудование будет проверено и отрегулировано. При этом следует обратить внимание на номер наконечника и номер подающей газ форсунки, которая располагается около рукоятки горелки под гайкой. Также следует проверить все уплотнения.

Процесс сварки

Применение ацетилена при сварке должно осуществляться аккуратно и в соответствии с определенными правилами. Для начала горелку следует продуть газом. Это нужно делать до тех пор, пока не появится запах ацетилена. После этого газ поджигается. При этом следует добавлять кислород, пока пламя не станет более устойчивым. Из редуктора на выходе давление ацетилена должно быть от 2 до 4 атмосфер, а кислорода - от 2 атмосфер.

Для сварки черных металлов требуется нейтральное пламя. Оно обладает четко очерченной короной и условно его можно разделить на три яркие части: ядро - ярко-голубой окрас с зеленоватым отливом, восстановленное пламя - бледно-голубого оттенка, факел пламени. Последние две зоны являются рабочими.

Перед началом работы все детали нужно очистить, а затем подогнать друг к другу. При работе с горелкой также применяют левый и правый способ. В последнем случае происходит медленное остывание шва. Присадочный материал, как правило, перемещается за горелкой. При левом способе повышается эластичность и прочность шва. В данном случае пламя направляется от места сварки. Присадочный материал следует вносить в сварочную ванну только после того, как переместится на следующую позицию горелка.

Правила безопасности

Применение ацетилена без навыков и опыта запрещено. Существует несколько правил, которые следует соблюдать при работе с веществом:

Что делать, если возник пожар

Неправильное применение ацетилена может привести к печальным последствиям. Этот и приносит сильное разрушение. Что же делать, если возник пожар?

При возникновении пожара следует незамедлительно убрать из опасной зоны все емкости, наполненные ацетиленом. Те баллоны, которые остались, следует постоянно охлаждать обычной водой или же специальным составом. Емкости должны полностью остыть.
Если воспламенился газ, который выходит из баллона, то следует незамедлительно закрыть емкость. Для этого следует использовать неискрящийся ключ. После этого емкость необходимо остудить.
При сильном возгорании тушение огня следует осуществлять только с безопасного расстояния. В такой ситуации стоит использовать огнетушители, наполненные составом, содержащим флегматизирующую концентрацию азота 70 % по объему, также 75 % по объему, песок, струи воды, сжатый азот, полотно асбестовое и так далее.

Урок « Ацетилен, его строение, свойства, поучение, применение. Гомологический ряд ацетилена. Изомерия.»

Цели урока:

познакомиться с гомологическим рядом, номенклатурой, и изомерией непредельных углеводородов ряда ацетилена;

рассмотреть физические и химические свойства на основе ранее полученных знаний о кратной связи и логической цепочки « состав – строение - свойства»;

выяснить области применения представителей данного класса органических веществ;

закрепить полученные знания.

Задачи урока:

Формирование представлений о химических свойствах ацетилена и его гомологов на основе строения.

Формирование информационно-коммуникативных компетенций учащихся при поиске информации, при работе с разными источниками информации.

Совершенствование умений и навыков учащихся в написании изомеров непредельных углеводородов, в составлении уравнений химических реакций для ацетилена и его гомологов.

Тип урока: комбинированный

Оборудование:

Шаростержневая модель молекулы ацетилена

Раздаточный материал по теме «Углеводороды»

Интернет-ресурсы;

презентация

Ход урока

I . Организационный момент: объявление темы, целей и задач урока. II. Изучение темы урока по плану :

Состав: общая формула, простейшие представители данного класса, номенклатура соединений.

Особенности строения: наличие тройной (кратной) связи, тип гибридизации.

Изомерия молекул и ее виды.

Свойства веществ: физические и химические.

Применение.

Подведение итогов урока, выставление оценок.

Домашнее задание.

II. Изучение новой темы.

1. Алкины – это непредельные (ненасыщенные) углеводороды, с одной тройной углерод - углеродной связью С ≡ С в цепи и общей формулой С n H 2 n -2

2. Строение. Состав алкинов.

C 2 H 6 C 2 H 4 C 2 H 2

На доске записаны формулы углеводородов. Чем они отличаются? Числом атомов водорода.

Первая формула принадлежит этану (предельному углеводороду), вторая этилену (непредельному углеводороду), а третья принадлежит еще более ненасыщенному соединению – ацетилену. Давайте составим структурные формулы этих углеводородов.

С n H 2n+2

C n H 2n

C n H 2n-2

Ацетилен еще более ненасыщенный угеводород, чем этан и этилен..

Ацетилен – первый член гомологического ряда ацетиленовых углеводородов, или алкинов.

Молекулярная формула ацетилена C 2 H 2

Структурная формула ацетилена H–C≡C–H

Электронная формула H : С : : : С : Н

Углеродные атомы ацетилена, связанные тройной связью, находятся в состоянии sp -гибридизации. При образовании молекулы ацетилена у каждого атома С гибридизуются по одной s - и p -орбитали. В результате этого каждый атом С приобретает по две гибридных орбитали, а две p -орбитали остаются негибридными. Две гибридных орбитали взаимно перекрываются, и между атомами С образуется σ-связь. Остальные две гибридных орбитали перекрываются с s -орбиталями атомов H, и между ними и атомами С тоже образуются σ -связи.

Четыре негибридных p -орбитали размещены взаимно перпендикулярно и перпендикулярно направлениям σ-связей. В этих плоскостях p -орбитали взаимно перекрываются, и образуются две π -связи, которые относительно непрочные и в химических реакциях легко разрываются.

Таким образом, в молекуле ацетилена имеются три σ -связи (одна связь C–C и две связи C–H) и две π -связи между двумя С атомами. Тройная связь в алкинах – не утроенная простая, а комбинированная, состоящая из трех связей: одной σ - и двух π -связей.

Молекула ацетилена имеет линейное строение. Появление третьей связи вызывает дальнейшее сближение атомов С: расстояние между их центрами составляет 0,120 нм.

Запомните!

1. Длина связи 0,12 нм

2. Угол 180

3. Линейная молекула

4. Связи – σ и 2π

5. Sp - гибридизация

3. Физические свойства

С 2 Н 2 – Ацетилен – бесцветный газ, легче воздуха, с резким запахом, малорастворим в воде,

4. Изомерия и номенклатура

Структурная изомерия

1. Изомерия положения тройной связи (начиная с С 4 Н 6 ):

2. Составить все возможные изомеры гексина.

3. Построить следующие структурные формулы алкенов:

а) 3метил пентин-1, б) 4,4диметил пентин-2, в) 2,5диэтилгексин-3

5.Химические свойства алкинов

1). Горение . Ацетилен горит светящимся пламенем и образует много копоти. Чем больше в горящем веществе углерода и чем меньше водорода, тем больше коптящего пламени получается. Часть углерода просто не успевает перевариться в углекислый газ и дает частицы сажи от которых пламя становиться светящимся.

2 С2 Н2 + 5 О2 = 4СО2 + 2 Н2 О

Реакции присоединения

2). Галогенирование

(как и алкены !)

СH ≡CH + Br 2 → CHBr =CHBr (1,2-дибромэтен)

CHBr =CHBr + Br 2 → CHBr 2 -CHBr 2 (1,1,2,2-тетрабромэтан)

3). Гидрогалогенирование

* CH 3 - C ≡ CH + HBr AlBr 3 → CH 3 - CBr = CH 2

2-бромпропен

* - используется пр. Морковникова

4). Полимеризация

В определенных условиях ацетилен способен полимеризоваться в бензол. При пропускании ацетилена над активированным углем при 450–500 °С происходит тримеризация ацетилена с образованием бензола (Н.Д.Зелинский, 1927 г.):

Получение ацетилена .

Ацетилен химически активен, поэтому в природе не встречается. Его получают:

1. Из метана, тo есть основного компонента природного газа: 2СН4 → С2Н2+ 3H2

2.Ацетилен в лаборатории получают карбидным способом. В карбид кальция наливают дистиллированную воду и опускают газоотводную трубку в перманганат калия. Раствор обесцвечивается. CaC 2 + 2H 2 O → Ca(OH) 2 + C 2 H 2

Применение ацетилене.

Для сварки и резки металлов.

Из ацетилена поучают полихлорвинил из которого изготавливают новогодние искусственные елочки, искусственные кожи, клеенки, линолиум.

Ацетилен дешевое химическое сырье, из которого получают пластмассы, каучуки, резину, химические волокна.

Переработав ацетилен можно получить этиловый спирт, уксусную кислоту, растворители, ароматические углеводороды.

Обобщение и закрепление знаний: Закончите следующие фразы:

1 Алкины - это…

2. Общая формула алкинов…

3 Простейший алкин…

4. Связь в молекуле ацетилена между углеродными атомами…

5. Физические свойства ацетилена…

6. Характерные химические реакции алкинов…

7. Ацетилен применяется для…

Осуществить превращения:

Метан → Ацетилен → Этилен → Этан → Хлорэтан

Задание на дом: § 16, Составить кроссворд по теме « Алкины», ацетилен.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Ацетилен (этин) - первый представитель гомологического ряда алкинов.

Формула C 2 H 2 . Структурная формула HC ≡ CH. Молярная масса равна 26 г/моль.

В свободном виде представляет собой газ без цвета и запаха, обладающий слабым наркотическим действием. Температура кипения равна (-84 o С).

Ацетилен мало растворим в воде и очень хорошо растворим в ацетоне. В виде ацетонового раствора его хранят в стальных баллонах, заполненных каким-нибудь инертным пористым материалом. Смеси ацетилена с воздухом взрывоопасны.

Электронное строение молекулы ацетилена

Структурная формула ацетилена имеет вид HC ≡ CH. Два атома углерода, связанные тройной связью, находятся в состоянии sp-гибридизации. Каждый такой атом имеет две sp-гибридные орбитали, расположенные под углом 180 o . За счет осевого перекрывания одной из этих орбиталей атом углерода образует σ-связь с другим атомом углерода, а за счет второй sp-гибридной орбитали — σ-связь с атомом водорода. σ-Скелет молекулы имеет линейное строение (рис. 1).

Рис. 1. Строение молекулы ацетилена.

Оставшиеся негибридизованными две p-орбиталикаждого атома углерода расположены под углом 90 o одна к другой. При боковом перекрывании этих орбиталей с соответствующими p-орбиталями другого sp-гибридизованного атома углерода образуются две π-связи, расположенные в двух взаимно перпендикулярных плоскостях.

Таким образом, тройная связь образуется из трех пар обобществленных электронов, т.е. это шестиэлектронная связь. Она представляет собой сочетание одной σ- и двух π-связей. π-Электронное облако тройной связи имеет вид цилиндра, охватывающего оба атома углерода.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

ПРИМЕР 2

Задание

При пропускании смеси пропана и ацетилена через склянку с бромной водой масса склянки увеличилась на 1,3 г. При полном сгорании такого же количества исходной смеси углеводородов выделилось 14 л (н.у.) оксида углерода (IV). Определите массовую долю пропана в исходной смеси.

Решение

При пропускании смеси пропана и ацетилена через склянку с бромной водой происходит поглощение ацетилена. Запишем уравнение химической реакции, соответствующее этому процессу:

НC ≡ СH + 2Вr 2 → НСВr 2 -СНВr 2 .

Таким образом, значение, на которое увеличилась масса склянки (1,3 г) представляет собой массу ацетилена. Найдем количество вещества ацетилена (молярная масса - 26 г/моль):

n (C 2 H 2) = m (C 2 H 2) / M (C 2 H 2);

n (C 2 H 2) = 1,3/26 = 0,05 моль.

Запишем уравнение реакции сгорания`ацетилена:

2С 2 Н 2 + 5О 2 = 4СО 2 + 2Н 2 О.

Согласно уравнению реакции, в неё вступило 2 моль ацетилена, однако, известно, что 0,05 моль из этого количества поглотилось бромной водой. Т.е. выделилось:

2-0,05 = 0,1 моль СО 2 .

Найдем общее количество оксида углерода (IV):

n sum (CO 2) = V (CO 2) / V m ;

n sum (CO 2) = 14/22,4 = 0,625 моль.

Запишем уравнение реакции сгорания пропана:

C 3 Н 8 + 5О 2 = 3СO 2 + 4Н 2 О.

Учитывая, что в реакции сгорания ацетилена выделилось 0,1 моль оксида углерода (IV), количество вещества оксида углерода (IV), выделившееся в ходе сгорания пропана равно:

0,625 — 0,1 = 0,525 моль СО 2 .

Найдем количество вещества пропана, вступившего в реакцию горения. Согласно уравнению реакции n(CO 2) : n(С 3 Н 8) = 3: 1, т.е.

n(С 3 Н 8) = n(CO 2) / 3 = 0,525/3 = 0,175 моль.

Вычислим массу пропана (молярная масса 44 г/моль):

m(С 3 Н 8) = n(С 3 Н 8) ×M(С 3 Н 8);

m(С 3 Н 8) = 0,175 × 44 = 7,7 г.

Тогда, общая масса смеси углеводородов составит:

m mixture = m(C 2 H 2) + m(С 3 Н 8) = 1,3+7,7 = 9,0 г.

Найдем массовую долю пропана в смеси:

ω = m / m mixture × 100%;

ω(С 3 Н 8) = m(С 3 Н 8) / m mixture × 100%;

ω(С 3 Н 8) =7,7/9,0× 100% = 0,856 × 100%= 85,6%.

Ответ

Массовая доля пропана 85,6%.

Широкое распространение имеют два способа получения ацетилена:

Разложением карбида кальция водой в специальных ацетиленовых генераторах. (см. статью )
Из углеводородных продуктов, содержащихся в природных газах, нефти, газах от переработки угля и торфосланцев.

На данный момент способ получения ацетилена из карбида кальция используется редко, поскольку он довольно громоздкий, дорогой и требующий затрат большого количества электроэнергии.

Поэтому на смену ему пришел способ производства ацетилена из природного газа (метана) термоокислительным пиролизом метана с (так называемый пиролизный ).

Метан сжигают в смеси с кислородом в реакторах при температуре 1300-1500°C . В результате чего получается смесь, которая содержит:

ацетилен - до 8%;
- 54%;
окись углерода - 25%;
примеси – до 13%.

При помощи растворителя (диметилформамида) из нее извлекается ацетилен концентрации 99,0-99,2%. Оставшаяся часть пиролизных газов используется для производства аммиака и других продуктов.

Также ацетилен получают путем разложения жидких горючих (нефть, керосин) действием электродугового разряда, который называется электропиролизом.

Пиролизный и электропиролизный ацетилена по своим свойствам является идентичным ацетилену, получаемому из карбида кальция, но дешевле на 30-40%.

Применение ацетилена

Ацетилен применяется при всех процессах газопламенной обработки металлов (газовой сварки и газовой резки), благодаря высокой температуры пламени, достигнуть которой при использовании других горючих не удается.

Для пайки, резки, наплавки, газопламенной закалки, металлизации, газопрессовой сварки, цветных металлов и сплавов с успехом применяются газы-заменители ацетилена: пропано-бутановые смеси, городской газ, природные газы, водород, пары бензина и керосина и др. По химическому составу все они, за исключением водорода, представляют собой или соединения, или смеси различных углеводородов.

Правильный выбор и использование газов-заменителей позволяет добиться высокого качества сварки и резки, а при резке металлов малых толщин дает более высокую чистоту резки.

Сероводород при сгорании образовывает серную кислоту, которая при переходе в металл сварного шва вызывает красноломкость. Установлено, что наличие сероводорода до 0,007% не оказывает вредного влияния на прочность сварного шва.

Определить наличие сероводорода в ацетилене довольно легко, необходимо поднести фильтровальную бумагу, смоченную в растворе хлористой ртути под струю ацетилена. При наличии сероводорода - бумага побелеет. Процесс очистки от сероводорода тоже довольно простой – необходимо ацетилен пропустить через воду, в результате чего сероводород растворится в воде.

Фосфористый водород при сгорании образовывает фосфорную кислоту, которая при переходе в металл сварного шва вызывает хладноломкость. Установлено, что наличие фосфористого водорода до 0,027% не оказывает вредного влияния на прочность сварного шва.

Для определения наличия фосфористого водорода необходимо кусок фильтровальной бумаги, смоченной в десятипроцентном растворе азотнокислого серебра поднести под струю ацетилена. При содержании 0,01% фосфористого водорода бумага принимает отчетливую светло- желтую окраску, при содержании более 0,02% - бумага темнеет.

Химическим путем ацетилен очищают от фосфористого водорода путем пропускания через особую очистительную массу – гератоль. Гератоль представляет собой массу желтого цвета, которая в результате взаимодействия с фосфористым водородом приобретает зеленый цвет.

Помимо газопламенной обработки ацетилен широко используют в химической промышленности в качестве основного исходного вещества для получения ряда важнейших продуктов органического синтеза: синтетического каучука, пластмасс, растворителей, уксусной кислоты и т. п.

Продуктом присоединения воды к ацетилену является уксусный альдегид. Впервые этот синтез был осуществлен М. Г. Кучеровым в 1881 г. Реакция протекает по уравнению

HC = CH + H 2 O → CH 3 - CHО

Реакция проводится пропусканием ацетилена через сернокислый раствор соли окиси ртути при температуре 70-80°C.

Применение этой реакции явилось началом промышленного синтеза органических веществ с использованием ацетилена в качестве исходного продукта.

При пропускании смеси ацетилена и паров воды в соотношении примерно 1:10 при температуре 430-450°C над цинк-ванадиевым катализатором происходит образование ацетона по уравнению:

2C 2 H 2 + 3H 2 O → CH 3 -CО-CH 3 + CО 2 + H 2 О

Указанный процесс нашел применение в промышленных масштабах.

При взаимодействии ацетилена с хлористым водородом при 200°C над катализатором, представляющим собой двухлористую ртуть, нанесенную на активированный уголь, образуется хлористый винил по уравнению:

C 2 H 2 + HCl → CH 2 = CHCl

C уксусной кислотой также в присутствии ртутных солей ацетилен образует винилацетат :

C 2 H 3 + CH 3 COOH → CH 2 = CH-ОCО-CH 3

Хлористый винил и винилацетат широко применяются при производстве пластмасс.

При пропускании ацетилена через насыщенный раствор однохлористой меди и хлористого аммония при температуре 50°C образуется винилацетилен .

Реакция протекает по уравнению:

CH ≡ CH + CH ≡ CH → CH ≡ C-CH ≡ CH 2

В результате присоединения хлороводорода к винилацетилену образуется хлоропрен , который способен к быстрой и самопроизвольной полимеризации с образованием каучука высоких технических качеств.

Химия винилацетилена нашла широкое теоретическое обобщение, что позволило значительно расширить область применения этого продукта.

При взаимодействии ацетилена со спиртами в щелочном растворе образуются простые виниловые эфиры.

Так, например, реакция между ацетиленом и этиловым спиртом протекает по уравнению :

C 2 H 2 + C 2 H 5 ОH → H 2 C = CH-O-C 2 H 5

Эта реакция была открыта А. Е. Фаворским в 1887 г.

Чтобы понять, где применяется ацетилен, необходимо изучить и понять, что же это такое. Данное вещество представляет собой горючий бесцветный газ. Его химическая формула – С2Н2. Газ обладает атомной массой, равной 26,04. Он немного легче воздуха и обладает резким запахом. Получение и применение ацетилена осуществляется лишь в промышленных условиях. Получают данное вещество из карбида кальция путем разложения компонента в воде.

Чем опасен ацетилен

Применение ацетилена ограничено его необычайными свойствами. Этот газ самовоспламеняется. Происходит это при температуре 335°С, а его смесь с кислородом – при температуре от 297 до 306°С, с воздухом – при температуре от 305 до 470°С.

Стоит отметить, что ацетилен технический взрывоопасен. Это было происходит при:

Повышении температуры до 450-500°С, а также при давлении в 150-200 кПа, что равно 1,5-2 атмосферам.
Смесь ацетилена и кислорода при атмосферном давлении также опасна, если ацетилена в ней содержится 2,3-93%. Взрыв может произойти от сильного нагрева, открытого пламени и даже от искры.
При подобных же условиях происходит взрыв смеси воздуха с ацетиленом, если в ней содержится 2,2-80,7 % ацетилена.
Если газ долго соприкасается с медным или серебряным предметом, то может образоваться ацетиленистое взрывчатое серебро или же медь. Это вещество очень опасно. Взрыв может произойти от сильного удара или же в результате повышения температуры. Работать с газом следует осторожно.

Особенности вещества

Области применения ацетилена

Ацетилен – это горючий газ, который используется при газовой сварке. Нередко его используют для кислородной резки. Стоит отметить, что температура горения смеси кислорода и ацетилена может достигать 3300°С. Благодаря этому свойству вещество чаще других используется при сварке. Ацетиленом обычно заменяют природный газ и пропан-бутан. Вещество обеспечивает производительность и высокое качество сварки.

Снабжение постов газом для резки и сварки может осуществляться от ацетиленового генератора или же от баллонов с ацетиленом. Для хранения данного вещества обычно используют емкости белого цвета. Как правило, на них присутствует надпись «Ацетилен», нанесенная красной краской. Стоит учесть, что существует ГОСТ 5457-75. Согласно данному документу для обработки металлов применяется технический растворенный ацетилен марки Б или же вещество в газообразном виде.

Сварка ацетиленом: проверка

Процесс сварки

Для сварки черных металлов требуется нейтральное пламя. Оно обладает четко очерченной короной и условно его можно разделить на три яркие части: ядро – ярко-голубой окрас с зеленоватым отливом, восстановленное пламя – бледно-голубого оттенка, факел пламени. Последние две зоны являются рабочими.

Правила безопасности

Что делать, если возник пожар

Неправильное применение ацетилена может привести к печальным последствиям. Этот газ взрывается и приносит сильное разрушение. Что же делать, если возник пожар?

При возникновении пожара следует незамедлительно убрать из опасной зоны все емкости, наполненные ацетиленом. Те баллоны, которые остались, следует постоянно охлаждать обычной водой или же специальным составом. Емкости должны полностью остыть.
Если воспламенился газ, который выходит из баллона, то следует незамедлительно закрыть емкость. Для этого следует использовать неискрящийся ключ. После этого емкость необходимо остудить.
При сильном возгорании тушение огня следует осуществлять только с безопасного расстояния. В такой ситуации стоит использовать огнетушители, наполненные составом, содержащим флегматизирующую концентрацию азота 70 % по объему, также диоксид углерода 75 % по объему, песок, струи воды, сжатый азот, полотно асбестовое и так далее.

fb.ru

Ацетилен

Ацетилен (C2h3) – химическое газообразное соединение углерода с водородом, без цвета, со слабым эфирным запахом и сладковатым вкусом.

Ацетилен в газосварочном производстве получил наибольшее распространение благодаря важным для сварки качествам (высокая температура пламени, большая теплота сгорания). Так, при разложении 1 кг ацетилена выделяется 8473,6 кДж теплоты. Это единственный газ, горение которого возможно при отсутствии кислорода (или окислителя вообще).

Выделение тепла при сгорании ацетилена обусловлено следующими процессами:

распад ацетилена: C2h3 = 2C + h3
сгорание углерода: 2С + O2 = 2CO, 2CO + O2 = 2CO2
сгорание водорода: h3 + 1/2O2 = h3O

Ацетилен легче воздуха, масса 1 м3 ацетилена при температуре 20 °С (273 К) и нормальном атмосферном давлении составляет 1,09 кг. При нормальном давлении и температуре от –82,4 °С (190,6 К) до –84,0 °С (189 К) ацетилен переходит в жидкое состояние, а при температуре –85 °С (188 К) затвердевает, образуя кристаллы.

Технический ацетилен выпускается двух видов: растворенный и газообразный.

Технический растворенный ацетилен марки А предназначается для питания осветительных установок, технический растворенный ацетилен марки Б и технический газообразный ацетилен предназначаются в качестве горючего газа при газопламенной обработке металлов.

Технический ацетилен получают из карбида кальция путем разложения последнего водой. При этом из карбида кальция в ацетилен переходят вредные примеси, загрязняющие ацетилен: сероводород, аммиак, фосфорный водород, кремнистый водород. Эти примеси могут ухудшать свойства наплавленного металла и поэтому удаляются из ацетилена промывкой в воде и химической очисткой. Особенно нежелательна примесь фосфористого водорода, содержание более 0,7 % в ацетилене повышает взрывоопасность последнего.

Свойства ацетилена

Основные свойства ацетилена приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Основные свойства ацетилена Показатель Данные показателя

Формула	С2h3
Молекулярная масса	26,038
Плотность (при 0 °С и давлении 760 мм рт. ст.), кг/м3	1,17
Плотность (при 20 °С и давлении 760 мм рт. ст.), кг/м3	1,09
Критическая температура, °С	35,9
Критическое давление, кгс/см2	61,6
Температура пламени, °С	3150-3200
Температура кипения (при 760 мм рт. ст.), °С	-81,8
Температура плавления (затвердевания) (при 760 мм рт. ст.), °С	-85
Высшая удельная теплота сгорания, кДж/м3	58660
Низшая удельная теплота сгорания, кДж/м3	55890
Температура самовоспламенения, °С	335
Давление самовоспламенения, МПа	0,14–0,16

По физико-химическим показателям технический ацетилен должен соответствовать нормам, указанным в таблице 2.

Таблица 2 - Физико-химические показатели технического ацетилена Показатель Для ацетилена растворенного газообразного марки А марки Б высшей категории качества высшей категории качества первой категории качества

Объемная доля ацетилена, % не менее	99,5	99,1	98,8	98,5
Объемная доля воздуха и других малорастворимых в воде газов, % не более	0,5	0,8	1,0	1,4
Объемная доля фосфористого водорода, % не более	0,005	0,02	0,05	0,08
Объемная доля сероводорода, % не более	0,002	0,005	0,05	0,05
Массовая концентрация водяных паров при температуре 20 °С и давлении 101,3 кПа (760 мм рт. ст.), г/м3, не болееЧто соответствует температуре насыщения, °С, не выше	0,4	0,5	0,6	Не нормируется

Растворимость ацетилена

Газообразный ацетилен может растворятся во многих жидкостях. Данные о растворимости ацетилена в некоторых жидкостях при атмосферном давлении и температуре 15 °С приведены в таблице 3.

Растворимость ацетилена в жидкостях с понижением температуры увеличивается. Данные о растворимости ацетилена в ацетоне при различных температурах приведены в таблице 4.

Растворенным ацетиленом называется ацетилен, находящийся в баллоне, заполненном пористой массой, пропитанной растворителем – ацетоном. Искусственное охлаждение баллонов ускоряет процесс их наполнения. В порах пористой массы ацетилен растворен в ацетоне. При открывании вентиля баллона ацетилен выделяется из ацетона в виде газа. Растворенный ацетилен предназначен для его хранения и транспортирования.

Взрывоопасность ацетилена

При использовании ацетилена необходимо учитывать его взрывоопасные свойства. Это единственный широко применяемый в промышленности газ, горение и взрыв которого возможны даже при отсутствии кислорода или других окислителей.

Температура самовоспламенения ацетилена зависит от давления (таблица 5).

Повышение давления существенно уменьшает температуру самовоспламенения ацетилена. Частицы других веществ, присутствующие в ацетилене, увеличивают поверхность его контакта и тем самым снижают температуру самовоспламенения при атмосферном давлении до следующих значений, °С (К):

железная стружка – 520 (793);
латунная стружка – 500–520 (773–793);
карбид кальция – 500 (773);
оксид алюминия – 490 (763);
медная стружка – 460 (733);
активированный уголь – 400 (673);
гидрат оксида железа (ржавчина) – 280–300 (553–573);
оксид железа – 280 (553);
оксид меди – 250 (523).

Если ацетилен медленно нагревать до температуры 700–800 °С (973–1073 К) при атмосферном давлении, то происходит его полимеризация, при которой молекулы уплотняются и образуют более сложные соединения: бензол C6H6, стирол C8H8, нафталин C10H8, толуол C7H8 и др. Полимеризация всегда сопровождается выделением теплоты и при быстром нагреве ацетилена может перейти в его самовоспламенение или взрывчатый распад.

Если при сжатии ацетилена в компрессоре до давления 29 кгс/м3 (2,9 МПа) температура при завершении этого процесса не превышает 275 °С (548 К), то воспламенения не происходит, что позволяет наполнять баллоны ацетоном с целью его длительного хранения и транспортирования. С повышением давления температура, при которой начинается процесс полимеризации, понижается (рис.1).

При практическом использовании ацетилена допустим его нагрев до следующих значений температуры, °С (К):

300 (573) – при давлении 1 кгс/см2 (0,1 МПа);
150–180 (423–453) – при 2,5 кгс/см2 (0,25 МПа);
100 (373) – при более высоких давлениях.

Одним из важных показателей взрывоопасности горючих газов и паров является энергия зажигания. Чем меньше эта величина, тем взрывоопаснее данной вещество. Значения энергии зажигания ацетилена (при нормальных условиях): с воздухом – 19 кДж; в кислородом – 0,3 кДж.

Водяной пар служит флегматизатором для ацетилена, т.е. его присутствие существенно снижает способность ацетилена к самовоспламенению при наличии случайных источников теплоты и взрывчатому распаду. Согласно действующим нормам для ацетиленовых генераторов, в которых ацетилен всегда насыщен парами воды, предельное избыточное давление составляет 150 кПа, а абсолютное – 250 кПа.

При атмосферном давлении смесь ацетилена с воздухом взрывоопасна, если в ней содержатся 2,2 % ацетилена и более, смесь с кислородом – 2,8 % ацетилена и более (верхних пределов концентрации ацетилена для его смесей с воздухом и кислородом не существует, так как при достаточной энергии зажигания способен взрываться и чистый ацетилен).

Получение ацетилена

В промышленности ацетилен получают при разложении жидких горючих, таких как нефть, керосин, воздействием электродугового разряда. Применяется также способ производства ацетилена из природного газа (метана). Смесь метана с кислородом сжигают в специальных реакторах при температуре 1300–1500 °С. Из полученной смеси с помощью растворителя извлекается концентрированный ацетилен. Получение ацетилена промышленным способом на 30–40 % дешевле, чем из карбида калия. Промышленный ацетилен закачивается в баллоны, где находится в порах специальный массы растворенным в ацетоне. В таком виде потребители получают баллонный промышленный ацетилен. Свойства ацетилена не зависят от способа его получения. Остаточное давление в ацетиленовом баллоне при температуре 20 °С должно быть 0,05–0,1 МПа (0,5–1,0 кгс/см2). Рабочее давление в наполненном баллоне не должно превышать 1,9 МПа (19 кгс/см2) при 20 °С.

Для сохранности наполнительной массы нельзя отбирать ацетилен из баллона со скоростью 1700 дм3/ч.

Рассмотрим подробнее способ получения ацетилена в генераторе из карбида кальция. Карбид кальция получают путем сплавления кокса и негашеной извести в электрических дуговых печах при температуре 1900–2300 °С, при которой протекает реакция:

Ca + 3C = CaC2 + CO

Расплавленный карбид кальция сливают из печи в формы-изложницы, где он остывает. Далее его дробят и сортируют на куски размером от 2 до 80 мм. Готовый карбид кальция упаковывают в герметически закрываемые кальция не должно быть более 3 % частиц размером менее 2 мм (пыль). По ГОСТу 1460-81 устанавливаются размеры (грануляция) кусков карбида кальция: 2×8; 8×15; 15×25; 25×80 мм.

При взаимодействии с водой карбид кальция выделяет газообразный ацетилен и образует в остатке гашеную известь, являющуюся отходом.

Реакция разложения карбида кальция водой происходит по схеме:

Из 1 кг химически чистого карбида кальция теоретически можно получить 372 дм3 (литра) ацетилена. Практически из-за наличия примесей в карбиде кальция выход ацетилена составляет до 280 дм3 (литров). В среднем для получения 1000 дм3 (литров) ацетилена расходуется 4,3–4,5 кг карбида кальция.

Карбидная пыль при смачивании водой разлагается почти мгновенно. Карбидную пыль нельзя применять в обычных ацетиленовых генераторах, рассчитанных для работы на кусковом карбиде кальция. Для разложения карбидной пыли применяются генераторы специальной конструкции. Для охлаждения ацетилена при разложении карбида кальция. Применяют также от 5 до 20 дм3 (литров) воды на 1 кг карбида кальция. Применяют также «сухой» способ разложения карбида кальция. На 1 кг мелко раздробленного карбида кальция в генератор подают 0,2–1 дм3 (литра) воды. В этом процессе гашения известь получается не в виде жидкого известкового ила, а в виде сухой «пушонки», удаление, транспортировка и утилизация которой значительно упрощается.

Транспортирование и хранение

Технический газообразный ацетилен транспортируют по трубопроводам из стальных бесшовных труб по ГОСТ 8731 и ГОСТ 8734. Давление ацетилена в трубопроводе должно быть не более 0,15 МПа (1,5 кгс/см2). Окраска трубопроводов – по ГОСТ 14202.

Давление газа в трубопроводе должно измеряться манометром класса точности 2,5 по ГОСТ 8625, на циферблате которого должна стоять надпись «Ацетилен».

Техническим растворенным ацетиленом наполняют стальные баллоны для растворенного ацетилена с пористой массой (активным углем или литой пористой массой) и ацетиленом.

Баллоны должны быть оснащены вентилями специальных типов, предназначенными для ацетиленовых баллонов.

Давление газа в баллоне должно измеряться манометром класса точности не ниже 4 по ГОСТ 8625. Температуру газа в баллоне принимают равной температуре окружающей среды, в которой наполненный баллон должен быть выдержан не менее 8 ч.

При номинальном давлении 1,9 МПа (19,0 кгс/см2) при 20 °С давление газа в баллоне в интервале температур от минус 5 до плюс 40 °С должно соответствовать указанному в таблице 6.

Остаточное давление газа в баллоне измеряют манометром класса точности 2,5 диаметром шкалы не менее 100 мм по ГОСТ 8625.

Баллоны от потребителя должны поступать с остаточным давлением, соответствующим указанному в таблице 7.

Растворенный ацетилен в баллонах перевозят всеми видами транспорта в соответствии с правилами перевозки опасных грузов, действующими на данном виде транспорта, и правилами устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением.

По железной дороге баллоны, наполненные растворенным ацетиленом, транспортируют повагонными и мелкими отправками в крытых вагонах. При транспортировании мелкими отправками колпаки баллонов должны быть опломбированы.

Для механизации погрузочно-разгрузочных работ и укрупнения перевозок автомобильным транспортом баллоны среднего объема помещают в металлические специальные контейнеры.

При транспортировании баллонов малого объема всеми видами транспорта они должны быть дополнительно упакованы в дощатые решетчатые ящики типа VII по ГОСТ 2991. Баллоны должны укладываться в ящики горизонтально, вентилями в одну сторону с обязательными прокладками между баллонами, предохраняющими их от ударов друг о друга.

Баллоны, наполненные ацетиленом, хранят в специальных складских помещениях или на открытых площадках под навесом, защищающим их от атмосферных осадков и прямых солнечных лучей, по группе ОЖ 2 ГОСТ 15150.

Требования безопасности

Ацетилен – взрывоопасный газ. Взрывы ацетилена обладают большой разрушительной силой.

С воздухом образует взрывоопасную смесь с нижним концентрационным пределом воспламенения при атмосферном давлении, приведенным к температуре 25 °С, – 2,5 % (по объему) по ГОСТ 12.1.004-85.

Температура самовоспламенения 335 °С.

Давление самовоспламенения 0,14–0,16 МПа.

При определенных условиях ацетилен реагирует с медью, образуя взрывоопасные соединения, поэтому категорически запрещается при изготовлении ацетиленового обо-рудования применение сплавов, содержащих более 70 % меди.

Давление, образующееся при взрыве ацетилена, зависит от начальных параметров и характера взрыва. Оно может увеличиться примерно в 10-12 раз по сравнению с начальным при взрыве в небольших сосудах и возрасти при детонации чистого ацетилена в 22 раза, а при детонации ацетилено-кислородной смеси в 50 раз.

Технический ацетилен (с примесями) имеет резкий неприятный запах; длительное вдыхание его вызывает тошноту, головокружение и даже отравление. Ацетилен обладает наркотическим действием. Отравление вызывает, главным образом, фосфористый водород, находящийся в карбидном ацетилене.

Газообразный ацетилен легче воздуха и накапливается в высших точках слабо проветриваемых помещений, где возможно образование ацетилено-воздушной смеси.

Производство ацетилена по пожарной опасности относится к категории А, по классам взрывоопасных зон – к классам В1; В1а; В1б; В1г.

Помещения ацетиленового производства должны иметь приточную и вытяжную вентиляцию.

В качестве средств пожаротушения следует использовать сжатый азот, углекислотные огнетушители, асбестовое полотно, песок.

weldworld.ru

Ацетилен для сварки – Осварке.Нет

Ацетилен (С2Н2) - бесцветный газ с резким неприятным запахом, в 1,1 раза легче атмосферного воздуха, способный растворяться в жидкости. Ацетилен выделяет наибольшую температуру газового пламени при сгорании в кислороде - 3050-3150° С.

Ацетилен взрывоопасный: под давлением 0,15-0,20 МПа взрывается от электрической искры или огня, при быстром нагревании выше 200° С, а при температуре выше 530° С происходит взрывное разложение ацетилена. Смесь кислорода и ацетилена может взрываться при наличии в ней от 2,8 до 93% ацетилена. Самозажигание смеси выходящего из сопла горелки происходит при температуре 428° С. Сварщик работающий с ацетиленом должен строго соблюдать правила эксплуатации газового оборудования.

Получают ацетилен тремя способами:

путем разложения карбида кальция водой;
термоокислительным разложением нагретого природного газа в смеси с кислородом;
разложение жидких углеводородов электрической дугой.

В состав технического карбида, из которого получают ацетилен для сварки, входят вредные примеси. Они переходят в ацетилен в виде сероводорода, аммиака, фосфористого и кремнистых водорода и ухудшают качество сварки. Поэтому их надо удалять промывкой водой или химическим очищением.

Ацетиленовые баллоны красят в белый цвет с красной надписью «Ацетилен».

osvarke.net

Сварка ацетиленом

Сварка ацетиленом является наиболее старым способом получить надежное и красивое сварное соединение. Сам ацетилен является горючим газом, который получают при взаимодействии карбида кальция и обычной воды. В комплект газового оборудования для проведения газосварочных работ входит, как правило, специальный генератор, кислородный баллон, шланги и горелка. Генератор заправляется карбидом и в процессе работы за счет внутреннего давления поддерживает определенный уровень воды внутри резервуара, необходимый для получения горючего газа. Предохранительный клапан не позволяет возникнуть слишком высокому давлению, стравливая излишки в атмосферу.

На сегодняшний день более популярны баллоны, которые заправляются ацетиленом на заправочных станциях, что позволяет меньше мучаться с получением ацетилена и не стравливать остатки газа после окончания работ. Отпавшая необходимость обслуживать относительно капризный генератор значительно повышает производительность труда сварщика, а также снижает трудозатраты.

Технология сварки ацетиленом достаточно проста, однако требует внимательности и терпения. Для сварки ацетиленом используются специальные горелки, промаркированные номерами от 0 до 5. Самая малая 0, соответственно, наибольшая - 5. В зависимости от толщины свариваемых деталей используется своя горелка, причем чем больше номер, тем больше и расход газа и шире получаемый шов.

Для проведения сварочных работ необходимо подобрать необходимый размер горелки и отрегулировать ее. Внимательно осмотреть горелку, убедиться, что номер наконечника соответствует номеру подающей горючий газ форсунки, установленной ближе к рукоятке горелки под массивной гайкой, а все уплотнения надежны.

Далее горелка продувается горючим газом до появления ощутимого запаха ацетилена. После этого, поджигается горючий газ и понемногу добавляется кислород, до получения устойчивого пламени. Стоит отметить, что давление ацетилена на выходе из редуктора должно составлять примерно 2-4 атм и около 2 атм для кислорода. Повышение давления затрудняет правильную регулировку горючей смеси.

Для сварки обычных «черных» металлов необходимо приготовить нейтральное пламя. Такое пламя имеет четко очерченную корону и состоит из ярко выделенных трех частей. Первая - ядро пламени - имеет ярко-голубую, с небольшим зеленоватым отливом окраску, вторая - восстановительное пламя - окрашено в бледно-голубой цвет - именно эта область является рабочей. И третья - факел пламени - также является рабочей.

Для сварки ацетиленом поверхности тщательно очищают и подгоняют как можно ближе друг к другу.

При работе газовой горелкой используют правый и левый способы. При правом пламя направлено на получающийся шов, что обеспечивает его медленное остывание, а, соответственно, большую прочность и эластичность. Присадочный материал при этом перемещается следом за горелкой.

При левом способе пламя направлено от получающегося шва, а присадочный материал вносится в сварочную ванну после того, как горелка переместится на следующую позицию. Качество швов, полученных сваркой ацетиленом достаточно велико. Таким образом получают наиболее надежные соединения, однако следует учитывать, что зона нагрева достаточно велика, поэтому свариваемые материалы должны быть пожаробезопасны и не бояться коробления при остывании.

Видео: сварка ацетиленом - техника безопасности.