Estructura química del etano y sus peligros

Es un hidrocarburo sencillo de fórmula C₂H₆ con una naturaleza de gas incoloro e inodoro que tiene un uso altamente valioso y diversificado en la síntesis de etileno. Además, es uno de los gases terrestres que también ha sido detectado en otros planetas y cuerpos estelares alrededor del Sistema Solar. Descubierto por el científico Michael Faraday en el año 1834. Es el segundo miembro de la serie de los alcanos y se obtiene por craqueo y por destilación.etano

Estos suelen provenir de la mezcla gaseosa llamada “gas natural”, un producto de alto valor para la humanidad, y componen los alcanos de tipo metano, etano, propano y butano, entre otros; clasificándose según la cantidad de átomos de carbono en su cadena.

Estructura química del etano

El etano es una molécula con fórmula C₂H₆, típicamente vista como una unión de dos grupos metilo (-CH₃) para formar el hidrocarburo de un enlace simple carbono-carbono. Es el compuesto orgánico más sencillo después del metano, representándose así: H₃C-CH₃

Existe un fenómeno intrínseco del etano, el cual se fundamenta en la rotación de la estructura molecular del mismo y la energía mínima requerida para producir una rotación de enlace de 360 grados, los científicos han denominado “barrera de etano”.

Razón por la cual, el etano puede presentarse en distintas configuraciones según su rotación, aún cuando su conformación más estable existe donde los hidrógenos están opuestos unos a otros.estructura etano

Propiedades del etano

Físicas

Es un gas incoloro a temperatura ambiente, más ligero que el aire e inflamable. En estado sólido su punto de fusión se encuentra entre los -183.3°C y -88°C y su calor latente de fusión en los 94.977 kJ/kg. En estado líquido su densidad es de 546.49 kg/m3, su equivalente Líquido/Gas  432 vol/vol.

Químicas

Su estructura es única ya que existe una sola manera de unir los átomos de carbono en estas moléculas pero presenta conformaciones. Su peso molecular es de 30.069 g/mol. No se ve afectado por ácidos o bases fuertes ni por oxidantes como el permanganato.

Misceláneas

De las infinitas conformaciones que se pueden obtener por giro del enlace carbono-carbono, destacan por su importancia las conformaciones alternada la eclipsada.

Síntesis del etano

El etano puede ser sintetizado fácilmente a partir de la electrólisis de Kolbe, una reacción orgánica en la que ocurren dos pasos: una descarboxilación electroquímica  de dos ácidos carboxílicos, y la combinación de los productos intermedios para formar un enlace covalente. Igualmente, la electrólisis del ácido acético da lugar a la formación de etano y dióxido de carbono; esta reacción es utilizada para sintetizar el primero.

Exactamente igual, puede ser separado de manera eficiente del gas natural y del metano por un proceso de licuefacción, haciendo uso de sistemas criogénicos para captar este gas y separarlo de mezclas con otros gases.

El proceso de la turboexpansión, se hace pasar la mezcla de gases por una turbina, generando una expansión de la misma, hasta que su temperatura cae por debajo de los -100°C. En este punto, se pueden diferenciar los componentes de la mezcla, por lo que se separará el etano líquido del metano gaseoso y las otras especies involucradas con el uso de una destilación.

Solubilidad del etanopeligros del etano

Las moléculas de etano son de configuración simétrica y poseen fuerzas débiles de atracción que las mantienen juntas, llamadas fuerzas de dispersión. Cuando el etano se intenta disolver en agua, las fuerzas de atracción formadas entre el gas y el líquido son muy débiles, por lo que muy difícilmente se unirá el etano con las moléculas de agua. Por esta razón, la solubilidad del etano es considerablemente baja, aumentando ligeramente cuando se eleva la presión del sistema.

Cristalización del etano

El etano puede ser solidificado, logrando que se formen cristales de etano inestables con estructura cristalina cúbica. Con una disminución de temperatura más allá de los -183,2°C, esta estructura pasa a ser monoclínica, aumentando la estabilidad de su molécula.

Combustión del etano

Este hidrocarburo, aun cuando no es ampliamente usado como combustible, puede ser utilizado en procesos de combustión para generar dióxido de carbono, agua y calor, lo cual se representa así:  C₂H₆ + 7O₂ → 4CO₂ + 6H₂O + 3120 kJ

También existe la posibilidad de quemar esta molécula sin un exceso de oxígeno, lo cual se conoce como “combustión incompleta”, y que da como resultado la formación de carbón amorfo y monóxido de carbono en una reacción no deseada, según la cantidad de oxígeno aplicada

La combustión ocurre debido a una serie de reacciones de radicales libres, las cuales se numeran en los cientos de reacciones distintas. Por ejemplo, en las reacciones de combustión incompleta pueden formarse compuestos como el formaldehido, acetaldehído, metano, metanol y etanol.

Usos del etano

  1. La utilización del etano se basa principalmente en la producción de etileno, el producto orgánico de mayor uso en la producción mundial, mediante un proceso conocido como craqueo en fase de vapor.
  2. El etano se emplea en la fabricación de compuestos intermedios de la síntesis orgánica; por ejemplo el etano produce el cloruro de etileno por cloración. Como mezcla con la gasolina con el objetivo de un aumento del octanage de la gasolina.usos del etano
  3. El etano es un excelente combustible automotriz y en forma de anhidro tiene un poder calorífero inferior 21,2 y superior de 23,4 mega joules por litro contra 30,1 y 34,9 mega joules por litro de gasolina común.
  4. Es usado como refrigerante en sistemas criogénicos comunes, también mostrando capacidades de congelar muestras pequeñas en el laboratorio para su análisis.

Peligros del etano

  • Limita el oxígeno en el aire en que se encuentre, y por esta razón presenta un factor de riesgo de asfixia para las personas y animales que se encuentren presentes y expuestos.
  • En forma líquida congelada puede quemar gravemente la piel si se hace contacto directo con ella, y también actuar como medio criogénico para cualquier objeto que toque, congelándolo en instantes.
  • El etano tiene la capacidad de inflamarse, principalmente cuando se une con el aire. A porcentajes de 3,0 a 12,5% de volumen de etano en el aire, puede formarse una mezcla explosiva.
  • Los vapores del etano líquido son más pesados que el aire y se concentran sobre el suelo, esto puede presentar un riesgo de ignición que puede generar una reacción de combustión en cadena.
  • La ingestión de etano puede provocar náuseas, vómitos y hemorragias internas. La inhalación, además de asfixia, causa dolores de cabeza, confusión y cambio de humor. La muerte por paro cardíaco es posible a altas exposiciones.
  • Representa un gas de efecto invernadero que, junto con el metano y el dióxido de carbono, contribuye al calentamiento global y al cambio climático generado por la contaminación humana. Por suerte, es menos abundante y duradero que el metano, y absorbe menos radiación que este.