Etileno

Etileno (nome IUPAC: eteno) é um hidrocarboneto que possui a fórmula C₂H₄ ou H₂C=CH₂. É um gás incolor e inflamável com um leve sabor "doce e almiscarado" odor quando puro. É o alceno mais simples (um hidrocarboneto com ligações duplas carbono-carbono).

O etileno é amplamente utilizado na indústria química e sua produção mundial (mais de 150 milhões de toneladas em 2016) supera a de qualquer outro composto orgânico. Grande parte dessa produção vai para o polietileno, um plástico amplamente utilizado contendo cadeias poliméricas de unidades de etileno em vários comprimentos de cadeia. O etileno também é um importante hormônio vegetal natural e é usado na agricultura para forçar o amadurecimento das frutas. O hidrato do etileno é o etanol.

Estrutura e propriedades

Descrição orbital de ligação entre etileno e um metal de transição.

Este hidrocarboneto tem quatro átomos de hidrogênio ligados a um par de átomos de carbono que estão conectados por uma ligação dupla. Todos os seis átomos que compõem o etileno são coplanares. O ângulo H-C-H é de 117,4°, próximo aos 120° para o carbono hibridizado sp² ideal. A molécula também é relativamente fraca: a rotação em torno da ligação C-C é um processo de energia muito baixa que requer a quebra da ligação π fornecendo calor a 50°C.

A ligação π na molécula de etileno é responsável por sua reatividade útil. A ligação dupla é uma região de alta densidade eletrônica, portanto, suscetível ao ataque por eletrófilos. Muitas reações do etileno são catalisadas por metais de transição, que se ligam transitoriamente ao etileno usando os orbitais π e π*.

Sendo uma molécula simples, o etileno é espectroscopicamente simples. Seu espectro UV-vis ainda é usado como teste de métodos teóricos.

Usos

As principais reações industriais do etileno incluem em ordem de escala: 1) polimerização, 2) oxidação, 3) halogenação e hidrohalogenação, 4) alquilação, 5) hidratação, 6) oligomerização e 7) hidroformilação. Nos Estados Unidos e na Europa, aproximadamente 90% do eteno é usado para produzir óxido de eteno, dicloreto de eteno, etilbenzeno e polietileno. A maioria das reações com etileno são de adição eletrofílica.

Principais usos industriais de etileno. No sentido horário da parte superior direita: suas conversões ao óxido de etileno, precursor do glicol de etileno; ao etileno, precursor do estireno; a vários tipos de polietileno; ao dicloreto de etileno, precursor do cloreto de vinil.

Polimerização

O polietileno consome mais da metade do suprimento mundial de etileno. O polietileno, também chamado de polieteno e polietileno, é o plástico mais usado no mundo. É usado principalmente para fazer filmes em embalagens, sacolas e sacos de lixo. As alfa-olefinas lineares, produzidas por oligomerização (formação de polímeros curtos) são utilizadas como precursores, detergentes, plastificantes, lubrificantes sintéticos, aditivos e também como co-monômeros na produção de polietilenos.

Oxidação

O etileno é oxidado para produzir óxido de etileno, uma matéria-prima chave na produção de surfactantes e detergentes por etoxilação. O óxido de etileno também é hidrolisado para produzir etileno glicol, amplamente utilizado como anticongelante automotivo, bem como glicóis de peso molecular mais alto, éteres de glicol e tereftalato de polietileno.

O etileno sofre oxidação pelo paládio para dar acetaldeído. Esta conversão continua sendo um importante processo industrial (10 milhões de kg/ano). O processo prossegue através da complexação inicial do etileno a um centro de Pd(II).

Halogenação e hidrohalogenação

Os principais intermediários da halogenação e hidrohalogenação do etileno incluem dicloreto de etileno, cloreto de etila e dibrometo de etileno. A adição de cloro implica "oxicloração", ou seja, o próprio cloro não é usado. Alguns produtos derivados deste grupo são cloreto de polivinila, tricloroetileno, percloroetileno, clorofórmio metílico, cloreto de polivinilideno e copolímeros e brometo de etila.

Alquilação

O principal intermediário químico da alquilação com etileno é o etilbenzeno, precursor do estireno. O estireno é usado principalmente em poliestireno para embalagens e isolamentos, bem como em borracha de estireno-butadieno para pneus e calçados. Em menor escala, etiltolueno, etilanilinas, 1,4-hexadieno e alquilas de alumínio. Os produtos desses intermediários incluem poliestireno, poliésteres insaturados e terpolímeros de etileno-propileno.

Reação Oxo

A hidroformilação (reação oxo) do etileno resulta em propionaldeído, um precursor do ácido propiônico e do álcool n-propílico.

Hidratação

O etileno há muito representa o principal precursor não fermentativo do etanol. O método original envolvia sua conversão em sulfato de dietila, seguida de hidrólise. O principal método praticado desde meados da década de 1990 é a hidratação direta do etileno catalisada por catalisadores ácidos sólidos:

C₂H. H. H.₄ + H₂O → CH₃CH₂Oh!

Dimerização para butenos

O etileno é dimerizado por hidrovinilação para dar n-butenos usando processos licenciados pela Lummus ou IFP. O processo Lummus produz uma mistura de n-butenos (principalmente 2-butenos), enquanto o processo IFP produz 1-buteno. O 1-buteno é usado como comonômero na produção de certos tipos de polietileno.

Frutos e floração

O etileno é um hormônio que afeta o amadurecimento e a floração de muitas plantas. É amplamente utilizado para controlar o frescor em horticultura e frutas. A depuração do etileno natural retarda o amadurecimento.

Usos de nicho

Um exemplo de uso de nicho é como agente anestésico (em uma proporção de 85% de etileno/15% de oxigênio). Outro uso é como gás de soldagem.

Produção

A produção global de etileno foi de 107 milhões de toneladas em 2005, 109 milhões de toneladas em 2006, 138 milhões de toneladas em 2010 e 141 milhões de toneladas em 2011. Em 2013, o etileno era produzido por pelo menos 117 empresas em 32 países. Para atender à crescente demanda por etileno, aumentos acentuados nas instalações de produção são adicionados globalmente, particularmente no Oriente Médio e na China. A partir de 2022, a produção libera emissões significativas de gases de efeito estufa.

Processo industrial

O etileno é produzido por vários métodos na indústria petroquímica. Um método primário é o craqueamento a vapor (SC), onde os hidrocarbonetos e o vapor são aquecidos a 750–950°C. Este processo converte hidrocarbonetos grandes em menores e introduz insaturação. Quando o etano é a matéria-prima, o etileno é o produto. O etileno é separado da mistura resultante por compressão e destilação repetidas. Na Europa e na Ásia, o eteno é obtido principalmente do craqueamento de nafta, gasóleo e condensados com a coprodução de propeno, olefinas C4 e aromáticos (gasolina de pirólise). Outras tecnologias empregadas para a produção de etileno incluem acoplamento oxidativo de metano, síntese de Fischer-Tropsch, metanol para olefinas (MTO) e desidrogenação catalítica.

Síntese laboratorial

Embora de grande valor industrial, o etileno raramente é sintetizado em laboratório e normalmente é comprado. Pode ser produzido via desidratação do etanol com ácido sulfúrico ou na fase gasosa com óxido de alumínio.

Biossíntese

O etileno é produzido a partir da metionina na natureza. O precursor imediato é o ácido 1-aminociclopropano-1-carboxílico.

Ligante

Chlorobis (etileno)rhodium dimer é um complexo bem estudado de etileno.

O etileno é um ligante fundamental em complexos de alcenos de metais de transição. Um dos primeiros compostos organometálicos, o sal de Zeise é um complexo de etileno. Reagentes úteis contendo etileno incluem Pt(PPh₃)₂(C₂H₄) e Rh ₂Cl₂(C₂H₄)₄. A hidroformilação de etileno catalisada por Rh é conduzida em escala industrial para fornecer propionaldeído.

História

Alguns geólogos e estudiosos acreditam que o famoso oráculo grego em Delfos (a Pítia) entrou em estado de transe como efeito do etileno subindo de falhas no solo.

O etileno parece ter sido descoberto por Johann Joachim Becher, que o obteve aquecendo etanol com ácido sulfúrico; ele mencionou o gás em sua Physica Subterranea (1669). Joseph Priestley também menciona o gás em seus Experimentos e observações relativas aos vários ramos da filosofia natural: com uma continuação das observações sobre o ar (1779), onde relata que Jan Ingenhousz viu o etileno sintetizado no da mesma forma por um Sr. Enée em Amsterdã em 1777 e que Ingenhousz subsequentemente produziu o próprio gás. As propriedades do etileno foram estudadas em 1795 por quatro químicos holandeses, Johann Rudolph Deimann, Adrien Paets van Troostwyck, Anthoni Lauwerenburgh e Nicolas Bondt, que descobriram que ele diferia do gás hidrogênio e continha tanto carbono quanto hidrogênio. Este grupo também descobriu que o etileno poderia ser combinado com cloro para produzir o óleo dos químicos holandeses, 1,2-dicloroetano; essa descoberta deu ao etileno o nome usado para ele na época, gás olefiante (gás de fabricação de petróleo). O termo gás olefiante é, por sua vez, a origem etimológica da palavra moderna "olefina", a classe de hidrocarbonetos em que o etileno é o primeiro membro.

Em meados do século 19, o sufixo -ene (uma raiz grega antiga adicionada ao final de nomes femininos que significa "filha de") era amplamente usado para se referir a uma molécula ou parte dela que continha um átomo de hidrogênio a menos do que a molécula sendo modificada. Assim, etileno (C
₂H
₄) era a "filha de etil" (C
₂H
₅). O nome etileno foi usado neste sentido já em 1852.

Em 1866, o químico alemão August Wilhelm von Hofmann propôs um sistema de nomenclatura de hidrocarbonetos no qual os sufixos -ane, -ene, -ine, -one e -une eram usados para denotar os hidrocarbonetos com 0, 2, 4, 6 e 8 hidrogênios a menos que seu alcano parental. Neste sistema, o etileno tornou-se eteno. O sistema de Hofmann acabou se tornando a base para a nomenclatura de Genebra aprovada pelo Congresso Internacional de Químicos em 1892, que permanece no centro da nomenclatura IUPAC. No entanto, naquela época, o nome etileno estava profundamente arraigado e continua sendo amplamente utilizado hoje, especialmente na indústria química.

Após a experimentação de Luckhardt, Crocker e Carter na Universidade de Chicago, o etileno foi usado como anestésico. Permaneceu em uso durante a década de 1940, mesmo quando o clorofórmio estava sendo eliminado. Seu odor pungente e sua natureza explosiva limitam seu uso hoje.

Nomenclatura

As regras de nomenclatura IUPAC de 1979 abriram uma exceção para manter o nome não sistemático etileno; no entanto, essa decisão foi revertida nas regras de 1993 e permanece inalterada nas recomendações mais recentes de 2013, então o nome IUPAC agora é ethene. No sistema IUPAC, o nome etileno é reservado para o grupo divalente -CH₂CH₂-. Portanto, nomes como óxido de etileno e dibrometo de etileno são permitidos, mas o uso do nome etileno para o alceno de dois carbonos não é. No entanto, o uso do nome etileno para H₂C=CH₂ (e propileno para H₂C= CHCH₃) ainda prevalece entre os químicos na América do Norte.

Segurança

Como todos os hidrocarbonetos, o etileno é um asfixiante combustível. Está listado como carcinógeno de classe 3 da IARC, uma vez que não há evidências atuais de que cause câncer em humanos.