米拉Senthilingam

本周,事情变得火热起来,而且不像布莱恩·克莱格预料的那样……

布莱恩·克莱格

当我年轻时读到它们时,在对早期机动车辆上使用的乙炔灯或碳化物灯的描述中,似乎有某种神奇的东西。往灯里加水就能产生火焰,这个想法似乎非常违反直觉。

在这些旧灯中产生乙炔的反应是在水和电石粉之间进行的。当水从一个精致的黄铜容器中滴下来时,结构不同寻常的电石(碳原子之间有三键)会发生反应,生成氢氧化钙和乙炔。更确切地说,乙炔在碳上保留了不寻常的三键2H2结构,并高度易燃。

手拿一盏老式矿用电石灯

来源:©Shutterstock

埃德蒙·戴维(他是汉弗莱·戴维的堂兄)在1836年英国科学促进会第六次会议上报告了乙炔的发现。他指出,“试图通过在一个大铁瓶中强烈加热煅烧的鞑靼石和木炭的混合物来获得钾,得到了一种黑色的物质,这种物质很容易分解水,并产生一种气体,经过检查,证明是一种新的碳和氢的化合物。”戴维将这种新气体描述为“氢的重碳酸盐”,但他并没有把它的成分搞清楚,只是假设它的形式是C2H.他还注意到乙炔与氯的剧烈自燃,并评论说:“立即发生爆炸,伴随着巨大的红色火焰。”1860年,法国化学家重新发现了这种气体,并对其进行了更精确的分析Marcellin Berthelot他想到了乙炔这个名字。

贝特洛通过对有机化合物加热和电化学方法生产乙炔,但在工业上,这种气体主要来自炼油厂中分解大型碳氢化合物的裂解过程,以及甲烷的部分燃烧。美国国家职业安全与健康研究所(National Institute for Occupational Safety and Health)将这种纯气体描述为一种“微弱的、飘渺的气味”,尽管从通常含有杂质的电石中获得时,它往往有一种强烈的、令人不快的磷化氢衍生物的大蒜味,或者硫化氢的臭鸡蛋味。

虽然乙炔灯仍然存在,但它们在很大程度上已被更安全的电池所取代,以产生一种便携式光源。然而,乙炔明亮、炽热的火焰并没有失去它的吸引力,仍然经常以氧乙炔炬的形式用于切割和焊接。使用乙炔而不是像丙烷这样更传统的燃料气体的原因是它的燃烧温度高。丙烷在空气中的火焰可以产生约2000摄氏度的温度,而用于切割和焊接设备的乙炔和氧气的混合物的燃烧温度约为3500摄氏度。

乙炔有一种无法摆脱的维多利亚时代的感觉

在火炬中使用的乙炔气瓶是不寻常的,它首先被多孔材料填充,然后大约半填充丙酮,乙炔将部分溶解在丙酮中。这是因为这种储罐使用的压力会使纯乙炔不稳定,容易爆炸。风险是如此之大,以至于英国政府制定了一套特定的“乙炔安全法规”,其中包括禁止任何人“制造、使用、存储、运输、进口或销售液体、固体或压缩气体乙炔”。“氧乙炔仍被广泛用于切割和焊接应用,这些应用要求便携性,但它在很大程度上已被更便宜的电弧焊所取代,其中布线不是问题。”

乙炔也被证明是一种多功能的生产起点乙烯或乙烯(因此是聚乙烯)、乙烯基和丙烯酸衍生物,尽管其中许多更可能是由裂解工厂的产出在工业上生产的。在较小的范围内,该化合物已被证明在研究中有许多用途。例如,在碳测年法中,样品中的碳被转化为乙炔,从而产生一种可被送入质谱仪的气体。这种简单的分子以聚合物形式聚乙炔被证明是一种有效的半导体。虽然它还没有被商业应用,但它是有机半导体领域发展的一个起点,这个领域仍在不断扩大。

乙炔气焊燃料,分子模型

来源:©Shutterstock

乙炔气焊燃料,分子模型

像许多其他有机化合物一样,乙炔是在远离地球的地方被发现的,特别是在像木星这样的气体巨行星的丰富而复杂的大气中。它还在土星的至少两颗卫星上被发现。例如,在土卫六上,有人认为电离辐射会产生高活性的碳氢化合物自由基或产生乙炔的离子。如果它经过催化氢化,就可以被土卫六表面或附近的生物用作能量来源,或者至少可以产生氨基酸和其他生命所必需的分子。

乙炔有一种无法摆脱的维多利亚时代的感觉。它的声音就像气体时代的物质。但是,尽管它的传统应用有所下降,这种出现在50多万篇学术论文中的三键化合物的多功能性将确保它在未来许多年里继续照亮实验化学。

米拉Senthilingam

科学作家布莱恩·克莱格,介绍乙炔的成键和实验化学。下周,事情会变得棘手。

海伦尺度

有科学家花了数年时间研究这些简单的生物,仔细研究它们久坐不动的生活方式,并对它们的大秘密感到困惑:贻贝是如何保持静止不动的?即使海浪不断地拍打,贻贝也能把自己牢牢地固定在潮湿光滑的岩石上。

米拉Senthilingam

在下周的元素中的化学.在那之前,感谢大家的收听,我是Meera Senthilingam。