Phương pháp điều chế C2H4 trong phòng thí nghiệm, trong công nghiệp

1. Những ứng dụng của C₂H₄ trong đời sống

Để tìm hiểu thêm vị trí của etilen trong đời sống, Đông Á xin làm rõ các ứng dụng của chất này với một vài ngành nghề phổ biến hiện nay, cụ thể là ngành công nghiệp và nông nghiệp:

1.1 Etilen trong ngành công nghiệp

• C₂H₄ là nguyên liệu thiết yếu trong lĩnh vực sản xuất tổng hợp polime, bên cạnh nhiều chất hữu cơ khác

• Etilen được dùng để tổng hợp những chất hữu cơ thiết yếu, ví dụ như: Etylen glicol, Ethanol,...

• Được dùng rộng rãi trong ngành dệt may, bao bì và điện tử

• C₂H₄ là nguyên liệu cần thiết và quan trọng để sản xuất chất kết dính, phất phú và vật liệu xây dựng. 

• C₂H₄ được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực hóa dầu, chất dẫn xuất

C₂H₄ là nguyên liệu thiết yếu trong lĩnh vực sản xuất tổng hợp polime, bên cạnh nhiều chất hữu cơ khác

1.2 Etilen trong ngành nông nghiệp

• Đẩy nhanh quá trình sinh trưởng với các tế bào thực vật trong cây trồng

• Tạo sự kích thích tăng trưởng, giúp cây nảy mầm nhanh, tăng trưởng tốt

• Giúp mùa vụ đạt sản lượng tốt bằng cách khiến trái cây chín đều và nhanh qua tăng tính thấm của màng có ở tế bào thịt quả. 

Etilen giúp trái cây chín nhanh và đều hơn

2.  Phương pháp để điều chế C₂H₄ trong phòng thí nghiệm

Trong môi trường phòng thí nghiệm, người ta thường áp dụng một trong hai cách sau để điều chế C₂H₄:

2.1 Cách 1: Điều chế từ rượu Etylic C₂H₅OH

Vì Etilen là loại khí rất ít tan trong nước, vì vậy để điều chế Etilen bằng cách này, đầu tiên ta cần đẩy nước để thu được khí này. 

Tiếp đến hãy đun một hỗn hợp gồm H₂SO4 đặc và Etylic (C₂H₅OH). Khi nhiệt độ đạt đến 170^oC, khí C₂H₄ sẽ thoát ra ngoài. 

Khi đó ta chỉ cần thu khí C₂H₄ theo cách đẩy vào nước. 

Lưu ý rằng khi thấy phản ứng hóa học kết thúc, chúng ta phải đậy nút ống nghiệm ngay để bảo toàn được khí C₂H₄ đã thu được. 

Dưới đây là phương trình hóa học thu khí etilen trong phòng thí nghiệm:

C₂H₅OH → C₂H₄ + H₂O

Etilen được điều chế trong phòng thí nghiệm từ rượu Etylic C₂H₅OH

2.2 Cách 2: Điều chế từ Canxi Cacbua

Theo phương pháp này, bước đầu tiên ta điều chế khí C₂H₂ (Axetilen). Sau khi thu lại được axetilen, ta đem chúng tác dụng với Hydro cùng chất xúc tác Pb (hoặc Pd). Phản ứng hóa học theo phương pháp này diễn ra như sau:

CaC₂ + 2H₂O → C₂H₂  + Ca(OH)₂

C₂H₂ + H₂ → C₂H₄

3. Điều chế C₂H₄ trong công nghiệp thế nào?

Trong công nghiệp C₂H₄ được điều chế theo cách nào? Cùng Đông Á tìm hiểu nhé

3.1 Hai phương pháp điều chế được C₂H₄ trong công nghiệp:

Trong công nghiệp, C₂H₄ được điều chế chủ yếu bằng 2 phương pháp sau

• Phương pháp tách nước từ ancol: Phương pháp này được thực hiện bằng bằng cách đun nóng chất ancol trong môi trường có chứa chất xúc tác (như axit sunfuric, axit photphoric) để tạo etilen và nước. 

• Phương pháp tách hydro từ ankan: Phương pháp này được thực hiện nhiều trong các nhà máy cracking dầu mỏ, trong đó dầu mỏ được tách thành các phân tử như propylen, butylen, etilen qua quá trình tách hidro. 

3.2 Phương pháp tách hydro từ ankan tương ứng

Đây là phương pháp được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp để sản xuất etilen để ứng dụng với ngành nhựa và chất lỏng. Cụ thể phương pháp như sau:

• Đầu tiên, ankan được tạo ra từ lò cracking bằng cách tiếp nhiên liệu vào lò. Trong lò cracking, quá trình nhiệt phân (hay tác động nhiệt cơ học) xảy đến phản ứng tách hydro từ ankan. Có thể cho thêm một chất xúc tác (như SiO₂, Al₂O₃, …) để tăng hiệu suất, thúc đẩy nhanh quá trình tạo etilen

• Khi nhiệt độ cao tới 500^oC - 900^oC kèm áp suất không khí duy trì ở mức thấp, các liên kết C-C trong ankan sẽ bị phá vỡ, hình thành chất anken. 

• Khi quá trình tách hidro được hoàn thiện, phần etilen sẽ được tách ra khỏi các sản phẩm phụ khác. Người ta có thể điều chế, học màng hoặc hấp phụ để tách etilen khỏi các chất khác có trong hỗn hợp chất. 

• Etilen đã thu được sau quá trình tách cần được tinh chế và tinh lọc để loại bỏ các tạp chất và tăng độ tinh khiết. 

Lưu ý: Quá trình điều chế C₂H₄ trong công nghiệp có thể có một vài thay đổi trong các bước, chi tiết thực hiện cũng có thể khác nhau tùy theo điều kiện hoạt động của nhà máy sản xuất

Etilen được ứng dụng rất nhiều trong lĩnh vực công nghiệp và sản xuất

4. Một vài lưu ý khi điều chế etilen

Dù được sử dụng rộng rãi và phổ biến trong đời sống, tuy nhiên Etilen là chất hóa học nguy hiểm nếu không được điều chế và sử dụng đúng cách. Đây là một vài lưu ý khi điều chế C₂H₄:

• Khí etilen sinh ra sẽ có lẫn CO₂ và SO₂. Để không lẫn tạp chất trong khí, ta cần dẫn khí qua bông tẩm NaOH đặc để loại bỏ hai khi trên.

• Phản ứng hóa học sẽ xảy ra ở nhiệt độ 170^oC. Bạn có thể cho đá bọt vào để hỗn hợp không bị sôi đột ngột hoặc sôi quá mạnh dẫn đến trào chất lỏng ra ngoài. 

• Không nên tiếp xúc với C₂H₄ trong thời gian quá dài trong môi trường quá nhiều khí, sẽ dẫn đến ngạt thở vì thiếu oxy. Biểu hiện gồm: ngạt thở, gây mê, nghiêm trọng sẽ tử vong

• Quá trình bảo quản và sử dụng khí etilen cần tránh lửa. Etilen tiếp xúc với ánh lửa sẽ gây cháy nổ, ảnh hưởng tới tính mạng. Tốt nhất nên có rào chắn và bảng hiệu cẩn thận. 

Trên đây là kiến thức về điều chế C₂H₄ và các ứng dụng của etilen trong cuộc sống. Nếu bạn muốn tìm hiểu thêm cách điều chế các chất khác, hãy truy cập vào website Đông Á để biết thêm nhé