乙烯（最简单的烯烃）
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更新时间：2023-05-22
乙烯
最简单的烯烃
乙烯，一种有机化合物，是最简单的烯烃。英文名：ethylene，分子式C₂H₄，分子量为28.05。在常温常压下，乙烯是无色气体，具有甜味。难溶于水，溶于乙醇、乙醚等有机试剂。乙烯的官能团是碳碳双键，原子核对Π键电子的束缚力较小，容易发生极化，所以乙烯的化学性质比较活泼。乙烯可以发生催化氢化、亲电加成反应和氧化反应等。乙烯具有低毒性，对眼及呼吸道粘膜有轻微刺激作用，高浓度乙烯可导致昏迷及死亡，与液态乙烯直接接触会造成冻伤。
基本信息
中文名
乙烯
英文名
Ethylene
CAS号
74-85-1
性质
化学式
C₂H₄
结构式
摩尔质量
28.05 g/mol
外观
无色气体
密度
50.5678 g/cm³（-104℃）
熔点
-169.18 ℃
沸点
-103.8 ℃
溶解性
131 mg/L（25℃，水）
危险性
警示术语
R12，R67
安全术语
S9，S16，S33，S46
NFPA 704
4-在大气压和常温下快速蒸发或容易在空气中扩散并容易燃烧的材料。
2-在高温高压下容易发生剧烈化学变化的材料。
w-无水：与水发生剧烈反应或爆炸的材料。
闪点
-136 ℃
自燃温度
490 ℃
乙烯存在于植物的某些组织、器官中，是由蛋氨酸在供氧充足的条件下转化而成的。具有三重反应、促进开花结果、叶片衰老等作用。乙烯在工业上应用广泛，乙烯工业是石油化工产业的核心，世界上已将乙烯产量作为衡量一个国家石油发展水平的重要标志之一。
发现历史
乙烯由荷兰化学家们首先制得和发现。1779年，荷兰化学家卡斯贝特森（Casbetson）通过将酒精和硫酸共同加热制得了乙烯，并发现乙烯具有易燃性，密度比空气小。18世纪末，荷兰化学家迪曼(Di man)也制得了乙烯并测定它得化学组成。19世纪中叶，人们发现燃气街灯漏气会促进附近的树落叶。20世纪初俄国的植物学家奈刘波（Neljubow）才首先证实了是照明气中的乙烯在起作用，他还发现乙烯能引起黄化豌豆苗的三重反应。直到1934年英国科学家甘恩(Gane)才首先证明乙烯是植物的天然产物。20世纪60年代初，气相色谱的应用促进了对乙烯的研究，证明了高等植物的各个部位都能产生乙烯，并发现了乙烯对许多生理过程起重要的调节作用。1965年在伯格(Burg)的建议下，乙烯被公认为植物的天然激素。
分子结构
乙烯两个碳原子通过碳碳双键连接，构成平面结构，其碳原子和氢原子在一个平面上，键角接近120°。乙烯中形成双键的碳原子均为sp2杂化，所以形成的双键中含有一个σ键，一个π键。π键不能沿着键轴自由旋转，否则会断裂。
顺反异构现象：由于π键不能自由旋转，因此，当两个双键碳原子上分别连接不同的原子或基团时，在空间上就会有两种不同的排列方式。而且他们在室温下不能通过化学键的旋转而相互转换。这种由于旋转受阻，导致分子中的原子或基团在空间排列位置不同，产生的异构体称为顺反异构体。
理化性质
物理性质
乙烯在常温常压下是一种无色气体，有甜味。乙炔熔点-169.18 ℃ ，沸点-103.8 ℃ ，闪点-136 ℃（-213 ℉），密度50.5678 g/cm³（-104 ℃），自燃温度490 ℃，蒸气密度0.98 g/cm³（比空气轻），空气中爆炸极限为2.75%-28.6%。在水中溶解度为131 mg/L（25 ℃），溶于丙酮、苯、浓硫酸，极易溶于乙醇、乙醚。
化学性质
催化氢化
烯烃的催化氢化是放热反应，每摩尔不饱和化合物氢化时所放出的热量称为氢化热，用ΔH表示。通过比较烯烃的氢化热，可以判断并稳定性大小。一般来说，烯烃随着双键碳原子上取代基增多，稳定性增强；反式烯烃比顺式烯烃稳定。
亲电加成反应
乙烯的Π键电子云在分子平面的上方和下方，流动性强，容易极化，因而使烯烃具有给电子能力，容易受到亲电试剂进攻发生加成反应。能与乙烯发生加成反应的常见试剂有卤素、水、无机酸（HX、H₂SO₄、HOX）等。
1.与卤素的加成：卤素分子与乙烯在四氯化碳等溶剂中发生加成反应，生成二卤乙烷。卤素的反应活性顺序：F₂>Cl₂>Br₂>I₂。氟与乙烯的反应十分剧烈，无法控制，碘则几乎不发生反应。因此，通常使用Cl₂、Br₂与乙烯发生加成反应，且为反式加成。
3.与水加成：乙烯在磷酸、硫酸催化下，直接与水反应生成醇，称为烯烃的直接水合法。
4.与硫酸加成：乙烯与冷的浓硫酸反应，生成硫酸氢酯，生成的硫酸氢酯可以进一步水解生成醇。工业上用这种方法合成醇，称为烯烃的间接水合法。
氧化反应
乙烯易被氧化，根据氧化剂氧化能力的差异，碳碳双键的断裂方式不同，得到的氧化产物也不同。氧化能力稍低时，乙烯仅发生Π键断裂；氧化能力较强时，σ键也会发生断裂。
3.过氧酸氧化：乙烯与过氧酸反应生成氧化物称为环氧化反应。
聚合反应
此外，将乙烯双键的氢换成其他取代基，可得到不同结构的聚合物，从而制得性质各异的高分子材料。
乙烯的合成
实验室制乙烯
这种方法反应速度快，反应装置简单易操作，乙烯产率高。
工业制备乙烯
烃类裂解制乙烯
石油烃裂解装置以石脑油、煤油、柴油以及重柴油为原料，在高温下裂解。裂解制取的裂解气是含有氢、甲烷、乙烷、乙烯、丙烷和丙烯等的混合物,利用各组分相对挥发度的不同，在不同温度下对裂解气进行分离、精制，然后才能得到合格的乙烯。
其他方法
1.乙烷脱氢制乙烯
乙烷在催化剂条件下可以脱氢制得乙烯。该工艺与热裂解工艺相比，有可能降低成本，但距工业化尚有一段距离。
2.甲烷氧化偶联（OCM）制乙烯
以天然气为原料，在有氧条件下将甲烷活化并直接生成乙烯。由于甲烷的活化及定向转化难度极大，还未开发出工业化应用装置。
生物合成乙烯
植物乙烯大多数生物合成以蛋氨酸为前体。其直接前体为1-氨基环丙烷-1羧酸（ACC）。蛋氨酸经过蛋氨酸循环，形成5’-甲基硫腺苷（MTA）和ACC，前者通过循环再生成蛋氨酸，而ACC则在ACC氧化酶的催化下氧化成乙烯。在植物的所有活细胞中都能合成乙烯。
应用领域
工业
乙烯是当今最重要的工业产品，本身可以做成聚乙烯以及乙丙共聚物。聚乙烯的电绝缘性能很好，用途广泛，是目前世界上生产量最大的一种塑料。乙烯卤化后生成卤代烃可以加工聚氯乙烯作为溶剂或者阻燃剂。乙烯氧化或水化后生成的醋酸，乙醛和乙醇都是常见工业原料，可以制作染料，药物，香料等产品。烷基化后生成乙苯是苯乙烯的重要原料，是丁苯橡胶、聚苯乙烯、abs塑料的上游产品。环氧化得到的环氧乙烷水解后可得到乙二醇，还可以生产聚酯纤维。
生态
乙烯的三重反应：抑制茎的伸直生长、促进茎或根的横向增粗、引起茎的横向生长（即使茎失去负向重力性），可用于乙烯的生物鉴定。乙烯促使茎横向生长是由于它引起偏上生长所造成的。所谓偏上生长，是指器官的上部生长速度 快于下部的现象。乙烯对茎与叶柄都有偏上生长的作用，从而造成了茎横生和叶下垂。
乙烯的三重反应和偏上生长
农业
乙烯可以促进果实成熟、棉铃开裂、水稻的灌浆与成熟。乙烯促进果实成熟的原因可能是增强质膜透性，提高水解酶活性，加速呼吸氧化分解，果肉有机物急剧变化，最后达到可食程度。乙烯还可以促进脱落和衰老，促进开花和雌花分化。乙烯还有促进次生物质排出（如橡胶树的乳胶），打破顶端优势，打破种子和芽的休眠，促进向日葵产生不定根等生理作用。
安全事宜
毒理学信息
途径/生物体 | 剂量 | 影响 |
急性暴露/大鼠 | 950000 ppm | 死亡 |
急性暴露/大鼠 | 700000-900000 ppm | 脑电图活动异常和胃排空时间减少 |
急性暴露/大鼠 | 95%乙烯+5%氧气 | 几秒内麻醉，有明显的紫绀和抑郁，血压缓慢下降 |
亚慢性暴露、大鼠 | 600000 ppm/天 持续90天 | 食物摄取和活动减少，白细胞、血小板、红细胞数量减少 |
注：数据来源
火灾危害
乙烯（包括液体）极易燃烧，与火星、高温、静电、助燃气体等接触有燃烧爆炸的危险。
操作方法：全面通风，建议操作人员穿防静电工作服。可能将未损坏的容器从周围区域移开，避免火灾进一步扩大。对于大规模火灾，无法灭火时，请撤到安全区域。
健康危害
乙烯属于低毒类。经呼吸道吸入后，大部分分布于红细胞。迅速引起麻醉，具有较强的麻醉作用，但绝大部分经肺排出，很快在体内消失，故苏醒也快。
对眼及呼吸道粘膜有轻微刺激作用。吸入高浓度乙烯可立即引起意识丧失。长期接触低浓度乙烯可有头昏，乏力等症状。液态乙烯可致皮肤冻伤。
急救措施
吸入大量乙烯时，立即将受害者转移到有新鲜空气的地方，如果停止呼吸，则进行人工呼吸并拨打急救电话。脱下受污染的衣物。如果接触液态乙烯造成冻伤，请立即就医，为防止进一步受伤，请不要冲洗或用毛巾擦拭，也不要试图用力脱下冻伤部位的衣服，如果没有冻伤，可以用肥皂和水清洗接触部位皮肤。如果发生灼伤，请立即用大量冷水长时间冲淋并及时就医，如果衣物粘附在衣物上，请勿脱掉衣物。
乙烯发生泄露时，保持通风，将气体浓度保持在爆炸混合物的范围以下并清除所有火源，快速移动至离源头至少800米处，如果可以，在源头关闭气体；如果发生火灾，应快速移动至离着火点至少1600米处，确保自己安全后，拨打救援电话。
储存和运输
储存
存放在阴凉、干燥、通风良好的地方。应防止静电和雷击，与氧化性材料、卤素和其他可燃物隔离。采用防爆型照明，通风设施。禁止使用易产生火花的机械设备和工具。气瓶应直立存放，并牢固固定，防止跌落或被撞倒。可以通过擦拭肥皂水检测乙烯是否泄露以及泄露的准确位置。
运输
装运过程中，钢瓶和容器必须接地，防止产生静电。应妥善固定乙烯气瓶位置，轻装轻卸，严禁抛、滑、滚、碰。运输过程应该严禁烟火，夏季运输要防止太阳暴晒，禁止与氧气及易燃物品同车运输。并配备相应品种和数量的消防器材及泄露应急处理设备。运输过程中执行交通、消防等部门的有关规定。
