ACETILENE

Enciclopedia Italiana (1929)

ACETILENE (fr. acétylène; sp. acetileno; ted. Azetylen; ingl. acetylene)

Guido Bargellini

È il più semplice degl'idrocarburi non saturi a triplo legame della serie CnHn-2, corrispondente alla formula C2H2. Secondo la nomenclatura ufficiale dovrebbe essere chiamato etino.

Fu scoperto nel 1836 da Edmond Davy, cugino del celebre Humphry Davy. Egli osservò che, quando si prepara il potassio riscaldando il carbonato di potassio con carbone, si forma una piccola quantità di un prodotto secondario (carburo di potassio), che con acqua si decompone, sviluppando un gas, di cui Davy riconobbe la composizione. Una conoscenza più esatta delle sue proprietà si deve a Berthelot, che eseguì una serie d'interessanti ricerche su questo idrocarburo a cui diede anche il nome. Berthelot dimostrò nel 1862 che l'acetilene si può formare per diretta unione del carbonio con l'idrogeno, quando si produce un arco elettrico tra due poli di carbone in atmosfera d'idrogeno. Nello stesso anno Wöhler osservò che si forma acetilene quando si fa reagire con acqua il carburo di calcio (che egli aveva allora ottenuto scaldando con carbone una lega di zinco e calcio). Questo metodo di preparazione però acquistò valore soltanto trent'anni dopo, quando si trovò il modo di preparare industrialmente il carburo di calcio (v.) coi forni elettrici da ossido di calcio e carbone.

Il carburo di calcio si decompone facilmente anche con acqua fredda, formando idrato di calcio e acetilene:

L'acetilene preparato in tal modo dal carburo di calcio commerciale contiene sempre piccole quantità di ammoniaca e di composti solforati e fosforati volatili, che gli conferiscono lo sgradevole odore caratteristico. Queste impurità si possono eliminare in varî modi: p. es., facendolo passare su cloruro di calce, oppure su ossicloruro di ferro, ecc.

Teoricamente da 64 gr. di carburo di calcio si dovrebbero avere 26 gr. di acetilene. Siccome un litro di acetilene pesa gr.1, 17 circa, da un kg. di carburo si dovrebbero avere 348 litri di acetilene. In pratica, però, dal carburo di calcio commerciale si ottengono circa 300 litri di acetilene impuro.

Prima che l'industria fornisse il carburo di calcio, si preparava nei laboratorî l'acetilene eliminando acido bromidrico dal bromuro di etilene per mezzo della potassa alcoolica (come prodotto intermedio si forma bromuro di vinile):

Si può ottenere acetilene anche eliminando cloro dal tetra-cloroetano simmetrico, in soluzione alcoolica per mezzo dello zinco, oppure dal cloroformio, dal bromoformio o dallo iodoformio per azione di alcuni metalli, per es. trattando il bromoformio con polvere di zinco, oppure facendo agire l'amalgama di sodio sul cloroformio

e in molti altri modi ancora.

Importante è la formazione dell'acetilene (Berthelot) dalla maggior parte dei composti organici per l'azione continuata del calor rosso, per es. dall'etilene, dall'alcool metilico, dall'alcool etilico, dall'aldeide e specialmente dall'etere. Si trova perciò sempre acetilene nel gas illuminante, sebbene in piccola quantità (0,06-0,07%). Si forma acetilene anche nella combustione incompleta delle sostanze organiche, cioè quando i composti organici, bruciando, non trovano a disposizione tutto l'ossigeno che sarebbe loro necessario per dare CO2 e H2O. I gas che si formano da una lampada Bunsen accesa sotto, contengono perciò molto più acetilene (fino a 0,80%) di quello che sia contenuto nel gas illuminante.

L'acetilene è un gas incolore di densità 0,92 (aria = 1). Un litro di acetilene pesa gr. 1,17 circa. Quando è puro, ha un odore etereo non sgradevole. Nell'acqua non si scioglie molto (circa un volume a pressione ordinaria); nelle soluzioni di cloruro di sodio, anche meno. È invece facilmente solubile in molti solventi organici, p. es. nel cloroformio e nel benzolo e anche di più nell'alcool assoluto e nell'acido acetico. Specialmente nell'acetone si discioglie con facilità. A 15° un volume di acetone scioglie a pressione ordinaria 25 volumi di acetilene, a 12 atmosfere 300 volumi. Si può liquefare e solidificare. La temperatura critica è 37°; la pressione critica 68 atmosfere. A temperatura ordinaria si può avere liquido a circa 80 atmosfere. L'acetilene liquido bolle a −83,8; è un liquido mobile il cui peso specifico è 0,451. Si può anche ottenere l'acetilene solido. L'acetilene è un composto endotermico: si forma dai suoi elementi con assorbimento di calore (circa 60 Calorie). Ha quindi una tendenza a decomporsi, che può assumere talvolta il carattere di esplosione.

A pressione ordinaria non è esplosivo: se s'inizia la sua decomposizione in un punto (p. es. con una scintilla elettrica), questa non si propaga. Se invece l'acetilene si trova a pressione superiore a 2 atm., la decomposizione si estende a tutta la massa con un forte innalzamento di temperatura. Si possono perciò avere esplosioni, quando il gas è contenuto in uno spazio chiuso. Nello stesso modo si comporta l'acetilene liquido. Se lo si diluisce con altri gas inerti, esplode più difficilmente. Invece, mescolato con altri gas che possano con esso reagire (p. es. con ossigeno), esplode con grande facilità, quando sia acceso. Mentre una miscela di gas illuminante e aria può esplodere soltanto quando contenga più del 70% e meno del 30% di gas, una miscela di aria e acetilene può esplodere anche quando contenga più del 5% e meno dell'80% di acetilene.

L'acetilene è anche oggi molto usato come mezzo d'illuminazione; però occorre bruciarlo con beccucci speciali, perché con le comuni lampade a gas brucia con fiamma rossastra fuligginosa: se si fa invece uscire il gas da due fori finissimi in modo che i due getti vengano ad incontrarsi con un certo angolo, brucia con fiamma bianca molto luminosa. Bruciando all'aria 1 mc. di acetilene (kg. 1,17 circa), esso sviluppa quasi 15 mila Calorie, cioè tre volte più di quelle che sviluppa il comune gas illuminante ottenuto dal carbon fossile.

L'acetilene, quando viene riscaldato da solo, può, secondo le condizioni, scindersi nei suoi elementi, oppure subire processi di polimerizzazione.

Decomponendo con scariche elettriche l'acetilene compresso a 5-6 atm., si scinde in idrogeno e carbone finemente diviso (nerofumo). Questo procedimento fu seguito per qualche tempo in Germania per produrre idrogeno destinato al riempimento degli Zeppelin.

Se invece si fa passare acetilene in un tubo di vetro scaldato a 640° fino a 800°, si trasforma in un miscuglio d'idrocarburi liquidi e solidi, tra i quali predomina il benzolo:

Questo processo scoperto da Berthelot (1866) è uno dei più interessanti modi di sintesi dei composti aromatici. R. Meyer e altri sperimentatori, che hanno ripetuto in grande le esperienze di Berthelot hanno trovato fra i composti che si formano in questa reazione, circa 40 idrocarburi (benzolo, toluolo, xilolo, stirolo, difenile, naftalina, antracene, indene, acenaftene, ecc.), identici a quelli che si ritrovano nel catrame di carbon fossile.

La condensazione dell'acetilene procede in modo diverso in presenza di rame o di ossidi di rame, meglio a temperature comprese tra 230° e 260°. In queste condizioni circa l'800° dell'acetilene si trasforma in una massa soffice e spugnosa di color giallo più o meno bruno, mentre si svolgono etilene, etano e altri gas, e si forma il 5-7% di un catrame che è costituito soltanto in parte da idrocarburi aromatici.

Il prodotto principale della reazione, chiamato cuprene, è probabilmente un miscuglio di diversi prodotti di polimerizzazione dell'acetilene: sembra però che contenga meno idrogeno. È molto resistente all'azione dei diversi reagenti: soltanto con acido nitrico forma acido mellitico. Per la grande superficie che offre, assorbe la nitroglicerina più facilmente della farina fossile, formando una dinamite che ha il vantaggio di avere come massa assorbente una sostanza combustibile. Viene anche usato invece del carbone per preparare polveri nere e altri esplosivi con nitrato ammonico, ecc. Quando viene usato nella tecnica degli esplosivi, è conosciuto col nome di carbene.

Per il triplo legame che congiunge i due atomi di carbonio che contiene, l'acetilene reagisce facilmente con molti elementi e composti diversi, formando prodotti di addizione.

L'idrogeno si può addizionare all'acetilene in modo da trasformarlo prima in etilene e poi in etano. Meglio di tutto si compie questa addizione d'idrogeno in presenza di certi metalli, quali il platino, il palladio, il nichel, ecc. Secondo le condizioni si possono ottenere etilene, etano, o altri idrocarburi.

Il cloro reagisce violentemente con l'acetilene formando carbone e acido cloridrico. Se la reazione si fa avvenire in presenza di AlCl3 o meglio in presenza di SbCl2, il cloro si addiziona senza esplosione all'acetilene, formando tetracloro-etano simmetrico.

Nell'industria si prepara oggi in grande questo composto (chiamato anche tetracloruro di acetilene), facendo arrivare alternativamente cloro e acetilene in un recipiente che contiene SbCl5. Questo tetracloruro di acetilene viene usato come solvente di grassi, di resine, vernici, ecc. ed è importante come prodotto di partenza per la preparazione di altri composti (tricloro-etilene, acido monocloro-acetico, ecc.) che hanno applicazioni industriali.

Anche il bromo può addizionarsi all'acetilene per dare composti analoghi a quelli che si hanno col cloro. Con lo iodio l'addizione avviene con minore energia e si forma C2H2J2. Aggiungendo carburo di calcio ad una soluzione di iodio in ioduro di potassio, si ottiene, invece, di iodioacetilene C2J2, e tetra-iodio-etilene C2J4.

Gl'idracidi degli alogeni si addizionano all'acetilene, formando prima prodotti monoalogeno-sostituiti dell'etilene (per es. CH2=CHCl cloruro di vinile). Addizionandosi due molecole di XH all'acetilene si formano prodotti di sostituzione bialogenati asimmetrici dell'etano; p. es.:

L'addizione di acido ipocloroso all'acetilene avviene con esplosione: moderando opportunamente la reazione, si può ottenere aldeide bicloroacetica:

Interessante è la capacità che ha l'acetilene di addizionare gli elementi di una molecola di acqua:

L'addizione di acqua può avvenire anche direttamente, facendo assorbire l'acetilene dal carbone di legno e scaldando poi con acqua sotto pressione sopra 300°. In queste condizioni si f0rma un polimero dell'aldeide acetica, la paraldeide.

Meglio avviene l'addizione d'acqua all'acetilene in presenza di certi metalli e di certi sali, specialmente i sali di mercurio. Si prepara oggi nell'industria in questo modo dall'acetilene l'aldeide acetica, che viene poi utilizzata, trasformandola in altri composti che hanno applicazioni industriali (p. es. alcool etilico, acido acetico, anidride acetica, etere acetico, metaldeide, ecc.).

Quando l'acetilene reagisce con acido solforico fumante, il prodotto principale della reazione è un acido acetaldeide-disolfonico che, per trattamento con alcali, si scinde in acido formico e acido metionico.

L'acetilene è pochissimo resistente alle sostanze ossidanti. Il permanganato, l'acido cromico, ecc. lo ossidano, dando, secondo le condizioni, acido carbonico, acido formico, acido acetico, aldeide acetica e acido ossalico. Con l'ozono reagisce con esplosione: se però si fanno venire in contatto i due gas diluiti con aria umida, reagiscono senza violenza, formando gliossale, insieme con acido formico. Anche quando si fa reagire l'acetilene con una soluzione acquosa di cloruro d'oro si forma gliossale, mentre si separa l'oro.

Con l'azoto l'acetilene si unisce sotto l'azione delle scintille elettriche, formando acido cianidrico:

Con l'acetilene si possono anche eseguire diverse sintesi di composti organici più complessi.

Facendo passare acetilene sullo zolfo riscaldato o anche sulla pirite a 300°, si forma tiofene:

Facendo passare acetilene e ammoniaca in un tubo arroventato, si forma analogamente un po' di pirrolo:

Per diretta unione dell'acetilene col diazo-metano, si forma pirazolo:

Sono da rammentare qui anche i tentativi fatti per ottenere dall'acetilene l'eritrene o l'isoprene, dai quali per conveniente polimerizzazione si può preparare un caucciù artificiale: p. es. la formazione d'isoprene, quando si fa passare per un tubo scaldato al rosso una misccela di acetilene, etilene e cloruro di metile.

Di speciale importanza è l'azione dell'acetilene ora i sali di alcuni metalli pesanti. Con alcuni metalli l'acetilene può formare composti chiamati acetiluri, nei quali l'atomo metallico sostituisce l'idrogeno dei gruppi CH. Infatti anche altri idrocarburi acetilenici formano acetiluri metallici, ma soltanto quelli che contengono almeno un gruppo CH. Gl'idrocarburi acetilenici del tipo R−C⊄C−R non reagiscono.

Facendo passare una corrente di acetilene attraverso una soluzione ammoniacale di cloruro rameoso, si forma un precipitato amorfo rossobruno di acetiluro rameoso C2Cu2, che, quando è secco, esplode con fa. cilità. L'acetiluro di rame esplosivo può formarsi anche quando l'acetilene umido (o in presenza di ammoniaca) viene a contatto con rame metallico. Per questo negli apparecchi che devono servire per l'acetilene, devono evitarsi condutture, rubinetti, ecc. di rame o di leghe di rame. La formazione di questo acetiluro è messa a profitto per svelare la presenza dell'acetilene in miscugli gassosi (anche quando l'acetilene vi è contenuto nella proporzione del o,01%). Per trattamento con acido cloridrico, oppure meglio per azione del cianuro di potassio, l'acetiluro di rame viene decomposto, svolgendo acetilene puro. Si può perciò mettere a profitto questo metodo per isolare l'acetilene dai miscugli gassosi in cui è contenuto, e per averlo allo stato di purezza.

Sui sali di argento in soluzione ammoniacale l'acetilene reagisce in modo analogo, formando acetiluro di argento, C2Ag2, bianco, che, quando è secco, esplode con violenza.

Sui sali di mercurio l'acetilene reagisce, secondo le condizioni, formando acetiluro mercurico, C2Hg, esplosivo, oppure prodotti di condensazione, per decomposizione dei quali si forma aldeide acetica.

Sui sali di ferro, nichel, piombo, ecc. l'acetilene non reagisce.

L'acetilene ha larghe applicazioni come materia illuminante, non solo perché le fiamme di acetilene hanno una intensità luminosa 15 volte maggiore di quelle a gas illuminante, ma anche perché si può direttamente preparare sul posto dove dev'essere usato con un materiale facilmente trasportabile qual è il carburo di calcio, con apparecchi abbastanza semplici, di cui si trova in commercio un gran numero di modelli.

Quando si cominciò a preparare industrialmente il carburo di calcio, si diffuse la speranza che l'acetilene sarebbe arrivato a soppiantare il gas illuminante comune, ma col tempo l'entusiasmo diminuì, quando si verificarono numerose esplosioni dovute ad imprudenza di chi lo maneggiava o a poco accurata costruzione degli apparecchi generatori, e quando si constatò che, per il costo dell'energia elettrica, il carburo di calcio e quindi l'acetilene non potevano aversi al basso prezzo che si sperava. Nonostante ciò, l'acetilene si presta anche oggi per piccoli impianti in località dove non è possibile avere il gas illuminante.

Si poteva pensare di usare l'acetilene liquefatto compresso in bombole di ferro. Ma l'acetilene liquido è troppo pericoloso ed esplode spesso senza causa apparente. Oggi è diffuso invece l'uso dell'acetilene disciolto sotto pressione in acetone contenuto in bombole metalliche. Ogni bombola di ferro è piena di materiale poroso imbevuto di acetone. Vi si comprime l'acetilene puro e secco a 12-15 atmosfere. In queste condizioni l'acetone scioglie 250-300 volumi di acetilene, che si svolge quando, aprendo la bombola, si porta il contenuto alla pressione ordinaria. Queste soluzioni di acetilene in acetone sono usate, p. es., per la illuminazione dei fari e specialmente per la produzione della fiamma ossi-acetilenica (in sostituzione della fiamma ossidrica), con la quale si possono raggiungere anche temperature di 3000°, adatte per saldare o tagliare lastre o tubi di ferro.

Come è stato sopra indicato, l'acetilene è molto usato nell'industria anche per la preparazione dell'aldeide acetica (dalla quale si hanno poi l'alcool, l'acido acetico, ecc.) e per la preparazione del tetracloruro di acetilene (dal quale si hanno poi il tricloroetilene, l'acido monocloro-acetico, ecc.).

L'acetilene è un gas irrespirabile come l'azoto, e, quando è puro, sembra che non sia molto velenoso. Come l'ossido di carbonio, si combina con l'emoglobina, ma il composto che si forma è pochissimo stabile: l'acetilene si elimina facilmente dal sangue, specialmente respirando aria pura. Se l'acetilene comune è velenoso, ciò si deve specialmente alle impurezze che contiene.

Per l'uso dell'acetilene come anestetico, v. anestesia.

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