(aethyn) met de formule C2H2 is een kleurloos koolwaterstofgas met een in zuivere toestand aangename aetherische geur; de onaangename geur van het technische gas is te wijten aan onzuiverheden. Het gas laat zich gemakkelijk verdichten tot een waterheldere vloeistof met een spec. gew. van 0,430, die bij normale temperatuur zeer explosief is.
De kritische temperatuur is 35,4 gr. bij een druk van 61,6 atm. Een liter acetyleen weegt bij t5 gr. ca 76 cm druk 1,110 g; het gas is dus lichter dan lucht (D = o,gr).Acetyleen is sterk oplosbaar in allerlei oplosmiddelen: water lost acetyleen tot ongeveer hetzelfde volume op, doch aceton is het oplosmiddel bij uitnemendheid, aangezien het bij 15 gr. 25 X en bij 15 atm. druk 300 x zijn eigen volume aan acetyleen kan opnemen, een eigenschap, die benut wordt bij de fabricage van „acetyleendissous”. Berthelot bereidde het in 1862 door waterstof langs een electrische lichtboog van koolspitsen te leiden, een procédé, dat omstreeks 1942 in Duitsland op grote schaal is toegepast. In de V. S. is door het „kraken” van aardgassen een belangrijke bron voor acetyleen ontstaan, maar de aangewezen grondstof is calcium-carbide, waaruit het ontstaat door behandeling met water, waarbij het gas ontwijkt en gebluste kalk achterblijft: CaC2 + 2H20 -+ Ca(OH)a + C2H2
Acetyleen is het eerste lid van de derde homologe reeks der aliphatische koolwaterstoffen met de algemene formule CnH2n_2 en waarvan de bekendste leden zijn: Acetyleen (C2H2), Allyleen (C3H4) en Crotonyleen (CJH6). De koolwaterstof heeft een zgn. drievoudige binding, voorgesteld door CH = CH.
Physiologisch behoort acetyleen tot de giftige gassen, hoewel de giftigheid niet groot is. Het veroorzaakt hoofdpijn en werkt verdovend. Zeer zuiver acetyleen is als Narcyleen toegepast als narcoticum bij operaties.
De chemie van acetyleen is zeer uitgebreid, daar het zeer actief is en dus gemakkelijk aan allerlei reacties deelneemt, waartoe reeds de interne drievoudige binding aanleiding geeft. Het polymeriseert betrekkelijk vlot. Bij d: 600 gr. ontstaat het trimeer C6H8 (benzeen) terwijl bij 250 gr. met koperpoeder als katalysator cupreen of carbeen gevormd wordt, een kurkachtige slof van onopgehelderde structuur (CH)X. In een geconcentreerde oplossing van cuproammoniumchloride ontstaan mono- of di-vinylacetyleen, d.w.z. acetyleen, waarin één of de beide H-atomen zijn vervangen door de vinylgroep CH2 = CH —. Beide verbindingen zijn zelf verder polymeriseerbaar en worden dan als synthetische drogende oliën en lakken toegepast.
Acetyleen is een endotherme verbinding (mol. vormingswarmte = —55 Cal.) en de ontleding gaat dus met warmte-ontwikkeling gepaard. Een op één punt ingeleide explosie plant zich echter bij gewone druk niet voort, wel bij overdrukken boven o,55 - 1,37 atm., afhankelijk van de wijdte der buizen. Bij vochtig, onzuiver technisch gas liggen deze grenzen nog belangrijk hoger. De explosiegrenzen van mengsels van acetyleen en lucht zijn 3)5 “ 65 pct C2H2, met zuurstof: 2,8-93 pct C2H2. Hieruit volgt dus, dat men bij lekkages aan acetyleentoestellen, die in een gesloten vertrek of werkplaats staan, al heel spoedig de gevaarlijke grens van 2,8 pct C2H2 bereikt, waarbij dus een vonk of ander vuurverschijnsel (brandende sigaret!) een catastrofe zou veroorzaken. Ook het ontdooien van eventueel bevroren acetyleen-ontwikkelaars mag dus nooit met open vuur geschieden, doch uitsluitend met heet water. Ondanks de vele desbetreffende voorschriften wordt nog herhaaldelijk hiertegen gezondigd met de ernstige gevolgen daarvan.
De drievoudige binding in het molecule wijst er reeds op, dat acetyleen gemakkelijk addities tot stand zal brengen. Waterstof wordt gemakkelijk geaddeerd, waarbij aetheen en aethaan ontstaan. Chloor werkt zeer energiek en de samenvoeging dezer beide gassen gaat gepaard met een hevige explosie, indien direct zonlicht aanwezig is. In daartoe geschikte apparaten wordt de reactie rustig en gevaarloos tot stand gebracht en ontstaat C2H2 + 2Cla - CH.Clj — CHClj, tetrachlooraethaan, een bekend oplosmiddel waaruit door verdere chemische bewerkingen trichlooraethyleen, het bekende Tri wordt vervaardigd. De additie van zoutzuur door acetyleen: C2H2 + HCl -> CH2 = CH Cl levert vinylchloride, waarvan de industriële betekenis zeer groot is. Een der belangrijkste addities is die van water, onder invloed van kwikzouten: C2H2 + HaO -> CH3 COH, waarbij aceetaldehyde (aethanal) ontstaat, waaruit door oxydatie azijnzuur vervaardigd wordt.
Acetyleen verbrandt bij voldoende luchttoevoer tot kooldioxyde en water. 1 m3 (1110 g) levert bij 15 gr. 13 370 Cal. en 1 m3 lichtgas slechts ± 5250 Cal.
Vele metalen en metaalzouten reageren met acetyleen, ook in waterige oplossing. Leidt men acetyleen in een ammoniakale oplossing van zilver nitraat, dan ontstaat een geel kazig neerslag, met de formule C2Ag2, dat in het licht langzamerhand grauw wordt en in droge toestand explosief is. Een amm. cuprochloride oplossing is het bij uitstek geschikte middel om acetyleen zowel qualitatief (een bruinrode verkleuring der blauwe vloeistof zelfs bij sporen acetyleen) als quantitatief (neerslag C2Cu2) te bepalen. Ook deze koperverbindingen zijn zeer explosief. Vooral in het begin der acetyleentechniek was dit onbekend en gaf bij het veelvuldig gebruik van koper in de apparatenbouw herhaaldelijk aanleiding tot ongelukken. Er moge dan ook met de meeste nadruk op gewezen worden, dat het gebruik van rood koper in de acetyleenindustrie verboden is. Messing en brons daarentegen zijn ongevaarlijk.
Typisch is, dat in een oplossing van natrium in vloeibare ammoniak, waarin men acetyleen leidt, de verbinding HC = CNa ontstaat, m.a.w. acetyleen, waarin een waterstofatoom vervangen is door metaal. Ook C2Na2 kan ontstaan. Dit gedrag wijst op zure eigenschappen van het gas, waarvan de waterige oplossing overigens niet zuur regaeert. Calciumcarbide CaC2 is dus op te vatten als een zout van acetyleen.
Gasanalysen worden in de practijk gedaan met een buret, gevuld met aceton, waarmede zeer vlot en voldoende nauwkeurig gewerkt kan worden.
Acetyleenindustrie.
Toen in 1892 Moissan het Calciumcarbide in een electrische oven had vervaardigd, begreep men vrijwel direct, dat hier een nieuw product ontstaan was van vérstrekkende betekenis. Vooral de schitterende verlichting, door acetyleen te bereiken, scheen in de toekomst van het allergrootste belang. Het acetyleen had inderdaad en heeft alsnog een grote toekomst, zij het dan op andere wijze dan men zich destijds voorstelde.
De fabricage van het gas geschiedt in allerlei apparaten, van kleine verplaatsbare ontwikkelaars voor vergassing van 1-10 kg, tot grote stationnaire generatoren, met een gebruik van 1000 à 2000 kg carbid per uur. Bij een normale gasopbrengst van het grove technische carbid van 300 l per kg is dit dus een acetyleenproductie van 300-600 m3 per uur.
Er zijn drie systemen van apparaten:
a. Water op carbid (denk aan de ouderwetse fietslantaarns!) ;
b. Carbid in water;
c. Een combinatie van beide, d.w.z. een soort Kipp-apparaat, welbekend in de laboratoria, dat dan speciaal dient als zgn. hogedruk-toestel, waarmede men het gas onder een overdruk van max. 0,5 atm. ontwikkelt.
De generatoren ad b, dus waarbij carbid in water gestort wordt, dienen voor de grote acetyleenfabrieken. Zij bestaan uit een zeer groot waterreservoir, voorzien van een inrichting om continu het gevormde carbidslib af te voeren. Aan de bovenzijde bevinden zich een of meer carbidhouders, voorzien van een draaiende trommel, die regelmatig carbid in het reservoir werpt en wel volledig automatisch, zodat bij daling van de gashouder de trommel gaat draaien en carbid in het water werpt. De watertoevoer is eveneens continu en men rekent met een ± 10-voudige hoeveelheid water t.o.v. het gestorte carbid. Men moet zich indenken, dat een dergelijke generator ± 15 m hoog is, bij een inhoud van 60 m3. Na de fabricage passeert het gas verschillende veiligheidswatersloten en verzamelt zich in een gashouder, waaruit het naar behoefte naar de verschillende fabricages wordt weggevoerd. Het aldus gevormde technische gas bevat steeds onzuiverheden, in hoofdzaak zwavelwaterstof H2S, siliciumwaterstof SiH4, ammoniak NH3 en phosphorwaterstof PH3. Ter verwijdering hiervan dient dan de zgn. zuiveringsmassa, die in hoofdzaak oxyderend werkt, waardoor bijv. het PH3 wordt geoxydeerd tot phosphorzuur. Een bekende zuiveringsmassa is bijv. hotol, bestaande uit diatomeeënaarde, gedrenkt in chroom-zwavelzuuroplossing; verder catalysol, of paratyleen. Een eenvoudig middel om zich van de zuiverheid van het gas te overtuigen bestaat uit een in een verdunde zilvernitraatoplossing gedrenkt strookje filtreerpapier, dat zich dan afhankelijk van de zuiverheid van geel tot zwart kleurt.
Een belangrijke vereenvoudiging in het gebruik van acetyleen werd verkregen toen het gelukte het in zuivere toestand in de handel te brengen. Het normale comprimeren, zoals dat met bijv. zuurstof reeds lang geschiedde, ging niet in verband met de explosiviteit van het samengeperste gas. In 1897 werd de Franse industrieel Glaude ook deze techniek meester door acetyleen in stalen cylinders te persen, die met een, met aceton doordrenkte, poreuze massa gevuld zijn. Hij noemde dit zeer terecht „acétylène-dissous”, welke naam ook in Nederland gebruikelijk is of ook wel dissous-gas. Onder 15 atm. druk lost het aceton zijn 300-voudig volume aan acetyleen op en zet daarbij 70 pct aan volume uit. Als poreuze massa wordt een cementachtige, starre massa gebruikt, ook wel houtskool, cellulose of kapok.
De eerste toepassing van het nieuw-vervaardigde gas was wel het gebruik als middel tot verlichting. Een gewoon aangestoken acetyleenvlam is geel en sterk roetend. Uit een fijne opening komend, bij voorkeur uitgeboord in speksteen, geeft het echter een schitterend wit licht (fietslantaarns’) .
Sinds de lichtloze oorlogswinter van 1944-1945 is het acetyleenlicht wederom algemeen bekend geworden, want velen hebben zich daarmede op afdoende wijze kunnen behelpen, toen electrisch licht hun niet meer ten dienste stond. In het begin was het enthousiasme over het acetyleenlicht zeer groot en ook te Amsterdam werd omstreeks 1896 een demonstratie ervan gegeven door Pictet. De eerste proeven gaven echter na korte tijd aanleiding tot veel ongevallen, zoals bijv. de totale verwoesting van het station te Lemberg in 1898. Later werd de electriciteit de lichtbron bij uitnemendheid, doch nog heden ten dage wordt acetyleen gebruikt voor verlichting van seinen, lichtboeien e.d. alsmede voor draagbare lantaarns.
Toen de acetyleenverlichting meer en meer op de achtergrond geraakte, ontstond zeer snel een hernieuwde opleving der jonge acetyleenindustrie, door de uitvinding van den Fransen ingenieur Fouché, die in 1906 de hoge temperatuur van de acetyleenvlam toepaste voor het lassen en snijden van metalen, de zgn. autogene metaalbewerking. De temperatuur van de niet-lichtgevende acetyleenvlam is 2100-2400 gr, met zuurstoftoevoeging echter 4: 3000 gr. Het principe der lasbranders berust op het injecterend aanzuigen van acetyleen door een zuurstofstroom. De lasvlam behoudt steeds een overmaat acetyleen, waardoor haar reducerend karakter behouden blijft. De lasnaad wordt gedicht door toevloeiing van metaal van het lasstaafje. dat de lasser tegelijk met de brander hanteert. Practisch alle metalen laten zich momenteel door een goeden las-vakman bewerken, waarbij mengsels van chemicaliën, de zgn. laspoeders een rol spelen.
Bij het autogene snijden wordt het metaal door een acetyleen-zuurstofvlam verhit, waarna extra zuurstof wordt toegevoegd, waardoor het metaal ter plaatse verbrandt, als een felle vonkenregen wegspat en een opvallend smalle opening ontstaat. Het autogeen snijden van bijv. een staalplaat van 60 cm dikte is geen probleem meer en met bijzondere voorzorgen kan zelfs 1 m dikte worden doorgesneden !
Jarenlang is deze industrie de grootste carbidverbruiker geweest, totdat de chemische industrie op nog groter schaal deze nuttige grondstof ging gebruiken, waarvan reeds voorbeelden zijn genoemd en thans nog enige volgen:
Het door thermische ontleding verkregen roet heeft een afzetgebied in de rubber- en in de inktindustrie.
De polymerisatieproducten mono- en di-vinylacetyleen, door zoutzuur-additie omgezet tot chloropreen en neopreen, vormen de grondstoffen voor de Amerikaanse synthetische-rubberindustrie, waarvan de enorme toekomst heden ten dage nog nauwelijks kan worden geschat, terwijl ook de Duitse Buna-rubber acetyleen tot basis heeft.
Kwikkatalysatoren leiden door de additie van water via aceetaldehyde tot azijnzuur en daaruit tot aethylideen-diacetaat, de grondstof voor azijnzuuranhydride, waaruit de acetaatkunstzijde wordt gefabriceerd.
Additie van azijnzuur levert vinylacetaat, van zoutzuur vinylchloride; uit beide worden uiterst belangrijke kunststoffen bereid.
Zonder verdere opgave van bijzonderheden moge nog een aantal stoffen worden opgenoemd met acetyleen als uitgangsstof te fabriceren: paraldehyde, metaldehyde (= „meta”), chloroform, aethylacetaat, acetylchloride, keteen, aldol, acetaten, chloorazijnzuren, aceton, butanol, crotonzuur, boterzuur en isopropylalcohol. Tenslotte verdient vermelding dat in Nederland calciumcarbide gefabriceerd wordt door de N.V. Electro te Amsterdam, welke fabriek tevens het acetyleen gebruikt voor de fabricage van acetyleen-dissous, aceetaldehyde, azijnzuur, cupreen en trichlooraethyleen, alsmede van derivaten dezer stoffen.
DR W. C. DE LIEFDE
Lit.: J. A. Nieuwland en R. R. Vogt, Chemistry of Acetylene, (New York 1945); V. Grignard, Traité de Chimie Organique en 15 volumes, Tome III (Paris 1935); J. H. Vogel, Das Acetylene (2e Aufl., Leipzig 1923); Uil man n, Enzyklopädie der Technischen Chemie in 10 Tin, 2e Aufl., Teil I (Berlin-Wien 1928); R. Taussig, Die Industrie des Kalziumkarbides (Halle, Saale, 1930); Ch. Bingham, The Manufacture of Carbide of Calcium (London 1928); J. F. Thorpe and M. A. Whiteley, Dictionary of Applied Chemistry. Part 1 (London 1937); P. Piganiol, Acétylène, homologues et dérivés (Paris 1945)-
