ACÉTYLÈNE

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Caractéristiques de l'acétylène

Propriétés physiques

L'acétylène (C2H2), de masse molaire 26,028, est un gaz incolore dont l'odeur rappelant le géranium est généralement masquée par celle, aliacée, de la phosphine (PH3) ; l'arsine (AsH3) qui peut accompagner la phosphine étant en revanche très fréquemment inodore.

Voici quelques caractéristiques : volume molaire : 22,12 l ; masse du litre à 0 0C : 1,17 g ; température d'ébullition : 35 0C ; point critique : 6,11 MPa ; sa température de fusion est F : – 81,8 0C ; il se sublime dès – 83 0C ; on peut le fondre sous pression : pression de vapeur de 2,6 MPa à 0 0C et de 3,8 MPa à 15 0C.

L'acétylène liquide est incolore, de densité 0,62, et constitue un explosif.

Ses limites d'inflammabilité sont dans l'air sec : 2-80 p. 100, dans l'air humide : 3-77 p. 100, dans l'oxygène : 3-93 p. 100.

Il est relativement soluble dans l'eau, avec laquelle il peut donner un hexahydrate : sa solubilité atteint 1,97 g/l sous une pression de 0,1 MPa à 0 0C ; à 10 0C : 1,21 ; à 20 0C : 1,55 ; à 70 0C : 0,76 ; sous 1 MPa à 10 0C : 14,2 ; à 20 0C : 11,4. Il est très soluble dans l'acétone (25 g/l à 10 0C sous 0,1 MPa et 300 g/l à 10 0C sous 1,2 MPa), dans l'ammoniaque liquide et dans de nombreux composés carbonés : méthanol, acétonylacétone, phosphate triéthylique, diméthylsulfoxyde, diméthylformamide, méthylpyrrolidone.

Structure

Les propriétés chimiques de l'acétylène s'expliquent essentiellement par la présence dans sa molécule d'une triple liaison constituée en fait par la superposition d'une liaison simple σ (provenant de la fusion de deux orbitales sp) à deux liaisons π résultant de la fusion de deux orbitales 2p. Cette liaison, de longueur 0,124 nm et caractérisée par une énergie de 811 kJ, est donc moins stable que les liaisons simples (614 kJ) et doubles (347,3 kJ), et par conséquent plus réactive.

D'autre part l'hydrogène lié au carbone par une triple liaison sera très mobile (ou acide), propriété que l'on retrouve dans les alcynes du type R − C ≡ C − H dits vrais pour les distinguer des autres du type R − C ≡ C − R′, qui ne possèdent pas d'hydrogène substituable par un métal.

Propriétés chimiques

L'acétylène dont la formation est endothermique (ΔH = 226,5 kJ/mole) est instable ; cela explique la facilité avec laquelle il donne lieu à des réactions de synthèse et sa grande chaleur de combustion (58 000 kJ/m3) :

et aussi les risques d'explosions, dès qu'il est en présence d'air ou même en l'absence de celui-ci, lorsqu'on le comprime.

C'est la raison pour laquelle, au lieu de le vendre à l'état liquide ou de gaz comprimé, on le véhicule dissous dans l'acétone en présence d'un corps poreux, sous une pression inférieure à 2 MPa. W. Reppe a pourtant réussi à l'utiliser sous pression (2 MPa) en le diluant avec 40 p. 100 d'azote.

Les mélanges d'air et d'acétylène risquent de s'enflammer au contact d'une flamme, d'une étincelle ou lorsqu'on les porte au-dessus de 300 0C : la combustion totale exige un volume d'air important sinon il se forme du noir de fumée.

La combustion, dans un brûleur adéquat, fournit une flamme blanche très lumineuse (vingt fois plus intense que celle du gaz de ville) dont la température dépasse 3 000 0C avec l'oxygène, et 2 000 0C avec l'air.

La puissance spécifique d'une telle flamme (quantité de chaleur formée dans l'unité de temps et par unité de section de l'orifice de sortie du mélange acétylène + oxygène) : 19,6 kJ.cm−2 . s−1, dépasse celle de toutes les autres flammes, et explique l'intérêt du chalumeau oxyacétylénique pour le soudage des aciers, même sous l'eau.

La combustion incomplète fournit du noir d'acétylène utilisé comme pigment dans les peintures, vernis, encres et aussi comme charge du caoutchouc.

Les réactions d'addition sont très variées et très importantes. L'hydrogénation, notamment en présence de nickel, conduit aisément à l'éthane ; en utilisant le palladium comme catalyseur on la limite au stade de l'éthylène.

L'halogénation qui, en présence de catalyseurs (chlorure d'aluminium, de fer ou d'antimoine), conduit généralement aux composés tétrahalogénés s'opère toutefois en deux étapes. Avec l'iode, elle s'arrête au premier stade pour des raisons [...]

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Écrit par :

  • : ingénieur de l'École supérieure de physique et chimie industrielles, professeur honoraire de l'université de Paris-XI

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Pour citer l’article

Henri GUÉRIN, « ACÉTYLÈNE », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 05 mai 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/acetylene/