乙炔 (Ethyne)

乙炔 (Ethyne)
台北市立內湖高級中學化學科李亦晴老師/國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

乙炔 (acetylene or ethyne, C₂H₂)，屬於碳氫化合物中的炔類，分子量26.03，無色氣體，沸點-84 ℃，熔點-81.8 ℃，比重0.9（水=1）。因為只含有兩個氫原子及兩個碳原子，因此是炔類中最簡單的分子。乙炔是一種不飽和有機化合物，因為其中含有以共價鍵形成的叁鍵。乙炔中的碳－碳叁鍵是兩個碳原子利用sp混成軌域形成的，所以乙炔中的四個原子會在同一直線上，碳－碳－氫的鍵角為180^o。

乙炔是在1836年由Edmund Davy發現的，他將乙炔定義為一種「新的含氫碳化物」。到了1860年，法國化學家Marcellin Berthelot再度發現乙炔，並且創造了acetylene這個名稱。諾貝爾物理獎得主Gustaf Dalén（1869-1937，瑞典人，發明燈塔和浮標照明的自動調節器和氣體蓄壓器）則在研究過程中，因一次乙炔爆炸而失明。

製備
製造乙炔的主要原料是碳酸鈣（石灰石）和煤。碳酸鈣先轉換成氧化鈣、煤轉換成焦炭，接著兩種物質反應形成碳化鈣和一氧化碳：
CaO + 3 C → CaC₂ + CO

碳化鈣（或乙炔化鈣）和水可以用很多種方法反應形成乙炔和氫氧化鈣。這是Friedrich Wohler在1862年發現的反應。
CaC₂ + 2 H₂O → Ca(OH)₂ + C₂H₂
碳化鈣的合成需要很高的溫度（大於2000 ℃），所以需要在電弧爐中進行。

化學反應
美國每年產出的乙炔有將近80 ％被用於化學合成。近來較新的用途是將乙炔轉換成乙烯，以便於製造各種聚乙烯類的塑膠。乙炔的燃燒是一項重要的反應，也就是乙炔焊接技術的原理。除此之外，乙烯也可以製造丙烯酸的多種衍生物。乙炔和金屬形成的乙炔化物有很強的反應性，例如乙炔銀、乙炔銅都有很強的爆炸威力。

焊接
由於乙炔燃燒產生的高溫，每年有20 ％的乙炔被用於氧乙炔的氣體焊接與切割作業。乙炔和氧氣燃燒的溫度可達到3300 °C以上，這溫度是常用燃料中最高的。而乙炔焰在自然界的火燄溫度中，僅次於二氰乙炔的4990 °C和氰的4525 °C。

氧乙炔焊接技術已被廣泛使用數十年，然而近來電弧焊接的發展及優點已使得需氧焊接材料的技術快要絕跡，也因此乙炔焊接法有相當程度的衰退現象。儘管如此，需氧切割材料的技術仍非常盛行，幾乎每個金屬製造廠仍使用氧乙炔切割法。必須注意的是，不論是用於焊接或切割，乙炔的氣體壓力都必須用調節器控制恰當，否則會產生乙炔自燃爆炸現象。

安全及管理
乙炔並沒有特別的毒性，但由碳化鈣製造乙炔時卻可能產生有毒性的雜質，例如磷化氫或砷化氫。乙炔有很好的可燃性，因此被用於焊接。由於乙炔的化學性質不穩定，因此有極大的危險性，濃度很高或是純的乙炔很容易產生爆炸。當氣體壓力超過200 kPa時，乙炔將可能有非常猛烈的爆炸。因此，目前乙炔的儲存方法為溶解於丙酮或ＤＭＦ中，並置入含多孔填充物的金屬圓筒，以確保搬運及使用上的安全性。