Ethan

Meera Senthilingam

Diese Woche: Die Freuden der Einfachheit mit Brian Clegg.

Brian Clegg

Wenn es um einfache organische Verbindungen geht, wird Ethan unter den Alkanen nur von Methan übertrumpft. Ethan besteht aus zwei Kohlenstoffatomen, die durch eine Einfachbindung miteinander verbunden sind, wobei an jedes Kohlenstoffatom drei Wasserstoffatome gebunden sind. Man könnte meinen, dass diese Einfachheit bedeutet, dass Ethan leicht zu identifizieren ist, sobald die Wissenschaftler die Grundlagen der organischen Chemie verstanden haben. Mehrere frühe Experimentatoren, die Ethan herstellten – darunter Michael Faraday, der 1834 eine Kaliumacetatlösung elektrolysierte – waren jedoch nicht in der Lage, das Gas von Methan zu unterscheiden. Erst 1864 gelang es dem deutschen Chemiker Carl Schorlemmer, der sich intensiv mit Kohlenwasserstoffen wie diesen beschäftigte, nachzuweisen, dass die Experimente tatsächlich Ethan lieferten.

Wie Methan ist Ethan ein geruchloses, farbloses Gas, das leicht entflammbar ist – tatsächlich enthalten alle Erdgasquellen etwas Ethan, wenn auch weit weniger als Methan, in der Regel fünf Prozent oder weniger. Früher wurde es dem Verbraucher einfach zur Verbrennung mit dem Methan geliefert, da Ethan auch bei vollständiger Verbrennung zu Kohlendioxid und Wasserdampf sauber verbrennt. Mit der zunehmenden Nachfrage der Industrie nach Ethan wird es jetzt jedoch in der Regel vor der Lieferung von Erdgas an die Verbraucher gewonnen.

Ein Teil des Ethans stammt aus Erdölgas, einem Nebenprodukt von Ölraffinerien. Eine zunehmende Quelle ist Schiefergas, das durch das umstrittene Fracking-Verfahren gewonnen wird, da die traditionellen Erdgasvorräte zurückgehen. Im Jahr 2014 kündigte das Petrochemieunternehmen Ineos an, im schottischen Grangemouth ein riesiges Ethanlager zu errichten, in dem die aus importiertem Schiefergas gewonnene Verbindung vor der Verarbeitung gelagert werden soll. Anlagen wie diese erfordern eine bessere Infrastruktur für den Transport von Ethan. Auch im Jahr 2014 konnten bemerkenswerte 87 % des aus dem US-Schiefergasfeld Marcellus gewonnenen Ethans aufgrund von Transportbeschränkungen nicht genutzt werden. Dieses Ethan verbleibt derzeit in der Pipeline, wird aber ein Problem darstellen, wenn die Möglichkeiten, es vom Standort zu entfernen, nicht verbessert werden.

Ethan erregt die Gemüter der Astronomen, weil es jenseits der Erde nachgewiesen wurde

Der Grund, warum Ethan so beliebt ist, liegt nicht so sehr in seinen eigenen Vorzügen, sondern vielmehr darin, dass es sich leicht und sauber in Ethen umwandeln lässt, das wahrscheinlich besser unter seinem alten Namen Ethylen bekannt ist und von dem in der Industrie mehr als jede andere organische Substanz hergestellt wird. Mindestens die Hälfte davon wird dann polymerisiert, um Polyethylen oder Polyethylen, den am häufigsten verwendeten Kunststoff, herzustellen.

Der Prozess der Umwandlung von Ethan in Ethen hat den wenig einfallsreichen Namen „Steamcracking“, der weit weniger beeindruckend klingt als er ist. Der Name ist auch ungenau, da Cracken die Aufspaltung eines großen Moleküls in kleinere Moleküle suggeriert, was in diesem Fall nicht geschieht. Ethan wird mit Wasserdampf vermischt und im Schnellverfahren auf über 800 °C erhitzt. Dies geschieht innerhalb von Millisekunden, wobei das Gemisch so schnell durch die Crackanlage strömt, dass es sich schneller als mit Schallgeschwindigkeit fortbewegt. Das entstandene Ethen, das ungesättigte Äquivalent von Ethan, bei dem die Einfachbindung zwischen den Kohlenstoffatomen durch eine Doppelbindung ersetzt wurde, wird dann schnell abgekühlt, um eine weitere Reaktion zu vermeiden.

Wie eine Reihe von organischen Verbindungen erregt Ethan die Aufmerksamkeit der Astronomen, weil es außerhalb der Erde nachgewiesen wurde, in diesem Fall vor allem in der Atmosphäre des Titan. Der größte der Saturnmonde ist der einzige Satellit im Sonnensystem, der eine dichte Atmosphäre hat und auf dessen Oberfläche Flüssigkeiten bekannt sind, darunter mindestens ein See aus flüssigen Kohlenwasserstoffen. Das Ethan in der Titan-Atmosphäre, das dann möglicherweise Ethan-Regen auf der Oberfläche erzeugt hat, um zum See beizutragen, entsteht aus Methan durch eine photochemische Reaktion, bei der energiereiche Photonen in das Methanmolekül einschlagen und Methylradikale erzeugen, die sich paarweise zu Ethan verbinden können.

Ethan mag einfach sein, eine Verbindung mit wenig Komplexität, und doch ist sein Nutzen für uns unbestreitbar. Ethan wird uns in der Kunststoffproduktion noch viele Jahre lang zu Hilfe kommen – egal, ob der Einweg-Plastikträger Ihre Tasche ist oder nicht.

Meera Senthilingam

Wissenschaftsautor Brian Clegg über die nützliche, aber einfache Chemie des Ethans. Nächste Woche geht es um Psychoaktivität.

Hayley Simon

In den 1980er Jahren kam eine neue psychoaktive Droge auf den Markt. Bekannt als Ecstasy oder E, war diese kleine Pille ein sofortiger Hit in der Clubbing-Szene.

Meera Senthilingam

Finden Sie mit Hayley Simon in der nächsten Ausgabe von Chemie in ihrem Element heraus, warum sie ein solcher Hit war. Bis dahin, danke fürs Zuhören, ich bin Meera Senthilingam.