Ethaan

Meera Senthilingam

Deze week, de geneugten van eenvoud met Brian Clegg.

Brian Clegg

Als het om eenvoudige organische verbindingen gaat, wordt ethaan onder de alkanen alleen afgetroefd door methaan. Ethaan bestaat uit een paar koolstofatomen die verbonden zijn door een enkele binding met drie waterstofatomen aan elke koolstof. Het zou kunnen lijken dat deze eenvoud zou betekenen dat ethaan gemakkelijk te identificeren was zodra wetenschappers de grondbeginselen van de organische scheikunde begonnen te begrijpen. Maar verschillende vroege experimentatoren die ethaan produceerden – met name Michael Faraday, die in 1834 een oplossing van kaliumacetaat elektrolyseerde – waren niet in staat het gas van methaan te onderscheiden. Pas in 1864 slaagde de Duitse scheikundige Carl Schorlemmer, een vruchtbaar onderzoeker van koolwaterstoffen als deze, erin vast te stellen dat de experimenten daadwerkelijk ethaan hadden opgeleverd.

Net als methaan is ethaan een reukloos, kleurloos gas dat zeer ontvlambaar is – in feite bevatten alle aardgasbronnen wel wat ethaan, zij het veel minder dan methaan, meestal vijf procent of minder. Vroeger werd dit gewoon aan de gebruiker geleverd om samen met het methaan te worden verbrand, aangezien ethaan ook schoon brandt wanneer het volledig is verbrand tot kooldioxide en waterdamp. Maar door de toenemende industriële vraag naar ethaan wordt het nu meestal gewonnen voordat aardgas aan de gebruiker wordt geleverd.

Soms komt ethaan uit petroleumgas, een bijproduct van olieraffinaderijen. Een toenemende bron, nu de traditionele aardgasvoorraden afnemen, is schaliegas, geproduceerd door het controversiële fracking-proces. In 2014 kondigde het petrochemische bedrijf Ineos aan dat het een enorme opslagfaciliteit voor ethaan zou bouwen in Grangemouth in Schotland, om de verbinding die wordt geproduceerd uit geïmporteerd schaliegas op te slaan voordat het wordt verwerkt. Voor dergelijke faciliteiten is een betere infrastructuur voor het vervoer van ethaan nodig. Ook in 2014 kon een opmerkelijke 87% van het ethaan dat uit het Amerikaanse Marcellus-schalieveld werd geproduceerd, niet worden gebruikt wegens transportbeperkingen. Dit ethaan wordt momenteel in de pijpleiding gelaten, maar zal een probleem veroorzaken als de mogelijkheid om het van de locatie te verwijderen niet wordt verbeterd.

Ethaan wekt opwinding bij astronomen omdat het buiten de aarde is gedetecteerd

De reden dat ethaan populair is, is niet zozeer gelegen in zijn eigen deugden, maar veeleer in het feit dat het een gemakkelijke, schone overgang vormt naar ethyleen, dat waarschijnlijk beter bekend is onder zijn oude naam ethyleen en waarvan er in de industrie meer wordt geproduceerd dan van welke andere organische stof ook. Ten minste de helft daarvan wordt vervolgens gepolymeriseerd tot polyethyleen, of polyetheen, het meest gebruikte plastic.

Het proces van omzetting van ethaan in etheen heeft de weinig inspirerende naam ‘stoomkraken’, wat veel minder indrukwekkend klinkt dan het is. De naam is ook onnauwkeurig, want kraken suggereert dat een groot molecuul in kleinere moleculen wordt gesplitst, wat in dit geval niet gebeurt. Ethaan wordt gemengd met stoom en flash verhit tot meer dan 800°C. Dit gebeurt in milliseconden, waarbij het mengsel voortdurend zo snel door de kraakinstallatie stroomt dat het sneller gaat dan de geluidssnelheid. Het resulterende etheen, dat het onverzadigde equivalent is van ethaan waarbij de enkele binding tussen de koolstofatomen is vervangen door een dubbele binding, wordt vervolgens snel afgekoeld om verdere reactie te voorkomen.

Net als een aantal organische verbindingen wekt ethaan opwinding bij astronomen omdat het buiten de aarde is aangetroffen, in dit geval met name in de atmosfeer van Titan. De grootste maan van Saturnus is de enige satelliet in het zonnestelsel die een dikke atmosfeer heeft en waarvan bekend is dat er vloeistoffen aan het oppervlak zijn, waaronder tenminste één meer met vloeibare koolwaterstoffen. Ethaan in Titans atmosfeer, dat vervolgens ethaanregen op het oppervlak kan hebben geproduceerd om bij te dragen aan het meer, wordt geproduceerd uit methaan door een fotochemische reactie, wanneer energetische fotonen in het methaanmolecuul inslaan en methylradicalen produceren die zich paarsgewijs kunnen verbinden tot ethaan.

Ethaan mag dan eenvoudig zijn, een verbinding van weinig complexiteiten, en toch is het nut ervan voor ons onbetwistbaar. Ethaan zal ons nog vele jaren te hulp komen bij de productie van kunststoffen – of de plastic wegwerpdrager nu wel of niet uw tas is.

Meera Senthilingam

Wetenschapsschrijver Brian Clegg daar, met de nuttige, maar eenvoudige, chemie van ethaan. Volgende week, wat psychoactiviteit.

Hayley Simon

In de jaren tachtig kwam er een nieuwe psychoactieve drug op de markt. Bekend als ecstasy, of E, was deze kleine pil meteen een hit in de clubscene.

Meera Senthilingam

Vind uit waarom het zo’n hit was met Hayley Simon in Chemie in je Element van volgende week. Tot dan, bedankt voor het luisteren, ik ben Meera Senthilingam.