乙炔分子量

定义

乙炔分子量又称乙炔的相对分子质量，指乙炔分子里全部原子的相对原子质量相加所得的值^[1]。乙炔属于炔烃，是分子结构最简单、带有碳碳三键的烃，化学式为 C2H2^[3]。中国团体标准《电子工业用气体 溶解乙炔》以 2011 年发布的国际相对原子质量为基础，列出乙炔的相对分子质量为 26.04^[2]。

不同数据库收录的数值略有出入。美国国家标准与技术研究院(NIST)记为 26.0373^[4]；NIST/TRC 热物性表与欧洲生物信息研究所的 ChEBI 数据库都记为 26.038^[6][7]；美国环境保护署的物质登记系统给出的则是 26.04 g/mol^[5]。这些差别源于各自取用的相对原子质量有效数字位数不同，并不代表物质本身有区别。

原理

相对分子质量以碳-12 原子质量的 1/12 作为比较基准，等于分子中各个原子相对原子质量的总和，属于没有单位的相对量^[1][8]。1961 年，国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)把碳-12 的相对原子质量确定为 12.000，作为衡量其他原子的标准^[8]。按现行数据，碳的相对原子质量为 12.011，氢的相对原子质量为 1.008^[8]。

乙炔分子量的计算可写作 $M_r = 2A_r(C) + 2A_r(H)$，也就是 2 个碳原子与 2 个氢原子相对原子质量的总和。代入数值，$M_r = 2 \times 12.011 + 2 \times 1.008 \approx 26.038$^[8]。若改用位数较少的原子量，结果就是常被引用的 26.04^[2]。

分子量与摩尔质量在数值上相同，区别在于前者是不带单位的相对量，后者带有单位，通常写作克每摩尔^[1]。据此，乙炔的摩尔质量约为 26.04 g/mol^[5]。

发展历程

乙炔最早在 1836 年由英国化学家埃德蒙·戴维得到。他在加热碳酸钾与木炭以制取金属钾时，把残渣投入水中，放出一种可燃气体，当时被认作一种新的碳氢化合物，但这一发现此后长期被遗忘^[3][9]。1860 年，法国化学家马塞兰·贝特洛重新制得这种气体，并为其取名 acétylène，即乙炔^[3]。

1862 年，德国化学家弗里德里希·维勒用电石与水反应制得乙炔，这条路线后来成为乙炔的传统制法^[9]。1892 年，法国化学家亨利·穆瓦桑与美国人托马斯·威尔逊各自用电弧炉制出碳化钙，为乙炔的大量生产提供了原料^[10]。

1895 年，法国化学家亨利·勒夏特列发现乙炔在氧气中燃烧能形成温度很高的火焰，为气焊与气割的诞生打下基础^[9][10]。20 世纪 50 年代以后，天然气部分氧化法逐步取代电石法，成为乙炔的主要工业来源^[3]。

应用

乙炔与氧气混合燃烧生成的氧炔焰温度可达 3000~3500℃，被广泛用于金属的焊接与切割^[11]。在气焊中，火焰先把焊件与焊丝熔化，冷却后使两块金属连成一体；在气割中，同一套设备配合氧气流即可把金属切开^[11]。

乙炔同时是重要的有机化工原料，可用于生产氯乙烯、醋酸乙烯、丙烯酸等中间体，并进一步制成聚氯乙烯等高分子材料^[9]。在工业气体行业中，供给焊接与切割用途的乙炔约占总量的两成^[12]。

由于乙炔加压后不稳定，工业上通常让它先溶于丙酮，再压入填充多孔材料的钢瓶中储存和运输，这种产品称为溶解乙炔^[11]。

局限

相对分子质量是按元素天然同位素丰度加权得到的平均值，不能代表单个分子的实际质量。乙炔的平均相对分子质量为 26.038，而其单一同位素质量只有 26.01565，两者并不相等^[7]。因此，这一数值只适合用于宏观计量，不宜直接套用到单个分子上。

乙炔本身性质不稳定，受热或受压容易分解甚至爆炸，不能用普通高压钢瓶单独盛装，单瓶储存压力通常限制在 0.1 MPa 左右^[11]。乙炔与空气混合后的爆炸极限很宽，下限约为 2.4%、上限约为 80%，使用过程需要严格通风并远离火源^[11]。

此外，分子量只是质量层面的一个数值，它反映的是分子中原子的种类与数目，并不能说明分子内部的键型、空间形状和化学活性^[1]。

参见

• 相对分子质量 —— 乙炔分子量是这一概念在具体物质上的实例

• 摩尔质量 —— 与乙炔分子量数值相同而单位不同

• 炔烃 —— 乙炔是该同系列中结构最简单的成员

• 氧炔焰 —— 乙炔与氧燃烧产生的高温火焰

• 电石 —— 与水反应是乙炔的传统来源