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¿QUÉ ES EL ETILENO?
El etileno o eteno es un compuesto químico orgánico formado por dos
átomos de carbono enlazados mediante un doble enlace. Se halla de forma
natural en las plantas.
Es el hidrocarburo olefinico o insaturado más sencillo, es el miembro
más simple de los alquenos. Es un gas
incoloro e inflamable, con olor débil y agradable. Es uno de los
productos químicos más importantes de la industria química. Se usa mucho
como materia prima en la industria química orgánica sintética.
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ETILENO |
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Nombre (IUPAC)
sistemático |
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Eteno |
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General |
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Fórmula
semidesarrollada |
CH2=CH2 |
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Fórmula
molecular |
C2H4 |
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Identificadores |
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Número CAS
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74-85-1 |
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Propiedades físicas |
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Estado de
agregación |
Gas |
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Apariencia |
Incoloro |
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Densidad |
567 kg/m3;
0,567 g/cm3 |
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Densidad
del vapor |
0,9852
(aire=1) |
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Densidad
crítica |
0.227 |
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Viscosidad
a 0º C |
0,000093
poises |
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Masa molar |
28,05 g/mol |
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Punto de
fusión |
104 K
(-169,15 °C) |
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Tensión
superficial al punto de ebullición |
16,5 dinas/cm
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Calor de
vaporización al punto de ebullición |
118,5 cal/grs
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Punto de
ebullición |
169,5 K
(-103,65 °C) |
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Calor de
hidrogenación |
32,8 Kcal/mol |
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Calor de
combustión (bruto) |
337,28 Kcal/mol |
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Tem)peratura crítica |
282,9 K
(9,90º C) |
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Presión
crítica |
50,7 Atm. |
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Límite de
inflamabilidad en el aire (Min |
3-3,5% |
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Límite de
inflamabilidad en el aire (Max) |
16-29% |
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Temperatura de autoignición en aire |
490º C |
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Propiedades químicas |
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Acidez (pKa) |
44 |
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Solubilidad en agua |
Miscible |
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Termoquímica |
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ΔfH0gas |
n/d kJ/mol |
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ΔfH0líquido
|
n/d kJ/mol |
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S0líquido,
1 bar |
n/d
J·mol-1·K-1 |
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Valores en el
SI y en condiciones normales de 0 °C y 1 atm), salvo que se
indique lo contrario. |
Índice
Estructura
Reactividad_quimica
Obtencion
Biosintesis
Aplicaciones
El etileno en las plantas
Etileno en la
maduración de los frutos
Estructura
La molécula es plana y está formada por cuatro enlaces simples C-H y
un enlace doble C=C, que le impide rotar excepto a altas temperaturas.
La molécula no puede rotar alrededor del doble enlace y todos los
átomos están en el mismo plano. El ángulo entre los dos enlaces
carbono-hidrógeno es de 117º, muy próximo a los 120º correspondientes a
una hibridación sp2.
Reactividad química
La región del doble enlace es relativamente rica en densidad
electrónica (es un centro nucleófilo) y puede reaccionar con
electrófilos (con deficiencia de electrones) a través de reacciones de
adición. Mediante este tipo de reacciones se pueden sintetizar derivados
halogenados.
También se puede adicionar agua (reacción de hidratación) para dar
etanol;
se emplea un ácido como el ácido sulfúrico o el
ácido fosfórico como catalizador. La reacción es reversible.
A altas presiones y con un catalizador metálico (platino, rodio,
níquel) se puede hacer reaccionar con hidrógeno molecular para dar
etano.
Las reacciones químicas del etileno pueden ser divididas en aquellas
que tienen importancia comercial y otras de interés puramente académico.
Esta división es necesariamente arbitraria y las reacciones incluidas en
la segunda categoría pueden llegar a pertenecer a la primera en el
futuro.
La polimerización del etileno representa el segmento más grande de la
industria petroquímica con el polietileno ranqueado en el primer lugar
como consumidor del etileno. El etileno (99,9 % de pureza), es
polimerizado bajo específicas condiciones de temperatura y presión y con
la presencia de un iniciador catalítico, generándose una reacción
exotérmica.
Las reacciones de oxidación del etileno dan oxido de etilenglicol,
acetaldehído y acetato de vinilo; ranqueados segundo, sexto y octavo
respectivamente como consumidores de etileno en EEUU. El proceso de
oxidación directa es utilizado actualmente en reemplazo del antiguo
proceso de oxidación multietapas debido a que es más económico.
Obtención
La mayor parte del etileno producido mundialmente se obtiene por
craqueo con vapor (steam cracking) de hidrocarburos de refinería
(etano, propano, nafta y gasóleo, principalmente). También se obtiene el
etileno a partir del reformado catalítico de naftas o a partir de gas
natural (Oxidative Coupling of Methane, OCM).
También puede obtenerse en laboratorios de Química Orgánica mediante
la oxidación de Alcoholes.
Biosíntesis
Se produce en casi todos los órganos de las plantas superiores,
aunque la tasa de producción dependerá del tipo de tejido y de su
estadío de desarrollo. En general las regiones meristemáticas y nodales
son las más activas en la biosíntesis. Sin embargo la producción también
se incrementa durante la abscisión foliar, senescencia de las flores y
maduración de frutos.
Se biosintetiza a partir del
aminoácido Metionina, que por acción de una Ado-Met sintasa genera
Ado-Met. La etapa limitante en la ruta es la conversión de Ado Met en
Ácido-1-aminociclopropanocarboxílico (ACC), catalizado por la ACC
sintasa. La última etapa de la vía la cataliza una oxidasa que requiere
O2 como sustrato. El grupo CH3-S (tiometilo) de la
metionina es reciclado a través del ciclo de Yang nuevamente hasta
Metionina; esta vía cíclica involucra el consumo de energía (bajo la
forma de ATP) y de O2.
Su biosíntesis está incrementada en plantas expuestas a condiciones
ambientales de estrés y en especies terrestres es considerado un signo
de injuria asociado con la degradación de la clorofila y la peroxidación
de lípidos de membranas. La presencia de jasmonatos favorece su
síntesis.
Aplicaciones
El etileno ocupa el segmento más importante de la industria
petroquímica y es convertido en una gran cantidad de productos finales e
intermedios como plásticos, resinas, fibras y elastómeros (todos ellos
polímeros) y solventes, recubrimientos, plastificantes y anticongelantes
La mayor parte del etileno se emplea para la obtención de polímeros.
Mediante reacciones de polimerización se obtiene el polietileno de alta
densidad y el de baja densidad. También se obtiene dicloroetileno,
intermedio para la síntesis de cloruro de vinilo, que se polimeriza a
cloruro de polivinilo, y otros hidrocarburos clorados. Además se puede
hacer reaccionar con benceno para dar etilbenceno, obteniéndose
estireno, que puede polimerizarse dando poliestireno.
Se emplea como producto de partida de otros polímeros, como la
síntesis del monómero acetato de vinilo para la obtención de acetato de
polivinilo o la síntesis de etilenglicol (a través del intermedio óxido
de etileno) que con ácido terftálico da tereftalato de polietileno.
El etileno se utiliza, en combinación con otros hidrocarburos
saturados e insaturados, sintetizados a partir del caucho, teniendo
estos muchas aplicaciones en la industria. Destaca fundamentalmente el
EPDM, Etileno Propileno Dieno Monómero, con el que se obtienen películas
de caucho saturado con múltiples aplicaciones en la industria
automovilística y de la construcción, por su alta resistencia a las
oscilaciones de temperatura, su flexibilidad y su capacidad
impermeabilizante.
El etilenglicol también sirve como anticongelante, y el óxido de
etileno se puede emplear para la síntesis de algunos éteres glicólicos
(para pinturas o tensioactivos) y otros productos.
El
etanol se puede obtener mediante la hidratación del etileno y se
emplea como combustible o en la síntesis de ésteres etílicos,
disolventes, y otros productos. También se puede obtener, a través de la
síntesis de propionaldehido, ácido propiónico y alcohol n-propílico. Por
oxidación del etileno se obtiene acetaldehido, el cual se emplea en la
síntesis de n-butanol y
ácido acético.
El etileno, que se encuentra naturalmente en las plantas, también se
emplea para provocar la maduración de la fruta. Esto se debe a que se
libera un gas, que al entrar en contacto con otros vegetales, ya sea
fruta o planta, provoque su precoz maduración, o en el caso de la
planta, un envejecimiento prematuro.
Es un termoplástico que se caracteriza por ser resistente, flexible y
poco denso. Como ejemplos de aplicación se pueden nombrar recipientes,
tubos flexibles, sogas y películas.
Hay dos clases de
Polietileno; el de
alta densidad (0,941-0,970 grs/ml) que se usa para tuberías y
desagües, especialmente para formas corrugadas de gran diámetro. Y el de
baja densidad (0,910-0,940 grs/ml) que se utiliza en la fabricación
de películas, cables, alambres y recubrimientos de papel. (Ver
más del Polietileno)
Se obtiene por adición a partir del cloruro de etileno. Sus
principales características son ser resistente, algo elástico y poco
desgastable; es por esto que se utiliza en revestimientos de suelos,
paredes y tanques, caños y juntas.
Se obtiene a partir de estireno o fenileteno. Se caracteriza por ser
transparente y rígido por lo que se lo puede utilizar en inyección,
extrusión y piezas termoformadas (envases desechabas, interiores de
heladera) y también en aislamientos (expandido).
Se utiliza como monómero el acrilonitrilo o cianoeteno. Es un
compuesto fuerte, fácil de teñir y puede hilarse. Estas características
lo hacen apto para la fabricación de fibras textiles (orlon, cashmilon,
Dralon).
Se fabrica a partir de tetrafluoroeteno. Es un polímero muy inerte,
no adhesivo y autolubricante, además de su gran resistencia a altas
temperaturas. Como ejemplos de su aplicación se pueden nombrar juntas,
bujes, y revestimientos de utensilios de cocina. (Ver
más del Politetrafloruroeteno)
Es un gas incoloro o un líquido incoloro, movible e inflamable. Se
usa mucho como intermedio químico en la fabricación de glicol etilénico,
glicoles polietilénicos y sus derivados, etanolaminas, cianhidrina
etilénica y detergentes no iónicos. Se usa también como fumigante.
De sus derivados es el óxido propilénico el más importante de los
óxidos de alquilenos, y el óxido de estireno el más importante de los
derivados aromáticos.
Etileno en las plantas
El etileno es la fitohormona responsable de la maduración de los
frutos, además de la senescencia de hojas y flores y de la abscisión del
fruto. La famosa frase de que una
manzana
podrida echa a perder al resto tiene su fundamento científico
precisamente en el etileno puesto que, cuando una fruta madura desprende
etileno, acelerando la maduración de las frutas que la rodean.
Afecta el crecimiento, desarrollo, maduración y envejecimiento de
todas las plantas. Normalmente es producido en cantidades pequeñas por
la mayoría de las frutas y vegetales. Muchas frutas producen grandes
cantidades de etileno y resulta en una maduración uniforme cuando es
expuesta a una fuente externa de etileno.
El etileno, siendo un hidrocarburo, es muy diferente a otras hormonas
vegetales naturales. Aunque se ha sabido desde principios de siglo que
el etileno provoca respuestas tales como geotropismo y abscisión, no fue
sino hasta los años 1960s que se empezó a aceptar como una hormona
vegetal. Se sabe que el efecto del etileno sobre las plantas y secciones
de las plantas varía ampliamente. Ha sido implicado en la maduración,
abscisión, senectud, dormancia, floración y otras respuestas. El etileno
parece ser producido esencialmente por todas las partes vivas de las
plantas superiores, y la tasa varía con el órgano y tejido específicos y
su estado de crecimiento y desarrollo. Las tasas de síntesis varían
desde rangos muy bajos (0.04-0.05 µl/kg-hr) en blueberries (Vaccinium
spp.) a extremadamente elevadas (3,400 µl/kg-hr) en flores
desvanecientes de orquídeas Vanda. Se ha encontrado que las alteraciones
en la tasa sintética de etileno están asociadas cercanamente al
desarrollo de ciertas respuestas fisiológicas en plantas y sus
secciones, por ejemplo, la maduración de frutas climatéricas y la
senectud de flores.
Ya que el etileno está siendo producido continuamente por las células
vegetales, debe de existir algún mecanismo que prevenga la acumulación
de la hormona dentro del tejido. A diferencia de otras hormonas, el
etileno gaseoso se difunde fácilmente fuera de la planta. Esta emanación
pasiva del etileno fuera de la planta parece ser la principal forma de
eliminar la hormona. Técnicas como la ventilación y las condiciones
hipobáricas ayudan a facilitar este fenómeno durante el periodo
poscosecha al mantener un gradiente de difusión elevado entre el
interior del producto y el medio que lo rodea. Un sistema de emanación
pasivo de esta naturaleza implicaría que la concentración interna de
etileno se controla principalmente por la tasa de síntesis en lugar de
la tasa de remoción de la hormona.
-
Promueve la maduración de frutos.
Por aumento en los niveles de enzimas hidrolíticas que ablandan el
tejido, producen la hidrólisis de los productos almacenados,
incrementan la velocidad de respiración y la pigmentación de los
frutos.
-
Favorecen la epinastia de hojas.
La epinastia es la curvatura hacia abajo de las hojas debido a que
el lado superior del pecíolo (adaxial) crece más rápido que el
inferior (abaxial).
-
Induce la expansión celular lateral.
Por reordenamiento de las fibras de celulosa en la pared, que
cambian hacia una orientación longitudinal.
-
Pone fin a la dormancia de los
brotes.
-
Inicia la germinación de semillas.
-
Inhibe el crecimiento de la raíz
y favorece la formación de raíces adventicias.
-
Favorece la senescencia de las hojas:
efecto en el que se involucra un balance hormonal con las
citocininas.
-
Favorecen la abscisión de hojas y
frutos. Es el principal regulador de la abscisión. El etileno
estimula la abscisión de hojas y frutos al aumentar la síntesis y
secreción de enzimas que degradan la pared celular tales como
celulasas y pectinasas. En este proceso esta involucrado un balance
hormonal con las auxinas.
El receptor de etileno se denomina ETR1; En Arabidopsis thaliana es
un dímero de 2
proteínas integrales de membrana, con actividad histidina kinasa y
capacidad autofosforilante. La unión del etileno a su receptor induce su
autofosforilación a nivel de residuos de histidina y luego transferencia
de estos fosfatos hacia residuos de aspartato. El receptor así activado
inicia una cascada de señalizaciones hacia otras
proteínas efectoras
(cascada del tipo MAP Kinasa, con destino final a nivel del DNA).
La unión del etileno al receptor da como resultado la inactivación de
un regulador negativo CTR 1 (que se hallaba inhibiendo a la proteína
transmembrana EIN 2) por lo que la proteína EIN 2 cobra actividad,
funcionando como un canal de iones (probablemente iones Ca+2),
lo que se traduce en una posterior activación del factor de
transcripción EIN 3, que actúa a nivel genómico induciendo la expresión
genética de
proteínas efectoras.
Difusión hacia la atmósfera circundante, o bien oxidación hasta
etilenóxido, etilenglicol o CO2. Como es fácilmente oxidado a
etilenglicol por acción del permanganato de potasio, se aprovecha esta
propiedad en horticultura. Las frutas o flores empacadas en cajones son
cubiertas con alúmina o silicagel impregnada en KMnO4 para
remover el etileno que se forma y así disminuir la velocidad de
maduración.
Se transporta de célula a célula en el simplasto y floema,
difundiendo en el citosol, ya que es suficientemente soluble en agua
para ser transportado en soluciones y suficientemente no polar para
pasar a través de las membranas rápidamente. El sitio de acción del
etileno es próximo al sitio de síntesis.
Etileno en la maduración de los frutos
El etileno es un compuesto químico relacionado con la maduración y su
exclusión se traduce en un retraso de dicho proceso fisiológico.
Los azúcares y otros componentes sufren alteraciones importantes y se
forma anhídrido carbónico (CO2) y agua.
Los fenómenos destacados que tienen lugar durante la maduración de
las frutas son la respiración, el endulzamiento, el ablandamiento, los
cambios en el aroma, la coloración y el valor nutritivo. Y todos estos
procesos influyen notablemente en la resistencia y buena presencia de
las frutas durante el almacenamiento, el transporte y la
comercialización de las mismas.
Durante la respiración de las frutas se forma un compuesto gaseoso
llamado etileno. Este compuesto acelera los procesos de maduración, por
lo que es preciso evitar su acumulación mediante ventilación de las
frutas almacenadas, a fin de aumentar el periodo de conservación de las
frutas.
Si este compuesto gaseoso, producido por una fruta madura, se acumula
en las cercanías de frutas no maduras, desencadena rápidamente su
maduración, lo que contribuye a acelerar el deterioro de todas las
frutas.
Las concentraciones de etileno requeridas para la maduración varían
según las especies, pero en la mayoría de los casos oscila entre 0.1 a 1
partes por millón.
- El etileno como estimulante de la maduración en los frutos de
las plantas
El etileno es un gas producido naturalmente por las frutas durante la
maduración. En general, estimula los cambios en el color de la piel (ej:
tomate,
pimiento,
platano) o cáscara (ej: cítricos,
banana), produce
ablandamiento (ej:
plátano,
tomate) y en algunos casos, mejoras
en el sabor (ej:
banana,
plátano).
Cuando se conocieron los efectos que el etileno tiene sobre la
maduración, se comenzó a utilizarlo en tratamientos artificiales para
anticipar la recolección de frutas. Se cosecha con un mínimo grado de
madurez y mediante la aplicación de este gas, se trata de provocar los
mismos cambios que se producirían naturalmente si permanecieran los
frutos aún en la planta.
En Estados Unidos es una práctica usual que se cosechen
tomates en un
estado capaz de madurar separado de la planta (de color verde pero
fisiológicamente maduros), se trasladen de una costa a la otra del país
en camiones y se traten con etileno al llegar a destino. De esta manera
se alcanza el color deseado por el comprador, se obtiene un producto
uniforme y se evitan las pérdidas por sobremadurez y podredumbres.
Algunos frutos cítricos, dependiendo de la especie, variedad, sistema
de cultivo y condiciones climáticas, pueden alcanzar la madurez y aún
mantener la cáscara verde. Es importante dejar en claro que si los
frutos no están maduros también se desverdizarán pero no mejorarán su
sabor con el tratamiento.
Los frutos cítricos liberan bajos niveles de etileno durante su
desarrollo en la planta pero responden en general al tratamiento con
este gas en la postcosecha, aunque sólo tiene efecto sobre el cambio de
color de la cáscara (desverdizado). El desverdizado es una práctica
imprescindible y muy utilizada en situaciones en que naturalmente no se
alcanza el color deseado en la planta, generalmente por falta de bajas
temperaturas.
Para obtener un producto comercialmente aceptable, la fruta cítrica
debe cosecharse con un mínimo grado de madurez, debiéndose tomar en
cuenta el porcentaje de jugo y el valor de ratio o relación sólidos
solubles / acidez del jugo. Es decir, alcanzado los valores mínimos de
los índices de cosecha establecidos, se puede iniciar la recolección y
forzarse el cambio de color del verde al amarillo (limones), o
anaranjado (naranjas y
mandarinas) para enviar el producto ya
acondicionado al mercado local o de exportación.
En esa misma línea, el uso de etileno también puede ser beneficioso para
provocar el cambio de color del verde al rojo en
pimientos, aunque es
importante recalcar que también deben tener un grado de madurez adecuado
para que haya respuesta. Los
pimientos completamente verdes no están
preparados para responder a la presencia de etileno, pero sí aquellos
que han iniciado el cambio de color (pueden presentar pequeñas vetas de
color amarronado o amarillo-anaranjado en
la piel).
Para realizar los tratamientos artificiales con etileno se requiere
contar con una cámara o habitación que pueda mantenerse cerrada lo más
herméticamente posible y en la cual pueda hacerse un control de la
temperatura y humedad.
En general, se necesita mantener una temperatura de 18-21°C y 85-90% de
humedad relativa. El etileno puede ser aplicado utilizando generadores
(en los que se libera el gas por calentamiento de un líquido) o como gas
puro o en mezcla con oxígeno, a partir de cilindros.
El tiempo de tratamiento puede ser de 24, 48 a 72 horas, dependiendo del
tipo de fruta y de su grado de madurez de cosecha. También se debe
contar con una adecuada circulación dentro de la cámara y realizar
recambios de aire con una frecuencia regular para evitar la acumulación
de dióxido de carbono.
DOCUMENTACIÓN
Y REFERENCIAS
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