Què són els isòmers de xilè?
El xilè, o dimetilbenzè, existeix com a tres isòmers estructurals: orto-xilè (o-xilè), meta-xilè (m{-xilè) i para{-xilè (p{-xilè). Tots tres comparteixen la fórmula molecular C8H10 i un pes molecular de 106,17 g/mol, però els dos grups metil estan units a diferents posicions de l'anell de benzè. A l'o-xilè, els grups metil es troben als carbonis adjacents, les posicions 1,2-; en m-xilè sobre carbonis separats per un carboni anell, les posicions 1,3; i en p-xilè en carbonis oposats, les posicions 1,4. Aquestes diferències de posició canvien la simetria de la molècula i, amb ella, les propietats físiques i el valor industrial de cada isòmer.
Què són el-xilè i el p-xilè?
L'orto-xilè, o 1,2-dimetilbenzè, és un líquid incolor i lleugerament oliós amb una olor aromàtica dolça. La seva baixa simetria molecular impedeix l'empaquetament estret del cristall, de manera que roman líquid fins a uns -25 graus . Industrialment, l'o-xilè es converteix gairebé exclusivament per oxidació catalítica en anhídrid ftàlic (PA), un intermedi per a plastificants de ftalats, resines alquídiques i resines de polièster insaturades. S'utilitzen quantitats més petites com a dissolvent aromàtic d'alt punt d'ebullició.
El para-xilè, o 1,4-dimetilbenzè, és un líquid incolor que es solidifica a prop dels 13 graus perquè la seva estructura altament simètrica s'empaqueta de manera eficient en cristalls. És l'isòmer de xilè més valuós perquè és la matèria primera per a l'àcid tereftàlic purificat (PTA) per oxidació catalítica. A continuació, el PTA es polimeritza amb monoetilenglicol en tereftalat de polietilè (PET), utilitzat per a ampolles de begudes, fibres de polièster i pel·lícules d'embalatge. Més del 95% de la demanda global de p-xilè està impulsada per la cadena PTA-PET.
Comparació d'o-xilè i p-xilè
| Propietat | o-Xilè (CAS 95-47-6) | p-Xilè (CAS 106-42-3) |
| Estructura | 1,2-dimetilbenzè, grups metil adjacents | 1,4-dimetilbenzè, grups metil oposats |
| Fórmula molecular | C8H10 | C8H10 |
| Punt d'ebullició | 144,4 graus | 138,4 graus |
| Punt de fusió | -25,2 graus | 13,2 graus |
| Densitat a 20 graus | 0,880 g/cm3 | 0,861 g/cm3 |
| Punt d'inflamació (tassa tancada) | Uns 32 graus | Uns 27 graus |
| Producte d'oxidació clau | Anhídrid ftàlic (PA) | Àcid tereftàlic (PTA) |
| Principals mercats aigües avall | Plastificants, resines alquídiques, polièster insaturat | Resina PET, fibra de polièster, film d'embalatge |
| Estat físic a 20 graus | Líquid | Líquid, prop del seu punt de congelació |
La simetria controla el comportament de fusió. L'isòmer para és altament simètric, de manera que les seves molècules s'empaquen fàcilment en una xarxa cristal·lina regular i el punt de fusió és relativament alt a uns 13 graus. L'orto isòmer és asimètric, cosa que dificulta l'empaquetament i el manté líquid a uns -25 graus . Aquesta diferència també impulsa l'estratègia de separació industrial: com que els punts d'ebullició dels isòmers del xilè difereixen només en uns pocs graus, la destil·lació simple és ineficaç i el p-xilè es recupera per cristal·lització fraccionada, adsorció selectiva sobre tamís moleculars de zeolita o processos de membrana i híbrids, seguit d'isomerització del refinat.
Aplicacions industrials i cadena de valor
o-El xilè s'oxida amb aire sobre un catalitzador a base de vanadi-a anhídrid ftàlic, que s'esterifica amb alcohols com el 2-etilhexanol per produir plastificants per a PVC flexible i amb poliols per formar resines alquídiques i de polièster insaturades. p-El xilè s'oxida en fase líquida a àcid tereftàlic, que es purifica i es polimeritza a PET. Els mercats de PET i polièster es troben entre els mercats de polímers més grans del món, cosa que fa que el p-xilè sigui l'isòmer de xilè de més valor. Els compradors de qualsevol isòmer haurien de confirmar la puresa, normalment del 98 al 99% o superior, el contingut d'aigua mitjançant la valoració de Karl Fischer, el color segons ASTM D1209 i el rang de destil·lació segons ASTM D1078.
Seguretat i manipulació
Tots dos isòmers són líquids inflamables i compostos orgànics volàtils que poden irritar la pell, els ulls i les vies respiratòries, i una exposició elevada al vapor pot afectar el sistema nerviós central. Mantingueu-los allunyats de fonts d'ignició, poseu a terra tots els equips de transferència contra descàrregues estàtiques i utilitzeu ventilació i EPI adequats. Com que el p-xilè es solidifica a prop de 13 graus, els tancs d'emmagatzematge i les línies de transferència requereixen calefacció en temps fred. Emmagatzemeu els dos productes en contenidors tancats en una àrea fresca i ben-ventilada, i manipuleu els vessaments amb absorbents seguits de l'eliminació autoritzada.
Preguntes freqüents
Per a què s'utilitza principalment l'-xilè?o-El xilè (CAS 95-47-6) s'oxida principalment a anhídrid ftàlic, que s'utilitza per produir plastificants de ftalats, resines alquídiques i resines de polièster insaturades.
Per a què s'utilitza principalment el p-xilè?El p-xilè (CAS 106-42-3) és la matèria primera per a l'àcid tereftàlic purificat (PTA), que es polimeritza en PET per a ampolles, fibres de polièster i pel·lícules d'embalatge.
Per què el p-xilè és més valuós comercialment que l'o-xilè?Com que el p-xilè alimenta la cadena de valor del PTA-PET, un dels mercats de polímers més grans del món, mentre que l'o-xilè alimenta el mercat més petit d'anhídrid ftàlic i plastificant.
Per què l'o-xilè és líquid a temperatura ambient però el p-xilè es pot solidificar?L'estructura 1,4-simètrica del p-xilè s'empaqueta de manera eficient en cristalls i es fon a prop de 13 graus, mentre que l'estructura 1,2 asimètrica d'o-xilè evita l'empaquetament estret i es manté líquid a uns -25 graus.
Es poden separar o-xilè i p-xilè per destil·lació?No econòmicament. Els seus punts d'ebullició estan a pocs graus de diferència, de manera que la separació industrial utilitza processos de cristal·lització, adsorció selectiva o híbrids, sovint combinats amb isomerització.
Quin equip de protecció es necessita per manipular isòmers de xilè?Guants resistents a productes químics-, ulleres de seguretat i roba de protecció, amb ventilació adequada o protecció respiratòria quan les concentracions de vapor siguin elevades. Cal posar a terra durant la transferència.