Oxyde d'éthylène

Oxyde d'éthylène
Structure de l'oxyde d'éthylène
Identification
Synonymes	1,2-Époxyéthane ; Oxirane
No CAS	75-21-8
No EINECS	200-849-9
FEMA	2433
Apparence	gaz comprimé liquefié incolore, d'odeur caractéristique.
Propriétés chimiques
Formule brute	C2H4O  [Isomères]
Masse molaire	44,0526 ± 0,0022 g/mol C 54,53 %, H 9,15 %, O 36,32 %,
Propriétés physiques
T° fusion	-111 °C
T° ébullition	11 °C
Solubilité	dans l'eau : miscible
Masse volumique	0,877 g·cm-3 (7 °C) équation : $\rho=1.836/0.26024^{(1+(1-T/469.15 )^{ 0.2696 })}$ Masse volumique du liquide en kmol·m-3 et température en kelvins, de 160,65 à 469,15 K. Valeurs calculées : 0,86662 g·cm-3 à 25 °C. T (K) T (°C) ρ (kmol·m-3) ρ (g·cm-3) 160,65 -112,5 23,477 1,03423 181,22 -91,93 22,96289 1,01158 191,5 -81,65 22,7 1 201,78 -71,37 22,43304 0,98824 212,07 -61,08 22,16174 0,97629 222,35 -50,8 21,88583 0,96414 232,63 -40,52 21,60498 0,95176 242,92 -30,23 21,31884 0,93916 253,2 -19,95 21,02702 0,9263 263,48 -9,67 20,72908 0,91318 273,77 0,62 20,42451 0,89976 284,05 10,9 20,11274 0,88603 294,33 21,18 19,7931 0,87195 304,62 31,47 19,46484 0,85748 314,9 41,75 19,12706 0,8426 T (K) T (°C) ρ (kmol·m-3) ρ (g·cm-3) 325,18 52,03 18,77872 0,82726 335,47 62,32 18,41856 0,81139 345,75 72,6 18,04507 0,79494 356,03 82,88 17,6564 0,77782 366,32 93,17 17,25025 0,75993 376,6 103,45 16,82368 0,74113 386,88 113,73 16,37285 0,72127 397,17 124,02 15,89264 0,70012 407,45 134,3 15,37583 0,67735 417,73 144,58 14,81187 0,65251 428,02 154,87 14,18415 0,62485 438,3 165,15 13,46382 0,59312 448,58 175,43 12,59229 0,55473 458,87 185,72 11,40824 0,50257 469,15 196 7,055 0,31079
T° d'auto-inflammation	429 °C
Point d’éclair	-20 °C
Limites d’explosivité dans l’air	3–100 % vol
Pression de vapeur saturante	à 20 °C : 146 kPa équation : $P_{vs}=exp(91.944+\frac{-5293.4}{T}+(-11.682) \times ln (T) + (1.4902E-2) \times T^{1})$ Pression en pascals et température en kelvins, de 160,65 à 469,15 K. Valeurs calculées : 175 177,65 Pa à 25 °C. T (K) T (°C) P (Pa) 160,65 -112,5 7,7879 181,22 -91,93 109 191,5 -81,65 320,01 201,78 -71,37 828,19 212,07 -61,08 1 927,32 222,35 -50,8 4 098,47 232,63 -40,52 8 069,17 242,92 -30,23 14 868,43 253,2 -19,95 25 871,47 263,48 -9,67 42 830,29 273,77 0,62 67 888,16 284,05 10,9 103 578,81 294,33 21,18 152 812,6 304,62 31,47 218 853,28 314,9 41,75 305 289,11 T (K) T (°C) P (Pa) 325,18 52,03 416 002,37 335,47 62,32 555 140,35 345,75 72,6 727 090,72 356,03 82,88 936 462,87 366,32 93,17 1 188 076,77 376,6 103,45 1 486 959,69 386,88 113,73 1 838 351,03 397,17 124,02 2 247 715,18 407,45 134,3 2 720 761,83 417,73 144,58 3 263 473,42 428,02 154,87 3 882 139,13 438,3 165,15 4 583 394,91 448,58 175,43 5 374 269,26 458,87 185,72 6 262 234,31 469,15 196 7,2553E6
Point critique	71,9 bar, 195,85 °C
Thermochimie
S0gaz, 1 bar	243 J/mol·K
S0liquide, 1 bar	149,45 J/mol·K
ΔfH0gaz	-51,08 kJ·mol-1
ΔfH0liquide	-96 kJ/mol
Cp	86.9 J/mole·K (liquide) équation : $C_{P} = (144710) + (-758.87) \times T + (2.8261) \times T^{2} + (-3.0640E-3) \times T^{3}$ Capacité thermique du liquide en J·kmol-1·K-1 et température en kelvins, de 160,65 à 283,85 K. Valeurs calculées : T (K) T (°C) Cp $( \tfrac { J } { kmol \times K } )$ Cp $( \tfrac { J } { kg \times K } )$ 160,65 -112,5 83 030 1 885 168 -105,15 82 455 1 872 172 -101,15 82 201 1 866 177 -96,15 81 938 1 860 181 -92,15 81 772 1 856 185 -88,15 81 642 1 853 189 -84,15 81 549 1 851 193 -80,15 81 490 1 850 197 -76,15 81 465 1 849 201 -72,15 81 473 1 849 205 -68,15 81 512 1 850 209 -64,15 81 581 1 852 214 -59,15 81 708 1 855 218 -55,15 81 840 1 858 222 -51,15 81 999 1 861 T (K) T (°C) Cp $( \tfrac { J } { kmol \times K } )$ Cp $( \tfrac { J } { kg \times K } )$ 226 -47,15 82 183 1 866 230 -43,15 82 391 1 870 234 -39,15 82 622 1 876 238 -35,15 82 874 1 881 242 -31,15 83 147 1 887 246 -27,15 83 439 1 894 250 -23,15 83 749 1 901 255 -18,15 84 160 1 910 259 -14,15 84 506 1 918 263 -10,15 84 867 1 926 267 -6,15 85 241 1 935 271 -2,15 85 627 1 944 275 1,85 86 023 1 953 279 5,85 86 429 1 962 283,85 10,7 86 930 1 973 équation : $C_{P} = (30.827) + (-7.6041E-3) \times T + (3.2347E-4) \times T^{2} + (-3.2747E-7) \times T^{3} + (9.7271E-11) \times T^{4}$ Capacité thermique du gaz en J·mol-1·K-1 et température en kelvins, de 50 à 1 500 K. Valeurs calculées : 49,404 J·mol-1·K-1 à 25 °C. T (K) T (°C) Cp $( \tfrac { J } { kmol \times K } )$ Cp $( \tfrac { J } { kg \times K } )$ 50 -223,15 31 215 709 146 -127,15 35 637 809 195 -78,15 39 357 893 243 -30,15 43 720 992 291 17,85 48 634 1 104 340 66,85 54 064 1 227 388 114,85 59 650 1 354 436 162,85 65 376 1 484 485 211,85 71 250 1 617 533 259,85 76 933 1 746 581 307,85 82 459 1 872 630 356,85 87 862 1 994 678 404,85 92 858 2 108 726 452,85 97 514 2 214 775 501,85 101 876 2 313 T (K) T (°C) Cp $( \tfrac { J } { kmol \times K } )$ Cp $( \tfrac { J } { kg \times K } )$ 823 549,85 105 744 2 400 871 597,85 109 200 2 479 920 646,85 112 304 2 549 968 694,85 114 943 2 609 1 016 742,85 117 211 2 661 1 065 791,85 119 185 2 706 1 113 839,85 120 836 2 743 1 161 887,85 122 272 2 776 1 210 936,85 123 594 2 806 1 258 984,85 124 840 2 834 1 306 1 032,85 126 139 2 863 1 355 1 081,85 127 637 2 897 1 403 1 129,85 129 403 2 937 1 451 1 177,85 131 602 2 987 1 500 1 226,85 134 452 3 052
Propriétés électroniques
1re énergie d'ionisation	10,56 ± 0,01 eV (gaz)
Propriétés optiques
Indice de réfraction	$n^{ 7 }_{ D }$ 1,3597
Précautions
Directive 67/548/EEC
T F+ Numéro index : 603-023-00-X Classification : F+; R12 - Carc. Cat. 2; R45 - Muta. Cat. 2; R46 - T; R23 - Xi; R36/37/38 Symboles : T : Toxique F+ : Extrêmement inflammable Phrases R : R12 : Extrêmement inflammable. R23 : Toxique par inhalation. R45 : Peut provoquer le cancer. R46 : Peut provoquer des altérations génétiques héréditaires. R36/37/38 : Irritant pour les yeux, les voies respiratoires et la peau. Phrases S : S45 : En cas d’accident ou de malaise, consulter immédiatement un médecin (si possible, lui montrer l’étiquette). S53 : Éviter l’exposition - se procurer des instructions spéciales avant l’utilisation. Phrases R : 12, 23, 36/37/38, 45, 46, Phrases S : 45, 53,
Transport
263    1040    Code Kemler : 263 : gaz toxique, inflammable Numéro ONU : 1040 : OXYDE D’ÉTHYLÈNE ; ou OXYDE D’ÉTHYLÈNE AVEC DE L’AZOTE sous pression maximale totale d'1 MPa (10 bar) à 50 °C Classe : 2.3 Étiquettes : 2.3 : Gaz toxiques (correspond aux groupes désignés par un T majuscule, c'est-à-dire T, TF, TC, TO, TFC et TOC). 2.1 : Gaz inflammables (correspond aux groupes désignés par un F majuscule) ;
NFPA 704
4 3 3
SIMDUT
A, B1, D1A, D2A, E, F, A : Gaz comprimé tension de vapeur absolue à 50 °C = 391,7 kPa B1 : Gaz inflammable limite inférieure d'inflammabilité = 3 % D1A : Matière très toxique ayant des effets immédiats graves Transport des marchandises dangereuses : classe 2.3 D2A : Matière très toxique ayant d'autres effets toxiques cancérogénicité : CIRC groupe1, ACGIH A2; toxicité pour la reproduction chez l'animal ; mutagénicité chez l'animal. E : Matière corrosive nécrose de la peau chez l'animal F : Matière dangereusement réactive sujet à une réaction violente de polymérisation ; devient autoréactif sous l'effet d'une augmentation de la température Divulgation à 0,1 % selon la liste de divulgation des ingrédients
SGH
Danger H220, H315, H319, H331, H335, H340, H350, H220 : Gaz extrêmement inflammable H315 : Provoque une irritation cutanée H319 : Provoque une sévère irritation des yeux H331 : Toxique par inhalation H335 : Peut irriter les voies respiratoires H340 : Peut induire des anomalies génétiques (indiquer la voie d'exposition s'il est formellement prouvé qu'aucune autre voie d'exposition ne conduit au même danger) H350 : Peut provoquer le cancer (indiquer la voie d'exposition s'il est formellement prouvé qu'aucune autre voie d'exposition ne conduit au même danger)
Classification du CIRC
Groupe 1 : Cancérogène pour l'homme
Inhalation	irritation des poumons, convulsions
Yeux	dangereux
Écotoxicologie
LogP	-0,3
Seuil de l’odorat	bas : 257 ppm haut : 690 ppm
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

L'oxyde d'éthylène, ou 1,2-époxyéthane, oxyde de diméthylène, oxacyclopropane, ou encore oxiranne est un composé organique, le plus simple de la classe des époxydes. C'est un éther cyclique. Il est important pour l'industrie chimique, entre autres dans la production d'éthylène glycol, ainsi que dans les industries pharmaceutique et agroalimentaire.

Histoire

L'oxyde d'éthylène fut synthétisé pour la première fois par Charles Adolphe Wurtz en 1859, en faisant réagir du 2-chloroéthanol avec une base. Il prit vraiment une importance aux yeux des industriels durant la Première Guerre mondiale, où il servit à fabriquer l'éthylène glycol (en tant que réfrigérant) et le gaz moutarde.

En 1931, Théodore Lefort découvrit une autre méthode de synthèse, directement à partir d'éthylène et de dioxygène réagissant grâce à un catalyseur à base d'argent. Depuis les années 1940, c'est cette méthode qui sert à produire quasiment tout l'oxyde d'éthylène industriel.

Production

L'oxyde d'éthylène est produit industriellement grâce à un mélange de dioxygène et d'éthylène qui réagissent entre 200 °C et 300 °C sur un catalyseur d'argent, selon l'équation chimique:

CH₂=CH₂ + ½ O₂ → C₂H₄O

Le rendement atteint généralement 70-80 %, les pertes étant dues à la combustion de l'éthylène produisant du dioxyde de carbone. Plusieurs méthodes pour produire de l'oxyde d'éthylène plus sélectivement ont été proposées, mais aucune n'a encore atteint un stade industriel.

Utilisation

La stérilisation des épices par l'oxyde d'éthylène fut brevetée en 1938 par l'américain Lloyd Hall, et est encore employée de nos jours.
On l'utilise aussi dans la stérilisation du matériel médical tel que les bandages, les sutures, les implants, etc.

L'oxyde d'éthylène fut aussi largement utilisé dans la désinfection des documents de bibliothèques et d'archives, en raison de ses propriétés fongicides. Cette méthode fut rapidement règlementée en raison de la toxicité du produit.

Stérilisation

L'oxyde d'éthylène gazeux est utilisé comme biocide (bactéricide tuant les bactéries et leurs endospores, contrairement à de nombreux autres produits), comme fongicide (tuant les moisissures et les champignons). Il est pour ses propriétés utilisé pour stériliser des substances que des techniques reposant sur la chaleur, comme la pasteurisation, pourraient endommager.

En France, une campagne d'inspections (2002 à 2004) de l'Afssaps a évalué des sous-traitants de stérilisation (10 prestataires) de dispositifs médicaux à l’oxyde d’éthylène. Ils étaient prestataires pour le compte de fabricants (responsables de la mise sur le marché de ces produits) ou d’établissements de santé (3 prestataires). L'évaluation a aussi porté sur des fabricants réalisant cette opération pour leur propre compte (8 sociétés). L'évaluation a été faite au regard de la norme harmonisée NF EN 550 « Stérilisation de dispositifs médicaux / validation et contrôle de routine pour la stérilisation à l’oxyde d’éthylène » qui doit garantir que les dispositifs médicaux concernés sont bien conformes aux exigences du Code de la santé publique). Suite à cette campagne qui a conduit l'agence à formuler « Onze demandes de mise en conformité Charges de stérilisation hétérogènes dont 2 décisions de police sanitaire (dont 1 avec suites pénales) », l'Afssaps a cherché à donner aux métiers de la santé des « précisions sur l'évolution de la réglementation » et a dès 2004 rappelé « les exigences réglementaires et normatives du procédé de stérilisation à l’oxyde d’éthylène aux prestataires de stérilisation, aux organismes professionnels concernés et aux organismes notifiés ».

Dans l'industrie de la chimie

La majeure quantité d'oxyde d'éthylène industriel est utilisée comme intermédiaire dans la fabrication d'autres produits chimiques, comme l'éthylène glycol employé en tant que réfrigérant et antigel dans les automobiles, ou pour produire des polyéthers.

L'oxyde d'éthylène lui-même peut polymériser et former le polyéther polyéthylène glycol (ou oxyde de polyéthylène).

L'oxyde d'éthylène est aussi important dans l'industrie des détergents, dans un procédé appelé éthoxylation.

Un des types de dérivés de l'oxyde d'éthylène qui a le plus intéressé les chimistes sont les éthers en couronne, qui sont des oligomères cycliques de l'oxyde d'éthylène, possédant la propriété de former des composés ioniques dans des solvants non polaires. Cependant, leur prix prohibitif les a confinés au laboratoire.

Toxicité

L'oxyde d'éthylène sous forme gazeuse est toxique, et des surexpositions peuvent causer des maux de tête, s'intensifiant au fur et à mesure de l'exposition, pouvant même mener à des convulsions voire au coma. C'est aussi un produit irritant pour la peau et les poumons, et son inhalation peut conduire à une inondation de ces derniers plusieurs heures après. L'exposition répétée augmente également le risque de cataracte.

L'oxyde d'éthylène est classé cancérogène pour l'homme par le Centre International de Recherche sur le Cancer.

Chez les animaux, l'oxyde d'éthylène peut provoquer de nombreux effets sur la reproduction, tel que des mutations ou des fausses couches. Ses effets sur la reproduction humaine n'ayant pas été étudiés en profondeur, on ne peut que conjecturer que l'oxyde d'éthylène produise les mêmes effets chez les humains.