Din punct de vedere al chimiei, propanul este o hidrocarbură saturată cu proprietăți tipice ale alcanilor. Cu toate acestea, în unele domenii de producție, propanul este înțeles ca un amestec de două substanțe - propan și butan. În continuare, vom încerca să ne dăm seama ce este propanul și de ce este amestecat cu butan.
Structura moleculei
Fiecare moleculă de propan constă din trei atomi de carbon legați între ei prin legături simple simple și opt atomi de hidrogen. Are formula moleculară C3H8. Legăturile C-C din propan sunt covalente nepolare, dar în perechea C-H, carbonul este puțin mai electronegativ și trage ușor perechea de electroni comună spre sine, ceea ce înseamnă că legătura este polară covalentă. Molecula are o structură în zig-zag datorită faptului că atomii de carbon sunt în stare de sp3-hibridare. Dar, de regulă, se spune că molecula este liniară.
Există patru atomi de carbon în molecula de butan С4Н10 și are doi izomeri: n-butan (are o structură liniară) și izobutan (arestructură ramificată). Adesea, ele nu se separă la primire, ci există ca un amestec.
Proprietăți fizice
Propanul este un gaz incolor și inodor. Se dizolvă foarte slab în apă, dar se dizolvă bine în cloroform și dietileter. Se topește la tpl=-188 °С și fierbe la tkip=-42 °С. Devine exploziv atunci când concentrația sa în aer depășește 2%.
Proprietățile fizice ale propanului și butanului sunt foarte apropiate. Ambii butani au, de asemenea, o stare gazoasă în condiții normale și sunt inodori. Practic insolubil în apă, dar interacționează bine cu solvenții organici.
Următoarele caracteristici ale acestor hidrocarburi sunt de asemenea importante în industrie:
- Densitate (raportul dintre masă și volumul unui corp). Densitatea amestecurilor lichide de propan-butan este determinată în mare măsură de compoziția hidrocarburilor și de temperatură. Pe măsură ce temperatura crește, are loc dilatarea volumetrică, iar densitatea lichidului scade. Odată cu creșterea presiunii, volumul de propan și butan lichid este comprimat.
- Vâscozitate (capacitatea substanțelor în stare gazoasă sau lichidă de a rezista forțelor de forfecare). Este determinată de forțele de aderență ale moleculelor din substanțe. Vâscozitatea unui amestec lichid de propan cu butan depinde de temperatură (odată cu creșterea acesteia, vâscozitatea scade), dar o modificare a presiunii are un efect redus asupra acestei caracteristici. Gazele, pe de altă parte, își măresc vâscozitatea odată cu creșterea temperaturii.
Găsirea în natură și obținerea de metode
Principalele surse naturale de propan sunt uleiul șicâmpuri de gaze. Este conținut în gazele naturale (de la 0,1 la 11,0%) și în gazele petroliere asociate. În procesul de distilare a uleiului se obține destul de mult butan - separându-l în fracțiuni, în funcție de punctele de fierbere ale componentelor sale. Dintre metodele chimice de rafinare a petrolului, cracarea catalitică este de cea mai mare importanță, în timpul căreia lanțul de alcani cu molecul în alt este rupt. În acest caz, propanul formează aproximativ 16-20% din toți produsele gazoase ale acestui proces:
СΗ3-СΗ2-СΗ2-СΗ 2-СΗ2-СΗ2-СΗ2-СΗ 3 ―> СΗ3-СΗ2-СΗ3 + СН 2=CΗ-CΗ2-CΗ2-CΗ3
În timpul hidrogenării diferitelor tipuri de cărbune și gudron de cărbune se formează cantități mari de propan, acestea ajungând la 80% din volumul tuturor gazelor produse.
Este, de asemenea, larg răspândit obținerea de propan prin metoda Fischer-Tropsch, care se bazează pe interacțiunea CO și H2 în prezența diverșilor catalizatori la temperatură ridicată și presiune:
nCO + (2n + 1)Η2 ―> C Η2n+2 + nΗ2O
3CO + 7Η2 ―> C3Η8 + 3Η 2O
Volumele industriale de butan sunt, de asemenea, izolate în timpul procesării petrolului și gazelor prin metode fizice și chimice.
Proprietăți chimice
Din caracteristicile structurale ale moleculelordepind de proprietățile fizice și chimice ale propanului și butanului. Deoarece sunt compuși saturați, reacțiile de adiție nu sunt caracteristice acestora.
1. reacții de substituție. Sub acțiunea luminii ultraviolete, hidrogenul este ușor înlocuit cu atomi de clor:
CH3-CH2-CH3 + Cl 2 ―> CH3-CH(Cl)-CH3 + HCl
Când este încălzit cu o soluție de acid azotic, atomul de H este înlocuit cu grupa NO2:
СΗ3-СΗ2-СΗ3 + ΗNO 3 ―> СΗ3-СΗ (NU2)-СΗ3 + H2O
2. Reacții de clivaj. Când sunt încălzite în prezență de nichel sau paladiu, doi atomi de hidrogen sunt separați cu formarea unei legături multiple în moleculă:
CΗ3-CΗ2-CΗ3 ―> CΗ 3-СΗ=СΗ2 + Η2
3. reacții de descompunere. Când o substanță este încălzită la o temperatură de aproximativ 1000 ° C, are loc procesul de piroliză, care este însoțit de ruperea tuturor legăturilor chimice prezente în moleculă:
C3H8 ―> 3C + 4H2
4. reactii de ardere. Aceste hidrocarburi ard cu o flacără fără fum, eliberând o cantitate mare de căldură. Ce propan este cunoscut de multe gospodine care folosesc sobe pe gaz. Reacția produce dioxid de carbon și vapori de apă:
C3N8 + 5O2―> 3CO 2 + 4H2O
Arderea propanului în condiții de lipsă de oxigen duce la apariția funinginei și formarea de molecule de monoxid de carbon:
2C3H8 + 7O2―> 6SO + 8H 2O
C3H8 + 2O2―> 3C + 4H2O
Aplicație
Propanul este folosit în mod activ ca combustibil, deoarece în timpul arderii sale se eliberează 2202 kJ/mol de căldură, aceasta este o cifră foarte mare. În procesul de oxidare, din propan se obțin multe substanțe necesare sintezei chimice, de exemplu, alcooli, acetonă, acizi carboxilici. Este necesar să se obțină nitropropani folosiți ca solvenți.
Ca propulsor utilizat în industria alimentară, are codul E944. Amestecat cu izobutan, este folosit ca agent frigorific modern, prietenos cu mediul.
Amestec propan-butan
Are multe avantaje față de alți combustibili, inclusiv gaze naturale:
- eficiență ridicată;
- revenire ușoară la starea gazoasă;
- evaporare bună și ardere la temperatura ambiantă.
Propanul îndeplinește pe deplin aceste calități, dar butanii se evaporă ceva mai rău atunci când temperatura scade la -40°C. Aditivii ajută la corectarea acestei deficiențe, dintre care cel mai bun este propanul.
Amestecul propan-butan este folosit pentru încălzire și gătit, pentru sudarea cu gaz a metalelor și tăierea acestora, ca combustibil pentru vehicule și pentru produse chimicesinteza.
