Från kemisynpunkt är propan ett mättat kolväte med typiska egenskaper för alkaner. Men i vissa produktionsområden förstås propan som en blandning av två ämnen - propan och butan. Därefter ska vi försöka ta reda på vad propan är och varför det blandas med butan.
Molekylens struktur
Varje propanmolekyl består av tre kolatomer kopplade till varandra med enkla enkelbindningar och åtta väteatomer. Den har molekylformeln C3H8. C-C-bindningarna i propan är kovalenta icke-polära, men i C-H-paret är kol något mer elektronegativt och drar det gemensamma elektronparet något mot sig, vilket gör att bindningen är kovalent polär. Molekylen har en sicksackstruktur på grund av det faktum att kolatomer är i ett tillstånd av sp3-hybridisering. Men som regel sägs molekylen vara linjär.
Det finns fyra kolatomer i butanmolekylen С4Н10, och den har två isomerer: n-butan (har en linjär struktur) och isobutan (hargrenad struktur). Ofta separeras de inte vid mottagandet, utan finns som en blandning.
Fysiska egenskaper
Propan är en färglös och luktfri gas. Det löser sig mycket dåligt i vatten, men det löser sig bra i kloroform och dietyleter. Det smälter vid tpl=-188 °С och kokar vid tkip=-42 °С. Det blir explosivt när dess koncentration i luften överstiger 2%.
De fysikaliska egenskaperna hos propan och butan är mycket nära. Båda butanerna har också ett gasformigt tillstånd under normala förhållanden och är luktfria. Praktiskt taget olöslig i vatten, men interagerar väl med organiska lösningsmedel.
Följande egenskaper hos dessa kolväten är också viktiga i industrin:
- Densitet (förhållandet mellan massa och volym av en kropp). Densiteten hos flytande propan-butanblandningar bestäms till stor del av sammansättningen av kolväten och temperatur. När temperaturen stiger sker volymetrisk expansion och vätskans densitet minskar. Med ökande tryck komprimeras volymen flytande propan och butan.
- Viskositet (förmågan hos ämnen i gasformigt eller flytande tillstånd att motstå skjuvkrafter). Det bestäms av vidhäftningskrafterna av molekyler i ämnen. Viskositeten hos en flytande blandning av propan med butan beror på temperaturen (med dess ökning minskar viskositeten), men en tryckförändring har liten effekt på denna egenskap. Gaser, å andra sidan, ökar sin viskositet med ökande temperatur.
Hitta i naturen och skaffa metoder
De huvudsakliga naturliga källorna till propan är olja ochgasfält. Den finns i naturgas (från 0,1 till 11,0%) och i tillhörande petroleumgaser. Ganska mycket butan erhålls i processen för destillation av olja - separerar den i fraktioner, baserat på kokpunkterna för dess komponenter. Av de kemiska metoderna för oljeraffinering är katalytisk krackning av största vikt, under vilken kedjan av högmolekylära alkaner bryts. I det här fallet utgör propan cirka 16-20 % av alla gasformiga produkter från denna process:
СΗ3-СΗ2-СΗ2-СΗ 2-СΗ2-СΗ2-СΗ2-СΗ 3 ―> СΗ3-СΗ2-СΗ3 + СН 2=CΗ-CΗ2-CΗ2-CΗ3
Stora mängder propan bildas vid hydreringen av olika typer av kol och stenkolstjära, de når 80 % av volymen av alla gaser som produceras.
Det är också utbrett att erhålla propan med Fischer-Tropsch-metoden, som är baserad på växelverkan mellan CO och H2 i närvaro av olika katalysatorer vid förhöjd temperatur och tryck:
nCO + (2n + 1)Η2 ―> C Η2n+2 + nΗ2O
3CO + 7Η2 ―> C3Η8 + 3Η 2O
Industriella volymer av butan isoleras också under olje- och gasbearbetning med fysikaliska och kemiska metoder.
Kemiska egenskaper
Från strukturella egenskaper hos molekylerberor på de fysikaliska och kemiska egenskaperna hos propan och butan. Eftersom de är mättade föreningar är additionsreaktioner inte karakteristiska för dem.
1. substitutionsreaktioner. Under inverkan av ultraviolett ljus ersätts väte lätt med kloratomer:
CH3-CH2-CH3 + Cl 2 ―> CH3-CH(Cl)-CH3 + HCl
När den värms upp med en lösning av salpetersyra ersätts H-atomen med NO-gruppen2:
СΗ3-СΗ2-СΗ3 + ΗNO 3 ―> СΗ3-СΗ (NO2)-СΗ3 + H2O
2. Klyvningsreaktioner. Vid upphettning i närvaro av nickel eller palladium spjälkas två väteatomer av med bildandet av en multipelbindning i molekylen:
CΗ3-CΗ2-CΗ3 ―> CΗ 3-СΗ=СΗ2 + Η2
3. nedbrytningsreaktioner. När ett ämne värms upp till en temperatur på cirka 1000 ° C sker pyrolysprocessen, som åtföljs av att alla kemiska bindningar som finns i molekylen bryts:
C3H8 ―> 3C + 4H2
4. förbränningsreaktioner. Dessa kolväten brinner med en rökfri låga och frigör en stor mängd värme. Vilken propan är känd för många hemmafruar som använder gasspisar. Reaktionen producerar koldioxid och vattenånga:
C3N8 + 5O2―> 3CO 2 + 4H2O
Förbränning av propan under förhållanden med syrebrist leder till uppkomsten av sot och bildning av kolmonoxidmolekyler:
2C3H8 + 7O2-> 6SO + 8H 2O
C3H8 + 2O2―> 3C + 4H2O
Application
Propan används aktivt som bränsle, eftersom 2202 kJ/mol värme frigörs under dess förbränning, detta är en mycket hög siffra. I oxidationsprocessen erhålls många ämnen som är nödvändiga för kemisk syntes från propan, till exempel alkoholer, aceton, karboxylsyror. Det är nödvändigt att erhålla nitropropaner som används som lösningsmedel.
Som ett drivmedel som används i livsmedelsindustrin, har koden E944. Blandat med isobutan används det som ett modernt, miljövänligt köldmedium.
Propan-butanblandning
Den har många fördelar jämfört med andra bränslen, inklusive naturgas:
- hög effektivitet;
- lätt återgång till gasformigt tillstånd;
- bra avdunstning och förbränning vid omgivningstemperatur.
Propan uppfyller helt dessa egenskaper, men butaner avdunstar något värre när temperaturen sjunker till -40°C. Tillsatser hjälper till att rätta till denna brist, den bästa av dessa är propan.
Propan-butanblandning används för uppvärmning och matlagning, för gassvetsning av metaller och skärning av dem, som bränsle för fordon och för kemikaliersyntes.
