От гледна точка на химията, пропанът е наситен въглеводород с типични свойства на алканите. Въпреки това, в някои области на производство под пропан се разбира смес от две вещества - пропан и бутан. След това ще се опитаме да разберем какво е пропан и защо се смесва с бутан.
Структурата на молекулата
Всяка молекула на пропан се състои от три въглеродни атома, свързани помежду си чрез прости единични връзки, и осем водородни атома. Има молекулярна формула C3H8. C-C връзките в пропана са ковалентни неполярни, но в двойката C-H въглеродът е малко по-електроотрицателен и леко дърпа общата електронна двойка към себе си, което означава, че връзката е ковалентно полярна. Молекулата има зигзагообразна структура поради факта, че въглеродните атоми са в състояние на sp3-хибридизация. Но като правило се казва, че молекулата е линейна.
В молекулата на бутана има четири въглеродни атома С4Н10 и има два изомера: n-бутан (има линейна структура) и изобутан (имразклонена структура). Често те не се отделят при получаване, а съществуват като смес.
Физически свойства
Пропанът е безцветен газ без мирис. Много слабо се разтваря във вода, но се разтваря добре в хлороформ и диетилов етер. Топи се при tpl=-188 °С и кипи при tkip=-42 °С. Той става експлозивен, когато концентрацията му във въздуха надвиши 2%.
Физичните свойства на пропана и бутана са много близки. И двата бутана също имат газообразно състояние при нормални условия и са без мирис. Практически неразтворим във вода, но взаимодейства добре с органични разтворители.
Следните характеристики на тези въглеводороди също са важни в индустрията:
- Плътност (съотношението на масата към обема на тялото). Плътността на течните смеси пропан-бутан се определя до голяма степен от състава на въглеводородите и температурата. С повишаване на температурата настъпва обемно разширение и плътността на течността намалява. С увеличаване на налягането обемът на течния пропан и бутан се компресира.
- Вискозитет (способността на веществата в газообразно или течно състояние да устояват на сили на срязване). Определя се от силите на сцепление на молекулите в веществата. Вискозитетът на течна смес от пропан с бутан зависи от температурата (с нейното увеличаване вискозитетът намалява), но промяната в налягането има малък ефект върху тази характеристика. Газовете, от друга страна, увеличават вискозитета си с повишаване на температурата.
Намиране в природата и методи за получаване
Основните естествени източници на пропан са маслото игазови находища. Съдържа се в природния газ (от 0,1 до 11,0%) и в свързаните нефтени газове. Доста много бутан се получава в процеса на дестилация на маслото - разделянето му на фракции, въз основа на точките на кипене на неговите компоненти. От химичните методи за рафиниране на нефт най-голямо значение има каталитичният крекинг, при който веригата от високомолекулни алкани се прекъсва. В този случай пропанът образува около 16-20% от всички газообразни продукти на този процес:
СΗ3-СΗ2-СΗ2-СΗ 2-СΗ2-СΗ2-СΗ2-СΗ 3 ―> СΗ3-СΗ2-СΗ3 + СН 2=CΗ-CΗ2-CΗ2-CΗ3
Големи количества пропан се образуват по време на хидрогенирането на различни видове въглища и каменовъглен катран, те достигат 80% от обема на всички произведени газове.
Разпространено е също така получаването на пропан по метода на Фишер-Тропш, който се основава на взаимодействието на CO и H2 в присъствието на различни катализатори при повишена температура и налягане:
nCO + (2n + 1)Η2 ―> C Η2n+2 + nΗ2O
3CO + 7Η2 ―> C3Η8 + 3Η 2O
Промишлени обеми бутан също се изолират по време на преработката на нефт и газ чрез физични и химични методи.
Химически свойства
От структурните особености на молекулитезависят от физичните и химичните свойства на пропана и бутана. Тъй като те са наситени съединения, реакциите на присъединяване не са характерни за тях.
1. реакции на заместване. Под действието на ултравиолетовата светлина водородът лесно се заменя с хлорни атоми:
CH3-CH2-CH3 + Cl 2 ―> CH3-CH(Cl)-CH3 + HCl
При нагряване с разтвор на азотна киселина, Н атомът се заменя с NO групата2:
СΗ3-СΗ2-СΗ3 + ΗNO 3 ―> СΗ3-СΗ (NO2)-СΗ3 + H2O
2. Реакции на разцепване. При нагряване в присъствието на никел или паладий, два водородни атома се разделят с образуването на множествена връзка в молекулата:
CΗ3-CΗ2-CΗ3 ―> CΗ 3-СΗ=СΗ2 + Η2
3. реакции на разлагане. Когато веществото се нагрява до температура от около 1000 ° C, настъпва процесът на пиролиза, който е придружен от разрушаването на всички химични връзки, присъстващи в молекулата:
C3H8 ―> 3C + 4H2
4. реакции на горене. Тези въглеводороди горят с недимящ пламък, отделяйки голямо количество топлина. Какво пропан е известно на много домакини, които използват газови печки. Реакцията произвежда въглероден диоксид и водна пара:
C3N8 + 5O2―> 3CO 2 + 4H2O
Изгарянето на пропан в условия на липса на кислород води до появата на сажди и образуването на молекули въглероден оксид:
2C3H8 + 7O2―> 6SO + 8H 2O
C3H8 + 2O2―> 3C + 4H2O
Заявление
Пропанът се използва активно като гориво, тъй като при изгарянето му се отделят 2202 kJ / mol топлина, това е много висока цифра. В процеса на окисляване от пропана се получават много вещества, необходими за химичния синтез, например алкохоли, ацетон, карбоксилни киселини. Необходимо е да се получат нитропопропани, използвани като разтворители.
Като гориво, използвано в хранително-вкусовата промишленост, има код E944. Смесен с изобутан, той се използва като модерен, екологичен хладилен агент.
Смес пропан-бутан
Има много предимства пред други горива, включително природен газ:
- висока ефективност;
- лесно връщане в газообразно състояние;
- добро изпарение и горене при температура на околната среда.
Пропанът отговаря напълно на тези качества, но бутаните се изпаряват малко по-зле, когато температурата падне до -40°C. Добавките помагат за коригиране на този дефицит, най-добрият от които е пропанът.
Сместа пропан-бутан се използва за отопление и готвене, за газово заваряване на метали и тяхното рязане, като гориво за превозни средства и за химическисинтез.
