Propanul este un combustibil ecologic. Proprietățile sale fizice și chimice

Din punctul de vedere al chimiei, propanul este o hidrocarbură limitativă care posedă proprietăți tipice ale alcanilor. Cu toate acestea, în unele zone de producție, propanul este înțeles ca un amestec de două substanțe - propan și butan. În continuare vom încerca să înțelegem ce este propanul și de ce este amestecat cu butan.

Structura moleculei

Fiecare moleculă de propan constă din trei atomi de carbon, legați împreună prin legături simple simple și opt atomi de hidrogen. Are formula moleculară C₃H₈. legătură C-C în propan sunt nepolar covalent, dar într-un cuplu de C-H carbon este ușor mai electronegativ și delicat trage perechea de electroni comun, ceea ce înseamnă că legarea este covalentă polară. Molecula are o structură în zig-zag, datorită faptului că atomii de carbon sunt într-o stare sp³-hibridizare. Dar, de regulă, ei spun că molecula este liniară.

În compoziția moleculei de butan, patru atomi de carbon C₄H₁₀, și are doi izomeri: n-butan (are o structură liniară) și izobutan (are o structură ramificată). Adesea, ele nu se separă după primire, dar există ca amestec.

Proprietăți fizice

Propanul este un gaz fără culoare și orice miros. În apă se dizolvă foarte slab, dar este bun în cloroform și în eter dietilic simplu. Se topește la temperatura t_pl = -188 ° C și se fierbe la t_baloturi = -42 ° C. Ea devine explozivă atunci când concentrația sa în aer depășește 2%.

Proprietățile fizice ale propanului și ale butanului sunt foarte asemănătoare. Ambii butani au, de asemenea, o stare gazoasă în condiții normale și sunt fără miros. Practic nu se dizolvă în apă, dar interacționează bine solvenți organici.

În industrie, următoarele caracteristici ale acestor hidrocarburi sunt de asemenea importante:

• Densitate (raportul dintre masa și volumul corpului). Densitatea amestecurilor lichide de propan-butan este în mare măsură determinată de compoziția hidrocarburilor și de temperatura. Pe măsură ce crește temperatura, se produce expansiune volumetrică, iar densitatea lichidului scade. Cu o presiune tot mai mare, volumul de propan lichid și butan este comprimat.
• Vâscozitatea (capacitatea substanțelor în stare gazoasă sau lichidă de a rezista forțelor de forfecare). Determinată de forțele de legare ale moleculelor în substanțe. Vâscozitatea amestecului lichid de propan și butan depinde de temperatură (cu scăderea vâscozității crescătoare), dar schimbarea de presiune pentru această caracteristică afectează ușor. Gazele cu temperatură în creștere cresc viscozitatea.

Găsirea în natură și metodele de obținere

Principalele surse naturale de propan sunt câmpurile de petrol și gaze. Este conținută în gaze naturale (de la 0,1 la 11,0%) și în gaze petroliere asociate. Destul de mult butan este produs în procesul de rectificare a uleiului - împărțind-o în fracții, pe baza punctelor de fierbere ale componentelor sale. Din metodele chimice de prelucrare a țițeiului, cea mai importantă este cracarea catalitică, în timpul căreia se rupe un lanț de alcani cu înaltă moleculă. În acest caz, propanul produce aproximativ 16-20% din toate produsele gazoase din acest proces:

SEta-₃-SEta-₂-SEta-₂-SEta-₂-SEta-₂-SEta-₂-SEta-₂-SEta-₃ -> CEa-₃-SEta-₂-SEta-₃ + SEta-₂= Ceta - Cea-₂-SEta-₂-SEta-₃

Cantități mari de propan se formează în timpul hidrogenării diferitelor tipuri de cărbune și gudron de cărbune, atingând 80% din volumul tuturor gazelor formate.

Producția de propan prin metoda Fischer-Tropsch, care se bazează pe interacțiunea dintre CO și H₂ în prezența unor catalizatori diferiți la temperatură și presiune ridicată:

nCO + (2n + 1) Eta-₂ -> C_nEta-_{2n + 2} + nEta-₂O

3CO + 7Eta-₂ -> C₃Eta-₈ + 3Eta-₂O

Volumele industriale de butan sunt, de asemenea, recuperate din prelucrarea de petrol și gaze prin metode fizice și chimice.

Proprietăți chimice

Proprietățile fizice și chimice ale propanului și butanului depind de structura moleculelor. Deoarece sunt compuși saturați, nu se caracterizează prin reacții de adiție.

1. Reacții de substituție. Sub influența luminii ultraviolete apare ușor substituția de hidrogen pentru atomii de clor:

CH₃-CH₂-CH₃ + CI₂ -> CH₃-CH (CI) -CH₃ + HCI

Când este încălzit cu o soluție de acid azotic, atomul H este înlocuit cu grupul NO₂:

SEta-₃-SEta-₂-SEta-₃ + Eta-NO₃ -> CEa-₃-Ceta- (NO₂) -Ceta-₃ + H₂oh

2. Reacții de scindare. Când se încălzește în prezența nichelului sau paladiului, doi atomi de hidrogen sunt scindați pentru a forma o legătură multiplă în moleculă:

SEta-₃-SEta-₂-SEta-₃ -> CEa-₃-Ceta- = CeA-₂ + Eta-₂

3. Reacții de descompunere. Când substanța este încălzită la o temperatură de ordinul a 1000 ° C, apare un proces de piroliză, care este însoțit de ruptura tuturor legăturilor chimice prezente în moleculă:

C₃H₈ -> 3C + 4H₂

4. Reacția arderii. Aceste hidrocarburi nu ard cu o flacără dulce, cu eliberarea unei cantități mari de căldură. Ce este propanul este cunoscut de multe gospodine care folosesc sobe de gaz. În timpul reacției se formează dioxid de carbon și apă de vapori:

C₃H₈ + 5O₂-> 3CO₂ + 4H₂oh

Arderea propanului în condiții de lipsă de oxigen conduce la apariția funinginii și formarea moleculelor de monoxid de carbon:

2C₃H₈ + 7o₂-> 6CO + 8H₂oh

C₃H₈ + 2O₂-> 3C + 4H₂oh

cerere

Propanul este utilizat în mod activ ca combustibil, deoarece 2202 kJ / mol de căldură este eliberat în timpul arderii sale, aceasta este o cifră foarte înaltă. În procesul de oxidare, multe substanțe necesare pentru sinteza chimică sunt obținute din propan, de exemplu, alcooli, acetonă, acizi carboxilici. Este necesar pentru prepararea nitropropanelor, utilizate ca solvenți.

Deoarece propulsorul este utilizat în sfera produselor alimentare, acesta are codul E944. Într-un amestec cu izobutan este folosit ca agent frigorific modern, care nu dăunează mediului.

Amestecul propan-butan

Are multe avantaje față de alte tipuri de combustibil, inclusiv gaze naturale:

• eficiență ridicată;
• revenirea ușoară la starea gazoasă;
• evaporarea bună și arderea la temperatura ambiantă.

Propanul îndeplinește pe deplin aceste calități, dar butanii se evaporă puțin când temperatura scade până la -40 ° C. Suplimente pentru a îmbunătăți această deficiență, cea mai bună fiind propanul.

Amestecul de propan-butan este utilizat pentru încălzire și gătire, pentru sudarea cu gaz a metalelor și tăierea lor, ca combustibil pentru vehicule și pentru sinteza chimică.