Από τη σκοπιά της χημείας, το προπάνιο είναι ένας κορεσμένος υδρογονάνθρακας με τυπικές ιδιότητες των αλκανίων. Ωστόσο, σε ορισμένους τομείς παραγωγής, το προπάνιο νοείται ως μείγμα δύο ουσιών - προπανίου και βουτανίου. Στη συνέχεια, θα προσπαθήσουμε να καταλάβουμε τι είναι το προπάνιο και γιατί αναμειγνύεται με βουτάνιο.
Η δομή του μορίου
Κάθε μόριο προπανίου αποτελείται από τρία άτομα άνθρακα που συνδέονται μεταξύ τους με απλούς απλούς δεσμούς και οκτώ άτομα υδρογόνου. Έχει τον μοριακό τύπο C3H8. Οι δεσμοί C-C στο προπάνιο είναι ομοιοπολικοί μη πολικοί, αλλά στο ζεύγος C-H, ο άνθρακας είναι ελαφρώς πιο ηλεκτραρνητικός και τραβά ελαφρώς το κοινό ζεύγος ηλεκτρονίων προς τον εαυτό του, πράγμα που σημαίνει ότι ο δεσμός είναι ομοιοπολικός πολικός. Το μόριο έχει δομή ζιγκ-ζαγκ λόγω του γεγονότος ότι τα άτομα άνθρακα βρίσκονται σε κατάσταση sp3-υβριδισμού. Αλλά, κατά κανόνα, το μόριο λέγεται ότι είναι γραμμικό.
Υπάρχουν τέσσερα άτομα άνθρακα στο μόριο βουτανίου С4Н10, και έχει δύο ισομερή: n-βουτάνιο (έχει γραμμική δομή) και ισοβουτάνιο (έχειδιακλαδισμένη δομή). Συχνά, δεν χωρίζονται κατά την παραλαβή, αλλά υπάρχουν ως μείγμα.
Φυσικές ιδιότητες
Το προπάνιο είναι ένα άχρωμο και άοσμο αέριο. Διαλύεται πολύ άσχημα στο νερό, αλλά διαλύεται καλά σε χλωροφόρμιο και διαιθυλαιθέρα. Λιώνει στους tpl=-188 °C και βράζει στους tkip=-42 °С. Γίνεται εκρηκτικό όταν η συγκέντρωσή του στον αέρα ξεπεράσει το 2%.
Οι φυσικές ιδιότητες του προπανίου και του βουτανίου είναι πολύ κοντινές. Και τα δύο βουτάνια έχουν επίσης αέρια κατάσταση υπό κανονικές συνθήκες και είναι άοσμα. Πρακτικά αδιάλυτο στο νερό, αλλά αλληλεπιδρά καλά με οργανικούς διαλύτες.
Τα ακόλουθα χαρακτηριστικά αυτών των υδρογονανθράκων είναι επίσης σημαντικά στη βιομηχανία:
- Πυκνότητα (ο λόγος της μάζας προς τον όγκο ενός σώματος). Η πυκνότητα των υγρών μιγμάτων προπανίου-βουτανίου καθορίζεται σε μεγάλο βαθμό από τη σύνθεση των υδρογονανθράκων και τη θερμοκρασία. Καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, εμφανίζεται ογκομετρική διαστολή και η πυκνότητα του υγρού μειώνεται. Με την αύξηση της πίεσης, ο όγκος του υγρού προπανίου και βουτανίου συμπιέζεται.
- Ιξώδες (η ικανότητα των ουσιών σε αέρια ή υγρή κατάσταση να ανθίστανται στις δυνάμεις διάτμησης). Καθορίζεται από τις δυνάμεις προσκόλλησης των μορίων σε ουσίες. Το ιξώδες ενός υγρού μείγματος προπανίου με βουτάνιο εξαρτάται από τη θερμοκρασία (με την αύξηση του, το ιξώδες μειώνεται), αλλά μια αλλαγή στην πίεση έχει μικρή επίδραση σε αυτό το χαρακτηριστικό. Τα αέρια, από την άλλη πλευρά, αυξάνουν το ιξώδες τους με την αύξηση της θερμοκρασίας.
Εύρεση στη φύση και απόκτηση μεθόδων
Οι κύριες φυσικές πηγές προπανίου είναι το λάδι καικοιτάσματα αερίου. Περιέχεται στο φυσικό αέριο (από 0,1 έως 11,0%) και στα συναφή αέρια πετρελαίου. Αρκετό βουτάνιο λαμβάνεται κατά τη διαδικασία απόσταξης του λαδιού - διαχωρισμού του σε κλάσματα, με βάση τα σημεία βρασμού των συστατικών του. Από τις χημικές μεθόδους διύλισης λαδιού, τη μεγαλύτερη σημασία έχει η καταλυτική πυρόλυση, κατά την οποία σπάει η αλυσίδα των αλκανίων υψηλής μοριακής απόδοσης. Σε αυτήν την περίπτωση, το προπάνιο αποτελεί περίπου το 16-20% όλων των αέριων προϊόντων αυτής της διαδικασίας:
СΗ3-СΗ2-СΗ2-СΗ 2-ΣΗ2-СΗ2-СΗ2-СΗ 3 ―> СΗ3-СΗ2-СΗ3 + СН 2=CΗ-CΗ2-CΗ2-CΗ3
Σχηματίζονται μεγάλες ποσότητες προπανίου κατά την υδρογόνωση διαφόρων τύπων λιθανθρακόπισσας και λιθανθρακόπισσας, φτάνουν το 80% του όγκου όλων των αερίων που παράγονται.
Είναι επίσης ευρέως διαδεδομένη η λήψη προπανίου με τη μέθοδο Fischer-Tropsch, η οποία βασίζεται στην αλληλεπίδραση CO και H2 παρουσία διαφόρων καταλυτών σε υψηλή θερμοκρασία και πίεση:
nCO + (2n + 1)Η2 ―> C Η2n+2 + nΗ2O
3CO + 7Η2 ―> C3Η8 + 3Η 2O
Βιομηχανικοί όγκοι βουτανίου απομονώνονται επίσης κατά την επεξεργασία πετρελαίου και αερίου με φυσικές και χημικές μεθόδους.
Χημικές ιδιότητες
Από δομικά χαρακτηριστικά μορίωνεξαρτώνται από τις φυσικές και χημικές ιδιότητες του προπανίου και του βουτανίου. Δεδομένου ότι είναι κορεσμένες ενώσεις, οι αντιδράσεις προσθήκης δεν είναι χαρακτηριστικές τους.
1. αντιδράσεις υποκατάστασης. Υπό τη δράση του υπεριώδους φωτός, το υδρογόνο αντικαθίσταται εύκολα από άτομα χλωρίου:
CH3-CH2-CH3 + Cl 2 ―> CH3-CH(Cl)-CH3 + HCl
Όταν θερμαίνεται με διάλυμα νιτρικού οξέος, το άτομο Η αντικαθίσταται από την ομάδα NO2:
СΗ3-СΗ2-СΗ3 + ΗΝΟ 3 ―> ΣΗ3-ΣΗ (NO2)-СΗ3 + H2O
2. Αντιδράσεις διάσπασης. Όταν θερμαίνεται παρουσία νικελίου ή παλλαδίου, δύο άτομα υδρογόνου διασπώνται με το σχηματισμό ενός πολλαπλού δεσμού στο μόριο:
CΗ3-CΗ2-CΗ3 ―> CΗ 3-СΗ=СΗ2 + Η2
3. αντιδράσεις αποσύνθεσης. Όταν μια ουσία θερμαίνεται σε θερμοκρασία περίπου 1000 ° C, λαμβάνει χώρα η διαδικασία πυρόλυσης, η οποία συνοδεύεται από το σπάσιμο όλων των χημικών δεσμών που υπάρχουν στο μόριο:
C3H8 ―> 3C + 4H2
4. αντιδράσεις καύσης. Αυτοί οι υδρογονάνθρακες καίγονται με μια μη καπνιστή φλόγα, απελευθερώνοντας μεγάλη ποσότητα θερμότητας. Τι προπάνιο είναι γνωστό σε πολλές νοικοκυρές που χρησιμοποιούν σόμπες υγραερίου. Η αντίδραση παράγει διοξείδιο του άνθρακα και υδρατμούς:
C3N8 + 5O2―> 3CO 2 + 4H2O
Η καύση προπανίου σε συνθήκες έλλειψης οξυγόνου οδηγεί στην εμφάνιση αιθάλης και στο σχηματισμό μορίων μονοξειδίου του άνθρακα:
2C3H8 + 7O2―> 6SO + 8H 2O
C3H8 + 2O2―> 3C + 4H2O
Αίτηση
Το προπάνιο χρησιμοποιείται ενεργά ως καύσιμο, καθώς απελευθερώνονται 2202 kJ / mol θερμότητας κατά την καύση του, αυτό είναι ένα πολύ υψηλό ποσοστό. Στη διαδικασία της οξείδωσης, πολλές ουσίες απαραίτητες για τη χημική σύνθεση λαμβάνονται από το προπάνιο, για παράδειγμα, αλκοόλες, ακετόνη, καρβοξυλικά οξέα. Είναι απαραίτητο να ληφθούν νιτροπροπάνια που χρησιμοποιούνται ως διαλύτες.
Ως προωθητικό που χρησιμοποιείται στη βιομηχανία τροφίμων, έχει τον κωδικό E944. Σε συνδυασμό με ισοβουτάνιο, χρησιμοποιείται ως σύγχρονο, φιλικό προς το περιβάλλον ψυκτικό μέσο.
Μείγμα προπανίου-βουτανίου
Έχει πολλά πλεονεκτήματα σε σχέση με άλλα καύσιμα, συμπεριλαμβανομένου του φυσικού αερίου:
- υψηλή απόδοση;
- εύκολη επιστροφή σε αέρια κατάσταση;
- καλή εξάτμιση και καύση σε θερμοκρασία περιβάλλοντος.
Το προπάνιο πληροί πλήρως αυτές τις ιδιότητες, αλλά τα βουτάνια εξατμίζονται κάπως χειρότερα όταν η θερμοκρασία πέσει στους -40°C. Τα πρόσθετα βοηθούν στη διόρθωση αυτής της ανεπάρκειας, το καλύτερο από τα οποία είναι το προπάνιο.
Μείγμα προπανίου-βουτανίου χρησιμοποιείται για θέρμανση και μαγείρεμα, για συγκόλληση μετάλλων με αέριο και κοπή τους, ως καύσιμο για οχήματα και για χημικάσύνθεση.
