Το προπάνιο είναι μια οργανική ένωση, ο τρίτος εκπρόσωπος των αλκανίων στην ομόλογη σειρά. Σε θερμοκρασία δωματίου, είναι ένα άχρωμο και άοσμο αέριο. Ο χημικός τύπος του προπανίου είναι C3H8. Κίνδυνος πυρκαγιάς και έκρηξης. Έχει μικρή τοξικότητα. Έχει ήπια επίδραση στο νευρικό σύστημα και έχει ναρκωτικές ιδιότητες.
Κτίριο
Το προπάνιο είναι ένας κορεσμένος υδρογονάνθρακας που αποτελείται από τρία άτομα άνθρακα. Για το λόγο αυτό, έχει καμπύλο σχήμα, αλλά λόγω της συνεχούς περιστροφής γύρω από τους άξονες του δεσμού, υπάρχουν αρκετές μοριακές διαμορφώσεις. Οι δεσμοί στο μόριο είναι ομοιοπολικοί: C-C μη πολικοί, C-H ασθενώς πολικοί. Εξαιτίας αυτού, είναι δύσκολο να σπάσουν και η ουσία είναι μάλλον δύσκολο να εισέλθει σε χημικές αντιδράσεις. Αυτό καθορίζει όλες τις χημικές ιδιότητες του προπανίου. Δεν έχει ισομερή. Η μοριακή μάζα του προπανίου είναι 44,1 g/mol.
Μέθοδοι απόκτησης
Το προπάνιο δεν συντίθεται σχεδόν ποτέ τεχνητά στη βιομηχανία. Απομονώνεται από το φυσικό αέριο και το πετρέλαιο με απόσταξη. Για αυτό υπάρχουνειδικές μονάδες παραγωγής.
Στο εργαστήριο, το προπάνιο μπορεί να ληφθεί με τις ακόλουθες χημικές αντιδράσεις:
- Υδρογόνωση προπενίου. Αυτή η αντίδραση συμβαίνει μόνο όταν η θερμοκρασία αυξάνεται και παρουσία καταλύτη (Ni, Pt, Pd).
- Αναγωγή αλογονιδίων αλκανίων. Διαφορετικά αλογονίδια χρησιμοποιούν διαφορετικά αντιδραστήρια και συνθήκες.
- Σύνθεση Wurtz. Η ουσία του είναι ότι δύο μόρια αλογονοακλανίου συνδέονται σε ένα, αντιδρώντας με ένα αλκαλικό μέταλλο.
- Αποκαρβοξυλίωση του βουτυρικού οξέος και των αλάτων του.
Φυσικές ιδιότητες του προπανίου
Όπως ήδη αναφέρθηκε, το προπάνιο είναι ένα άχρωμο και άοσμο αέριο. Είναι αδιάλυτο στο νερό και άλλους πολικούς διαλύτες. Διαλύεται όμως σε ορισμένες οργανικές ουσίες (μεθανόλη, ακετόνη και άλλες). Στους -42, 1 °C υγροποιείται και στους -188 °C γίνεται στερεό. Εύφλεκτο, καθώς σχηματίζει εύφλεκτα και εκρηκτικά μείγματα με τον αέρα.
Χημικές ιδιότητες του προπανίου
Αντιπροσωπεύουν τυπικές ιδιότητες των αλκανίων.
- Καταλυτική αφυδρογόνωση. Εκτελείται στους 575 °C χρησιμοποιώντας οξείδιο του χρωμίου (III) ή καταλύτη αλουμίνας.
- Αλογόνωση. Η χλωρίωση και η βρωμίωση απαιτούν υπεριώδη ακτινοβολία ή αυξημένη θερμοκρασία. Το χλώριο αντικαθιστά κυρίως το εξωτερικό άτομο υδρογόνου, αν και σε ορισμένα μόρια το μεσαίο αντικαθίσταται. Η αύξηση της θερμοκρασίας μπορεί να οδηγήσει σε αύξηση της απόδοσης του 2-χλωροπροπανίου. Το χλωροπροπάνιο μπορεί περαιτέρω να αλογονωθεί για να σχηματίσει διχλωροπροπάνιο, τριχλωροπροπάνιο και ούτω καθεξής.
Ο μηχανισμός των αντιδράσεων αλογόνωσης είναι αλυσιδωτικός. Υπό τη δράση του φωτός ή της υψηλής θερμοκρασίας, το μόριο αλογόνου αποσυντίθεται σε ρίζες. Αλληλεπιδρούν με το προπάνιο, αφαιρώντας ένα άτομο υδρογόνου από αυτό. Ως αποτέλεσμα, σχηματίζεται μια ελεύθερη τομή. Αλληλεπιδρά με το μόριο αλογόνου, διασπώντας το ξανά σε ρίζες.
Η βρωμίωση συμβαίνει με τον ίδιο μηχανισμό. Η ιωδίωση μπορεί να πραγματοποιηθεί μόνο με ειδικά αντιδραστήρια που περιέχουν ιώδιο, καθώς το προπάνιο δεν αλληλεπιδρά με το καθαρό ιώδιο. Κατά την αλληλεπίδραση με το φθόριο, εμφανίζεται μια έκρηξη, σχηματίζεται ένα πολυυποκατεστημένο παράγωγο προπανίου.
Η νίτρωση μπορεί να πραγματοποιηθεί με αραιό νιτρικό οξύ (αντίδραση Konovalov) ή μονοξείδιο του αζώτου (IV) σε υψηλή θερμοκρασία (130-150 °C).
Η σουλφονική οξείδωση και σουλφοχλωρίωση πραγματοποιείται με υπεριώδη ακτινοβολία.
Αντίδραση καύσης προπανίου: C3H8+ 5O2 → 3CO 2 + 4H2O.
Είναι επίσης δυνατό να πραγματοποιηθεί ηπιότερη οξείδωση χρησιμοποιώντας ορισμένους καταλύτες. Η αντίδραση καύσης του προπανίου θα είναι διαφορετική. Σε αυτή την περίπτωση, λαμβάνεται προπανόλη, προπανάλη ή προπιονικό οξύ.οξύ. Εκτός από το οξυγόνο, υπεροξείδια (συνήθως υπεροξείδιο του υδρογόνου), οξείδια μετάλλων μεταπτώσεως, ενώσεις χρωμίου (VI) και μαγγανίου (VII) μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως οξειδωτικοί παράγοντες.
Το προπάνιο αντιδρά με το θείο σχηματίζοντας ισοπροπυλοσουλφίδιο. Για αυτό, το τετραβρωμοαιθάνιο και το βρωμιούχο αργίλιο χρησιμοποιούνται ως καταλύτες. Η αντίδραση συνεχίζεται στους 20°C για δύο ώρες. Η απόδοση της αντίδρασης είναι 60%.
Με τους ίδιους καταλύτες, μπορεί να αντιδράσει με το μονοξείδιο του άνθρακα (Ι) για να σχηματίσει ισοπροπυλεστέρα του 2-μεθυλοπροπανοϊκού οξέος. Το μίγμα της αντίδρασης μετά την αντίδραση πρέπει να υποβληθεί σε επεξεργασία με ισοπροπανόλη. Έτσι, εξετάσαμε τις χημικές ιδιότητες του προπανίου.
Αίτηση
Λόγω της καλής ευφλεκτότητάς του, το προπάνιο χρησιμοποιείται στην καθημερινή ζωή και στη βιομηχανία ως καύσιμο. Μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί ως καύσιμο για αυτοκίνητα. Το προπάνιο καίγεται σχεδόν στους 2000°C, γι' αυτό και χρησιμοποιείται για συγκόλληση και κοπή μετάλλων. Οι καυστήρες προπανίου θερμαίνουν την άσφαλτο και την άσφαλτο στην οδοποιία. Αλλά συχνά η αγορά δεν χρησιμοποιεί καθαρό προπάνιο, αλλά το μείγμα του με βουτάνιο (προπάνιο-βουτάνιο).
Όσο κι αν φαίνεται παράξενο, έχει βρει εφαρμογή και στη βιομηχανία τροφίμων ως πρόσθετο E944. Λόγω των χημικών του ιδιοτήτων, το προπάνιο χρησιμοποιείται εκεί ως διαλύτης για αρώματα και επίσης για την επεξεργασία ελαίων.
Ένα μείγμα προπανίου και ισοβουτανίου χρησιμοποιείται ως ψυκτικό R-290a. Είναι πιο αποτελεσματικό από τα παλαιότερα ψυκτικά και είναι επίσης φιλικό προς το περιβάλλον καθώς δεν καταστρέφει το στρώμα του όζοντος.
Εξαιρετική εφαρμογήπροπάνιο που βρίσκεται στην οργανική σύνθεση. Χρησιμοποιείται για την παραγωγή πολυπροπυλενίου και διαφόρων ειδών διαλυτών. Στη διύλιση λαδιού, χρησιμοποιείται για την αφαλάτωση, δηλαδή τη μείωση της αναλογίας των βαρέων μορίων στο μείγμα της πίσσας. Αυτό είναι απαραίτητο για την ανακύκλωση της παλιάς ασφάλτου.
