Fra et kemisynspunkt er propan et mættet kulbrinte med typiske egenskaber for alkaner. Men i nogle produktionsområder forstås propan som en blanding af to stoffer - propan og butan. Dernæst vil vi forsøge at finde ud af, hvad propan er, og hvorfor det er blandet med butan.
Molekylets struktur
Hvert propanmolekyle består af tre carbonatomer forbundet til hinanden ved hjælp af simple enkeltbindinger og otte hydrogenatomer. Den har molekylformlen C3H8. C-C-bindingerne i propan er kovalente upolære, men i C-H-parret er kulstof lidt mere elektronegativt og trækker det fælles elektronpar lidt mod sig selv, hvilket betyder, at bindingen er kovalent polær. Molekylet har en zigzag-struktur på grund af det faktum, at carbonatomer er i en tilstand af sp3-hybridisering. Men som regel siges molekylet at være lineært.
Der er fire carbonatomer i butanmolekylet С4Н10, og det har to isomerer: n-butan (har en lineær struktur) og isobutan (harforgrenet struktur). Ofte adskilles de ikke ved modtagelsen, men eksisterer som en blanding.
Fysiske egenskaber
Propan er en farveløs og lugtfri gas. Det opløses meget dårligt i vand, men det opløses godt i chloroform og diethylether. Det smelter ved tpl=-188 °С og koger ved tkip=-42 °С. Det bliver eksplosivt, når dets koncentration i luften overstiger 2%.
De fysiske egenskaber ved propan og butan er meget tætte. Begge butaner har også en gasformig tilstand under normale forhold og er lugtfri. Praktisk t alt uopløseligt i vand, men interagerer godt med organiske opløsningsmidler.
De følgende egenskaber ved disse kulbrinter er også vigtige i industrien:
- Densitet (forholdet mellem masse og volumen af en krop). Densiteten af flydende propan-butan-blandinger bestemmes i høj grad af sammensætningen af kulbrinter og temperatur. Når temperaturen stiger, sker der volumetrisk ekspansion, og væskens densitet falder. Med stigende tryk komprimeres volumenet af flydende propan og butan.
- Viskositet (evnen hos stoffer i gasformig eller flydende tilstand til at modstå forskydningskræfter). Det bestemmes af adhæsionskræfterne af molekyler i stoffer. Viskositeten af en flydende blanding af propan med butan afhænger af temperaturen (med dens stigning falder viskositeten), men en trykændring har ringe indflydelse på denne egenskab. Gasser øger på den anden side deres viskositet med stigende temperatur.
At finde i naturen og opnå metoder
De vigtigste naturlige kilder til propan er olie oggasfelter. Det er indeholdt i naturgas (fra 0,1 til 11,0 %) og i tilhørende petroleumsgasser. En hel del butan opnås i processen med destillation af olie - adskille det i fraktioner baseret på kogepunkterne for dets komponenter. Af de kemiske metoder til olieraffinering er katalytisk krakning af den største betydning, hvor kæden af højmolekylære alkaner brydes. I dette tilfælde udgør propan omkring 16-20 % af alle gasformige produkter af denne proces:
СΗ3-СΗ2-СΗ2-СΗ 2-СΗ2-СΗ2-СΗ2-СΗ 3 ―> СΗ3-СΗ2-СΗ3 + СН 2=CΗ-CΗ2-CΗ2-CΗ3
Der dannes store mængder propan under hydrogeneringen af forskellige typer kul og stenkulstjære, de når op på 80 % af volumen af alle producerede gasser.
Det er også udbredt at opnå propan ved Fischer-Tropsch-metoden, som er baseret på vekselvirkningen mellem CO og H2 i nærværelse af forskellige katalysatorer ved forhøjet temperatur og tryk:
nCO + (2n + 1)Η2 ―> C Η2n+2 + nΗ2O
3CO + 7Η2 ―> C3Η8 + 3Η 2O
Industrielle mængder af butan er også isoleret under olie- og gasbehandling ved fysiske og kemiske metoder.
Kemiske egenskaber
Fra strukturelle træk ved molekylerafhænger af de fysiske og kemiske egenskaber af propan og butan. Da de er mættede forbindelser, er additionsreaktioner ikke karakteristiske for dem.
1. substitutionsreaktioner. Under påvirkning af ultraviolet lys erstattes brint let med kloratomer:
CH3-CH2-CH3 + Cl 2 ―> CH3-CH(Cl)-CH3 + HCl
Når det opvarmes med en opløsning af salpetersyre, erstattes H-atomet med NO-gruppen2:
СΗ3-СΗ2-СΗ3 + ΗNO 3 ―> СΗ3-СΗ (NO2)-СΗ3 + H2O
2. Sp altningsreaktioner. Når de opvarmes i nærvær af nikkel eller palladium, sp altes to brintatomer med dannelsen af en multipelbinding i molekylet:
CΗ3-CΗ2-CΗ3 ―> CΗ 3-СΗ=СΗ2 + Η2
3. nedbrydningsreaktioner. Når et stof opvarmes til en temperatur på omkring 1000 °C, sker pyrolyseprocessen, som ledsages af brydning af alle kemiske bindinger, der er til stede i molekylet:
C3H8 ―> 3C + 4H2
4. forbrændingsreaktioner. Disse kulbrinter brænder med en ikke-røgende flamme og frigiver en stor mængde varme. Hvilken propan ved mange husmødre, der bruger gaskomfurer. Reaktionen producerer kuldioxid og vanddamp:
C3N8 + 5O2―> 3CO 2 + 4H2O
Forbrænding af propan under forhold med mangel på ilt fører til forekomsten af sod og dannelsen af kuliltemolekyler:
2C3H8 + 7O2-> 6SO + 8H 2O
C3H8 + 2O2-> 3C + 4H2O
Application
Propan bruges aktivt som brændstof, da der frigives 2202 kJ/mol varme under dets forbrænding, dette er et meget højt tal. I oxidationsprocessen opnås mange stoffer, der er nødvendige til kemisk syntese, fra propan, for eksempel alkoholer, acetone, carboxylsyrer. Det er nødvendigt at få nitropropaner, der bruges som opløsningsmidler.
Som et drivmiddel, der bruges i fødevareindustrien, har koden E944. Blandet med isobutan bruges det som et moderne, miljøvenligt kølemiddel.
Propan-butanblanding
Det har mange fordele i forhold til andre brændstoffer, herunder naturgas:
- høj effektivitet;
- nem tilbagevenden til gasformig tilstand;
- god fordampning og forbrænding ved omgivelsestemperatur.
Propan opfylder fuldt ud disse kvaliteter, men butaner fordamper noget værre, når temperaturen falder til -40°C. Additiver hjælper med at rette op på denne mangel, hvoraf det bedste er propan.
Propan-butan-blanding bruges til opvarmning og madlavning, til gassvejsning af metaller og skæring i dem, som brændstof til køretøjer og til kemikaliersyntese.
