Z vidika kemije je propan nasičen ogljikovodik s tipičnimi lastnostmi alkanov. Vendar pa na nekaterih področjih proizvodnje propan razumemo kot mešanico dveh snovi - propana in butana. Nato bomo poskušali ugotoviti, kaj je propan in zakaj je pomešan z butanom.
Struktura molekule
Vsaka molekula propana je sestavljena iz treh ogljikovih atomov, ki so med seboj povezani s preprostimi enojnimi vezmi, in osmih atomov vodika. Ima molekularno formulo C3H8. C-C vezi v propanu so kovalentne nepolarne, v paru C-H pa je ogljik nekoliko bolj elektronegativen in rahlo vleče skupni elektronski par k sebi, kar pomeni, da je vez kovalentno polarna. Molekula ima cikcak strukturo zaradi dejstva, da so ogljikovi atomi v stanju sp3-hibridizacije. Toda praviloma pravimo, da je molekula linearna.
V molekuli butana so štirje ogljikovi atomi С4Н10 in ima dva izomera: n-butan (ima linearno strukturo) in izobutan (imarazvejana struktura). Pogosto se ob prejemu ne ločijo, ampak obstajajo kot mešanica.
Fizične lastnosti
Propan je brezbarven plin brez vonja. V vodi se zelo slabo raztopi, dobro pa se raztopi v kloroformu in dietil etru. Tali se pri tpl=-188 °С in vre pri tkip=-42 °С. Eksplozivno postane, ko njegova koncentracija v zraku preseže 2%.
Fizikalne lastnosti propana in butana so zelo blizu. Oba butana imata v normalnih pogojih tudi plinasto stanje in sta brez vonja. Praktično netopen v vodi, vendar dobro deluje z organskimi topili.
Naslednje značilnosti teh ogljikovodikov so pomembne tudi v industriji:
- Gostota (razmerje med maso in prostornino telesa). Gostota tekočih zmesi propan-butan je v veliki meri odvisna od sestave ogljikovodikov in temperature. Ko se temperatura dvigne, pride do volumetrične ekspanzije, gostota tekočine pa se zmanjša. Z naraščajočim tlakom se prostornina tekočega propana in butana stisne.
- Viskoznost (zmožnost snovi v plinastem ali tekočem stanju, da se uprejo strižnim silam). Določeno je s silami oprijema molekul v snoveh. Viskoznost tekoče mešanice propana z butanom je odvisna od temperature (z njenim povečanjem se viskoznost zmanjša), vendar sprememba tlaka malo vpliva na to lastnost. Po drugi strani pa plini povečujejo svojo viskoznost z naraščajočo temperaturo.
Iskanje v naravi in metode pridobivanja
Glavni naravni viri propana so olje inplinska polja. Vsebuje ga zemeljski plin (od 0,1 do 11,0 %) in pridruženi naftni plini. Precej butana dobimo v procesu destilacije olja - ločevanja na frakcije glede na vrelišče njegovih komponent. Od kemičnih metod rafiniranja nafte je največji pomen katalitski kreking, pri katerem se veriga visokomolekularnih alkanov prekine. V tem primeru propan tvori približno 16-20% vseh plinastih produktov tega procesa:
СΗ3-СΗ2-СΗ2-СΗ 2-СΗ2-СΗ2-СΗ2-СΗ 3 ―> СΗ3-СΗ2-СΗ3 + СН 2=CΗ-CΗ2-CΗ2-CΗ3
Velike količine propana nastanejo pri hidrogeniranju različnih vrst premoga in premogovega katrana, dosegajo 80% prostornine vseh proizvedenih plinov.
Razširjeno je tudi pridobivanje propana po Fischer-Tropsch metodi, ki temelji na interakciji CO in H2 v prisotnosti različnih katalizatorjev pri povišani temperaturi in pritisk:
nCO + (2n + 1)Η2 ―> C Η2n+2 + nΗ2O
3CO + 7Η2 ―> C3Η8 + 3Η 2O
Industrijske količine butana so izolirane tudi med predelavo nafte in plina s fizikalnimi in kemičnimi metodami.
Kemijske lastnosti
Iz strukturnih značilnosti molekulodvisno od fizikalnih in kemijskih lastnosti propana in butana. Ker so nasičene spojine, reakcije adicije zanje niso značilne.
1. substitucijske reakcije. Pod delovanjem ultravijolične svetlobe se vodik zlahka nadomesti z atomi klora:
CH3-CH2-CH3 + Cl 2 ―> CH3-CH(Cl)-CH3 + HCl
Pri segrevanju z raztopino dušikove kisline se atom H nadomesti s skupino NO2:
СΗ3-СΗ2-СΗ3 + ΗNO 3 ―> СΗ3-СΗ (NO2)-СΗ3 + H2O
2. Reakcije cepitve. Pri segrevanju v prisotnosti niklja ali paladija se dva atoma vodika odcepita s tvorbo večkratne vezi v molekuli:
CΗ3-CΗ2-CΗ3 ―> CΗ 3-СΗ=СΗ2 + Η2
3. reakcije razgradnje. Ko se snov segreje na temperaturo okoli 1000 ° C, pride do procesa pirolize, ki ga spremlja prekinitev vseh kemičnih vezi, ki so prisotne v molekuli:
C3H8 ―> 3C + 4H2
4. reakcije zgorevanja. Ti ogljikovodiki gorijo z nezadimljenim plamenom in sproščajo veliko toplote. Kaj propan poznajo številne gospodinje, ki uporabljajo plinske peči. Reakcija proizvaja ogljikov dioksid in vodno paro:
C3N8 + 5O2―> 3CO 2 + 4H2O
Zgorevanje propana v pogojih pomanjkanja kisika vodi do pojava saj in tvorbe molekul ogljikovega monoksida:
2C3H8 + 7O2―> 6SO + 8H 2O
C3H8 + 2O2―> 3C + 4H2O
Prijava
Propan se aktivno uporablja kot gorivo, saj se pri njegovem zgorevanju sprosti 2202 kJ / mol toplote, je to zelo visoka številka. V procesu oksidacije se iz propana pridobijo številne snovi, potrebne za kemično sintezo, na primer alkoholi, aceton, karboksilne kisline. Potrebno je pridobiti nitropropane, ki se uporabljajo kot topila.
Kot pogonsko gorivo, ki se uporablja v živilski industriji, ima oznako E944. Mešano z izobutanom se uporablja kot sodobno, okolju prijazno hladilno sredstvo.
zmes propan-butan
Ima veliko prednosti pred drugimi gorivi, vključno z zemeljskim plinom:
- visoka učinkovitost;
- enostavna vrnitev v plinasto stanje;
- dobro izhlapevanje in zgorevanje pri sobni temperaturi.
Propan v celoti izpolnjuje te lastnosti, butani pa nekoliko slabše izhlapevajo, ko temperatura pade na -40°C. Aditivi pomagajo odpraviti to pomanjkanje, najboljši med njimi je propan.
Propan-butan mešanica se uporablja za ogrevanje in kuhanje, za plinsko varjenje kovin in njihovo rezanje, kot gorivo za vozila in za kemičnosinteza.
