S kemijskog stajališta, propan je zasićeni ugljikovodik s tipičnim svojstvima alkana. Međutim, u nekim područjima proizvodnje pod propanom se podrazumijeva mješavina dviju tvari – propana i butana. Zatim ćemo pokušati otkriti što je propan i zašto se miješa s butanom.
Struktura molekule
Svaka molekula propana sastoji se od tri ugljikova atoma međusobno povezana jednostavnim jednostrukim vezama i osam atoma vodika. Ima molekularnu formulu C3H8. C-C veze u propanu su kovalentne nepolarne, ali u C-H paru je ugljik nešto elektronegativniji i malo povlači zajednički elektronski par prema sebi, što znači da je veza kovalentno polarna. Molekula ima cik-cak strukturu zbog činjenice da su atomi ugljika u stanju sp3-hibridizacije. Ali, u pravilu se kaže da je molekula linearna.
U molekuli butana postoje četiri atoma ugljika S4N10, a ima dva izomera: n-butan (ima linearnu strukturu) i izobutan (imarazgranate strukture). Često se ne odvajaju po primitku, već postoje kao mješavina.
Fizička svojstva
Propan je plin bez boje i mirisa. Vrlo se slabo otapa u vodi, ali se dobro otapa u kloroformu i dietil eteru. Topi se na tpl=-188 °S, a vrije na tkip=-42 °S. Postaje eksplozivan kada njegova koncentracija u zraku prijeđe 2%.
Fizička svojstva propana i butana vrlo su bliska. Oba butana također imaju plinovito stanje u normalnim uvjetima i bez mirisa. Praktički netopivo u vodi, ali dobro djeluje s organskim otapalima.
Sljedeće karakteristike ovih ugljikovodika također su važne u industriji:
- Gustoća (omjer mase i volumena tijela). Gustoća tekućih smjesa propan-butan uvelike je određena sastavom ugljikovodika i temperaturom. Kako temperatura raste, dolazi do volumetrijskog širenja, a gustoća tekućine opada. S povećanjem tlaka, volumen tekućeg propana i butana se komprimira.
- Viskoznost (sposobnost tvari u plinovitom ili tekućem stanju da se odupru silama smicanja). Određuje se silama prianjanja molekula u tvarima. Viskoznost tekuće smjese propana s butanom ovisi o temperaturi (s njezinim povećanjem, viskoznost se smanjuje), ali promjena tlaka malo utječe na ovu karakteristiku. Plinovi, s druge strane, povećavaju svoju viskoznost s povećanjem temperature.
Pronalaženje u prirodi i metode dobivanja
Glavni prirodni izvori propana su ulje iplinska polja. Sadrži ga u prirodnom plinu (od 0,1 do 11,0%) iu povezanim naftnim plinovima. Prilično puno butana dobiva se u procesu destilacije ulja - odvajanjem u frakcije, na temelju vrelišta njegovih komponenti. Od kemijskih metoda prerade nafte najveću važnost ima katalitički kreking tijekom kojeg se prekida lanac visokomolekularnih alkana. U ovom slučaju, propan čini oko 16-20% svih plinovitih produkata ovog procesa:
SΗ3-SΗ2-SΗ2-SΗ 2-SΗ2-SΗ2-SΗ2-SΗ 3 ―> SΗ3-SΗ2-SΗ3 + SN 2=CΗ-CΗ2-CΗ2-CΗ3
Velike količine propana nastaju tijekom hidrogenacije raznih vrsta ugljena i katrana, dostižu 80% volumena svih proizvedenih plinova.
Također je rasprostranjeno dobivanje propana Fischer-Tropsch metodom, koja se temelji na interakciji CO i H2 u prisutnosti raznih katalizatora na povišenoj temperaturi i pritisak:
nCO + (2n + 1)Η2 ―> C Η2n+2 + nΗ2O
3CO + 7Η2 ―> C3Η8 + 3Η 2O
Industrijske količine butana također se izoliraju tijekom prerade nafte i plina fizičkim i kemijskim metodama.
Kemijska svojstva
Iz strukturnih značajki molekulaovise o fizikalnim i kemijskim svojstvima propana i butana. Budući da su zasićeni spojevi, reakcije adicije nisu karakteristične za njih.
1. supstitucijske reakcije. Pod djelovanjem ultraljubičastog svjetla, vodik se lako zamjenjuje atomima klora:
CH3-CH2-CH3 + Cl 2 ―> CH3-CH(Cl)-CH3 + HCl
Kada se zagrije s otopinom dušične kiseline, H atom je zamijenjen NO grupom2:
SΗ3-SΗ2-SΗ3 + ΗNO 3 ―> SΗ3-SΗ (NE2)-SΗ3 + H2O
2. Reakcije cijepanja. Kada se zagrijavaju u prisutnosti nikla ili paladija, dva atoma vodika se odvajaju uz stvaranje višestruke veze u molekuli:
CΗ3-CΗ2-CΗ3 ―> CΗ 3-SΗ=SΗ2 + Η2
3. reakcije razgradnje. Kada se tvar zagrije na temperaturu od oko 1000 °C, dolazi do procesa pirolize, koji je popraćen razbijanjem svih kemijskih veza prisutnih u molekuli:
C3H8 ―> 3C + 4H2
4. reakcije izgaranja. Ovi ugljikovodici izgaraju nedimnim plamenom, oslobađajući veliku količinu topline. Što je propan poznato mnogim domaćicama koje koriste plinske peći. Reakcija proizvodi ugljični dioksid i vodenu paru:
C3N8 + 5O2―> 3CO 2 + 4H2O
Izgaranje propana u uvjetima nedostatka kisika dovodi do pojave čađe i stvaranja molekula ugljičnog monoksida:
2C3H8 + 7O2―> 6SO + 8H 2O
C3H8 + 2O2―> 3C + 4H2O
Prijava
Propan se aktivno koristi kao gorivo, budući da se tijekom njegovog izgaranja oslobađa 2202 kJ / mol topline, to je vrlo visoka brojka. U procesu oksidacije iz propana se dobivaju mnoge tvari potrebne za kemijsku sintezu, na primjer, alkoholi, aceton, karboksilne kiseline. Potrebno je dobiti nitropropane koji se koriste kao otapala.
Kao pogonsko gorivo koje se koristi u prehrambenoj industriji, ima šifru E944. Pomiješan s izobutanom, koristi se kao moderno, ekološki prihvatljivo rashladno sredstvo.
mješavina propan-butana
Ima mnoge prednosti u odnosu na druga goriva, uključujući prirodni plin:
- visoka učinkovitost;
- lak povratak u plinovito stanje;
- dobro isparavanje i izgaranje na temperaturi okoline.
Propan u potpunosti zadovoljava ove kvalitete, ali butani nešto lošije isparavaju kada temperatura padne na -40°C. Aditivi pomažu ispraviti ovaj nedostatak, od kojih je najbolji propan.
Mješavina propan-butan koristi se za grijanje i kuhanje, za plinsko zavarivanje metala i njihovo rezanje, kao gorivo za vozila i za kemikalijesinteza.
