Vanuit het oogpunt van chemie is propaan een verzadigde koolwaterstof met typische eigenschappen van alkanen. In sommige productiegebieden wordt propaan echter opgevat als een mengsel van twee stoffen - propaan en butaan. Vervolgens zullen we proberen uit te zoeken wat propaan is en waarom het wordt gemengd met butaan.
De structuur van het molecuul
Elk propaanmolecuul bestaat uit drie koolstofatomen die met elkaar zijn verbonden door eenvoudige enkelvoudige bindingen, en acht waterstofatomen. Het heeft de molecuulformule C3H8. De CC-bindingen in propaan zijn covalent niet-polair, maar in het C-H-paar is koolstof iets meer elektronegatief en trekt het het gemeenschappelijke elektronenpaar enigszins naar zich toe, wat betekent dat de binding covalent polair is. Het molecuul heeft een zigzagstructuur vanwege het feit dat koolstofatomen zich in een staat van sp3-hybridisatie bevinden. Maar in de regel wordt gezegd dat het molecuul lineair is.
Er zijn vier koolstofatomen in het butaanmolecuul С4Н10, en het heeft twee isomeren: n-butaan (heeft een lineaire structuur) en isobutaan (hasvertakte structuur). Vaak worden ze niet gescheiden bij ontvangst, maar bestaan ze als een mengsel.
Fysieke eigenschappen
Propaan is een kleurloos en geurloos gas. Het lost zeer slecht op in water, maar het lost goed op in chloroform en diethylether. Het smelt bij tpl=-188 °С, en kookt bij tkip=-42 °С. Het wordt explosief wanneer de concentratie in de lucht hoger is dan 2%.
De fysische eigenschappen van propaan en butaan liggen heel dicht bij elkaar. Beide butanen zijn onder normale omstandigheden ook gasvormig en reukloos. Vrijwel onoplosbaar in water, maar werken goed samen met organische oplosmiddelen.
De volgende kenmerken van deze koolwaterstoffen zijn ook belangrijk in de industrie:
- Densiteit (de verhouding van massa tot volume van een lichaam). De dichtheid van vloeibare propaan-butaanmengsels wordt grotendeels bepaald door de samenstelling van koolwaterstoffen en temperatuur. Naarmate de temperatuur stijgt, treedt volumetrische uitzetting op en neemt de dichtheid van de vloeistof af. Bij toenemende druk wordt het volume van vloeibaar propaan en butaan samengeperst.
- Viscositeit (het vermogen van stoffen in gasvormige of vloeibare toestand om afschuifkrachten te weerstaan). Het wordt bepaald door de adhesiekrachten van moleculen in stoffen. De viscositeit van een vloeibaar mengsel van propaan met butaan is temperatuurafhankelijk (bij toename neemt de viscositeit af), maar een verandering in druk heeft weinig effect op deze eigenschap. Gassen daarentegen verhogen hun viscositeit met toenemende temperatuur.
Zoeken in de natuur en methoden verkrijgen
De belangrijkste natuurlijke bronnen van propaan zijn olie engas velden. Het zit in aardgas (van 0,1 tot 11,0%) en in de bijbehorende petroleumgassen. Er wordt vrij veel butaan verkregen bij het destilleren van olie - het in fracties scheiden op basis van de kookpunten van de componenten. Van de chemische methoden van olieraffinage is katalytisch kraken van het grootste belang, waarbij de keten van hoogmoleculaire alkanen wordt verbroken. In dit geval vormt propaan ongeveer 16-20% van alle gasvormige producten van dit proces:
СΗ3-СΗ2-СΗ2-СΗ 2-СΗ2-СΗ2-СΗ2-СΗ 3 ―> СΗ3-СΗ2-СΗ3 + СН 2=CΗ-CΗ2-CΗ2-CΗ3
Grote hoeveelheden propaan worden gevormd tijdens de hydrogenering van verschillende soorten kolen en koolteer, ze bereiken 80% van het volume van alle geproduceerde gassen.
Het is ook wijdverbreid om propaan te verkrijgen met de Fischer-Tropsch-methode, die is gebaseerd op de interactie van CO en H2 in aanwezigheid van verschillende katalysatoren bij verhoogde temperatuur en druk:
nCO + (2n + 1)Η2 ―> C Η2n+2 + nΗ2O
3CO + 7Η2 ―> C3Η8 + 3Η 2O
Industriële volumes butaan worden ook geïsoleerd tijdens olie- en gasverwerking door fysische en chemische methoden.
Chemische eigenschappen
Van structurele kenmerken van moleculenafhankelijk van de fysische en chemische eigenschappen van propaan en butaan. Omdat het verzadigde verbindingen zijn, zijn additiereacties niet kenmerkend voor hen.
1. substitutie reacties. Onder invloed van ultraviolet licht wordt waterstof gemakkelijk vervangen door chlooratomen:
CH3-CH2-CH3 + Cl 2 ―> CH3-CH(Cl)-CH3 + HCl
Bij verhitting met een oplossing van salpeterzuur wordt het H-atoom vervangen door de NO-groep2:
СΗ3-СΗ2-СΗ3 + ΗNEE 3 ―> СΗ3-СΗ (NO2)-СΗ3 + H2O
2. Splitsingsreacties. Bij verhitting in aanwezigheid van nikkel of palladium worden twee waterstofatomen afgesplitst met vorming van een meervoudige binding in het molecuul:
CΗ3-CΗ2-CΗ3 ―> CΗ 3-СΗ=СΗ2 + Η2
3. ontledingsreacties. Wanneer een stof wordt verwarmd tot een temperatuur van ongeveer 1000 ° C, vindt het pyrolyseproces plaats, dat gepaard gaat met het verbreken van alle chemische bindingen die in het molecuul aanwezig zijn:
C3H8 ―> 3C + 4H2
4. verbrandingsreacties. Deze koolwaterstoffen branden met een rookvrije vlam, waarbij een grote hoeveelheid warmte vrijkomt. Wat propaan is, is bekend bij veel huisvrouwen die gasfornuizen gebruiken. De reactie produceert kooldioxide en waterdamp:
C3N8 + 5O2―> 3CO 2 + 4H2O
Verbranding van propaan bij zuurstofgebrek leidt tot het verschijnen van roet en de vorming van koolmonoxidemoleculen:
2C3H8 + 7O2―> 6SO + 8H 2O
C3H8 + 2O2―> 3C + 4H2O
Toepassing
Propaan wordt actief als brandstof gebruikt, aangezien er 2202 kJ/mol warmte vrijkomt bij de verbranding is dit een zeer hoog cijfer. Tijdens het oxidatieproces worden veel stoffen die nodig zijn voor chemische synthese verkregen uit propaan, bijvoorbeeld alcoholen, aceton, carbonzuren. Het is noodzakelijk om nitropropanen te verkrijgen die als oplosmiddelen worden gebruikt.
Als drijfgas gebruikt in de voedingsindustrie, heeft het de code E944. Gemengd met isobutaan, wordt het gebruikt als een modern, milieuvriendelijk koelmiddel.
Propaan-butaan mengsel
Het heeft veel voordelen ten opzichte van andere brandstoffen, waaronder aardgas:
- hoog rendement;
- gemakkelijke terugkeer naar gasvormige toestand;
- goede verdamping en verbranding bij omgevingstemperatuur.
Propaan voldoet volledig aan deze eigenschappen, maar butanen verdampen iets slechter als de temperatuur da alt tot -40°C. Additieven helpen dit tekort te corrigeren, waarvan propaan de beste is.
Propaan-butaanmengsel wordt gebruikt voor verwarming en koken, voor het lassen en snijden van metalen met gas, als brandstof voor voertuigen en voor chemicaliënsynthese.
