Пропанът е екологично гориво. Неговите физични и химични свойства

От гледна точка на химията, пропанът е ограничаващ въглеводород, притежаващ типични свойства на алканите. Въпреки това в някои производствени райони пропанът се разбира като смес от две вещества - пропан и бутан. След това ще се опитаме да разберем какъв е пропанът и защо се смесва с бутан.

Структурата на молекулата

Всяка молекула на пропана се състои от три въглеродни атома, свързани заедно с прости единични връзки и осем водородни атома. Той има молекулната формула С₃Н₈. C-S връзките в пропана са ковалентни неполярни, но в двойка въглерод-въглерод, въглеродът е малко по-електронергивен и леко привлича обикновена електронна двойка, което означава, че ковалентната връзка е полярна. Молекулата има зигзагова структура поради факта, че въглеродните атоми са в състояние sp³-хибридизация. Но, като правило, те казват, че молекулата е линейна.

В състава на молекулата на бутан, четири въглеродни атома С₄Н₁₀, и има два изомера: n-бутан (има линейна структура) и изобутан (има разклонена структура). Често те не се разделят след получаването, но съществуват като смес.

Физични свойства

Пропана е газ без цвят и миризма. Във вода се разтваря много лошо, но е добре в хлороформ и обикновен диетилов етер. То се топи при температура t_пл = -188 ° С и кипи при t_бали = -42 ° С. То става експлозивно, когато концентрацията му във въздуха надвишава 2%.

Физическите свойства на пропан и бутан са много сходни. И двата бутана също имат газообразно състояние при нормални условия и са без мирис. На практика не се разтварят във вода, но взаимодействат добре органични разтворители.

В промишлеността са важни и следните характеристики на тези въглеводороди:

• Плътност (съотношение на масата към обема на тялото). Плътността на течните смеси на пропан-бутан до голяма степен се определя от състава на въглеводородите и от температурата. Тъй като температурата се увеличава, се получава обемно разширение и плътността на течността намалява. С увеличаване на налягането обемът на течния пропан и бутан се компресира.
• Вискозитет (способността на веществата в газообразно или течно състояние да се противопоставят на силите на срязване). Определя се от свързващите сили на молекулите в веществата. Вискозитетът на течната смес от пропан и бутан зависи от температурата (с нарастващ спад на вискозитета), но промяната на налягането за тази характеристика се отразява леко. Газовете с повишаваща се температура повишават вискозитета си.

Намиране в природата и методи за получаване

Основните природни източници на пропан са полетата на нефт и газ. Той се съдържа в природния газ (от 0,1 до 11,0%) и в свързани петролни газове. Доста количество бутан се произвежда в процеса на коригиране на нефта, разделяйки го на фракции въз основа на точките на кипене на неговите компоненти. От химическите методи на нефтената обработка най-важното е каталитичното крекиране, по време на което се разкъсва верига от високомолекулни алкани. В този случай пропанът произвежда около 16-20% от всички газови продукти от този процес:

SEta-₃-SEta-₂-SEta-₂-SEta-₂-SEta-₂-SEta-₂-SEta-₂-SEta-₃ -> CEa-₃-SEta-₂-SEta-₃ + SEta-₂= Ceta - Cea-₂-SEta-₂-SEta-₃

Големи количества пропан се образуват по време на хидрогенирането на различни видове въглища и каменовъглен катран, достигат до 80% от обема на всички образувани газове.

Производството на пропан по метода на Fischer-Tropsch, което се основава на взаимодействието между СО и Н.₂ в присъствието на различни катализатори при повишена температура и налягане:

nCO + (2n + 1) Ета-₂ -> C_пEta-_{2n + 2} + nEta-₂О

3CO + 7Eta-₂ -> C₃Eta-₈ + 3Eta-₂О

Индустриалните обеми бутан се възстановяват и от обработката на нефт и газ по физични и химични методи.

Химични свойства

Физичните и химичните свойства на пропан и бутан зависят от структурата на молекулите. Тъй като са наситени съединения, те не се характеризират с реакции на добавяне.

1. Реакции на заместване. Под въздействието на ултравиолетовата светлина лесно се случва заместване на водорода с хлор:

СН₃-СН₂-СН₃ + Cl₂ -> CH₃-СН (С1) -СН₃ + HCl

Когато се загрява с разтвор на азотна киселина, атомът Н се заменя с групата на NO₂:

SEta-₃-SEta-₂-SEta-₃ + Н-NO₃ -> CEa-₃-Сета- (NO₂) -Сета-₃ + Н₂ох

2. Реакции на разцепване. Когато се нагряват в присъствието на никел или паладий, два водородни атома се разцепват, за да образуват множествена връзка в молекулата:

SEta-₃-SEta-₂-SEta-₃ -> CEa-₃-Ceta- = CeA-₂ + Eta-₂

3. Реакции на разлагане. Когато веществото се нагрява до температура от порядъка на 1000 ° С, възниква процес на пиролиза, който се придружава от разкъсване на всички химически връзки, присъстващи в молекулата:

C₃Н₈ -> ЗС + 4Н₂

4. Реакция на изгарянето. Тези въглеводороди не горят с тлеещ пламък с освобождаването на голямо количество топлина. Какво е пропанът е известен на много домакини, които използват газови печки. По време на реакцията се образува въглероден диоксид и изпаряваща се вода:

C₃Н₈ + 5О₂-> 3CO₂ + 4Н₂ох

Изгарянето на пропан в условия на липса на кислород води до появата на сажди и образуването на молекули на въглеродния оксид:

2С₃Н₈ + 7o₂-> 6СО + 8Н₂ох

C₃Н₈ + 2О₂-> ЗС + 4Н₂ох

приложение

Пропанът се използва активно като гориво, тъй като при изгарянето му се отделя 2202 kJ / mol топлина, това е много висока цифра. В процеса на окисляване, много вещества, необходими за химически синтез, се получават от пропан, например алкохоли, ацетон, карбоксилни киселини. Необходимо е за получаването на нитропропани, използвани като разтворители.

Като гориво се използва в хранителната сфера, той има код Е944. В смес с изобутан се използва като модерен хладилен агент, който не вреди на околната среда.

Смес от пропан-бутан

Той има много предимства пред други видове гориво, включително природен газ:

• висока ефективност;
• лесно връщане към газово състояние;
• добро изпаряване и изгаряне при околна температура.

Пропанът напълно отговаря на тези качества, но бутанът леко се изпарява леко, когато температурата падне до -40 ° С. Добавки за подобряване на този недостиг, най-добрият от които е пропанът.

Смес от пропан-бутан се използва за отопление и готвене, за газово заваряване на метали и тяхното рязане, като гориво за превозни средства и за химически синтез.