Пропан - це екологічне паливо. Його фізичні та хімічні властивості

З точки зору хімії, пропан - це граничний вуглеводень, що володіє типовими властивостями алканів. Проте в деяких галузях виробництва під пропаном розуміють суміш двох речовин - пропану і бутану. Далі ми постараємося розібратися, що таке пропан, і навіщо його змішують з бутаном.

Будова молекули

Кожна молекула пропану складається з трьох атомів вуглецю, пов'язаних один з одним простими одинарними зв'язками, і восьми атомів водню. Він має молекулярну формулу З 3 Н 8 . Зв'язку С-С в пропані є ковалентными неполярними, а от у парі З-Н вуглець трохи більше электроотрицателен і злегка відтягує на себе спільну електронну пару, а значить, зв'язок ковалентний полярний. Молекула має зигзагоподібний будова з-за того, що атоми вуглецю знаходяться в стані sp 3 -гібридизації. Але, як правило, кажуть, що лінійна молекула.


У складі молекули бутану чотири атома вуглецю З 4 Н 10 і він має два ізомеру: н-бутан (має лінійну будову) і ізобутан (має розгалужене будова). Найчастіше, вони не розділяються після отримання, а існують у вигляді суміші.

Фізичні властивості

Пропан - це газ без кольору і будь-якого запаху. У воді розчиняється погано, зате добре в хлороформі і простому діетиловому ефірі. Плавиться при температурі t пл = -188 °С, а кипить при t квп = -42 °С. стає Вибухонебезпечним при досягненні його концентрації в повітрі вище 2%. Фізичні властивості пропану і бутану дуже близькі. Обидва бутану також мають газоподібний стан при нормальних умовах і не мають запаху. Практично не розчиняються у воді, але добре взаємодіють з органічними розчинниками.


У промисловості також мають важливе значення наступні характеристики цих вуглеводнів:

Щільність (відношення маси до об'єму тіла). Щільність рідких пропан-бутанових сумішей багато в чому визначається складом вуглеводнів і температурою. Із зростанням температури відбувається об'ємне розширення, і щільність рідини зменшується. З ростом тиску об'єм рідини пропану і бутану стискається.

В'язкість (здатність речовин у газоподібному або рідкому стані чинити опір зміщує зусиллям). Визначається силами зчеплення молекул у речовинах. В'язкість рідкої суміші пропану з бутаном залежить від температури (з її зростанням в'язкість зменшується), а ось зміна тиску на цю характеристику впливає незначно. Гази ж із зростанням температури збільшують свою в'язкість.

Знаходження в природі та методи отримання

Основні природні джерела пропану - це нафтові і газові родовища. Він міститься в природному газі (від 01 до 110%) і в попутних нафтових газах. Досить багато бутану отримують у процесі ректифікації нафти - поділ її на фракції, грунтуючись на температурах кипіння її компонентів. З хімічних способів переробки нафти найбільше значення має каталітичний крекінг, в процесі якого відбувається розрив ланцюга високомолекулярних алканів. При цьому пропану утворюється близько 16-20% від всіх газоподібних продуктів цього процесу: СН 3 -СН 2 -СН 2 -СН 2 -СН 2 -СН 2 -СН 2 -СН 3 -> СН 3 -СН 2 -СН 3 + СН 2 =СН-СН 2 -СН 2 -СН 3 Великі кількості пропану утворюються при гідрогенізації різних видів вугілля і кам'яновугільної смоли, вони досягають 80% від обсягу всіх утворюються газів. Також широко поширене отримання пропану за методом Фішера-Тропша, який заснований на взаємодії З і Н 2 в присутності різних каталізаторів при підвищених температурі і тиску: nCO + (2n + 1)? 2 -> C n ? 2n+2 + n? 2 O 3CO + 7? 2 -> C 3 ? 8 + 3? 2 O Промислові обсяги бутану також виділяють при нафтогазової переробки фізичними і хімічними методами.

Хімічні властивості

Від особливостей будови молекул залежать фізичні і хімічні властивості пропану і бутану. Оскільки вони є насиченими сполуками, для них не характерні реакції приєднання.
1. Реакції заміщення. Під дією ультрафіолету легко відбувається заміщення водню на атоми хлору: СН 3 -СН 2 -СН 3 + Cl 2 -> СН 3 -СН (Cl)-СН 3 + HCl При нагріванні з розчином азотної кислоти, відбувається заміна атома Н на групу NO 2 : СН 3 -СН 2 -СН 3 + ?NO 3 -> СН 3 -СН (NO 2 )-СН 3 + H 2 Про 2. Реакції відщеплення. При нагріванні в присутності нікелю або паладію відбувається відщеплення двох атомів водню з утворенням в молекулі кратною зв'язку: СН 3 -СН 2 -СН 3 -> СН 3 -СН=СН 2 + ? 2 3. Реакції розкладання. При нагріванні речовини до температури близько 1000 °С відбувається процес піролізу, який супроводжується розривом всіх наявних у молекулі хімічних зв'язків: З 3 Н 8 -> 3С + 4H 2 4. Реакції горіння. Ці вуглеводні не горять коптящим полум'ям з виділенням великої кількості теплоти. Що таке пропан знають багато господинь, які користуються газовими плитами. В ході реакції утворюються вуглекислий газ і пароподібна вода: З 3 Н 8 + 5O 2 -> 3СО 2 + 4H 2 Про Згоряння пропану в умовах нестачі кисню призводить до появи сажі та утворення молекул чадного газу: 2С 3 Н 8 + 7O 2 -> 6СО + 8H 2 Про З 3 Н 8 + 2O 2 -> 3С + 4H 2 Про

Застосування

Пропан активно застосовується як паливо, оскільки при його горінні виділяється 2202 кДж/моль теплоти, це дуже високий показник. В процесі окислення з пропану отримують багато речовини, необхідні для хімічного синтезу, наприклад, спирти, ацетон, карбонові кислоти. Він необхідний для отримання нитропропанов, що використовуються як розчинники.
В якості палива застосовується в харчовій сфері, має код E944. В суміші з изобутаном використовується в якості сучасного хладагента, що не завдають шкоди навколишньому середовищу.

Пропан-бутанова суміш

Вона має багато переваг перед іншими видами палива, у тому числі природним газом:

високий ККД;

легкий повернення до газоподібному станом;

хороші випаровування і спалювання при температурі навколишнього.

Пропан повною мірою відповідає цим якостям, а ось бутани дещо гірше випаровуються при зниженні температури до -40°С. Виправити цей недолік допомагають добавки, краща з яких - це пропан. Пропан-бутанову суміш застосовують для опалення і приготування їжі, при газовій зварці металів і їх різанні, як паливо для транспортних засобів і для хімічного синтезу.