Propan ist aus chemischer Sicht ein gesättigter Kohlenwasserstoff mit typischen Eigenschaften von Alkanen. In manchen Produktionsbereichen versteht man unter Propan jedoch ein Gemisch aus zwei Stoffen – Propan und Butan. Als nächstes werden wir versuchen herauszufinden, was Propan ist und warum es mit Butan gemischt wird.
Die Struktur des Moleküls
Jedes Propanmolekül besteht aus drei Kohlenstoffatomen, die durch einfache Einfachbindungen miteinander verbunden sind, und acht Wasserstoffatomen. Es hat die Summenformel C3H8. Die C-C-Bindungen in Propan sind kovalent unpolar, aber im C-H-Paar ist Kohlenstoff etwas elektronegativer und zieht das gemeinsame Elektronenpaar leicht zu sich hin, was bedeutet, dass die Bindung kovalent polar ist. Das Molekül hat eine Zickzackstruktur aufgrund der Tatsache, dass sich Kohlenstoffatome in einem Zustand der sp3-Hybridisierung befinden. Aber in der Regel soll das Molekül linear sein.
Im Butanmolekül С4Н10 gibt es vier Kohlenstoffatome, und es hat zwei Isomere: n-Butan (hat eine lineare Struktur) und Isobutan (hatverzweigte Struktur). Oft trennen sie sich beim Empfang nicht, sondern liegen als Mischung vor.
Physikalische Eigenschaften
Propan ist ein farb- und geruchloses Gas. Es löst sich sehr schlecht in Wasser, aber gut in Chloroform und Diethylether. Es schmilzt bei tpl=-188 °С und siedet bei tkip=-42 °С. Es wird explosiv, wenn seine Konzentration in der Luft 2 % übersteigt.
Die physikalischen Eigenschaften von Propan und Butan sind sehr ähnlich. Beide Butane sind unter Normalbedingungen ebenfalls gasförmig und geruchlos. Praktisch unlöslich in Wasser, interagiert aber gut mit organischen Lösungsmitteln.
Folgende Eigenschaften dieser Kohlenwasserstoffe sind in der Industrie ebenfalls wichtig:
- Dichte (das Verhältnis von Masse zu Volumen eines Körpers). Die Dichte flüssiger Propan-Butan-Gemische wird maßgeblich von der Zusammensetzung der Kohlenwasserstoffe und der Temperatur bestimmt. Mit steigender Temperatur kommt es zu Volumenausdehnung und die Dichte der Flüssigkeit nimmt ab. Mit zunehmendem Druck wird das Volumen von flüssigem Propan und Butan komprimiert.
- Viskosität (die Fähigkeit von Stoffen im gasförmigen oder flüssigen Zustand, Scherkräften zu widerstehen). Sie wird durch die Adhäsionskräfte von Molekülen in Substanzen bestimmt. Die Viskosität einer flüssigen Mischung aus Propan und Butan hängt von der Temperatur ab (mit zunehmender Viskosität nimmt die Viskosität ab), aber eine Druckänderung hat wenig Einfluss auf diese Eigenschaft. Gase hingegen erhöhen mit steigender Temperatur ihre Viskosität.
In der Natur finden und Methoden erlangen
Die wichtigsten natürlichen Quellen für Propan sind Öl undGasfelder. Es ist in Erdgas (von 0,1 bis 11,0 %) und in Erdölbegleitgasen enth alten. Bei der Destillation von Öl wird ziemlich viel Butan gewonnen - es wird in Fraktionen getrennt, basierend auf den Siedepunkten seiner Bestandteile. Von den chemischen Verfahren der Ölraffination hat das katalytische Cracken die größte Bedeutung, bei dem die Kette hochmolekularer Alkane aufgebrochen wird. In diesem Fall bildet Propan etwa 16-20 % aller gasförmigen Produkte dieses Prozesses:
СΗ3-СΗ2-СΗ2-СΗ 2-СΗ2-СΗ2-СΗ2-СΗ 3 ―> СΗ3-СΗ2-СΗ3 + СН 2=CΗ-CΗ2-CΗ2-CΗ3
Bei der Hydrierung verschiedener Kohlearten und Kohlenteer entstehen große Mengen Propan, sie erreichen 80% des Volumens aller entstehenden Gase.
Verbreitet ist auch die Gewinnung von Propan nach dem Fischer-Tropsch-Verfahren, das auf der Wechselwirkung von CO und H2 in Gegenwart verschiedener Katalysatoren bei erhöhter Temperatur beruht und Druck:
nCO + (2n + 1)Η2 ―> C Η2n+2 + nΗ2O
3CO + 7Η2 ―> C3Η8 + 3Η 2O
Industrielle Mengen an Butan werden auch während der Öl- und Gasverarbeitung durch physikalische und chemische Methoden isoliert.
Chemische Eigenschaften
Aus strukturellen Merkmalen von Molekülenhängen von den physikalischen und chemischen Eigenschaften von Propan und Butan ab. Da es sich um gesättigte Verbindungen handelt, sind Additionsreaktionen für sie nicht charakteristisch.
1. Substitutionsreaktionen. Unter Einwirkung von ultraviolettem Licht wird Wasserstoff leicht durch Chloratome ersetzt:
CH3-CH2-CH3 + Cl 2 ―> CH3-CH(Cl)-CH3 + HCl
Beim Erhitzen mit Salpetersäurelösung wird das H-Atom durch die NO-Gruppe ersetzt2:
СΗ3-СΗ2-СΗ3 + ΗNO 3 ―> СΗ3-СΗ (NO2)-СΗ3 + H2O
2. Sp altungsreaktionen. Beim Erhitzen in Gegenwart von Nickel oder Palladium werden zwei Wasserstoffatome unter Bildung einer Mehrfachbindung im Molekül abgesp alten:
CΗ3-CΗ2-CΗ3 ―> CΗ 3-СΗ=СΗ2 + Η2
3. Zersetzungsreaktionen. Wenn eine Substanz auf eine Temperatur von etwa 1000 ° C erhitzt wird, findet der Pyrolyseprozess statt, der mit dem Aufbrechen aller im Molekül vorhandenen chemischen Bindungen einhergeht:
C3H8 ―> 3C + 4H2
4. Verbrennungsreaktionen. Diese Kohlenwasserstoffe verbrennen mit einer nicht rauchenden Flamme und setzen dabei eine große Menge Wärme frei. Welches Propan ist vielen Hausfrauen bekannt, die Gasherde verwenden. Bei der Reaktion entstehen Kohlendioxid und Wasserdampf:
C3N8 + 5O2―> 3CO 2 + 4H2O
Die Verbrennung von Propan bei Sauerstoffmangel führt zum Auftreten von Ruß und zur Bildung von Kohlenmonoxidmolekülen:
2C3H8 + 7O2―> 6SO + 8H 2O
C3H8 + 2O2―> 3C + 4H2O
Bewerbung
Propan wird aktiv als Brennstoff verwendet, da bei seiner Verbrennung 2202 kJ / Mol Wärme freigesetzt werden, dies ist eine sehr hohe Zahl. Bei der Oxidation werden aus Propan viele für die chemische Synthese notwendige Substanzen gewonnen, z. B. Alkohole, Aceton, Carbonsäuren. Als Lösungsmittel verwendete Nitropropane müssen beschafft werden.
Als Treibmittel in der Lebensmittelindustrie verwendet, hat den Code E944. Im Gemisch mit Isobutan wird es als modernes, umweltfreundliches Kältemittel eingesetzt.
Propan-Butan-Gemisch
Es hat viele Vorteile gegenüber anderen Brennstoffen, einschließlich Erdgas:
- hoher Wirkungsgrad;
- leichte Rückkehr in den gasförmigen Zustand;
- gute Verdampfung und Verbrennung bei Umgebungstemperatur.
Propan erfüllt diese Eigenschaften voll und ganz, aber Butane verdunsten etwas schlechter, wenn die Temperatur auf -40°C sinkt. Zusatzstoffe helfen, diesen Mangel zu beheben, der beste davon ist Propangas.
Propan-Butan-Gemisch wird zum Heizen und Kochen, zum Gasschweißen von Metallen und Schneiden, als Kraftstoff für Fahrzeuge und für Chemikalien verwendetSynthese.
