Chemijos požiūriu propanas yra prisotintas angliavandenilis, pasižymintis tipiškomis alkanams savybėmis. Tačiau kai kuriose gamybos srityse propanas suprantamas kaip dviejų medžiagų – propano ir butano – mišinys. Toliau pabandysime išsiaiškinti, kas yra propanas ir kodėl jis maišomas su butanu.
Molekulės struktūra
Kiekvieną propano molekulę sudaro trys anglies atomai, sujungti vienas su kitu paprastomis viengubomis jungtimis, ir aštuoni vandenilio atomai. Jo molekulinė formulė C3H8. C-C ryšiai propane yra kovalentiniai nepoliniai, tačiau C-H poroje anglis yra šiek tiek elektronneigiamesnė ir šiek tiek traukia bendrą elektronų porą į save, o tai reiškia, kad ryšys yra kovalentinis polinis. Molekulė turi zigzago struktūrą dėl to, kad anglies atomai yra sp3-hibridizacijos būsenoje. Tačiau paprastai teigiama, kad molekulė yra tiesinė.
Butano molekulėje yra keturi anglies atomai С4Н10, ir ji turi du izomerus: n-butaną (turi linijinė struktūra) ir izobutanas (turišakota struktūra). Dažnai jie neatsiskiria gavus, o egzistuoja kaip mišinys.
Fizikinės savybės
Propanas yra bespalvės ir bekvapės dujos. Jis labai blogai tirpsta vandenyje, bet gerai tirpsta chloroforme ir dietilo eteryje. Jis lydosi esant tpl=-188 °С, o verda esant tkip=-42 °С. Jis tampa sprogus, kai jo koncentracija ore viršija 2%.
Fizikinės propano ir butano savybės yra labai artimos. Abu butanai normaliomis sąlygomis taip pat yra dujinės būsenos ir yra bekvapiai. Praktiškai netirpsta vandenyje, bet gerai sąveikauja su organiniais tirpikliais.
Pramonėje taip pat svarbios šios šių angliavandenilių savybės:
- Tankis (kūno masės ir tūrio santykis). Skystų propano-butano mišinių tankį daugiausia lemia angliavandenilių sudėtis ir temperatūra. Kylant temperatūrai, vyksta tūrio plėtimasis, o skysčio tankis mažėja. Didėjant slėgiui, skysto propano ir butano tūris suspaudžiamas.
- Klampumas (dujinės arba skystos būsenos medžiagų gebėjimas atsispirti šlyties jėgoms). Jį lemia medžiagose esančių molekulių sukibimo jėgos. Skysto propano ir butano mišinio klampumas priklauso nuo temperatūros (jai didėjant, klampumas mažėja), tačiau slėgio pokytis šią charakteristiką mažai veikia. Kita vertus, didėjant temperatūrai, dujos padidina savo klampumą.
Rasti gamtoje ir gauti metodus
Pagrindiniai natūralūs propano š altiniai yra aliejus irdujų telkiniai. Jo yra gamtinėse dujose (nuo 0,1 iki 11,0 %) ir susijusiose naftos dujose. Gana daug butano gaunama distiliuojant aliejų – skaidant jį į frakcijas pagal jo komponentų virimo temperatūrą. Iš cheminių naftos perdirbimo būdų didžiausią reikšmę turi katalizinis krekingas, kurio metu nutrūksta didelės molekulinės masės alkanų grandinė. Šiuo atveju propanas sudaro apie 16–20 % visų šio proceso dujinių produktų:
СΗ3-СΗ2-СΗ2-СΗ 2-СΗ2-СΗ2-СΗ2-СΗ 3 ―> СΗ3-СΗ2-СΗ3 + СН 2=CΗ-CΗ2-CΗ2-CΗ3
Hidinant įvairių rūšių anglis ir akmens anglių dervą susidaro dideli kiekiai propano, jie pasiekia 80 % visų susidarančių dujų tūrio.
Taip pat plačiai paplitęs propano gavimas Fischer-Tropsch metodu, kuris pagrįstas CO ir H2 sąveika esant įvairiems katalizatoriams aukštesnėje temperatūroje ir slėgis:
nCO + (2n + 1)Η2 ―> C Η2n+2 + nΗ2O
3CO + 7Η2 ―> C3Η8 + 3Η 2O
Pramoniniai butano kiekiai taip pat išskiriami apdorojant naftą ir dujas fizikiniais ir cheminiais metodais.
Cheminės savybės
Iš molekulių struktūrinių ypatybiųpriklauso nuo propano ir butano fizikinių ir cheminių savybių. Kadangi tai yra sotieji junginiai, sudėjimo reakcijos jiems nebūdingos.
1. pakeitimo reakcijos. Veikiant ultravioletinei šviesai vandenilis lengvai pakeičiamas chloro atomais:
CH3-CH2-CH3 + Cl 2 ―> CH3-CH(Cl)-CH3 + HCl
Kaidant su azoto rūgšties tirpalu, H atomas pakeičiamas NO grupe2:
СΗ3-СΗ2-СΗ3 + ΗNO 3 ―> СΗ3-СΗ (NO2)-СΗ3 + H2O
2. Skilimo reakcijos. Kaitinant esant nikeliui arba paladžiui, du vandenilio atomai atsiskiria ir molekulėje susidaro daugialypė jungtis:
CΗ3-CΗ2-CΗ3 ―> CΗ 3-СΗ=СΗ2 + Η2
3. skilimo reakcijos. Kai medžiaga kaitinama iki maždaug 1000 °C temperatūros, vyksta pirolizės procesas, kurį lydi visi molekulėje esantys cheminiai ryšiai:
C3H8 ―> 3C + 4H2
4. degimo reakcijos. Šie angliavandeniliai dega nerūkstančia liepsna, išskirdami daug šilumos. Koks propanas yra žinomas daugeliui namų šeimininkių, naudojančių dujines virykles. Reakcijos metu susidaro anglies dioksidas ir vandens garai:
C3N8 + 5O2―> 3CO 2 + 4H2O
Dėl propano degimo, kai trūksta deguonies, atsiranda suodžių ir susidaro anglies monoksido molekulės:
2C3H8 + 7O2―> 6SO + 8H 2O
C3H8 + 2O2―> 3C + 4H2O
Programa
Propanas aktyviai naudojamas kaip kuras, nes jo degimo metu išsiskiria 2202 kJ/mol šilumos, tai labai didelis skaičius. Oksidacijos procese iš propano gaunama daug medžiagų, reikalingų cheminei sintezei, pavyzdžiui, alkoholiai, acetonas, karboksirūgštys. Būtina gauti nitropropanus, naudojamus kaip tirpiklius.
Kaip maisto pramonėje naudojamas raketinis kuras, turi kodą E944. Sumaišytas su izobutanu, jis naudojamas kaip modernus, aplinkai nekenksmingas š altnešis.
Propano-butano mišinys
Jis turi daug pranašumų prieš kitus degalus, įskaitant gamtines dujas:
- didelis efektyvumas;
- lengva grįžti į dujinę būseną;
- geras garavimas ir degimas aplinkos temperatūroje.
Propanas visiškai atitinka šias savybes, tačiau butanai kiek blogiau išgaruoja, kai temperatūra nukrenta iki -40°C. Šį trūkumą padeda ištaisyti priedai, iš kurių geriausias yra propanas.
Propano-butano mišinys naudojamas šildymui ir virimui, metalų suvirinimui dujomis ir jų pjaustymui, kaip kuras transporto priemonėms ir chemikalamssintezė.
