A kémia szempontjából a propán egy telített szénhidrogén, amely az alkánokra jellemző tulajdonságokkal rendelkezik. Egyes termelési területeken azonban a propán két anyag - propán és bután - keverékeként értendő. Ezután megpróbáljuk kitalálni, mi az a propán, és miért keverik butánnal.
A molekula szerkezete
Minden propánmolekula három szénatomból és nyolc hidrogénatomból áll, amelyek egyszerű egyszeres kötéssel kapcsolódnak egymáshoz. Molekulaképlete C3H8. A propánban lévő C-C kötések kovalens nem polárisak, de a C-H párban a szén valamivel elektronegatívabb, és kissé maga felé húzza a közös elektronpárt, ami azt jelenti, hogy a kötés kovalens poláris. A molekula cikk-cakk szerkezetű, mivel a szénatomok sp3-hibridizációs állapotban vannak. De általában a molekulát lineárisnak mondják.
A butánmolekulában négy szénatom van С4Н10, és két izomerje van: n-bután (van benne lineáris szerkezet) és az izobután (vanelágazó szerkezet). Gyakran nem válnak szét kézhezvételkor, hanem keverékként léteznek.
Fizikai tulajdonságok
A propán színtelen és szagtalan gáz. Vízben nagyon rosszul, de kloroformban és dietil-éterben jól oldódik. tpl=-188 °С-on olvad, és tkip=-42 °С-on forr. Robbanásveszélyessé válik, ha koncentrációja a levegőben meghaladja a 2%-ot.
A propán és a bután fizikai tulajdonságai nagyon közel állnak egymáshoz. Mindkét bután normál körülmények között gáz halmazállapotú és szagtalan. Vízben gyakorlatilag nem oldódik, de szerves oldószerekkel jól kölcsönhatásba lép.
E szénhidrogének következő jellemzői szintén fontosak az iparban:
- Sűrűség (a test tömegének és térfogatának aránya). A folyékony propán-bután keverékek sűrűségét nagymértékben meghatározza a szénhidrogének összetétele és a hőmérséklet. A hőmérséklet emelkedésével térfogat-tágulás következik be, és a folyadék sűrűsége csökken. A nyomás növekedésével a folyékony propán és bután térfogata összenyomódik.
- Viszkozitás (a gáz halmazállapotú vagy folyékony halmazállapotú anyagok nyíróerőknek ellenálló képessége). Az anyagokban lévő molekulák adhéziós erői határozzák meg. A propán és bután folyékony keverékének viszkozitása függ a hőmérséklettől (növekedésével a viszkozitás csökken), de a nyomás változása nem befolyásolja ezt a jellemzőt. A gázok viszont a hőmérséklet emelkedésével növelik viszkozitásukat.
Megtalálás a természetben és módszerek megszerzése
A propán fő természetes forrásai az olaj ésgázmezők. A földgáz (0,1-11,0%) és a kapcsolódó kőolajgázok tartalmazzák. Meglehetősen sok butánt nyernek az olaj desztillációja során - az összetevők forráspontja alapján frakciókra osztva. Az olajfinomítás kémiai módszerei közül a katalitikus krakkolásnak van a legnagyobb jelentősége, melynek során a nagy molekulatömegű alkánok lánca megszakad. Ebben az esetben a propán a folyamat összes gáznemű termékének körülbelül 16-20%-át alkotja:
СΗ3-СΗ2-СΗ2-СΗ 2-СΗ2-СΗ2-СΗ2-СΗ 3 ―> СΗ3-СΗ2-СΗ3 + СН 2=CΗ-CΗ2-CΗ2-CΗ3
A különböző típusú szén és kőszénkátrány hidrogénezése során nagy mennyiségű propán képződik, amely eléri az összes termelt gáz térfogatának 80%-át.
Elterjedt a propán előállítása a Fischer-Tropsch módszerrel is, amely a CO és a H2 kölcsönhatásán alapul különböző katalizátorok jelenlétében, magasabb hőmérsékleten és nyomás:
nCO + (2n + 1)Η2 ―> C Η2n+2 + nΗ2O
3CO + 7Η2 ―> C3Η8 + 3Η 2O
Ipari mennyiségű butánt is izolálnak az olaj- és gázfeldolgozás során fizikai és kémiai módszerekkel.
Kémiai tulajdonságok
A molekulák szerkezeti jellemzőibőla propán és a bután fizikai és kémiai tulajdonságaitól függenek. Mivel telített vegyületekről van szó, az addíciós reakciók nem jellemzőek rájuk.
1. helyettesítési reakciók. Ultraibolya fény hatására a hidrogén könnyen helyettesíthető klóratomokkal:
CH3-CH2-CH3 + Cl 2 ―> CH3-CH(Cl)-CH3 + HCl
Ha salétromsav oldattal hevítjük, a H-atom helyébe a NO csoport lép.2:
СΗ3-СΗ2-СΗ3 + ΗNO 3 ―> СΗ3-СΗ (NO2)-СΗ3 + H2O
2. Hasítási reakciók. Nikkel vagy palládium jelenlétében hevítve két hidrogénatom leszakad, és többszörös kötés jön létre a molekulában:
CΗ3-CΗ2-CΗ3 ―> CΗ 3-СΗ=СΗ2 + Η2
3. bomlási reakciók. Ha egy anyagot körülbelül 1000 °C-ra melegítünk, akkor megtörténik a pirolízis folyamata, amely a molekulában lévő összes kémiai kötés felszakadásával jár:
C3H8 ―> 3C + 4H2
4. égési reakciók. Ezek a szénhidrogének nem füstölő lánggal égnek, és nagy mennyiségű hőt bocsátanak ki. Milyen propánt ismer sok gáztűzhelyet használó háziasszony. A reakció során szén-dioxid és vízgőz képződik:
C3N8 + 5O2―> 3CO 2 + 4H2O
A propán elégetése oxigénhiányos körülmények között korom megjelenéséhez és szén-monoxid-molekulák képződéséhez vezet:
2C3H8 + 7O2―> 6SO + 8H 2O
C3H8 + 2O2―> 3C + 4H2O
Alkalmazás
A propánt aktívan használják tüzelőanyagként, mivel égése során 2202 kJ/mol hő szabadul fel, ez nagyon magas érték. Az oxidáció során a propánból számos kémiai szintézishez szükséges anyagot nyernek, például alkoholokat, acetont, karbonsavakat. Oldószerként használt nitropropánokat kell beszerezni.
Élelmiszeriparban használt hajtóanyagként E944 kóddal rendelkezik. Izobutánnal keverve modern, környezetbarát hűtőközegként használják.
Propán-bután keverék
Sok előnnyel rendelkezik más üzemanyagokkal, köztük a földgázzal szemben:
- nagy hatékonyság;
- könnyű visszatérés gáznemű állapotba;
- jó párolgás és égés környezeti hőmérsékleten.
A propán teljes mértékben megfelel ezeknek a tulajdonságoknak, de a butánok valamivel rosszabbul párolognak el, ha a hőmérséklet -40°C-ra csökken. Adalékanyagok segítik ezt a hiányt, amelyek közül a legjobb a propán.
A propán-bután keveréket fűtésre és főzésre, fémek gázhegesztésére és vágására használják, járművek üzemanyagaként és vegyi anyagokhozszintézis.
