S tačke gledišta hemije, propan je zasićeni ugljovodonik sa tipičnim svojstvima alkana. Međutim, u nekim područjima proizvodnje pod propanom se podrazumijeva mješavina dviju tvari - propana i butana. Zatim ćemo pokušati otkriti šta je propan i zašto se miješa s butanom.
Struktura molekula
Svaki molekul propana sastoji se od tri atoma ugljika međusobno povezanih jednostavnim jednostrukim vezama i osam atoma vodika. Ima molekularnu formulu C3H8. C-C veze u propanu su kovalentne nepolarne, ali u C-H paru je ugljik malo elektronegativniji i malo povlači zajednički elektronski par prema sebi, što znači da je veza kovalentno polarna. Molekul ima cik-cak strukturu zbog činjenice da su atomi ugljika u stanju sp3-hibridizacije. Ali, po pravilu se kaže da je molekul linearan.
Postoje četiri atoma ugljika u molekuli butana S4N10, i ima dva izomera: n-butan (ima linearne strukture) i izobutan (imarazgranate strukture). Često se ne odvajaju po prijemu, već postoje kao mješavina.
Fizička svojstva
Propan je gas bez boje i mirisa. Vrlo se slabo rastvara u vodi, ali se dobro rastvara u hloroformu i dietil eteru. Topi se na tpl=-188 °S, a ključa na tkip=-42 °S. Postaje eksplozivan kada njegova koncentracija u zraku pređe 2%.
Fizička svojstva propana i butana su vrlo bliska. Oba butana takođe imaju gasovito stanje u normalnim uslovima i bez mirisa. Praktično nerastvorljiv u vodi, ali dobro stupa u interakciju sa organskim rastvaračima.
Sljedeće karakteristike ovih ugljovodonika su također važne u industriji:
- Gustina (odnos mase i zapremine tela). Gustoća tekućih smjesa propan-butan je u velikoj mjeri određena sastavom ugljovodonika i temperaturom. Kako temperatura raste, dolazi do volumetrijskog širenja, a gustoća tekućine opada. Sa povećanjem pritiska, zapremina tečnog propana i butana se komprimira.
- Viskozitet (sposobnost tvari u plinovitom ili tekućem stanju da se odupru silama smicanja). Određuje se silama prianjanja molekula u tvarima. Viskoznost tekuće smjese propana i butana ovisi o temperaturi (sa njenim povećanjem, viskoznost se smanjuje), ali promjena tlaka malo utječe na ovu karakteristiku. Gasovi, s druge strane, povećavaju svoj viskozitet sa povećanjem temperature.
Pronalaženje u prirodi i metode dobijanja
Glavni prirodni izvori propana su ulje igasna polja. Sadrži ga prirodni gas (od 0,1 do 11,0%) i prateći naftni gasovi. Prilično puno butana dobiva se u procesu destilacije ulja - razdvajanjem na frakcije, na osnovu tačaka ključanja njegovih komponenti. Od hemijskih metoda prerade nafte, najveći značaj ima katalitički kreking, tokom kojeg se prekida lanac visokomolekularnih alkana. U ovom slučaju, propan čini oko 16-20% svih gasovitih proizvoda ovog procesa:
SΗ3-SΗ2-SΗ2-SΗ 2-SΗ2-SΗ2-SΗ2-SΗ 3 ―> SΗ3-SΗ2-SΗ3 + SN 2=CΗ-CΗ2-CΗ2-CΗ3
Velike količine propana nastaju tokom hidrogenacije raznih vrsta uglja i katrana, dostižu 80% zapremine svih proizvedenih gasova.
Takođe je široko rasprostranjeno dobijanje propana Fischer-Tropsch metodom, koja se zasniva na interakciji CO i H2 u prisustvu različitih katalizatora na povišenoj temperaturi i pritisak:
nCO + (2n + 1)Η2 ―> C Η2n+2 + nΗ2O
3CO + 7Η2 ―> C3Η8 + 3Η 2O
Industrijske količine butana se takođe izoluju tokom prerade nafte i gasa fizičkim i hemijskim metodama.
Hemijska svojstva
Iz strukturnih karakteristika molekulazavise od fizičkih i hemijskih svojstava propana i butana. Pošto su zasićena jedinjenja, reakcije adicije nisu karakteristične za njih.
1. supstitucijske reakcije. Pod dejstvom ultraljubičastog svetla, vodonik se lako zamenjuje atomima hlora:
CH3-CH2-CH3 + Cl 2 ―> CH3-CH(Cl)-CH3 + HCl
Kada se zagrije s otopinom dušične kiseline, H atom je zamijenjen NO grupom2:
SΗ3-SΗ2-SΗ3 + ΗNO 3 ―> SΗ3-SΗ (NO2)-SΗ3 + H2O
2. Reakcije cijepanja. Kada se zagreju u prisustvu nikla ili paladija, dva atoma vodika se odvajaju sa formiranjem višestruke veze u molekulu:
CΗ3-CΗ2-CΗ3 ―> CΗ 3-SΗ=SΗ2 + Η2
3. reakcije raspadanja. Kada se supstanca zagreje na temperaturu od oko 1000°C, dolazi do procesa pirolize, koji je praćen raskidanjem svih hemijskih veza prisutnih u molekulu:
C3H8 ―> 3C + 4H2
4. reakcije sagorevanja. Ovi ugljovodonici sagorevaju bezdimnim plamenom, oslobađajući veliku količinu toplote. Što je propan poznato mnogim domaćicama koje koriste plinske peći. Reakcija proizvodi ugljični dioksid i vodenu paru:
C3N8 + 5O2―> 3CO 2 + 4H2O
Sagorevanje propana u uslovima nedostatka kiseonika dovodi do pojave čađi i stvaranja molekula ugljen-monoksida:
2C3H8 + 7O2―> 6SO + 8H 2O
C3H8 + 2O2―> 3C + 4H2O
Prijava
Propan se aktivno koristi kao gorivo, pošto se tokom njegovog sagorevanja oslobađa 2202 kJ/mol toplote, ovo je veoma visoka cifra. U procesu oksidacije iz propana se dobivaju mnoge tvari potrebne za kemijsku sintezu, na primjer, alkoholi, aceton, karboksilne kiseline. Potrebno je nabaviti nitropropane koji se koriste kao rastvarači.
Kao pogonsko gorivo koje se koristi u prehrambenoj industriji, ima šifru E944. Pomiješan sa izobutanom, koristi se kao moderno, ekološki prihvatljivo rashladno sredstvo.
mješavina propan-butana
Ima mnogo prednosti u odnosu na druga goriva, uključujući prirodni gas:
- visoka efikasnost;
- lak povratak u gasovito stanje;
- dobro isparavanje i sagorijevanje na temperaturi okoline.
Propan u potpunosti zadovoljava ove kvalitete, ali butani nešto lošije isparavaju kada temperatura padne na -40°C. Aditivi pomažu da se ispravi ovaj nedostatak, od kojih je najbolji propan.
Mješavina propan-butan se koristi za grijanje i kuhanje, za plinsko zavarivanje metala i njihovo sečenje, kao gorivo za vozila i za kemikalijesinteza.
