Dari sudut pandangan kimia, propana ialah hidrokarbon tepu dengan sifat tipikal alkana. Walau bagaimanapun, dalam beberapa bidang pengeluaran, propana difahami sebagai campuran dua bahan - propana dan butana. Seterusnya, kami akan cuba memikirkan apa itu propana dan mengapa ia dicampur dengan butana.
Struktur molekul
Setiap molekul propana terdiri daripada tiga atom karbon yang dihubungkan antara satu sama lain melalui ikatan tunggal ringkas, dan lapan atom hidrogen. Ia mempunyai formula molekul C3H8. Ikatan C-C dalam propana adalah kovalen bukan kutub, tetapi dalam pasangan C-H, karbon lebih elektronegatif sedikit dan sedikit menarik pasangan elektron sepunya ke arah dirinya sendiri, yang bermaksud bahawa ikatan itu adalah polar kovalen. Molekul tersebut mempunyai struktur zigzag kerana atom karbon berada dalam keadaan sp3-hibridisasi. Tetapi, sebagai peraturan, molekul itu dikatakan linear.
Terdapat empat atom karbon dalam molekul butana С4Н10, dan ia mempunyai dua isomer: n-butana (mempunyai struktur linear) dan isobutana (mempunyaistruktur bercabang). Selalunya, mereka tidak berpisah apabila diterima, tetapi wujud sebagai campuran.
Sifat fizikal
Propana ialah gas tidak berwarna dan tidak berbau. Ia larut sangat teruk dalam air, tetapi ia larut dengan baik dalam kloroform dan dietil eter. Ia cair pada tpl=-188 °С, dan mendidih pada tkip=-42 °С. Ia menjadi meletup apabila kepekatannya di udara melebihi 2%.
Sifat fizikal propana dan butana sangat rapat. Kedua-dua butana juga mempunyai keadaan gas dalam keadaan normal dan tidak berbau. Hampir tidak larut dalam air, tetapi berinteraksi dengan baik dengan pelarut organik.
Ciri-ciri berikut bagi hidrokarbon ini juga penting dalam industri:
- Ketumpatan (nisbah jisim kepada isipadu jasad). Ketumpatan campuran propana-butana cecair sebahagian besarnya ditentukan oleh komposisi hidrokarbon dan suhu. Apabila suhu meningkat, pengembangan isipadu berlaku, dan ketumpatan cecair berkurangan. Dengan peningkatan tekanan, isipadu cecair propana dan butana dimampatkan.
- Kelikatan (keupayaan bahan dalam keadaan gas atau cecair untuk menahan daya ricih). Ia ditentukan oleh daya lekatan molekul dalam bahan. Kelikatan campuran cecair propana dengan butana bergantung pada suhu (dengan peningkatannya, kelikatan berkurangan), tetapi perubahan tekanan mempunyai sedikit kesan ke atas ciri ini. Gas, sebaliknya, meningkatkan kelikatannya dengan peningkatan suhu.
Mencari alam semula jadi dan mendapatkan kaedah
Sumber semula jadi utama propana ialah minyak danmedan gas. Ia terkandung dalam gas asli (dari 0.1 hingga 11.0%) dan dalam gas petroleum yang berkaitan. Cukup banyak butana diperoleh dalam proses penyulingan minyak - memisahkannya kepada pecahan, berdasarkan takat didih komponennya. Daripada kaedah kimia penapisan minyak, keretakan pemangkin adalah yang paling penting, di mana rantaian alkana molekul tinggi terputus. Dalam kes ini, propana membentuk kira-kira 16-20% daripada semua produk gas proses ini:
СΗ3-СΗ2-СΗ2-СΗ 2-СΗ2-СΗ2-СΗ2-СΗ 3 ―> СΗ3-СΗ2-СΗ3 + СН 2=CΗ-CΗ2-CΗ2-CΗ3
Sejumlah besar propana terbentuk semasa penghidrogenan pelbagai jenis arang batu dan tar arang batu, ia mencapai 80% daripada isipadu semua gas yang dihasilkan.
Ia juga meluas untuk mendapatkan propana dengan kaedah Fischer-Tropsch, yang berdasarkan interaksi CO dan H2 dengan kehadiran pelbagai mangkin pada suhu tinggi dan tekanan:
nCO + (2n + 1)Η2 ―> C Η2n+2 + nΗ2O
3CO + 7Η2 ―> C3Η8 + 3Η 2O
Isipadu industri butana juga diasingkan semasa pemprosesan minyak dan gas melalui kaedah fizikal dan kimia.
Sifat kimia
Daripada ciri struktur molekulbergantung kepada sifat fizikal dan kimia propana dan butana. Oleh kerana ia adalah sebatian tepu, tindak balas penambahan bukan ciri-cirinya.
1. tindak balas penggantian. Di bawah tindakan cahaya ultraviolet, hidrogen mudah digantikan oleh atom klorin:
CH3-CH2-CH3 + Cl 2 ―> CH3-CH(Cl)-CH3 + HCl
Apabila dipanaskan dengan larutan asid nitrik, atom H digantikan dengan kumpulan NO2:
СΗ3-СΗ2-СΗ3 + ΗNO 3 ―> СΗ3-СΗ (NO2)-СΗ3 + H2O
2. Tindak balas belahan. Apabila dipanaskan dengan kehadiran nikel atau paladium, dua atom hidrogen dipisahkan dengan pembentukan ikatan berganda dalam molekul:
CΗ3-CΗ2-CΗ3 ―> CΗ 3-СΗ=СΗ2 + Η2
3. tindak balas penguraian. Apabila bahan dipanaskan pada suhu kira-kira 1000 ° C, proses pirolisis berlaku, yang disertai dengan pemecahan semua ikatan kimia yang terdapat dalam molekul:
C3H8 ―> 3C + 4H2
4. tindak balas pembakaran. Hidrokarbon ini terbakar dengan nyalaan yang tidak berasap, membebaskan sejumlah besar haba. Apakah propana yang diketahui ramai suri rumah yang menggunakan dapur gas. Tindak balas menghasilkan karbon dioksida dan wap air:
C3N8 + 5O2―> 3CO 2 + 4J2O
Pembakaran propana dalam keadaan kekurangan oksigen membawa kepada kemunculan jelaga dan pembentukan molekul karbon monoksida:
2C3H8 + 7O2―> 6SO + 8H 2O
C3H8 + 2O2―> 3C + 4H2O
Permohonan
Propana digunakan secara aktif sebagai bahan api, kerana 2202 kJ / mol haba dibebaskan semasa pembakarannya, ini adalah angka yang sangat tinggi. Dalam proses pengoksidaan, banyak bahan yang diperlukan untuk sintesis kimia diperoleh daripada propana, contohnya, alkohol, aseton, asid karboksilik. Adalah perlu untuk mendapatkan nitropropana yang digunakan sebagai pelarut.
Sebagai bahan dorong yang digunakan dalam industri makanan, mempunyai kod E944. Diadun dengan isobutane, ia digunakan sebagai penyejuk moden yang mesra alam.
Campuran propana-butana
Ia mempunyai banyak kelebihan berbanding bahan api lain, termasuk gas asli:
- kecekapan tinggi;
- mudah kembali kepada keadaan gas;
- penyejatan dan pembakaran yang baik pada suhu ambien.
Propana memenuhi kualiti ini sepenuhnya, tetapi butana tersejat agak teruk apabila suhu turun kepada -40°C. Bahan tambahan membantu membetulkan kekurangan ini, yang terbaik adalah propana.
Campuran propana-butana digunakan untuk memanaskan dan memasak, untuk mengimpal gas logam dan memotongnya, sebagai bahan api untuk kenderaan dan bahan kimiasintesis.
