Dal punto di vista chimico, il propano è un idrocarburo saturo con proprietà tipiche degli alcani. Tuttavia, in alcune aree di produzione, il propano è inteso come una miscela di due sostanze: propano e butano. Successivamente, cercheremo di capire cos'è il propano e perché è mescolato con il butano.
La struttura della molecola
Ogni molecola di propano è composta da tre atomi di carbonio collegati tra loro da semplici legami singoli e otto atomi di idrogeno. Ha la formula molecolare C3H8. I legami CC nel propano sono covalenti non polari, ma nella coppia CH il carbonio è leggermente più elettronegativo e attira leggermente la coppia di elettroni comune verso se stessa, il che significa che il legame è polare covalente. La molecola ha una struttura a zigzag dovuta al fatto che gli atomi di carbonio sono in uno stato di sp3-ibridazione. Ma, di regola, la molecola si dice lineare.
Ci sono quattro atomi di carbonio nella molecola di butano С4Н10, e ha due isomeri: n-butano (ha una struttura lineare) e isobutano (hastruttura ramificata). Spesso non si separano al momento della ricezione, ma esistono come una miscela.
Proprietà fisiche
Il propano è un gas incolore e inodore. Si dissolve molto poco in acqua, ma si dissolve bene in cloroformio ed etere dietilico. Si scioglie a tpl=-188 °С e bolle a tkip=-42 °С. Diventa esplosivo quando la sua concentrazione nell'aria supera il 2%.
Le proprietà fisiche del propano e del butano sono molto simili. Entrambi i butani hanno anche uno stato gassoso in condizioni normali e sono inodori. Praticamente insolubile in acqua, ma interagisce bene con i solventi organici.
Anche le seguenti caratteristiche di questi idrocarburi sono importanti nel settore:
- Densità (il rapporto tra massa e volume di un corpo). La densità delle miscele liquide di propano-butano è in gran parte determinata dalla composizione degli idrocarburi e dalla temperatura. All'aumentare della temperatura, si verifica l'espansione volumetrica e la densità del liquido diminuisce. Con l'aumento della pressione, il volume di propano e butano liquidi viene compresso.
- Viscosità (la capacità delle sostanze allo stato gassoso o liquido di resistere alle forze di taglio). È determinato dalle forze di adesione delle molecole nelle sostanze. La viscosità di una miscela liquida di propano con butano dipende dalla temperatura (con il suo aumento, la viscosità diminuisce), ma un cambiamento di pressione ha scarso effetto su questa caratteristica. I gas, invece, aumentano la loro viscosità all'aumentare della temperatura.
Trovare la natura e ottenere metodi
Le principali fonti naturali di propano sono il petrolio egiacimenti di gas. È contenuto nel gas naturale (dallo 0,1 all'11,0%) e nei gas di petrolio associati. Abbastanza butano si ottiene nel processo di distillazione dell'olio, separandolo in frazioni, in base ai punti di ebollizione dei suoi componenti. Tra i metodi chimici di raffinazione del petrolio, il cracking catalitico è della massima importanza, durante il quale viene rotta la catena degli alcani ad alto peso molecolare. In questo caso, il propano costituisce circa il 16-20% di tutti i prodotti gassosi di questo processo:
СΗ3-СΗ2-СΗ2-СΗ 2-СΗ2-СΗ2-СΗ2-СΗ 3 ―> СΗ3-СΗ2-СΗ3 + СН 2=CΗ-CΗ2-CΗ2-CΗ3
Grandi quantità di propano si formano durante l'idrogenazione di vari tipi di carbone e catrame di carbone, raggiungono l'80% del volume di tutti i gas prodotti.
È inoltre diffuso ottenere propano con il metodo Fischer-Tropsch, che si basa sull'interazione di CO e H2 in presenza di vari catalizzatori a temperatura elevata e pressione:
nCO + (2n + 1)Η2 ―> C Η2n+2 + nΗ2O
3CO + 7Η2 ―> C3Η8 + 3Η 2O
Anche i volumi industriali di butano vengono isolati durante la lavorazione di petrolio e gas con metodi fisici e chimici.
Proprietà chimiche
Da caratteristiche strutturali delle molecoledipendono dalle proprietà fisiche e chimiche del propano e del butano. Poiché sono composti saturi, le reazioni di addizione non ne sono caratteristiche.
1. reazioni di sostituzione Sotto l'azione della luce ultravioletta, l'idrogeno viene facilmente sostituito da atomi di cloro:
CH3-CH2-CH3 + Cl 2 ―> CH3-CH(Cl)-CH3 + HCl
Quando riscaldato con una soluzione di acido nitrico, l'atomo H viene sostituito dal gruppo NO2:
СΗ3-СΗ2-СΗ3 + ΗNO 3 ―> СΗ3-СΗ (NO2)-СΗ3 + H2O
2. Reazioni di scissione. Quando riscaldati in presenza di nichel o palladio, due atomi di idrogeno vengono scissi con la formazione di un legame multiplo nella molecola:
CΗ3-CΗ2-CΗ3 ―> CΗ 3-СΗ=СΗ2 + Η2
3. reazioni di decomposizione. Quando una sostanza viene riscaldata ad una temperatura di circa 1000°C, avviene il processo di pirolisi, che è accompagnato dalla rottura di tutti i legami chimici presenti nella molecola:
C3H8 ―> 3C + 4H2
4. reazioni di combustione. Questi idrocarburi bruciano con una fiamma non fumosa, rilasciando una grande quantità di calore. Quale propano è noto a molte casalinghe che usano fornelli a gas. La reazione produce anidride carbonica e vapore acqueo:
C3N8 + 5O2―> 3CO 2 + 4H2O
La combustione del propano in condizioni di mancanza di ossigeno porta alla comparsa di fuliggine e alla formazione di molecole di monossido di carbonio:
2C3H8 + 7O2―> 6SO + 8H 2O
C3H8 + 2O2―> 3C + 4H2O
Applicazione
Il propano viene utilizzato attivamente come combustibile, poiché durante la sua combustione vengono rilasciati 2202 kJ / mol di calore, questa è una cifra molto alta. Nel processo di ossidazione, dal propano si ottengono molte sostanze necessarie per la sintesi chimica, ad esempio alcoli, acetone, acidi carbossilici. È necessario ottenere nitropropani usati come solventi.
Come propellente utilizzato nell'industria alimentare, ha il codice E944. Miscelato con isobutano, viene utilizzato come refrigerante moderno ed ecologico.
Miscela propano-butano
Ha molti vantaggi rispetto ad altri combustibili, incluso il gas naturale:
- alta efficienza;
- ritorno facile allo stato gassoso;
- buona evaporazione e combustione a temperatura ambiente.
Il propano soddisfa pienamente queste qualità, ma i butani evaporano un po' peggio quando la temperatura scende a -40°C. Gli additivi aiutano a correggere questa carenza, la migliore delle quali è il propano.
La miscela propano-butano viene utilizzata per il riscaldamento e la cottura, per la saldatura a gas di metalli e per il loro taglio, come combustibile per veicoli e per prodotti chimicisintesi.
