از دیدگاه شیمی، پروپان یک هیدروکربن اشباع با خواص معمول آلکان ها است. با این حال، در برخی از مناطق تولید، پروپان به عنوان مخلوطی از دو ماده - پروپان و بوتان درک می شود. در مرحله بعد، سعی خواهیم کرد بفهمیم پروپان چیست و چرا با بوتان مخلوط شده است.
ساختار مولکول
هر مولکول پروپان از سه اتم کربن تشکیل شده است که توسط پیوندهای منفرد ساده و هشت اتم هیدروژن به یکدیگر متصل شده اند. این فرمول مولکولی C3H8 دارد. پیوندهای C-C در پروپان کووالانسی غیرقطبی هستند، اما در جفت C-H، کربن کمی الکترونگاتیوتر است و کمی جفت الکترون مشترک را به سمت خود می کشد، به این معنی که پیوند قطبی کووالانسی است. این مولکول ساختار زیگزاگی دارد زیرا اتم‌های کربن در حالت هیبریداسیون sp3 هستند. اما، به عنوان یک قاعده، گفته می شود که مولکول خطی است.
در مولکول بوتان چهار اتم کربن وجود دارد. یک ساختار خطی) و ایزوبوتان (دارایساختار شاخه ای). اغلب، آنها پس از دریافت جدا نمی شوند، اما به صورت مخلوط وجود دارند.
خواص فیزیکی
پروپان گازی بی رنگ و بی بو است. در آب بسیار ضعیف حل می شود، اما در کلروفرم و دی اتیل اتر به خوبی حل می شود. در tpl=-188 درجه سانتی گراد ذوب می شود و در tkip=-42 درجه سانتی گراد می جوشد. زمانی که غلظت آن در هوا از 2% تجاوز کند، قابل انفجار می شود.
خواص فیزیکی پروپان و بوتان بسیار نزدیک است. هر دو بوتان نیز در شرایط عادی حالت گازی دارند و بی بو هستند. عملا در آب نامحلول است، اما به خوبی با حلال های آلی تعامل دارد.
ویژگی های زیر این هیدروکربن ها نیز در صنعت مهم هستند:
- چگالی (نسبت جرم به حجم یک جسم). چگالی مخلوط پروپان-بوتان مایع تا حد زیادی توسط ترکیب هیدروکربن ها و دما تعیین می شود. با افزایش دما، انبساط حجمی رخ می دهد و چگالی مایع کاهش می یابد. با افزایش فشار، حجم پروپان و بوتان مایع فشرده می شود.
- ویسکوزیته (توانایی مواد در حالت گاز یا مایع در مقاومت در برابر نیروهای برشی). توسط نیروهای چسبندگی مولکول ها در مواد تعیین می شود. ویسکوزیته مخلوط مایع پروپان با بوتان به دما بستگی دارد (با افزایش آن، ویسکوزیته کاهش می یابد)، اما تغییر فشار تأثیر کمی بر این ویژگی دارد. از طرف دیگر گازها با افزایش دما ویسکوزیته خود را افزایش می دهند.
یافتن در طبیعت و به دست آوردن روشها
منابع اصلی طبیعی پروپان روغن ومیدان های گازی در گاز طبیعی (از 0.1 تا 11.0٪) و در گازهای نفتی همراه وجود دارد. مقدار زیادی بوتان در فرآیند تقطیر روغن به دست می آید - آن را بر اساس نقطه جوش اجزای آن به بخش های مختلف جدا می کند. از میان روش های شیمیایی پالایش نفت، کراکینگ کاتالیستی بیشترین اهمیت را دارد که طی آن زنجیره آلکان های با مولکولی بالا شکسته می شود. در این مورد، پروپان حدود 16-20٪ از کل محصولات گازی این فرآیند را تشکیل می دهد:
СΗ3-СΗ2-СΗ2-СΗ 2-СΗ2-СΗ2-СΗ2-СΗ 3 ―> СΗ3-СΗ2-СΗ3 + СН 2=CΗ-CΗ2-CΗ2-CΗ3
مقادیر زیادی پروپان در جریان هیدروژنه کردن انواع مختلف زغال سنگ و قطران زغال سنگ تشکیل می شود که به 80 درصد حجم کل گازهای تولید شده می رسد.
همچنین برای به دست آوردن پروپان با روش فیشر-تروپش که بر اساس برهمکنش CO و H2 در حضور کاتالیزورهای مختلف در دمای بالا و بالا است، رایج است. فشار:
nCO + (2n + 1)Η2 ―> C Η2n+2 + nΗ2O
3CO + 7Η2 ―> C3Η8 + 3Η 2O
حجم‌های صنعتی بوتان نیز در طی فرآوری نفت و گاز با روش‌های فیزیکی و شیمیایی جدا می‌شوند.
خواص شیمیایی
از ویژگی های ساختاری مولکول هابه خواص فیزیکی و شیمیایی پروپان و بوتان بستگی دارد. از آنجایی که آنها ترکیبات اشباع هستند، واکنش های افزودنی مشخصه آنها نیست.
1. واکنش های جایگزینی تحت تأثیر نور فرابنفش، هیدروژن به راحتی با اتم های کلر جایگزین می شود:
CH3-CH2-CH3 + Cl 2 ―> CH3-CH(Cl)-CH3 + HCl
وقتی با محلول اسید نیتریک گرم می شود، اتم H با گروه NO جایگزین می شود2:
СΗ3-СΗ2-СΗ3 + HNO 3 ―> СΗ3 -СΗ (NO2) -СΗ3 + H2O
2. واکنش های برش هنگامی که در حضور نیکل یا پالادیوم گرم می شود، دو اتم هیدروژن با تشکیل یک پیوند چندگانه در مولکول جدا می شوند:
CΗ3-CΗ2-CΗ3 ―> CΗ 3-СΗ=СΗ2 + Η2
3. واکنش های تجزیه هنگامی که یک ماده تا دمای حدود 1000 درجه سانتیگراد گرم می شود، فرآیند پیرولیز اتفاق می افتد که با شکستن تمام پیوندهای شیمیایی موجود در مولکول همراه است:
C3H8 ―> 3C + 4H2
4. واکنش های احتراق این هیدروکربن ها با شعله غیر دودی می سوزند و مقدار زیادی گرما آزاد می کنند. چه پروپانی را بسیاری از خانم های خانه دار که از اجاق گاز استفاده می کنند، می شناسند. این واکنش دی اکسید کربن و بخار آب تولید می کند:
C3N8 + 5O2―> 3CO 2 + 4H2O
احتراق پروپان در شرایط کمبود اکسیژن منجر به پیدایش دوده و تشکیل مولکول های مونوکسید کربن می شود:
2C3H8 + 7O2―> 6SO + 8H 2O
C3H8 + 2O2―> 3C + 4H2O
برنامه
پروپان به طور فعال به عنوان سوخت استفاده می شود، زیرا 2202 کیلوژول در مول گرما در طی احتراق آن آزاد می شود، این رقم بسیار بالایی است. در فرآیند اکسیداسیون، بسیاری از مواد لازم برای سنتز شیمیایی از پروپان به دست می آیند، به عنوان مثال، الکل ها، استون، اسیدهای کربوکسیلیک. به دست آوردن نیتروپروپان هایی که به عنوان حلال استفاده می شوند ضروری است.
به عنوان پیشران مورد استفاده در صنایع غذایی دارای کد E944 است. مخلوط با ایزوبوتان، به عنوان یک مبرد مدرن و سازگار با محیط زیست استفاده می شود.
مخلوط پروپان-بوتان
مزایای زیادی نسبت به سایر سوخت ها از جمله گاز طبیعی دارد:
- بازدهی بالا؛
- بازگشت آسان به حالت گازی؛
- تبخیر و احتراق خوب در دمای محیط.
پروپان به طور کامل این ویژگی ها را دارد، اما بوتان ها تا حدی بدتر تبخیر می شوند که دما به -40 درجه سانتیگراد کاهش یابد. افزودنی ها به رفع این کمبود کمک می کنند که بهترین آنها پروپان است.
مخلوط پروپان-بوتان برای گرم کردن و پخت و پز، برای جوشکاری گازی فلزات و برش آنها، به عنوان سوخت وسایل نقلیه و مواد شیمیایی استفاده می شود.سنتز.
