Քիմիայի տեսակետից պրոպանը հագեցած ածխաջրածին է՝ ալկանների բնորոշ հատկություններով։ Այնուամենայնիվ, արտադրության որոշ ոլորտներում պրոպանը հասկացվում է որպես երկու նյութերի խառնուրդ՝ պրոպան և բութան: Հաջորդիվ մենք կփորձենք պարզել, թե ինչ է պրոպանը և ինչու է այն խառնվում բութանի հետ։
Մոլեկուլի կառուցվածքը
Պրոպանի յուրաքանչյուր մոլեկուլ բաղկացած է երեք ածխածնի ատոմներից, որոնք միմյանց հետ կապված են պարզ միայնակ կապերով և ջրածնի ութ ատոմներից: Այն ունի C3H8 մոլեկուլային բանաձևը: Պրոպանի C-C կապերը կովալենտային ոչ բևեռային են, բայց C-H զույգում ածխածինը մի փոքր ավելի էլեկտրաբացասական է և մի փոքր քաշում է ընդհանուր էլեկտրոնային զույգը դեպի իրեն, ինչը նշանակում է, որ կապը կովալենտ բևեռային է: Մոլեկուլն ունի զիգզագի կառուցվածք՝ պայմանավորված այն հանգամանքով, որ ածխածնի ատոմները գտնվում են sp3-հիբրիդացման վիճակում։ Բայց, որպես կանոն, ասում են, որ մոլեկուլը գծային է։
Բութանի մոլեկուլում կա չորս ածխածնի ատոմ С4Н10, և այն ունի երկու իզոմեր՝ n-բութան (ունի գծային կառուցվածք) և իզոբութանը (ունիճյուղավորված կառուցվածք): Հաճախ դրանք չեն բաժանվում ստանալուց հետո, այլ գոյություն ունեն որպես խառնուրդ:
Ֆիզիկական հատկություններ
Պրոպանը անգույն և անհոտ գազ է։ Այն շատ վատ է լուծվում ջրում, բայց լավ է լուծվում քլորոֆորմի և դիէթիլ եթերի մեջ։ Այն հալչում է tpl=-188 °С և եռում է tkip=-42 °С: Այն պայթուցիկ է դառնում, երբ օդում կոնցենտրացիան գերազանցում է 2%-ը։
Պրոպանի և բութանի ֆիզիկական հատկությունները շատ մոտ են: Երկու բութաններն էլ նորմալ պայմաններում ունեն գազային վիճակ և անհոտ են։ Գործնականում անլուծելի է ջրում, բայց լավ փոխազդում է օրգանական լուծիչների հետ։
Այս ածխաջրածինների հետևյալ բնութագրերը նույնպես կարևոր են արդյունաբերության մեջ.
- Խտություն (մարմնի զանգվածի և ծավալի հարաբերակցությունը): Հեղուկ պրոպան-բութան խառնուրդների խտությունը մեծապես որոշվում է ածխաջրածինների բաղադրությամբ և ջերմաստիճանով։ Ջերմաստիճանի բարձրացման հետ տեղի է ունենում ծավալային ընդլայնում, և հեղուկի խտությունը նվազում է: Ճնշման աճով հեղուկ պրոպանի և բութանի ծավալը սեղմվում է։
- Մածուցիկություն (գազային կամ հեղուկ վիճակում գտնվող նյութերի՝ կտրող ուժերին դիմակայելու ունակություն): Այն որոշվում է նյութերի մեջ մոլեկուլների կպչման ուժերով։ Բութանի հետ պրոպանի հեղուկ խառնուրդի մածուցիկությունը կախված է ջերմաստիճանից (դրա աճի հետ մածուցիկությունը նվազում է), բայց ճնշման փոփոխությունը քիչ ազդեցություն ունի այս հատկանիշի վրա: Գազերը, ընդհակառակը, բարձրացնում են իրենց մածուցիկությունը ջերմաստիճանի բարձրացման հետ:
Գտնել բնության մեջ և ձեռք բերել մեթոդներ
Պրոպանի հիմնական բնական աղբյուրներն են նավթը ևգազի հանքավայրեր. Պարունակվում է բնական գազում (0,1-ից 11,0%) և հարակից նավթային գազերում։ Բավականին շատ բութան է ստացվում նավթի թորման գործընթացում` այն բաժանելով ֆրակցիաների՝ ելնելով դրա բաղադրիչների եռման կետերից: Նավթի վերամշակման քիմիական մեթոդներից ամենամեծ նշանակությունն ունի կատալիտիկ կրեկինգը, որի ժամանակ խզվում է բարձր մոլեկուլային ալկանների շղթան։ Այս դեպքում պրոպանը կազմում է այս պրոցեսի բոլոր գազային արտադրանքի մոտ 16-20%-ը.
СΗ3-СΗ2-СΗ2-СΗ 2-СΗ2-СΗ2-СΗ2-СΗ 3 ―> СΗ3-СΗ2-СΗ3 + СН 2=CΗ-CΗ2-CΗ2-CΗ3
Ածխի տարբեր տեսակների և քարածխի խեժի հիդրոգենացման ժամանակ առաջանում է մեծ քանակությամբ պրոպան, որը հասնում է արտադրված բոլոր գազերի ծավալի 80%-ին։
Լայն տարածում ունի նաև պրոպան ստանալը Fischer-Tropsch մեթոդով, որը հիմնված է CO-ի և H2-ի փոխազդեցության վրա՝ տարբեր կատալիզատորների առկայության դեպքում բարձր ջերմաստիճանում և ճնշում:
nCO + (2n + 1)Η2 ―> C Η2n+2 + nΗ2O
3CO + 7Η2 ―> C3Η8 + 3Η 2O
Բութանի արդյունաբերական ծավալները մեկուսացվում են նաև նավթի և գազի վերամշակման ժամանակ ֆիզիկական և քիմիական մեթոդներով։
Քիմիական հատկություններ
Մոլեկուլների կառուցվածքային առանձնահատկություններիցկախված է պրոպանի և բութանի ֆիզիկական և քիմիական հատկություններից: Քանի որ դրանք հագեցած միացություններ են, ավելացման ռեակցիաները նրանց բնորոշ չեն։
1. փոխարինման ռեակցիաներ. Ուլտրամանուշակագույն լույսի ազդեցության տակ ջրածինը հեշտությամբ փոխարինվում է քլորի ատոմներով՝
CH3-CH2-CH3 + Cl 2 ―> CH3-CH(Cl)-CH3 + HCl
Ազոտական թթվի լուծույթով տաքացնելիս H ատոմը փոխարինվում է NO խմբով2:
СΗ3-СΗ2-СΗ3 + HNO 3 ―> СΗ3-СΗ (NO2)-СΗ3 + H2O
2. Ճեղքման ռեակցիաներ. Նիկելի կամ պալադիումի առկայության դեպքում տաքացնելիս ջրածնի երկու ատոմները բաժանվում են մոլեկուլում բազմակի կապի ձևավորմամբ՝
CΗ3-CΗ2-CΗ3 ―> CΗ 3-СΗ=СΗ2 + Η2
3. տարրալուծման ռեակցիաներ. Երբ նյութը տաքացվում է մինչև 1000 ° C ջերմաստիճան, տեղի է ունենում պիրոլիզի պրոցեսը, որն ուղեկցվում է մոլեկուլում առկա բոլոր քիմիական կապերի խզմամբ՝
C3H8 ―> 3C + 4H2
4. այրման ռեակցիաներ. Այս ածխաջրածիններն այրվում են չծխող բոցով` ազատելով մեծ քանակությամբ ջերմություն: Ինչ պրոպան է հայտնի շատ տնային տնտեսուհիների համար, ովքեր օգտագործում են գազօջախներ: Ռեակցիան առաջացնում է ածխաթթու գազ և ջրային գոլորշի:
C3N8 + 5O2―> 3CO 2 + 4H2O
Պրոպանի այրումը թթվածնի պակասի պայմաններում հանգեցնում է մուրի առաջացման և ածխածնի մոնօքսիդի մոլեկուլների առաջացման:
2C3H8 + 7O2―> 6SO + 8H 2O
C3H8 + 2O2―> 3C + 4H2O
Դիմում
Պրոպանը ակտիվորեն օգտագործվում է որպես վառելիք, քանի որ դրա այրման ժամանակ արտազատվում է 2202 կՋ/մոլ ջերմություն, սա շատ բարձր ցուցանիշ է։ Օքսիդացման գործընթացում պրոպանից ստացվում են քիմիական սինթեզի համար անհրաժեշտ բազմաթիվ նյութեր, օրինակ՝ սպիրտներ, ացետոն, կարբոքսիլաթթուներ։ Անհրաժեշտ է ձեռք բերել նիտրոպրոպաններ, որոնք օգտագործվում են որպես լուծիչներ:
Որպես շարժիչային նյութ, որն օգտագործվում է սննդի արդյունաբերության մեջ, ունի E944 ծածկագիրը: Իզոբութանի հետ համակցված այն օգտագործվում է որպես ժամանակակից, էկոլոգիապես մաքուր սառնագենտ:
Պրոպան-բութանի խառնուրդ
Այն ունի բազմաթիվ առավելություններ այլ վառելանյութերի, այդ թվում՝ բնական գազի նկատմամբ:
- բարձր արդյունավետություն;
- հեշտ վերադարձ գազային վիճակին;
- լավ գոլորշիացում և այրում շրջակա միջավայրի ջերմաստիճանում:
Պրոպանը լիովին համապատասխանում է այս հատկանիշներին, բայց բութանները մի փոքր ավելի վատ են գոլորշիանում, երբ ջերմաստիճանը իջնում է մինչև -40°C: Այս թերությունը շտկելու համար օգնում են հավելումները, որոնցից լավագույնը պրոպանն է։
Պրոպան-բութան խառնուրդը օգտագործվում է տաքացնելու և եփելու, մետաղների գազով եռակցելու և կտրելու համար, որպես վառելիք մեքենաների և քիմիական նյութերի համար։սինթեզ.
