ქიმიის თვალსაზრისით, პროპანი არის გაჯერებული ნახშირწყალბადი ალკანების ტიპიური თვისებებით. თუმცა, წარმოების ზოგიერთ სფეროში, პროპანი გაგებულია, როგორც ორი ნივთიერების - პროპანისა და ბუტანის ნაზავი. შემდეგ ჩვენ შევეცდებით გავარკვიოთ რა არის პროპანი და რატომ არის შერეული ბუტანთან.
მოლეკულის სტრუქტურა
პროპანის თითოეული მოლეკულა შედგება სამი ნახშირბადის ატომისგან, რომლებიც ერთმანეთთან არის დაკავშირებული მარტივი ერთჯერადი ბმებით და რვა წყალბადის ატომისგან. მას აქვს მოლეკულური ფორმულა C3H8. პროპანში C-C ბმები კოვალენტური არაპოლარულია, მაგრამ C-H წყვილში ნახშირბადი ოდნავ უფრო ელექტრონეგატიურია და ოდნავ იზიდავს საერთო ელექტრონულ წყვილს თავისკენ, რაც ნიშნავს, რომ ბმა კოვალენტური პოლარულია. მოლეკულას აქვს ზიგზაგის სტრუქტურა იმის გამო, რომ ნახშირბადის ატომები იმყოფებიან sp3-ჰიბრიდიზაციის მდგომარეობაში. მაგრამ, როგორც წესი, ამბობენ, რომ მოლეკულა წრფივია.
ბუტანის მოლეკულაში ოთხი ნახშირბადის ატომია С4Н10 და მას აქვს ორი იზომერი: n-ბუტანი (აქვს ხაზოვანი სტრუქტურა) და იზობუტანი (აქვსგანშტოებული სტრუქტურა). ხშირად, ისინი არ გამოიყოფა მიღებისთანავე, მაგრამ არსებობს ნარევის სახით.
ფიზიკური თვისებები
პროპანი არის უფერო და უსუნო აირი. ის ძალიან ცუდად იხსნება წყალში, მაგრამ კარგად იხსნება ქლოროფორმში და დიეთილის ეთერში. ის დნება tpl=-188 °С-ზე და ადუღდება tkip=-42 °С-ზე. ის ფეთქებადი ხდება, როცა ჰაერში მისი კონცენტრაცია 2%-ს აღემატება.
პროპანისა და ბუტანის ფიზიკური თვისებები ძალიან ახლოსაა. ორივე ბუტანს ასევე აქვს აირისებრი მდგომარეობა ნორმალურ პირობებში და უსუნოა. პრაქტიკულად არ იხსნება წყალში, მაგრამ კარგად ურთიერთქმედებს ორგანულ გამხსნელებთან.
ამ ნახშირწყალბადების შემდეგი მახასიათებლები ასევე მნიშვნელოვანია ინდუსტრიაში:
- სიმკვრივე (მასისა და სხეულის მოცულობის თანაფარდობა). თხევადი პროპან-ბუტანის ნარევების სიმკვრივე დიდწილად განისაზღვრება ნახშირწყალბადების შემადგენლობით და ტემპერატურით. ტემპერატურის მატებასთან ერთად ხდება მოცულობითი გაფართოება და სითხის სიმკვრივე მცირდება. წნევის მატებასთან ერთად თხევადი პროპანისა და ბუტანის მოცულობა იკუმშება.
- სიბლანტე (აიროვან ან თხევად მდგომარეობაში მყოფი ნივთიერებების უნარი გაუძლოს ათვლის ძალებს). იგი განისაზღვრება ნივთიერებებში მოლეკულების ადჰეზიის ძალებით. ბუტანთან პროპანის თხევადი ნარევის სიბლანტე დამოკიდებულია ტემპერატურაზე (მისი მატებასთან ერთად სიბლანტე მცირდება), მაგრამ წნევის ცვლილება მცირე გავლენას ახდენს ამ მახასიათებელზე. აირები, მეორეს მხრივ, ზრდის მათ სიბლანტეს ტემპერატურის მატებასთან ერთად.
ბუნებაში აღმოჩენა და მოპოვების მეთოდები
პროპანის ძირითადი ბუნებრივი წყაროა ზეთი დაგაზის საბადოები. მას შეიცავს ბუნებრივ აირში (0,1-დან 11,0%-მდე) და მასთან დაკავშირებულ ნავთობის აირებში. საკმაოდ ბევრი ბუტანი მიიღება ზეთის დისტილაციის პროცესში - მისი დაყოფა ფრაქციებად, მისი კომპონენტების დუღილის წერტილებიდან გამომდინარე. ნავთობის გადამუშავების ქიმიურ მეთოდებს შორის ყველაზე დიდი მნიშვნელობა აქვს კატალიზურ კრეკირებას, რომლის დროსაც წყდება მაღალმოლეკულური ალკანების ჯაჭვი. ამ შემთხვევაში, პროპანი ქმნის ამ პროცესის ყველა აირისებრი პროდუქტების დაახლოებით 16-20%-ს:
СΗ3-СΗ2-СΗ2-СΗ 2-СΗ2-СΗ2-СΗ2-СΗ 3 ―> СΗ3-СΗ2-СΗ3 + СН 2=CΗ-CΗ2-CΗ2-CΗ3
სხვადასხვა სახის ნახშირისა და ქვანახშირის ფისის ჰიდროგენიზაციის დროს წარმოიქმნება დიდი რაოდენობით პროპანი, ისინი აღწევს ყველა წარმოებული გაზების მოცულობის 80%-ს.
ასევე გავრცელებულია პროპანის მიღება ფიშერ-ტროპშის მეთოდით, რომელიც დაფუძნებულია CO და H2 სხვადასხვა კატალიზატორების თანდასწრებით მომატებულ ტემპერატურაზე და წნევა:
nCO + (2n + 1)Η2 ―> C Η2n+2 + nΗ2O
3CO + 7Η2 ―> C3Η8 + 3Η 2O
ბუტანის ინდუსტრიული მოცულობები ასევე იზოლირებულია ნავთობისა და გაზის დამუშავებისას ფიზიკური და ქიმიური მეთოდებით.
ქიმიური თვისებები
მოლეკულების სტრუქტურული მახასიათებლებიდანდამოკიდებულია პროპანისა და ბუტანის ფიზიკურ და ქიმიურ თვისებებზე. ვინაიდან ისინი გაჯერებული ნაერთებია, დამატების რეაქციები მათთვის დამახასიათებელი არ არის.
1. ჩანაცვლების რეაქციები. ულტრაიისფერი შუქის მოქმედებით წყალბადი ადვილად იცვლება ქლორის ატომებით:
CH3-CH2-CH3 + Cl 2 ―> CH3-CH(Cl)-CH3 + HCl
აზოტის მჟავას ხსნარით გაცხელებისას, H ატომი იცვლება NO ჯგუფით2:
СΗ3-СΗ2-СΗ3 + არ 3 ―> СΗ3-СΗ (NO2)-СΗ3 + H2O
2. დაშლის რეაქციები. როდესაც თბება ნიკელის ან პალადიუმის თანდასწრებით, წყალბადის ორი ატომი იშლება მოლეკულაში მრავალჯერადი ბმის წარმოქმნით:
CΗ3-CΗ2-CΗ3 ―> CΗ 3-СΗ=СΗ2 + Η2
3. დაშლის რეაქციები. როდესაც ნივთიერება თბება დაახლოებით 1000 ° C ტემპერატურამდე, ხდება პიროლიზის პროცესი, რომელსაც თან ახლავს მოლეკულაში არსებული ყველა ქიმიური ბმის რღვევა:
C3H8 ―> 3C + 4H2
4. წვის რეაქციები. ეს ნახშირწყალბადები იწვის უკვამლო ალით, გამოყოფს დიდი რაოდენობით სითბოს. რა პროპანი ცნობილია მრავალი დიასახლისისთვის, რომლებიც იყენებენ გაზქურას. რეაქცია წარმოქმნის ნახშირორჟანგს და წყლის ორთქლს:
C3N8 + 5O2―> 3CO 2 + 4H2O
პროპანის წვა ჟანგბადის ნაკლებობის პირობებში იწვევს ჭვარტლის გაჩენას და ნახშირბადის მონოქსიდის მოლეკულების წარმოქმნას:
2C3H8 + 7O2―> 6SO + 8H 2O
C3H8 + 2O2―> 3C + 4H2O
აპლიკაცია
პროპანი აქტიურად გამოიყენება როგორც საწვავი, ვინაიდან მისი წვის დროს გამოიყოფა 2202 კჯ/მოლი სითბო, ეს ძალიან მაღალი მაჩვენებელია. დაჟანგვის პროცესში პროპანისგან მიიღება ქიმიური სინთეზისთვის აუცილებელი მრავალი ნივთიერება, მაგალითად, სპირტები, აცეტონი, კარბოქსილის მჟავები. საჭიროა გამხსნელად გამოყენებული ნიტროპროპანების მიღება.
როგორც საწვავი, რომელიც გამოიყენება კვების მრეწველობაში, აქვს კოდი E944. იზობუტანთან შერეული, იგი გამოიყენება როგორც თანამედროვე, ეკოლოგიურად სუფთა გამაგრილებელი საშუალება.
პროპან-ბუტანის ნარევი
მას ბევრი უპირატესობა აქვს სხვა საწვავთან შედარებით, მათ შორის ბუნებრივი აირით:
- მაღალი ეფექტურობა;
- ადვილი დაბრუნება აირისებრ მდგომარეობაში;
- კარგი აორთქლება და წვა გარემო ტემპერატურაზე.
პროპანი სრულად აკმაყოფილებს ამ თვისებებს, მაგრამ ბუტანები ოდნავ უარესად აორთქლდება, როდესაც ტემპერატურა -40°C-მდე ეცემა. ამ დეფიციტის გამოსწორებას უწყობს ხელს დანამატები, რომელთაგან საუკეთესოა პროპანი.
პროპან-ბუტანის ნარევი გამოიყენება გასათბობად და მოსახარშად, ლითონების გაზით შედუღებისა და დასაჭრელად, როგორც საწვავი მანქანებისთვის და ქიმიკატებისთვის.სინთეზი.
