من وجهة نظر الكيمياء ، البروبان هو هيدروكربون مشبع بخصائص نموذجية للألكانات. ومع ذلك ، في بعض مجالات الإنتاج ، يُفهم البروبان على أنه مزيج من مادتين - البروبان والبيوتان. بعد ذلك ، سنحاول معرفة ما هو البروبان ولماذا يتم خلطه مع البيوتان.
هيكل الجزيء
يتكون كل جزيء بروبان من ثلاث ذرات كربون مرتبطة ببعضها البعض عن طريق روابط مفردة بسيطة ، وثماني ذرات هيدروجين. لها الصيغة الجزيئية C3H8. روابط C-C في البروبان تساهمية غير قطبية ، ولكن في زوج C-H ، يكون الكربون أكثر كهرسلبية قليلاً ويسحب قليلاً زوج الإلكترون الشائع تجاه نفسه ، مما يعني أن الرابطة قطبية تساهمية. يحتوي الجزيء على بنية متعرجة نظرًا لحقيقة أن ذرات الكربون في حالة تهجين sp3. ولكن ، كقاعدة عامة ، يُقال أن الجزيء خطي.
هناك أربع ذرات كربون في جزيء البوتان С4Н10، وله نوعان من الأيزومرين: n-butane (has هيكل خطي) و isobutane (لههيكل متفرعة). في كثير من الأحيان ، لا ينفصلون عند الاستلام ، بل يتواجدون كمزيج.
الخصائص الفيزيائية
البروبان غاز عديم اللون والرائحة. يذوب بشكل سيئ للغاية في الماء ، لكنه يذوب جيدًا في الكلوروفورم وثنائي إيثيل الأثير. يذوب عند tpl=-188 ° C ، ويغلي عند tkip=-42 ° С. تصبح متفجرة عندما يتعدى تركيزها في الهواء 2٪
الخصائص الفيزيائية للبروبان والبيوتان قريبة جدًا. كلا البيوتان لهما أيضًا حالة غازية في ظل الظروف العادية وعديم الرائحة. غير قابل للذوبان عمليا في الماء ، لكنه يتفاعل بشكل جيد مع المذيبات العضوية.
الخصائص التالية لهذه الهيدروكربونات مهمة أيضًا في الصناعة:
- الكثافة (نسبة الكتلة إلى حجم الجسم). يتم تحديد كثافة مخاليط البروبان - البيوتان السائلة إلى حد كبير من خلال تكوين الهيدروكربونات ودرجة الحرارة. مع ارتفاع درجة الحرارة ، يحدث تمدد حجمي ، وتقل كثافة السائل. مع زيادة الضغط ، يتم ضغط حجم البروبان والبيوتان السائل.
- اللزوجة (قدرة المواد في الحالة الغازية أو السائلة على مقاومة قوى القص). يتم تحديده من خلال قوى التصاق الجزيئات في المواد. تعتمد لزوجة خليط سائل من البروبان مع البيوتان على درجة الحرارة (مع زيادتها ، تنخفض اللزوجة) ، لكن التغيير في الضغط له تأثير ضئيل على هذه الخاصية. من ناحية أخرى ، تزيد الغازات من لزوجتها مع زيادة درجة الحرارة.
البحث في الطبيعة والحصول على الطرق
المصادر الطبيعية الرئيسية للبروبان هي النفط وحقول الغاز. يوجد في الغاز الطبيعي (من 0.1 إلى 11.0٪) وفي الغازات البترولية المصاحبة. يتم الحصول على الكثير من البيوتان في عملية تقطير الزيت - فصله إلى كسور ، بناءً على نقاط غليان مكوناته. من بين الطرق الكيميائية لتكرير الزيت ، يكون للتكسير التحفيزي أهمية قصوى ، حيث يتم كسر سلسلة الألكانات عالية الجزيئات. في هذه الحالة ، يشكل البروبان حوالي 16-20٪ من جميع المنتجات الغازية لهذه العملية:
СΗ3-СΗ2-СΗ2-СΗ2-СΗ2-СΗ2-СΗ2-СΗ3―> СΗ3-СΗ2-СΗ3+ СН2=CΗ-CΗ2-CΗ2-CΗ3
تتشكل كميات كبيرة من البروبان أثناء هدرجة أنواع مختلفة من الفحم وقطران الفحم ، وتصل إلى 80٪ من حجم جميع الغازات المنتجة.
من الشائع أيضًا الحصول على البروبان بطريقة Fischer-Tropsch ، والتي تعتمد على تفاعل CO و H2في وجود محفزات مختلفة عند درجة حرارة مرتفعة و الضغط:
nCO + (2n + 1) Η2―> C Η2n + 2+ nΗ2O
3CO + 7Η2―> C3Η8+ 3Η2O
يتم أيضًا عزل الأحجام الصناعية من البيوتان أثناء معالجة النفط والغاز بالطرق الفيزيائية والكيميائية.
الخصائص الكيميائية
من السمات الهيكلية للجزيئاتتعتمد على الخصائص الفيزيائية والكيميائية للبروبان والبيوتان. بما أنها مركبات مشبعة ، فإن تفاعلات الإضافة ليست مميزة لها.
1. تفاعلات الاستبدال. تحت تأثير الأشعة فوق البنفسجية ، يتم استبدال الهيدروجين بسهولة بذرات الكلور:
CH3-CH2-CH3+ Cl2―> CH3-CH (Cl) -CH3+ HCl
عند تسخينها بمحلول حمض النيتريك ، يتم استبدال ذرة H بمجموعة NO2:
СΗ3-СΗ2-СΗ3+ ΗNO3―> СΗ3-СΗ (NO2) - СΗ3+ H2O
2. تفاعلات الانقسام. عند تسخينها في وجود النيكل أو البلاديوم ، تنقسم ذرتان من الهيدروجين مع تكوين رابطة متعددة في الجزيء:
CΗ3-CΗ2-CΗ3―> CΗ3-СΗ=СΗ2+ Η2
3. تفاعلات التحلل. عندما يتم تسخين مادة إلى درجة حرارة حوالي 1000 درجة مئوية ، تحدث عملية الانحلال الحراري ، والتي يصاحبها تكسير جميع الروابط الكيميائية الموجودة في الجزيء:
C3H8―> 3C + 4H2
4. تفاعلات الاحتراق. تحترق هذه الهيدروكربونات بلهب غير مدخن وتطلق كمية كبيرة من الحرارة. ما هو البروبان المعروف لكثير من ربات البيوت الذين يستخدمون مواقد الغاز. ينتج التفاعل ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء:
C3N8+ 5O2―> 3CO2+ 4H2O
احتراق البروبان في ظروف نقص الأكسجين يؤدي إلى ظهور السخام وتكوين جزيئات أول أكسيد الكربون:
2C3H8+ 7O2―> 6SO + 8H 2O
C3H8+ 2O2―> 3C + 4H 2O
التطبيق
يستخدم البروبان بشكل فعال كوقود ، حيث يتم إطلاق 2202 كيلو جول / مول من الحرارة أثناء احتراقه ، وهذا رقم مرتفع للغاية. في عملية الأكسدة ، يتم الحصول على العديد من المواد اللازمة للتوليف الكيميائي من البروبان ، على سبيل المثال ، الكحوليات والأسيتون والأحماض الكربوكسيلية. من الضروري الحصول على النيتروبروبانات المستخدمة كمذيبات.
كمادة دافعة تستخدم في صناعة المواد الغذائية ، لها الرمز E944. ممزوجًا مع الأيزوبيوتان ، يتم استخدامه كمبرد حديث وصديق للبيئة.
خليط البروبان والبيوتان
له العديد من المزايا على أنواع الوقود الأخرى ، بما في ذلك الغاز الطبيعي:
- كفاءة عالية
- عودة سهلة للحالة الغازية
- تبخر واحتراق جيدان في درجة حرارة الغرفة.
يلبي البروبان هذه الصفات تمامًا ، لكن البوتان يتبخر بشكل أسوأ إلى حد ما عندما تنخفض درجة الحرارة إلى -40 درجة مئوية. تساعد الإضافات على تصحيح هذا النقص وأفضلها البروبان
يستخدم خليط البروبان والبيوتان للتدفئة والطبخ ولحام المعادن بالغاز وتقطيعها كوقود للمركبات وللكيماوياتالتوليف.
