Du point de vue de la chimie, le propane est un hydrocarbure saturé aux propriétés typiques des alcanes. Cependant, dans certaines zones de production, le propane est compris comme un mélange de deux substances - le propane et le butane. Ensuite, nous essaierons de comprendre ce qu'est le propane et pourquoi il est mélangé avec du butane.
La structure de la molécule
Chaque molécule de propane est constituée de trois atomes de carbone liés entre eux par de simples liaisons simples et de huit atomes d'hydrogène. Il a la formule moléculaire C3H8. Les liaisons C-C dans le propane sont covalentes non polaires, mais dans la paire C-H, le carbone est légèrement plus électronégatif et tire légèrement la paire d'électrons communs vers lui-même, ce qui signifie que la liaison est polaire covalente. La molécule a une structure en zigzag due au fait que les atomes de carbone sont dans un état d'hybridation sp3. Mais, en règle générale, la molécule est dite linéaire.
Il y a quatre atomes de carbone dans la molécule de butane С4Н10, et il a deux isomères: le n-butane (a une structure linéaire) et l'isobutane (astructure ramifiée). Souvent, ils ne se séparent pas à la réception, mais existent sous forme de mélange.
Propriétés physiques
Le propane est un gaz incolore et inodore. Il se dissout très mal dans l'eau, mais il se dissout bien dans le chloroforme et l'éther diéthylique. Il fond à tpl=-188 °С et bout à tkip=-42 °С. Il devient explosif lorsque sa concentration dans l'air dépasse 2 %.
Les propriétés physiques du propane et du butane sont très proches. Les deux butanes ont également un état gazeux dans des conditions normales et sont inodores. Pratiquement insoluble dans l'eau, mais interagit bien avec les solvants organiques.
Les caractéristiques suivantes de ces hydrocarbures sont également importantes dans l'industrie:
- Densité (le rapport de la masse au volume d'un corps). La masse volumique des mélanges liquides propane-butane est largement déterminée par la composition des hydrocarbures et la température. Lorsque la température augmente, une expansion volumétrique se produit et la densité du liquide diminue. Avec l'augmentation de la pression, le volume de propane et de butane liquides est comprimé.
- Viscosité (la capacité des substances à l'état gazeux ou liquide à résister aux forces de cisaillement). Elle est déterminée par les forces d'adhésion des molécules dans les substances. La viscosité d'un mélange liquide de propane avec du butane dépend de la température (avec son augmentation, la viscosité diminue), mais un changement de pression a peu d'effet sur cette caractéristique. Les gaz, en revanche, augmentent leur viscosité avec l'augmentation de la température.
Trouver dans la nature et obtenir des méthodes
Les principales sources naturelles de propane sont le pétrole etgisements de gaz. Il est contenu dans le gaz naturel (de 0,1 à 11,0 %) et dans les gaz de pétrole associés. Une grande quantité de butane est obtenue lors du processus de distillation de l'huile - en la séparant en fractions, en fonction des points d'ébullition de ses composants. Parmi les méthodes chimiques de raffinage du pétrole, le craquage catalytique est de la plus grande importance, au cours duquel la chaîne des alcanes de haut poids moléculaire est rompue. Dans ce cas, le propane forme environ 16 à 20 % de tous les produits gazeux de ce processus:
СΗ3-СΗ2-СΗ2-СΗ 2-СΗ2-СΗ2-СΗ2-СΗ 3 ―> СΗ3-СΗ2-СΗ3 + СН 2=CΗ-CΗ2-CΗ2-CΗ3
De grandes quantités de propane se forment lors de l'hydrogénation de divers types de charbon et de goudron de houille, elles atteignent 80 % du volume de tous les gaz produits.
Il est également répandu d'obtenir du propane par la méthode Fischer-Tropsch, qui est basée sur l'interaction de CO et H2 en présence de divers catalyseurs à température élevée et pression:
nCO + (2n + 1)Η2 ―> C Η2n+2 + nΗ2O
3CO + 7Η2 ―> C3Η8 + 3Η 2O
Des volumes industriels de butane sont également isolés lors du traitement du pétrole et du gaz par des méthodes physiques et chimiques.
Propriétés chimiques
À partir des caractéristiques structurelles des moléculesdépendent des propriétés physiques et chimiques du propane et du butane. S'agissant de composés saturés, les réactions d'addition ne leur sont pas caractéristiques.
1. réactions de substitution. Sous l'action de la lumière ultraviolette, l'hydrogène est facilement remplacé par des atomes de chlore:
CH3-CH2-CH3 + Cl 2 ―> CH3-CH(Cl)-CH3 + HCl
Lorsqu'il est chauffé avec une solution d'acide nitrique, l'atome H est remplacé par le groupe NO2:
СΗ3-СΗ2-СΗ3 + ΗNO 3 ―> СΗ3-СΗ (NO2)-СΗ3 + H2O
2. Réactions de clivage. Lorsqu'ils sont chauffés en présence de nickel ou de palladium, deux atomes d'hydrogène sont séparés avec la formation d'une liaison multiple dans la molécule:
CΗ3-CΗ2-CΗ3 ―> CΗ 3-СΗ=СΗ2 + Η2
3. réactions de décomposition. Lorsqu'une substance est chauffée à une température d'environ 1000 ° C, le processus de pyrolyse se produit, qui s'accompagne de la rupture de toutes les liaisons chimiques présentes dans la molécule:
C3H8 ―> 3C + 4H2
4. réactions de combustion. Ces hydrocarbures brûlent avec une flamme non fumeuse, dégageant une grande quantité de chaleur. Quel propane est connu de nombreuses femmes au foyer qui utilisent des cuisinières à gaz. La réaction produit du dioxyde de carbone et de la vapeur d'eau:
C3N8 + 5O2―> 3CO 2 + 4H2O
La combustion du propane dans des conditions de manque d'oxygène entraîne l'apparition de suie et la formation de molécules de monoxyde de carbone:
2C3H8 + 7O2―> 6SO + 8H 2O
C3H8 + 2O2―> 3C + 4H2O
Demande
Le propane est activement utilisé comme carburant, puisque 2202 kJ / mol de chaleur sont dégagés lors de sa combustion, c'est un chiffre très élevé. Dans le processus d'oxydation, de nombreuses substances nécessaires à la synthèse chimique sont obtenues à partir du propane, par exemple les alcools, l'acétone, les acides carboxyliques. Il est nécessaire d'obtenir des nitropropanes utilisés comme solvants.
En tant que propulseur utilisé dans l'industrie alimentaire, porte le code E944. Mélangé à de l'isobutane, il est utilisé comme réfrigérant moderne et respectueux de l'environnement.
Mélange propane-butane
Il présente de nombreux avantages par rapport aux autres combustibles, dont le gaz naturel:
- haute efficacité;
- retour facile à l'état gazeux;
- bonne évaporation et combustion à température ambiante.
Le propane remplit pleinement ces qualités, mais les butanes s'évaporent un peu moins bien lorsque la température descend à -40°C. Des additifs aident à corriger cette carence, dont le meilleur est le propane.
Le mélange propane-butane est utilisé pour le chauffage et la cuisson, pour le soudage au gaz des métaux et leur coupe, comme carburant pour les véhicules et pour les produits chimiquessynthèse.
