Des del punt de vista de la química, el propà és un hidrocarbur saturat amb propietats típiques dels alcans. Tanmateix, en algunes àrees de producció, el propà s'entén com una barreja de dues substàncies: propà i butà. A continuació, intentarem esbrinar què és el propà i per què es barreja amb butà.
L'estructura de la molècula
Cada molècula de propà consta de tres àtoms de carboni units entre si per enllaços simples i vuit àtoms d'hidrogen. Té la fórmula molecular C3H8. Els enllaços C-C del propà són no polars covalents, però en el parell C-H, el carboni és lleugerament més electronegatiu i tira lleugerament el parell d'electrons comú cap a si mateix, el que significa que l'enllaç és polar covalent. La molècula té una estructura en ziga-zaga a causa del fet que els àtoms de carboni es troben en un estat d'hibridació sp3. Però, per regla general, es diu que la molècula és lineal.
Hi ha quatre àtoms de carboni a la molècula de butà С4Н10, i té dos isòmers: n-butà (té una estructura lineal) i isobutà (haestructura ramificada). Sovint, no es separen en rebre'ls, sinó que existeixen com una barreja.
Propietats físiques
El propà és un gas incolor i inodor. Es dissol molt malament en aigua, però es dissol bé en cloroform i èter dietílic. Es fon a tpl=-188 °С i bull a tkip=-42 °С. Esdevé explosiu quan la seva concentració a l'aire supera el 2%.
Les propietats físiques del propà i el butà són molt properes. Tots dos butans també tenen un estat gasós en condicions normals i són inodors. Pràcticament insoluble en aigua, però interactua bé amb dissolvents orgànics.
Les següents característiques d'aquests hidrocarburs també són importants en la indústria:
- Densitat (la relació entre la massa i el volum d'un cos). La densitat de les mescles líquides de propà-butà està determinada en gran mesura per la composició dels hidrocarburs i la temperatura. A mesura que augmenta la temperatura, es produeix l'expansió volumètrica i la densitat del líquid disminueix. Amb l'augment de la pressió, el volum de propà líquid i butà es comprimeix.
- Viscositat (la capacitat de les substàncies en estat gasós o líquid de resistir les forces de cisalla). Està determinat per les forces d'adhesió de les molècules en les substàncies. La viscositat d'una barreja líquida de propà amb butà depèn de la temperatura (amb el seu augment, la viscositat disminueix), però un canvi de pressió té poc efecte en aquesta característica. Els gasos, en canvi, augmenten la seva viscositat amb l'augment de la temperatura.
Trobar la natura i obtenir mètodes
Les principals fonts naturals de propà són el petroli ijaciments de gas. Està contingut en el gas natural (del 0,1 al 11,0%) i en els gasos associats del petroli. En el procés de destil·lació de l'oli s'obté una gran quantitat de butà, separant-lo en fraccions, en funció dels punts d'ebullició dels seus components. Dels mètodes químics de refinació del petroli, el craqueig catalític és el més important, durant el qual es trenca la cadena d'alcans d' alta molècula. En aquest cas, el propà forma al voltant del 16-20% de tots els productes gasosos d'aquest procés:
СΗ3-СΗ2-СΗ2-СΗ 2-СΗ2-СΗ2-СΗ2-СΗ 3 ―> СΗ3-СΗ2-СΗ3 + СН 2=CΗ-CΗ2-CΗ2-CΗ3
Durant la hidrogenació de diversos tipus de quitrà de hulla i quitrà de hulla es formen grans quantitats de propà, que arriben al 80% del volum de tots els gasos produïts.
També està molt estès obtenir propà pel mètode Fischer-Tropsch, que es basa en la interacció de CO i H2 en presència de diversos catalitzadors a temperatura elevada i pressió:
nCO + (2n + 1)Η2 ―> C Η2n+2 + nΗ2O
3CO + 7Η2 ―> C3Η8 + 3Η 2O
Els volums industrials de butà també s'aïllen durant el processament de petroli i gas mitjançant mètodes físics i químics.
Propietats químiques
De les característiques estructurals de les molèculesdepenen de les propietats físiques i químiques del propà i el butà. Com que són compostos saturats, les reaccions d'addició no en són característiques.
1. reaccions de substitució. Sota l'acció de la llum ultraviolada, l'hidrogen es substitueix fàcilment per àtoms de clor:
CH3-CH2-CH3 + Cl 2 ―> CH3-CH(Cl)-CH3 + HCl
Quan s'escalfa amb una solució d'àcid nítric, l'àtom H es substitueix pel grup NO2:
СΗ3-СΗ2-СΗ3 + ΗNO 3 ―> СΗ3-СΗ (NO2)-СΗ3 + H2O
2. Reaccions d'escissió. Quan s'escalfa en presència de níquel o pal·ladi, dos àtoms d'hidrogen es separen amb la formació d'un enllaç múltiple a la molècula:
CΗ3-CΗ2-CΗ3 ―> CΗ 3-СΗ=СΗ2 + Η2
3. reaccions de descomposició. Quan una substància s'escalfa a una temperatura d'uns 1000 °C, es produeix el procés de piròlisi, que va acompanyat de la ruptura de tots els enllaços químics presents a la molècula:
C3H8 ―> 3C + 4H2
4. reaccions de combustió. Aquests hidrocarburs cremen amb una flama sense fum, alliberant una gran quantitat de calor. Quin propà és conegut per moltes mestresses de casa que utilitzen estufes de gas. La reacció produeix diòxid de carboni i vapor d'aigua:
C3N8 + 5O2―> 3CO 2 + 4H2O
La combustió de propà en condicions de manca d'oxigen provoca l'aparició de sutge i la formació de molècules de monòxid de carboni:
2C3H8 + 7O2―> 6SO + 8H 2O
C3H8 + 2O2―> 3C + 4H2O
Aplicació
El propà s'utilitza activament com a combustible, ja que durant la seva combustió s'alliberen 2202 kJ/mol de calor, aquesta és una xifra molt elevada. En el procés d'oxidació, a partir del propà s'obtenen moltes substàncies necessàries per a la síntesi química, per exemple, alcohols, acetona, àcids carboxílics. Cal obtenir nitropropans utilitzats com a dissolvents.
Com a propulsor utilitzat en la indústria alimentària, té el codi E944. Combinat amb isobutà, s'utilitza com a refrigerant modern i respectuós amb el medi ambient.
Barreja propà-butà
Té molts avantatges respecte a altres combustibles, inclòs el gas natural:
- alta eficiència;
- retorn fàcil a l'estat gasós;
- bona evaporació i combustió a temperatura ambient.
El propà compleix plenament aquestes qualitats, però els butans s'evaporen una mica pitjor quan la temperatura baixa a -40 °C. Els additius ajuden a corregir aquesta deficiència, el millor dels quals és el propà.
La mescla propà-butà s'utilitza per escalfar i cuinar, per soldar metalls amb gas i tallar-los, com a combustible per a vehicles i per a productes químicssíntesi.
