Что такое бутан в химии

Получение бутана

1. Взаимодействие галогеналканов с металлическим натрием (реакция Вюрца)

Это один из лабораторных способов получения бутана. При этом происходит удвоение углеродного скелета.

Хлорэтан взаимодействует с натрием с образованием бутана:

2. Декарбоксилирование солей карбоновых кислот (реакция Дюма)

Реакция Дюма — это взаимодействие солей карбоновых кислот с щелочами при сплавлении.

R–COONa + NaOH → R–H + Na₂CO₃

Декарбоксилирование — это отщепление (элиминирование) молекулы углекислого газа из карбоксильной группы (-COOH) или органической кислоты или карбоксилатной группы (-COOMe) соли органической кислоты.

При взаимодействии пентаноата натрия с гидроксидом натрия при сплавлении образуются бутан и карбонат натрия:

CH₃–CH₂–CH₂– CH₂ –COONa + NaOH → CH₃–CH₂ – CH₂ – CH₃ + Na₂CO₃

3. Гидрирование алкенов и алкинов

Бутан можно получить из бутилена или бутина:

При гидрировании бутена-1 или бутена-2 образуется бутан:

При полном гидрировании бутадиена-1,3 также образуется бутан:

4. Синтез Фишера-Тропша

Из синтез-газа (смесь угарного газа и водорода) при определенных условиях (катализатор, температура и давление) можно получить различные углеводороды:

Это промышленный процесс получения алканов.

Из угарного газа и водорода можно получить бутан:

5. Получение бутана в промышленности

Источник

Бутан, получение, свойства, химические реакции

Бутан, получение, свойства, химические реакции.

Бутан, C₄H₁₀ – органическое вещество класса алканов. В природе содержится в природном газе, добываемом из газовых и газоконденсатных месторождений, в попутном нефтяном газе. Образуется также при крекинге нефтепродуктов.

Бутан, формула, газ, характеристики:

Химическая формула бутана C₄H₁₀. Имеет два изомера н-бутан и изобутан. В химии название «бутан» используется в основном для обозначения н-бутана. Такое же название имеет смесь н-бутана и его изомера изобутана.

Строение молекулы н-бутана:

Строение молекулы изобутана:

Бутан – бесцветный газ, без вкуса, со специфическим характерным запахом.

Пожаро- и взрывоопасен.

Мало растворяется в воде и других полярных растворителях. Зато растворяется в некоторых неполярных органических веществах (метанол, ацетон, бензол, тетрахлорметан, диэтиловый эфир и другие).

Бутан по токсикологической характеристике относится к веществам 4-го класса опасности (малоопасным веществам) по ГОСТ 12.1.007.

Физические свойства бутана:

* при температуре выше критической температуры газ невозможно сконденсировать ни при каком давлении.

Химические свойства бутана:

Бутан трудно вступает в химические реакции. В обычных условиях не реагирует с концентрированными кислотами, расплавленными и концентрированными щелочами, щелочными металлами, галогенами (кроме фтора), перманганатом калия и дихроматом калия в кислой среде.

Химические свойства бутана аналогичны свойствам других представителей ряда алканов. Поэтому для него характерны следующие химические реакции:

Реакция носит цепной характер. Молекула брома или йода под действием света распадается на радикалы, затем они атакуют молекулы бутана, отрывая у них атом водорода, в результате этого образуется свободный бутил CH₃-CH·-CH₃, который сталкиваются с молекулами брома (йода), разрушая их и образуя новые радикалы йода или брома :

Br₂ → Br·+ Br· (hv); – инициирование реакции галогенирования;

Галогенирование — это одна из реакций замещения. В первую очередь галогенируется наименее гидрированый атом углерода (третичный атом, затем вторичный, первичные атомы галогенируются в последнюю очередь). Галогенирование бутана проходит поэтапно – за один этап замещается не более одного атома водорода.

Галогенирование будет происходить и далее, пока не будут замещены все атомы водорода.

При избытке кислорода:

Получение бутана. Химические реакции – уравнения получения бутана:

Бутан в лабораторных условиях получается в результате следующих химических реакций:

Применение и использование бутана:

– в качестве топлива в смеси с пропаном в быту для приготовления пищи, транспортных средствах, в отопительных приборах и т.п.;

– н-бутан используется как сырьё в химической и нефтехимической промышленности для получения бутилена, 1,3-бутадиена, компонентов бензинов с высоким октановым числом, для производства других химических веществ;

– в пищевой промышленности как пищевая добавка E943a и E943b (изобутан), последний используется в качестве пропеллента;

Примечание: © Фото //www.pexels.com, //pixabay.com

Источник

Бутан, структурная формула, химические, физические свойства

Что такое бутан?

Другим большим отличием между бутаном и пропаном является давление: при температуре 20 градусов Цельсия бутан имеет давление около 1,2 бар, тогда как пропан не менее 7,0 бар.

Бутан практически не растворим в воде (90 мг / л).

Оба изомера ведут себя схожим образом: они легко воспламеняются, не обесцвечивают бромную воду и раствор перманганата калия, подвергаются воздействию только галогенов хлора и брома под воздействием света.

Зачем смешивают пропан и бутан?

При отрицательных температурах бутан в чистом виде теряет свои основные свойства. А пропан неприменим в жарком климате.

Чтобы избежать нужды в производстве для каждого региона по температурному режиму своей марки газа, ГОСТом предусмотрена смесь этих двух компонентов в определенном соотношении.

Добыча бутана

Бутан производится как «побочный продукт» при добыче природного газа и переработке нефти. В прошлом бутан и пропан сжигали в больших количествах при добыче нефти, пока не было обнаружено, что оба продукта могут использоваться в качестве топлива. Сначала в процессе переработки, а затем и за его пределами.

В настоящее время этот газ используется во всем мире в качестве топлива — например, для приготовления пищи и отопления.

Транспортировка бутана

Бутан транспортируется в жидкой форме, потому что газовая форма намного менее компактна. 1 литр жидкого бутана дает около 250 литров газа. Поэтому транспортировка бутана в жидкой форме намного эффективнее. Танкер может легко перевозить 40 000 литров жидкого бутана, что соответствует 10 миллионам литров газообразного бутана.

Физические свойства бутана

* при температуре выше критической температуры газ невозможно сконденсировать ни при каком давлении.

Химические свойства бутана

Помимо процесса полимеризации, есть у бутана реакция горения. Этана, пропана, иных представителей насыщенных углеводородов достаточно содержится в природном газе, поэтому именно он является сырьем для всех превращений, включая и горение.

В бутане углеродные атомы находятся в sp3-гибридном состоянии, поэтому все связи одинарные, простые. Подобное строение (тетраэдрическая форма) обуславливает химические свойства бутана.

Он не способен вступать в реакции присоединения, для него характерны только процессы изомеризации, замещения, дегидрирования.

Замещение с двухатомными молекулами галогенов осуществляется по радикальному механизму, причем для осуществления данного химического взаимодействия необходимы достаточно жесткие условия (ультрафиолетовое облучение). Практическое значение из всех свойств бутана имеет его горение, сопровождающееся выделением достаточного количества теплоты. Кроме того, особый интерес для производства представляет и процесс дегидрирования предельного углеводорода.

Реакции замещения

В молекулах алканов связи С–Н более доступны для атаки другими частицами, чем менее прочные связи С–С.

1.1. Галогенирование

Бутан реагирует с хлором и бромом на свету или при нагревании.

При хлорировании бутана образуется смесь хлорпроизводных.

Бромирование протекает более медленно и избирательно.

Хлорбутан может взаимодействовать с хлором и дальше с образованием дихлорбутана, трихлорбутана, тетрахлорбутана и т.д.

1.2. Нитрование бутана

Бутан взаимодействует с разбавленной азотной кислотой по радикальному механизму, при нагревании и под давлением. Атом водорода в бутане замещается на нитрогруппу NO2.

CH3-CH2-CH2-CH3 + HNO3 → CH3-CH2-CHNO2-CH3 + H2O

Читайте также: Полировка дерева на токарном станке осуществляется. Как и чем следует полировать деревянные поверхности? Подачи при накатывании

Дегидрирование бутана

Дегидрирование – это реакция отщепления атомов водорода.

В качестве катализаторов дегидрирования используют никель Ni, платину Pt, палладий Pd, оксиды хрома (III), железа (III), цинка и др.

При дегидрировании алканов, содержащих от 2 до 4 атомов углерода в молекуле, разрываются связи С–Н у соседних атомов углерода и образуются двойные и тройные связи.

При дегидрировании бутана под действием металлических катализаторов образуется смесь продуктов. Преимущественно образуется бутен-2:

Если бутан нагревать в присутствии оксида хрома (III), преимущественно образуется бутадиен-1,3:

Окисление бутана

– слабополярное соединение, поэтому при обычных условиях он не окисляется даже сильными окислителями (перманганат калия, хромат или дихромат калия и др.).

3.1. Полное окисление – горение

Бутан горит с образованием углекислого газа и воды. Реакция горения пропана сопровождается выделением большого количества теплоты.

2C4H10 + 13O2 → 8CO2 + 10H2O + Q

Уравнение сгорания алканов в общем виде:

CnH2n+2 + (3n+1)/2O2 → nCO2 + (n+1)H2O + Q

При горении бутана в недостатке кислорода может образоваться угарный газ СО или сажа С.

3.2. Каталитическое окисление

Структурная изомерия

Для бутана характерна структурная изомерия – изомерия углеродного скелета.

Структурные изомеры — это соединения с одинаковым составом, которые отличаются порядком связывания атомов в молекуле, т.е. строением молекул.

Изомеры углеродного скелета отличаются строением углеродного скелета.

Для бутана не характерна пространственная изомерия.

– предельный углеводород, поэтому он не может вступать в реакции присоединения.

Для бутана характерны реакции:

Разрыв слабо-полярных связей С – Н протекает только по гомолитическому механизму с образованием свободных радикалов.

Поэтому для бутана характерны радикальные реакции.

Бутан устойчив к действию сильных окислителей (KMnO4, K2Cr2O7 и др.), не реагирует с концентрированными кислотами, щелочами, бромной водой.

Применение и использование бутана:

– в качестве топлива в смеси с пропаном в быту для приготовления пищи, транспортных средствах, в отопительных приборах и т.п.;

– н-бутан используется как сырьё в химической и нефтехимической промышленности для получения бутилена, 1,3-бутадиена, компонентов бензинов с высоким октановым числом, для производства других химических веществ;

– в пищевой промышленности как пищевая добавка E943a и E943b (изобутан), последний используется в качестве пропеллента;

Сжиженный газ

Основными компонентами жидкого газа являются:

Пропан и бутан являются цепочечными, насыщенными углеводородными соединениями. Ненасыщенные углеводороды пропен и бутен имеют двойную углеродную связь. Молекулярная структура пропана и бутана относительно проста по сравнению с разветвленными цепями обычных видов топлива (бензин или дизельное топливо).

Соотношение смешивания пропана и бутана может быть различным. Поставщики газа варьируют состав в зависимости от температуры окружающей среды. Поэтому смесь может отличаться в зависимости от местоположения потребителя и времени года.

Чистые газы не имеют запаха. При необходимости в газ добавляется специальное вещество, чтобы можно было обнаружить утечку.

Технологические параметры сжиженного газа

Расчётная таблица артикул: 06 950 01

Использование сжиженного газа в качестве топлива для автомобилей

Газы имеют определенные недостатки по сравнению с жидкостями при заправке двигателей внутреннего сгорания. Сжиженный газ хранится в жидком виде в резервуаре, но преобразуется в газообразное состояние в испарителе на пути к двигателю и выдувается во впускной коллектор в газообразном виде.

Уменьшение воздуха по отношению к количеству топлива означает, что смесь становится богаче. Однако, если необходимо поддерживать постоянное соотношение воздуха, подача топлива должна быть уменьшена на соответствующую величину. Это приводит к образованию более однородной смеси с воздухом, что обеспечивает более равномерное сгорание.

Кроме того, более низкая скорость сжигания сжиженного нефтяного газа приводит к меньшим потерям тепла в двигателе, что несколько увеличивает КПД.

Упаковка

Добавку Е 943a поставляют в стальных баллонах, контейнерах, цистернах. Вещество находится в сжиженном виде под давлением. Основное требование к упаковочной таре — полная герметичность с целью обеспечения сохранности окружающей среды. Цвет емкостей не регламентируется. На упаковочную единицу наносят полосу определенного цвета в соответствии с маркой продукта:

Польза и вред

Добавка E 943a по степени влияния на здоровье отнесена к малоопасным веществам (4 класс в соответствии с ГОСТ 12.1.007-76).

Бутан — нейтральный продукт, он не всасывается в кровь, не вступает в какие-либо химические реакции.

Серьезную опасность представляет непосредственное вдыхание газа. Бутан быстро вытесняет воздух. У пострадавшего отмечают признаки кислородной недостаточности:

Наркотическое действие, приписываемое «газу из зажигалок», учеными не доказано.

Отравление газом пропан-бутан

Сжиженный газ пропан-бутан, а также продукт его неполного сгорания окись углерода, токсичны, могут вызывать удушье или сильное отравление со смертельным исходом. При легких и средних отравлениях угарным газом появляются головная боль (главным образом в висках), головокружение, тошнота, рвота, резкая слабость в руках и ногах, сердцебиение, а при тяжелых – затемненное сознание, нередко возбужденное состояние с беспорядочными движениями или потеря сознания.

При появлении у окружающих признаков отравления газом вынесите их на свежий воздух и положите так, чтобы голова находилась выше ног. До приезда аварийной службы не вносите открытого огня, не включайте и не выключайте электроприборы.

Источник

• ← Что такое дневной стационар в больнице для детей
• Что такое болгарская палочка →