Доклад на тему бутан химия
Обновлено: 08.07.2024
Содержание
Изомерия
Бутан имеет два изомера:
| название | формула | структурная формула | температура плавления, °С | температура кипения, °С |
| н-бутан | CH3–CH2–CH2–CH3 | −138,3 | −0,5 | |
| изобутан | CH(CH3)3 | −159,6 | −11,7 |
Физические свойства
Бутан — бесцветный горючий газ, со специфическим запахом, легко сжижаемый (ниже 0 °C и нормальном давлении или при повышенном давлении и обычной температуре — легколетучая жидкость). Точка замерзания -138°С (при нормальном давлении). Растворимость в воде — 6,1 мг в 100 мл воды (для н-бутана, при 20 °C, значительно лучше растворяется в органических растворителях [3] ). Может образовывать азеотропную смесь с водой при температуре около 100 °C и давлении 10 атм.
- Плотность жидкой фазы = 580 кг/м 3 [4] .
- Плотность газовой фазы при нормальных условиях = 2,703 кг/м 3 .
- Плотность газовой фазы при температуре при 15°С = 2,550 кг/м 3 .
Нахождение и получение
Содержится в газовом конденсате и нефтяном газе (до 12 %). Является продуктом гася каталитического и гидрокаталитического крекинга нефтяных фракций. В лаборатории может быть получен по реакции Вюрца:
Сероочистка (демеркаптанизация) бутановой фракции
Прямогонную бутановую фракцию необходимо очищать от сернистых соединений, которые в основном представлены метил- и этил- меркаптанами. Метод очистки бутановой фракции от меркаптанов заключается в щелочной экстракции меркаптанов из углеводородной фракции и последующей регенерации щелочи в присутствии гомогенных или гетерогенных катализаторов кислородом воздуха с выделением дисульфидного масла.
Применение и реакции
При недостатке кислорода образуется сажа или угарный газ или то и другое вместе.
+ 5O_2 \rightarrow 8C + 10H_2O>" width="" height="" />
+ 9O_2 \rightarrow 8CO + 10H_2O>" width="" height="" />
Фирмой DuPont разработан метод получения малеинового ангидрида из н-бутана при каталитическом окислении:
н-Бутан — сырьё для получения бутена, 1,3-бутадиена, компонент бензинов с высоким октановым числом. Бутан высокой чистоты и особенно изобутан может быть использован в качестве хладагента в холодильных установках. Производительность таких систем немного ниже, чем фреоновых. Бутан безопасен для окружающей среды, в отличие от фреоновых хладагентов.
Биологические эффекты
Вдыхание бутана вызывает удушье и сердечную аритмию. При попадании на тело сжиженного газа или струи его испарений вызывает охлаждение до −20 °C, что крайне опасно при ингаляциях.
Безопасность
Легковоспламеним. Пределы взрываемости 1,9 — 8,4 % в воздухе по объёму. ПДК в воздухе рабочей зоны 300 мг/м³.
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:
Строение молекулы н-бутана:
Строение молекулы изобутана:
Бутан – бесцветный газ, без вкуса, со специфическим характерным запахом.
В природе содержится в природном газе , добываемом из газовых и газоконденсатных месторождений, в попутном нефтяном газе . Для выделения из природного и попутного нефтяного газа производят их очистку и сепарацию газа.
Образуется также при крекинге нефтепродуктов ., в т.ч. сланцевой нефти.
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).
Малотоксичен, но оказывает вредное воздействие на человека – на нервную систему (отравление, рвота, возможен летальный исход), обладает наркотическими свойствами, может вызвать удушье и сердечную аритмию, вызывает дисфункцию лёгочно-дыхательного аппарата. Класс опасности четвертый.
Физические свойства бутана:
| Наименование параметра: | Значение: |
| Цвет | без цвета |
| Запах | специфический характерный запах |
| Вкус | без вкуса |
| Агрегатное состояние (при 20 °C и атмосферном давлении 1 атм.) | газ |
| Плотность (состояние вещества – жидкость, при 0 °C), кг/м 3 | 601,2 |
| Плотность (состояние вещества – газ, при 0 °C), кг/м 3 | 2,672 |
| Температура плавления н-бутана, °C | -138,4 |
| Температура плавления изобутана, °C | -159,6 |
| Температура кипения н-бутана, °C | -0,5 |
| Температура кипения изобутана, °C | -11,7 |
| Температура самовоспламенения, °C | 372 |
| Критическая температура*, °C | 152,01 |
| Критическое давление, МПа | 3,797 |
| Критический удельный объём, м 3 /кг | 228 |
| Взрывоопасные концентрации смеси газа с воздухом, % объёмных | от 1,4 до 9,3 |
| Удельная теплота сгорания, МДж/кг | 45,8 |
| Молярная масса, г/моль | 58,12 |
* 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:
- 1. каталитическое дегидрирование бутана:
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:
При нехватке кислорода вместо углекислого газа (СО2) получается оксид углерода (СО), при еще меньшем количестве кислорода выделяется мелкодисперсный углерод сажа (в различном виде, в т.ч. в виде графена , фуллерена и пр.) либо их смесь.
Получение бутана. Химические реакции – уравнения получения бутана:
Так как бутан в достаточном количестве содержится в природном газе, попутном нефтяном газе и выделяется при крекинге нефтепродуктов, его не получают искусственно. Его выделяют при очистке и сепарации из природного газа , ПНГ и нефти при перегонке.
Бутан в лабораторных условиях получается в результате следующих химических реакций:
- 1. гидрирования непредельных углеводородов , например, бутена:
- 3. взаимодействия галогеналканов с металлическим щелочным металлом , например, натрием (реакция Вюрца):
Суть данной реакции в том, что две молекулы галогеналкана связываются в одну, реагируя с щелочным металлом .
- 4. щелочного плавления солей одноосновных органических кислот:
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;
– изобутан используется как хладагент в холодильниках , холодильных камерах, холодильных установках и системах кондиционирования воздуха . Используется самостоятельно или в смеси с пропаном. В отличие от других хладагентов данная смесь и изобутан не разрушают озоновый слой.
газовая газ редуктор газовый баллон метан бутан этан бутан пропен цена купить реакции 1 4 50 3 какой кислород вещество авто температура кг воздух вода
заправка баллонов бутаном
сколько литров стоимость сгорание уравнение реакций давление смесь расход объем литр бутана
сжиженный бутан
В обычных условиях (при 25 o С и атмосферном давлении) бутан представляет собой бесцветный газ со специфическим запахом (строение молекулы приведено на рис. 1), которой легко сжижается при температуре от -0,5 o С.
Бутан практически не растворим в воде, так как его молекулы малополярны и не взаимодействуют с молекулами воды. Он хорошо растворяется в неполярных органических растворителях, таких как бензол, тетрахлорметан, диэтиловый эфир и др.
Рис. 1. Строение молекулы бутана.
Таблица 1. Физические свойства бутана.
Плотность (0 o С), г/см 3
Температура плавления, o С
Температура кипения, o С
Получение бутана
Основными источникамибутанаявляются нефть и природный газ. Его можно выделить фракционной перегонкой природного газа или бензиновой фракции нефти.
В лабораторных условиях бутан получают следующими способами:
— гидрированием непредельных углеводородов
— по реакции щелочного плавления солей одноосновных органических кислот
— взаимодействием галогеналканов с металлическим натрием (реакция Вюрца)
Химические свойства бутана
В обычных условиях бутан не реагирует с концентрированными кислотами, расплавленными и концентрированными щелочами, щелочными металлами, галогенами (кроме фтора), перманганатом калия и дихроматом калия в кислой среде.
Для бутана наиболее характерны реакции, протекающие по радикальному механизму. Энергетически более выгоден гомолитический разрыв связей C-H и C-C, чем их гетеролитический разрыв.
Все химические превращения бутана протекают с расщеплением:
2) связей C-H и C-C
Применение бутана
Бутан используется для получения бутадиена, являющегося сырьем для производства синтетического каучука, а также используется в быту (баллонный газ).
Примеры решения задач
| Задание | Определите массу хлора, необходимого для хлорирования по первой стадии 3,2 л бутана. |
| Решение | Запишем уравнение реакции хлорирования бутана: |
Найдем количество вещества бутана:
Согласно уравнению реакции n(C4H10) : n(Cl2) = 1:1, значит,количество моль хлора равно:
Тогда, масса хлора будет равна (молярная масса – 71 г/моль):
| Задание | Рассчитайте объемы хлора и бутана, приведенные к нормальным условиям, которые потребуются для получения 2,2-дихлорбутана массой 5,5 г. |
| Решение | Запишем уравнение реакции хлорирования бутана до 2,2-дихлорбутана (реакция происходит под действием УФ-излучения): |
Рассчитаем количество вещества 2,2-дихлорбутана (молярная масса равна – 127 г/моль):
По уравнению реакции найдем количество вещества хлора. n(C4H8Cl2) : n(Cl2) = 1:2, т.е. n(Cl2) = 2 × n(C4H8Cl2) = 2 × 0,04 = 0,08 моль. Тогда объем хлора будет равен:
Если не указано иное, данные для материалов приводятся в их стандартное состояние (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
Бутан ( / ˈ б juː т eɪ п / ) или же п-бутан является алкан с формулой C4ЧАС10. Бутан - это газ при комнатной температуре и атмосферном давлении. Бутан легко воспламеняется, бесцветен, легко сжиженный газ который быстро испаряется при комнатной температуре. Название бутан происходит от корней но- (из Масляная кислота, названный в честь греческого слова, обозначающего масло) и -ан. Это было обнаружено химиком Эдвард Франкленд в 1849 г. [6] Он был обнаружен растворенным в сырой нефти в 1864 году. Эдмунд Рональдс, который первым описал его свойства. [7] [8]
Содержание
Изомеры
Вращение о центральном C − C связь производит два разных конформации (транс и бестактный) за п-бутан. [9]
Реакции
Спектр синего пламени от бутановая горелка показывая CH молекулярный радикальный полосы излучения и C2 Лебединые группы
Когда кислорода много, бутан горит с образованием углекислый газ и водяной пар; когда кислород ограничен, углерод (сажа) или монооксид углерода. Бутан плотнее воздуха.
Когда кислорода достаточно:
Когда кислород ограничен:
Максимум адиабатическое пламя температура бутана с воздуха составляет 2243 К (1970 ° C; 3578 ° F).
п-Бутан - сырье для DuPontкаталитический процесс приготовления малеиновый ангидрид:
п-Бутан, как и все углеводороды, подвергается свободный радикал хлорирование дает как 1-хлор-, так и 2-хлорбутаны, а также более сильно хлорированные производные. Относительные скорости хлорирования частично объясняются разными энергии диссоциации связи, 425 и 411 кДж/ моль для двух типов связей C-H.
Использует
Обычный бутан можно использовать для бензин смешивание в качестве топливного газа растворителя для экстракции ароматизаторов, отдельно или в смеси с пропан, и как сырье для производства этилен и бутадиен, ключевой ингредиент синтетическая резина. Изобутан в основном используется нефтеперерабатывающие заводы для усиления (увеличения) октан количество автомобильного бензина. [10] [11] [12] [13]
При смешивании с пропан и других углеводородов, он может называться коммерчески СУГ, для сжиженного углеводородного газа. Используется как компонент бензина, как сырье для производства базовых нефтехимия в паровой крекинг, как топливо для сигарет зажигалки и как пропеллент в аэрозоли Такие как дезодоранты. [14]
Очень чистые формы бутана, особенно изобутана, могут использоваться в качестве хладагенты и в значительной степени заменили разрушающий озоновый слой галометаны, например, в бытовых холодильниках и морозильниках. Рабочее давление системы для бутана ниже, чем для галометанов, таких как R-12Таким образом, системы с R-12, такие как автомобильные системы кондиционирования воздуха, при преобразовании в чистый бутан не будут работать оптимально, и поэтому используется смесь изобутана и пропана для обеспечения производительности системы охлаждения, сравнимой с R-12.
Бутан также используется как более легкий топливо для обычной зажигалки или бутановая горелка и продается в бутылках в качестве топлива для приготовления пищи, барбекю и походных печей. На мировом рынке канистр с бутаном доминируют южнокорейский производители. [15]
В качестве топлива его часто смешивают с небольшими количествами сероводород и меркаптаны что придаст несгоревшему газу неприятный запах, который легко уловить человеческим носом. Таким образом можно легко определить утечку бутана. Хотя сероводород и меркаптаны токсичны, они присутствуют в таких низких количествах, что опасность удушья и возгорания бутаном становится проблемой задолго до токсичности. [ нужна цитата ] Наиболее коммерчески доступный бутан также содержит определенное количество загрязняющего масла, которое можно удалить путем фильтрации, но которое в противном случае оставит отложение в точке воспламенения и может в конечном итоге заблокировать равномерный поток газа. [16] Загрязняющие вещества не используются при экстракции ароматизаторов. [ уточнить ] и бутановые газы могут вызвать взрыв газа в плохо вентилируемых помещениях, если утечки остаются незамеченными и воспламеняются от искры или пламени. [ нужна цитата ]
| Канистры бутанового топлива для использования в походных печах. | Бутановая зажигалка с резервуаром для жидкого бутана | Аэрозольный баллончик, в котором в качестве пропеллента может использоваться бутан. | Баллон с бутаном, используемый для приготовления пищи |
Последствия и проблемы со здоровьем
Вдыхание бутана может вызвать: эйфория, сонливость, бессознательное состояние, асфиксия, аритмия сердца, колебания артериального давления и временная потеря памяти при злоупотреблении непосредственно из контейнера под высоким давлением и могут привести к смерти от удушье и мерцание желудочков. Он попадает в кровоток и в течение нескольких секунд вызывает интоксикацию. [17] Бутан является наиболее распространенным летучим веществом в Великобритании и стал причиной 52% смертей, связанных с растворителями, в 2000 году. [18] Распыляя бутан непосредственно в горло, струя жидкости может быстро охладиться до -20 ° C (-4 ° F) за счет расширения, вызывая длительное ларингоспазм. [19] "Внезапная смерть снифферасиндром, впервые описанный Бассом в 1970 г., [20] является наиболее частой причиной смерти, связанной с растворителями, вызывая 55% известных смертельных случаев. [19]
Смотрите также
Рекомендации
внешняя ссылка
Гидрид лития, LiH
ионный гидрид металла
Гидрид бериллия
Слева (газовая фаза): BeH2
ковалентный гидрид металла
Справа: (BeH2)п (твердая фаза)
полимерный гидрид металла
Боран и диборан
Слева: BH3 (особые условия), ковалентный металлоид гидрид
Справа: B2ЧАС6 (стандартные условия), димерный металлоид-гидрид
Читайте также: