Бутан взаимодействует с водой. Изобутан: формула, свойства, применение

Что собой представляет изобутан? Данное соединение относится к ациклическим веществам. Рассмотрим некоторые особенности строения, свойств этого органического соединения.

Общая формула и изомерия

Одним из представителей алканов является изобутан. Формула данного класса имеет вид СпН2п+2. Молекула обладает линейной структурой, в который каждый углеродный атом находится в Sp3 гибридном состоянии. Наличие в молекуле одинарных (простых) связей объясняет сходство по химическим свойствам разветвленных алканов с веществами, имеющими прямой скелет.

Какие виды изомерии имеет изобутан? Формула этого вещества - С 4 Н 10 или (CH 3) 3 CH. Такой же молекулярный вид имеет нормальный бутан. Следовательно, для изобутана характерна изомерия углеродного скелета (структурный вид). Межклассовых изомеров для представителей предельных углеводородов не выявлено.

Нахождение в природе

Где встречается изобутан? Формула данного соединения, а также других представителей рассматриваемого класса свидетельствует о возможности расположения соединений в составе нефти, попутного и природного газа. Представителей этого класса С х Н у называют парафинами. Разветвленные углеводороды были выделены в химической лаборатории из нефти, процесс связан с физической перегонкой этого полезного ископаемого.

Получение

Для лабораторного производства изобутана используют реакцию изомеризации углеводорода, имеющего неразветвленное строение. Для этого на соответствующий углеводород воздействуют активными металлами, выступающими в роли катализаторов. Таким способом в лаборатории получают и изобутан. Структурная формула данного соединения подтверждает разветвленность его строения.

Физические свойства

При нормальных условиях изобутан является газообразным веществом. При увеличении количества углеродных атомов в молекуле происходит переход к жидкому агрегатному состоянию, затем к твердому виду. Все представители алканов имеют небольшую растворимость в воде, отлично растворяются в органических соединениях.

Химические свойства

Какими свойствами характеризуется изобутан? Общая формула класса - СпН2п+2, поэтому они не могут вступать в реакции присоединения. Изоалканы горят в кислороде воздуха, образуя углекислый газ, водяной пар, выделяя существенное количество тепловой энергии.

Для всех представителей данного класса органических углеводородов характерно радикальное замещение. Учитывая, что в молекуле изобутана есть более подвижный (центральный) углеродный атом, замещение протекает быстрее, чем у бутана нормального строения.

Среди всех представителей класса алканов особый интерес представляет именно изобутан. Он способен взаимодействовать с галогенами (бромом, хлором) под воздействием света с образованием галогензамещенного алкана. Данное свойство используется для получения вторичных одноатомных спиртов.

Изобутан востребован в качестве хладагентов. Долгое время считали, что именно это соединение оказывает негативное воздействие на озоновый слой атмосферы, разрушает его целостность. Но была установлена способность самопроизвольного восстановления толщины озонового слоя, что подтвердило безопасность хладагентов, в основе которых изобутан. Формула данного углеводорода знакома и в парфюмерной промышленности, и в медицине. Здесь он применяется для производства аэрозолей.

Высокое октановое число изобутана позволяет использовать данный углеводород для производства специального компонента, используемого в качестве добавки к бензину. Изобутан применяют в качестве индивидуального топлива, заправляя данным соединением газовые зажигалки.

За что же углероду такой почет? Все дело в том, что каждый атом углерода имеет возможность образовывать связи с 4 другими атомами. На языке химиков это называется «валентностью». Углерод легко соединяется как с более активными, так и с менее активными атомами других элементов. Но самое главное, атомы углерода могут соединяться между собой, образуя длинные цепочки, у которых после такого соединения остается еще достаточно валентных связей для того, чтобы продолжать соединяться с атомами других элементов. Поэтому соединения углерода многочисленны и разнообразны по своим физическим и химическим свойствам. Настолько, что для их изучения выделен отдельный раздел химии. А поскольку соединения углерода, белки, составляют основу всех живых организмов, то этот раздел называется химией органической. Сложное начинается с простого. Самые простые органические соединения – углеводороды. Здесь углерод соединяется либо с атомами водорода, либо с другими атомами углерода. Рассмотрим более подробно, какие комбинации здесь возможны.

Самый простой углеводород – газ метан. Его формула СН4. Все валентные связи атома углерода заняты атомами водорода. А теперь давайте уберем один из атомов водорода и поставим на его место еще один атом углерода. Такая простейшая цепочка сможет присоединить к себе, кроме имеющихся, еще три атома водорода, образуя новое вещество, газ этан, С2Н6. Продолжим комбинировать атомы углерода и водорода далее. Заменив в этане один атом водорода на атом углерода и «насытив» оставшиеся валентные связи атомами водорода, получаем следующий из насыщенных углеводородов. Это – газ пропан, химическая формула которого C3H8. Произведя такую комбинацию еще раз, получаем формулу газа бутана, С4Н10. Бутан – газ без цвета, но с резким запахом. Бутан, так же как и уже упоминавшиеся метан, этан и пропан, горюч. Бытовой газ, поступающий на наши кухни, является смесью пропана и бутана. Эти газы легко сжимаются и при нормальной температуре превращаются в жидкость. В жидком виде их часто транспортируют в цистернах, на которых написано «пропан-бутан». Взрывается не сам бутан, а его смесь с воздухом в концентрации от 2 до 9 процентов. Поэтому, если погасла горелка газовой плитки и чувствуется резкий запах бутана, следует ни в коем случае не включать свет и не зажигать огня, а тщательно проветрить помещение. Как все насыщенные углеводороды, газ бутан является основой для производства большого количества пластмасс и других полезных материалов. Применяется он и в пищевой промышленности. Фрукты, хранимые в атмосфере бутана, не портятся. Также газ бутан используется в аэрозольных упаковках в качестве распылителя. Дезодоранты и духи попадают на наше тело в струе бутана. Как видите, органическая химия – одна из интереснейших наук, изучаемых в школе. Тех, кто считает, что это не так, направляю к интереснейшей книге А.Азимова (он более известен, как фантаст) «Мир углерода». Поверьте, преувлекательное чтение!

Бута́н (C 4 H 10) - органическое соединение, углеводород класса алканов . В химии название используется в основном для обозначения н -бутана. Такое же название имеет смесь н -бутана и его изомера изобутана CH(CH 3) 3 . Название происходит от корня «бут-» (французское название масляной кислоты - acide butyrique , от др.-греч. βούτῡρον , масло ) и суффикса «-ан» (принадлежность к алканам). Вдыхание бутана вызывает дисфункцию лёгочно-дыхательного аппарата. Содержится в природном газе , образуется при крекинге нефтепродуктов , при разделении попутного нефтяного газа , «жирного» природного газа . Как представитель углеводородных газов пожаро- и взрывоопасен, малотоксичен, имеет специфический характерный запах, обладает наркотическими свойствами. По степени воздействия на организм газ относится к веществам 4-го класса опасности (малоопасные) по ГОСТ 12.1.007-76 . Вредно воздействует на нервную систему .

Изомерия

Физические свойства

Бутан - бесцветный горючий газ, со специфическим запахом, при нормальном давлении легко сжижаем от −0,5 °C, замерзает при −138 °C; при повышенном давлении и обычной температуре - легколетучая жидкость. Критическая температура +152 °C, критическое давление 3,797 МПа.

• Растворимость в воде - 6,1 мг в 100 мл (для н -бутана, при 20 °C), значительно лучше растворяется в органических растворителях ). Может образовывать азеотропную смесь с водой при температуре около 100 °C и давлении 10 атм.
• Плотность жидкой фазы - 580 кг/м³
• Плотность газовой фазы при нормальных условиях - 2,703 кг/м³, при 15 °C - 2,550 кг/м³[[К:Википедия:Статьи без источников (страна: Ошибка Lua: callParserFunction: function "#property" was not found. Ошибка Lua: callParserFunction: function "#property" was not found. )]][[К:Википедия:Статьи без источников (страна: Ошибка Lua: callParserFunction: function "#property" was not found. )]] [ ]
• Теплота сгорания 45,8 МДж/кг (2657 МДж/моль (см. ).

Нахождение и получение

Содержится в газовом конденсате и нефтяном газе (до 12 %). Является продуктом 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 свободнорадикальном хлорировании образует смесь 1-хлор- и 2-хлорбутана. Их соотношение хорошо объясняется разницей в прочности связей С-Н в позиции 1 и 2 (425 и 411 кДж/моль).

При полном сгорании на воздухе образует углекислый газ и воду. Бутан применяется в смеси с пропаном в зажигалках, в газовых баллонах в сжиженном состоянии, где он имеет запах, так как содержит специально добавленные одоранты . При этом используются «зимние» и «летние» смеси с различным составом. Теплота сгорания 1 кг - 45,7 МДж (12,72 кВт·ч).

При недостатке кислорода образуется сажа , угарный газ или их смесь:

Биологические эффекты

Безопасность

Легковоспламеним. Пределы взрываемости 1,9-8,4 % в воздухе по объёму. ПДК в воздухе рабочей зоны - 300 мг/м³.

СУГ - сжиженные углеводородные газы, как и любое ископаемое топливо, является не возобновляемым источником энергии. СИБУР производит СУГи в результате газопереработки попутного нефтяного газа (ПНГ), добываемого вместе с сырой нефтью и природным газом. Основой СУГ являются предельные углеводороды, содержащие три или четыре атома углерода: пропан (C3H8) и бутан (C4H10). Также могут присутствовать малые концентрации других углеводородов.

Основные области применения СУГ – сырье для нефтехимических производств, и в качестве автомобильного топлива.

Как правило, газ хранится в жидком виде под давлением или в охлажденном виде в стальных контейнерах, баллонах или резервуарах. Давление внутри резервуара будет зависеть от типа СУГ (бутан, пропан, смесь) и окружающей температуры.

Применение

• Газо-моторное топливо
• Пиролиз
• Коммунально-бытовое потребление
• Газофракционирование

Производители

• Тобольск-Нефтехим
• Уралоргсинтез

Документы

Пропан (C3Н8)

Пропан - органическое вещество класса алканов, с тремя атомами углерода (молекулярная формула C3H8). Компонент попутного нефтяного газа, производится СИБУРом в результате газопереработки ПНГ и последующего газофракционирования ШФЛУ. Как представитель углеводородных газов пожаро- и взрывоопасен, не имеет запаха.

Спецификация (Пропан марка А. Технические условия 0272-023-00151638-99):

Применение

• Газо-моторное топливо
• Коммунально-бытовое потребление
• Пиролиз
• В качестве хладагента

Производители

• Тобольск-Нефтехим
• Уралоргсинтез

Документы

Бутан нормальный (C4Н10)

Нормальный Бутан – органическое соединение класса алканов с четырьмя атомами углерода (формула C4H10). Компонент попутного нефтяного газа, производится СИБУРом в результате газопереработки ПНГ и последующего газофракционирования ШФЛУ. Как представитель углеводородных газов пожаро- и взрывоопасен, не имеет запаха.

Спецификация (Бутан Марка А. Технические условия 0272-026-00151638-99):

Применение

• Пиролиз
• В качестве сырья для получения бутиленов, 1,3-бутадиена, который является мономером для синтеза синтетических каучуков

Производители

• Тобольск-Нефтехим
• Уралоргсинтез

Документы

Изобутан (i-C4Н10)

Изобутан - углеводород класса алканов, изомер нормального бутана (формула i-C4H10). Компонент попутного нефтяного газа, производится СИБУРом в результате газопереработки ПНГ и последующего газофракционирования ШФЛУ. Как представитель углеводородных газов пожаро- и взрывоопасен, не имеет запаха.

Спецификация (Изобутан Марка A. Технические условия 0272-025-00151638-99):

Применение

• Сырье для производства изобутилена, изопрена, который является мономером для синтеза синтетических каучуков
• Алкилирование
• В качестве хладагента