Бутан |
---|
|
Хим. формула |
C4H10 |
Молярная масса |
58,12 г/моль |
Плотность |
газ (при 0 °C) 2,558 (нормальные условия) кг/м³[1]
жидкая фаза 0,6010 г/см³ |
Энергия ионизации |
10,63 эВ и 10,53 эВ[3] |
Температура |
• плавления |
−138,4 °C |
• кипения |
−0,5 °C |
• вспышки |
−76 ℉[2] и −60 °C[2] |
• самовоспламенения |
372 °C |
Пределы взрываемости |
1,6 об.% |
Энтальпия |
• сгорания |
124 МДж/м³
47,9 МДж/кг[1]
2778 кДж/моль |
Давление пара |
207 716,25 Па |
Растворимость |
• в воде |
6,1 мг в 100 мл |
Рег. номер CAS |
106-97-8 |
PubChem |
7843 |
Рег. номер EINECS |
203-448-7 |
SMILES |
|
InChI |
|
Кодекс Алиментариус |
E943a |
RTECS |
EJ4200000 |
ChEBI |
37808 |
Номер ООН |
1011 |
ChemSpider |
7555 |
Предельная концентрация |
300 мг/м³ |
NFPA 704 |
|
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное. |
Медиафайлы на Викискладе |
Бута́н (C4H10) — 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(CH3)3. Название происходит от корня «бут-» (французское название масляной кислоты — acide butyrique, от др.-греч. βούτῡρον, масло[4]) 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[5]. Вредно воздействует на нервную систему[6]. При использовании в токсикомании может вызывать сильное привыкание.
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, 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[7]). Может образовывать азеотропную смесь с водой при температуре около 100 °C и давлении 10 атм.
- Плотность жидкой фазы — 580 кг/м³[8]
- Плотность газовой фазы при нормальных условиях — 2,703 кг/м³.
- Теплота сгорания 45,8 МДж/кг (2657 кДж/моль (см.[9]).
Плотность бутана существенно зависит от температуры [10].
Нахождение и получение
![{\displaystyle {\ce {2C2H5COO- = 2CO2 + C4H10}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/797c45da93c360ff7b0f8a073f501f68cfb665df)
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 щёлочной экстракции меркаптанов из углеводородной фракции и последующей регенерации щёлочи 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. Температура кипения бутана −0,5 °C, значительно выше, чем у пропана (−42 °C), поэтому в чистом виде его можно использовать только в теплом климате. Иногда используются «зимние» и «летние» смеси с различным составом (в летних бутана до 50 %, в зимних — не больше 15 %). Теплота сгорания 1 кг — 45,7 МДж (12,72 кВт·ч).
![{\displaystyle {\mathsf {2C_{4}H_{10}+13O_{2}\rightarrow 8CO_{2}+10H_{2}O}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/13cafa7917613ccae75f41d54cbaecd1b2817740)
При недостатке кислорода образуется сажа, угарный газ или их смесь:
![{\displaystyle {\mathsf {2C_{4}H_{10}+5O_{2}\rightarrow 8C+10H_{2}O}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/0e5e75ad98792cbe8c0b581dcf7fe176892666eb)
![{\displaystyle {\mathsf {2C_{4}H_{10}+9O_{2}\rightarrow 8CO+10H_{2}O}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/7d5d4ef750fd22ef597c65ead7200d9987d80103)
Фирмой DuPont разработан метод получения малеинового ангидрида из н-бутана при каталитическом окислении:
![{\displaystyle {\mathsf {2C_{4}H_{10}+7O_{2}\rightarrow 2C_{4}H_{2}O_{3}+8H_{2}O}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/aefa1371ec3a4384d2aa7e29e0a97fe9af894887)
н-Бутан — сырьё для получения бутилена, 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, но бутан безопасен для окружающей среды, в отличие от фреоновых хладагентов.
В пищевой промышленности бутан зарегистрирован в качестве пищевой добавки E943a, а изобутан — E943b, как пропеллент.
Безопасность
Легковоспламеним. Пределы взрываемости 1,4—9,3 % в воздухе по объёму. ПДК в воздухе рабочей зоны — 300 мг/м³.
См. также
Примечания
- ↑ 1 2 Теплота сгорания метана, бутана и пропана (рус.). Авторский блог Алексея Зайцева. Дата обращения: 7 октября 2022. Архивировано 7 октября 2022 года.
- ↑ 1 2 PubChem (англ.)
- ↑ David R. Lide, Jr. Basic laboratory and industrial chemicals (англ.): A CRC quick reference handbook — CRC Press, 1993. — ISBN 978-0-8493-4498-5
- ↑ В свою очередь, др.-греч. βούτῡρον «масло» происходит от βοῦς «корова, вол» и τυρός «сыр».
- ↑ ГОСТ 20448-90. Газы углеводородные сжиженные топливные для коммунально-бытового потребления (неопр.). Дата обращения: 26 июня 2011. Архивировано 7 января 2012 года.
- ↑ Газохроматографическое измерение массовых концентраций углеводородов: метана, этана, этилена, пропана, пропилена, н-бутана, альфа-бутилена, изопентана в воздухе рабочей зоны. Методические указания. МУК 4.1.1306-03 (УТВ. ГЛАВНЫМ ГОСУДАРСТВЕННЫМ САНИТАРНЫМ ВРАЧОМ РФ 30.03.2003) (недоступная ссылка)
- ↑ Химическая энциклопедия Т1, М. 1988, стр. 331, Статья «Бутаны»
- ↑ Физико-химические свойства пропан-бутановой смеси (неопр.). Дата обращения: 11 августа 2012. Архивировано 1 октября 2012 года.
- ↑ бутан: физические и химические свойства (неопр.). www.chemport.ru. Дата обращения: 9 сентября 2019. Архивировано 13 сентября 2019 года.
- ↑ Oleksiy Zivenko. LPG ACCOUNTING SPECIFICITY DURING ITS STORAGE AND TRANSPORTATION (англ.) // Measuring Equipment and Metrology. — 2019. — Vol. 80, iss. 3. — P. 21–27. — ISSN 2617-846X 0368-6418, 2617-846X. — doi:10.23939/istcmtm2019.03.021.
Литература
Ссылки