Προπάνιο

Από τη Βικιπαίδεια, την ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια
Μετάβαση σε: πλοήγηση, αναζήτηση
Προπάνιο
Propane-2D-Skeletal.svg
Propan Lewis.svg
PropaneFull.png
Propane-3D-space-filling.png
Propane-3D-balls-B.png
Γενικά
Όνομα IUPAC Προπάνιο
Άλλες ονομασίες Μεθυλαιθάνιο
Διμεθυλομεθάνιο
Χημικά αναγνωριστικά
Χημικός τύπος C3H8
Μοριακή μάζα 44,1 amu
Σύντομος
συντακτικός τύπος
CH3CH2CH3
Συντομογραφίες PrH, EtMe
Αριθμός CAS 74-98-6
SMILES CCC
InChI 1/C3H8/c1-3-2/h3H2,1-2H3
Αριθμός RTECS TX2275000
Αριθμός UN 1978
PubChem CID 6334
ChemSpider ID 6094
Δομή
Μήκος δεσμού C-H: 108,7 pm
C-C: 153,51 pm
Είδος δεσμού C-H: ελαφρά πολωμένος ομοιοπολικός δεσμός
σ (1s-2sp3)
C-C: ομοιοπολικός δεσμός
σ (2sp3-2sp3)
Πόλωση δεσμού C-H: 3%
Γωνία δεσμού HCC: 111,17°
Μοριακή γεωμετρία τριτετραεδρική
Φυσικές ιδιότητες
Σημείο τήξης −187,6 °C
Σημείο βρασμού −42,09 °C
Κρίσιμη θερμοκρασία 96,672 °C
Κρίσιμη πίεση 41,9367382 atm
Πυκνότητα 2,0098 kg/m3 (αέριο στους 0 °C, 1013 mbar πίεση)
581,2 kg/m3 (υγρό στο σημείο βρασμού).
Διαλυτότητα
στο νερό
70 g/m3 (20 °C)
Τάση ατμών 10 atm (25,6 °C)
Εμφάνιση Άχρωμο και άοσμο αέριο
Χημικές ιδιότητες
Θερμότητα πλήρους
καύσης
2.200 kJ/mole
Ελάχιστη θερμοκρασία
ανάφλεξης
-135 °C
Σημείο αυτανάφλεξης 472 °C
Επικινδυνότητα
Hazard F.svg
Εξαιρετικά εύφλεκτο (F+)
Φράσεις κινδύνου R12
Φράσεις ασφαλείας (S2), S9, S16, S33
Κίνδυνοι κατά
NFPA 704
NFPA 704.svg
4
1
0
Η κατάσταση αναφοράς είναι η πρότυπη κατάσταση (25°C, 1 Atm)
εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά
Commons logo
Τα Wikimedia Commons έχουν πολυμέσα σχετικά με το θέμα
Κύλινδρος υγραερίου, δηλαδή κυρίως προπανίου, των 9,1 χιλιογράμμων.

Propane flame contours-en.svg

Πυρομετρία φλόγας προπανίου χρησιμοποιώντας λεπτό ταχυμετρικό νήμα. Κόκκινο: > 1.480°C. Πορτοκαλί: 1.430-1.480°C. Κίτρινο: 1.330-1.430°C. Πράσινο: 1.080-1330°C. Κυπαρισσί: 830-1.080°C. Μπλε: 602-830°C. Βιολετί: 477-602°C.
Οικιακό χαλύβδινο δοχείο συμπίεσης για αποθήκευση προπανίου, σχεδίαση της δεκαετίας του 1980, με μανόμετρο.

.

Ένα όχημα διανομής προπανίου (πίσω από το φορτηγάκι).
Πρατήριο πώλησης προπανίου στις ΗΠΑ.

Το προπάνιο[1] είναι μια οργανική ένωση, που περιέχει άνθρακα και υδρογόνο, με χημικό τύπο C3H8, που αναπτύσσεται συχνά στο σύντομο συντακτικό του τύπο, δηλαδή CH3CH2CH3. Ειδικότερα, είναι ένα αλκάνιο με 3 άτομα άνθρακα ανά μόριο. To καθαρό προπάνιο, στις «συνηθισμένες συνθήκες», δηλαδή σε θερμοκρασία 25°C και υπό πίεση 1 atm, είναι ένα αέριο, αλλά επειδή η κρίσιμη θερμοκρασία του είναι 96,672°C, δηλαδή μεγαλύτερη από τις συνηθισμένες θερμοκρασίες, μεταφέρεται και χρησιμοποιείται υγροποιημένο με συμπίεση, σε ειδικές φιάλες. Είναι ένα παραπροϊόν του φυσικού αερίου (ως 5%) και της διύλισης του αργού πετρελαίου. Χρησιμοποιείται συχνά ως καύσιμο για κινητήρες εσωτερικής καύσης, συσκευές φλόγας οξυγόνου - αερίου, ψησταριές, φορητές εστίες, κεντρικές θερμάνσεις και αερόστατα θερμού αέρα. Το προπάνιο είναι ένα από τα συστατικά του υγραερίου, που μπορεί να περιέχει επίσης βουτάνιο, μεθυλοπροπάνιο, προπένιο, βουτένια και βουταδιένια. Αν το υγραέριο περιέχει πολύ προπένιο δεν είναι κατάλληλο για καύσιμο οχημάτων. Συνήθως χρησιμοποιείται η ένδειξη «HD-5» για να πιστοποιήσει ότι το υγραέριο έχει μέγιστη συγκέντρωση προπενίου 5%. Όλα τα υγραέρια πρέπει να περιέχουν έναν (τουλάχιστον) οσμοθέτη, συνήθως αιθανοθειόλη, ώστε από την οσμή οι άνθρωποι να μπορούν να εντοπίσουν εύκολα μια τυχούσα διαρροή.

Πίνακας περιεχομένων

Ονοματολογία[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Η ονομασία «προπάνιο» προέρχεται από την ονοματολογία κατά IUPAC. Συγκεκριμένα, το πρόθεμα «προπ-» δηλώνει την παρουσία τριών (3) ατόμων άνθρακα ανά μόριο της ένωσης, το ενδιάμεσο «-αν-» δείχνει την παρουσία μόνο απλών δεσμών μεταξύ ατόμων άνθρακα στο μόριο και η κατάληξη «-ιο» φανερώνει ότι δεν περιέχει χαρακτηριστικές ομάδες με χαρακτηριστικές καταλήξεις, δηλαδή ότι είναι ένας υδρογονάνθρακας, αφού η ονομασία δεν αναφέρει χαρακτηριστικές ομάδες ούτε ως προθέματα.

Ιστορία[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το προπάνιο ταυτοποιήθηκε αρχικά ως ένα πτητικό συστατικό της βενζίνης από τον Δρ. Γουάλτερ Ο. Σνέλλινγκ της Υπηρεσίας Ορυχείων των ΗΠΑ (U.S. Bureau of Mines) το 1910. Η πτητικότητα αυτών των ελαφρύτερων υδρογονανθράκων οδήγησε στο να είναι γνωστοί ως «άγριοι» (wild), εξαιτίας της μεγάλης τάσης ατμών της αδιύλιστης βενζίνης. Συγκεκριμένα, στις 31 Μαρτίου του 1910 οι New York Times δημοσίευσαν την εργασία του Δρ. Σνέλλινγκ για το υγροποιημένο αέριο (υγραέριο) με την παρακάτω έκφρση (σε απόδωση στα Ελληνικά): «... μια χαλύβδινη φιάλη θα μεταφέρει αρκετό (υγραέριο) για ένα συνηθισμένο σπίτι για τρεις εβδομάδες.»[2].

Κατά την ίδια περίοδο ο Δρ. Σνέλλιγκ, σε συνεργασία με τους Φρανκ Πέτερσον, Τσάστερ Κερρ και Άρθουρ Κερρ, βρήκαν τρόπους για να υγροποιήσουν τα υγραέρια κατά τη διύλιση της φυσικής βενζίνης. Μαζί ίδρυσαν την American Gasol Co, την πρώτη εταιρία που έβγαλε στην αγορά το προπάνιο. Ο Δρ. Σνέλλιγκ παρήγαγε καθαρό προπάνιο το 1911 και στις 25 Μαρτίου 1913 κατωχύρωσε τη σχετική πατέντα #1,056,845[3]. Μια διαφορετική μέθοδος παραγωγής υγραερίου μέσω συμπίεσης δημιουργήθηκε από τον Φρανκ Πέτερσον και κατωχυρώθηκε υο 1912.

Η ετήσια παραγωγή υγραερίου αυξήθηκε, από 844.147 λίτρα το 1922, σε 3.785.412 λίτρα το 1927 και έπειτα σε 211.983.060 λίτρα το 1935. Μεγάλες βιομηχανινές εξελίξεις από τη δεκαετία του 1930, όπως τα οχήματα και βαγόνια μεταφοράς υγραερίου, και η κατασκευή συσκευών τοπικής γέμισης φιαλών, διευκόλυναν ακόμη περισσότερο τη μεταφορά και τη χρήση του καυσίμου. Το 1945 η ετήσια παραγωγή υγραερίου έφτασε το 3.785.411.784 λίτρα. Το 1947 το 62% των οικιών στις ΗΠΑ ήταν εφοδιασμένες με εστίες μαγειρέματος που χρησιμοποιούσαν φυσικό αέριο ή προπάνιο[3].

Το 1950 3.785 λίτρα παραγκέλθηκαν από τη Chicago Transit Authority προπανιοκίνητα λεωφορεία και από το 1958 οι ετήσιες πωλήσεις υγραερίου στις ΗΠΑ (μόνο) έφτασαν τα 26.497.882.488 λίτρα. Το 2004 η βιομηχανία υγραερίου στις ΗΠΑ έφτασε τις ετήσιες πωλήσεις υγραερίου στο ύψος πάνω από 56.781.176.760 λίτρα, αξίας 8-10 δις δολλαρίων[4].

Η ρίζα «προπ-» στην ονομασία της ένωσης προπάνιο, που χρησιμοποιείται γενικά, από τη συστηματική κατά IUPAC ονομασία, για να ονομάσει και άλλες ενώσεις με τριμελή ανθρακική αλυσίδα, προέρχεται από τη λέξη «προπιονικό οξύ» (μη συστηματικό όνομα του προπανικού οξέος, του καρβοξυλικού οξέος με επίσης τριμελή ανθρακική αλυσίδα)[5].

Δομή[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το μόριό του αποτελείται από τρία (3) άτομα άνθρακα (δύο (2) πρωτοταγή[6] και ένα (1) δευτεροταγές[7]) και οκτώ (8) άτομα υδρογόνου. Δομικά, το κάθε ακραίο άτομο άνθρακα βρίσκεται στο κέντρο ενός τετραέδρου και τα τρία (3) άτομα υδρογόνου και το έτερο άτομο άνθρακα στις κορυφές του. Για το κεντρικό άτομο άνθρακα, η διαφορά είναι ότι είναι συνδεμένο με δύο (2) άτομα υδρογόνου και δύο (2) άτομα άνθρακα Οι δεσμοί C-H που σχηματίζονται είναι ελαφρά πολωμένοι (~3%) ομοιοπολικοί τύπου σ (2sp3-1s), με μήκος 108,7 pm. Οι δεσμοί C-C είναι ομοιοπολικοί τύπου σ (2sp3-2sp3), με μήκος 154 pm. Οι δε γωνίες \mathrm{\widehat{H C H}} είναι περίπου 109° 28΄.

Δεσμοί[8]
Δεσμός τύπος δεσμού ηλεκτρονική δομή Μήκος δεσμού Ιονισμός
C-H σ 2sp3-1s 108,7 pm 3% C- H+
C-C σ 2sp3-2sp3 153,51 pm
Κατανομή φορτίων
σε ουδέτερο μόριο
C#1,#3 -0,09
C#2 -0,06
H +0,03

Παραγωγή[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Απομόνωση από φυσικές και βιομηχανικές πηγές[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το προπάνιο παράγεται ως ένα παραπροϊόν τριών (3) πετροχημικών διεργασιών:

  1. Επεξεργασία φυσικού αερίου, που περιέχει ως 5% προπάνιο. Η διεργασία προβλέπει την αφαίρεση από το φυσικό αέριο βουτανίου, προπανίου και μεγάλων ποσοτήτων αιθανίου, και για ξεχωριστή χρήση, αλλά και για να αποφευχθεί τυχόν συμπύκνωση τέτοιων αερίων (δυσκολεύοντας τη ροή των υπολοίπων), στους αγωγούς φυσικού αερίου.
  2. Διύλιση αργού πετρελαίου, στο κλάσμα των υγραερίων.
  3. Πυρόλυση βαρύτερων κλασμάτων πετρελαίου, ορυκτελαίων και ανακυκλωμένων πολυμερών, με κύριο στόχο - προϊόν το αιθένιο.

Ωστόσο, η παραγωγή προπανίου δεν ικανοποιεί εύκολα την ολοένα αυξανόμενη ζήτησή του. Στις ΗΠΑ περίπου το 90% του προπανίου που καταναλώνεται καλύπτεται από εγχώριες πηγές, το 7% από τον Καναδά, μέσω αγωγών ή σιδηροδρομικώς και το υπόλοιπο 3% μεταφέρεται υγροποιημένο με υπερωκεάνια πλοία.

Μετά την παραγωγή του, το Βορειοαμερικανικής προέλευσης προπάνιο αποθηκεύεται σε τεράστια (πρώην) αλατωρυχεία στο Fort Saskatchewan της Αλβέρτα, στο Mont Belvieu του Τέξας και στο Conway του Κάνσας. Αυτά τα αλατωρυχεία εγκαταταλείφθηκαν από τη δεκαετία του 1940[9] και μπορούν να αποθηκεύσουν πάνω από 80.000.000 βαρέλια προπανίου. Όταν το αποθηκευμένο προπάνιο ζητηθεί αποστέλεται με αγωγούς, σιδηροδρομικώς ή και οδικώς στις περιοχές των ΗΠΑ που το χρειάζονται[10].

Σύνθεση από πρώτες ύλες με μικρότερη ανθρακική αλυσίδα[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

1. Με αντίδραση αιθυλολιθίου (CH3CH2Li) και μεθυλοαλογονιδίου (CH3X) ή αιθυλοαλογονιδίου (CH3CH2Χ) και μεθυλολιθίου (CH3Li)[11]:

\mathrm{CH_3CH_2X + 2Li \xrightarrow{|Et_2O|} CH_3CH_2Li+ LiX} [12]

\mathrm{CH_3CH_2Li + CH_3X \xrightarrow{} CH_3CH_2CH_3 + LiX}
ή

\mathrm{CH_3X + 2Li \xrightarrow{|Et_2O|} CH_3Li+ LiX} [12]

\mathrm{CH_3CH_2X + CH_3Li \xrightarrow{} CH_3CH_2CH_3 + LiX}

2. Με αντίδραση Würtz, αλλά είναι ασύμφορη γιατί παράγεται μίγμα[13]:


\mathrm{3CH_3X + 3CH_3CH_2X + 6 Na \xrightarrow{} CH_3CH_3 + CH_3CH_2CH_3 + CH_3CH_2CH_2CH_3 + 6NaX}

3. Με παρεμβολή μεθυλενίου ([:CH2]) σε αιθάνιο (CH3CH3)[14]:

\mathrm{CH_3CH_3 + CH_3Cl + KOH \xrightarrow{} CH_3CH_2CH_3 + KCl + H_2O}

Σύνθεση χωρίς αλλαγή μήκους ανθρακικής αλυσίδας[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Από 1-αλοπροπάνιο ή 2-αλοπροπάνιο[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

1. Με αναγωγή 1-αλοπροπάνιου ή 2-αλοπροπάνιου από «υδρογόνο εν τω γεννάσθαι», δηλαδή μέταλλο + οξύ[15]:

\mathrm{CH_3CH_2CH_2X + Zn + HX  \xrightarrow{} CH_3CH_2CH_3 + ZnX_2}
ή
\mathrm{CH_3CHXCH_3 + Zn + HX  \xrightarrow{} CH_3CH_2CH_3 + ZnX_2}

2. Με αναγωγή 1-αλοπροπάνιου ή 2-αλοπροπάνιου από LiAlH4 ή NaBH4[16]:

\mathrm{4CH_3CH_2CH_2X + LiAlH_4 \xrightarrow{} 4CH_3CH_2CH_3 + AlX_3 + LiX}
ή
\mathrm{4CH_3CHXCH_3 + LiAlH_4 \xrightarrow{} 4CH_3CH_2CH_3 + AlX_3 + LiX}

3 Με αναγωγή 1-ιωδοπροπάνιου (CH3CH2CH2I) ή 2-ιωδοπροπάνιου (CH3CHICH3) από υδροϊώδιο (HI)[17]:

\mathrm{CH_3CH_2CH_2I + HI \xrightarrow{} CH_3CH_2CH_3 + I_2}
ή
\mathrm{CH_3CHICH_3 + HI \xrightarrow{} CH_3CH_2CH_3 + I_2}

4. Με αναγωγή 1-αλοπροπάνιου ή 2-αλοπροπάνιου από σιλάνιο, παρουσία τριφθοριούχου βορίου παράγεται προπάνιo[18]:


\mathrm{CH_3CH_2CH_2X + SiH_4 \xrightarrow{BF_3} CH_3CH_2CH_3 + SiH_3X}
ή

\mathrm{CH_3CHXCH_3 + SiH_4 \xrightarrow{BF_3} CH_3CH_2CH_3 + SiH_3X}

5. Αναγωγή 1-αλοπροπάνιου ή 2-αλοπροπάνιου από ένα αλκυλοκασσιτεράνιο. Π.χ.[19]:

\mathrm{CH_3CH_2CH_2X + RSnH_3 \xrightarrow{} CH_3CH_2CH_3 + RSnH_2X}
ή
\mathrm{CH_3CHXCH_3 + RSnH_3 \xrightarrow{} CH_3CH_2CH_3 + RSnH_2X}

6. Με 1-αλοπροπάνιου ή 2-αλοπροπάνιου από μέταλλα και στη συνέχεια υδρόλυση των παραγόμενων οργανομεταλλικών ενώσεων:

1. Με χρήση λιθίου (Li)[20]:

\mathrm{CH_3CH_2CH_2X + 2Li \xrightarrow[-10^oC]{|Et_2O|} CH_3CH_2CH_2Li+ LiX}[21]
\mathrm{CH_3CH_2CH_2Li + H_2O \xrightarrow{} CH_3CH_2CH_3 + LiOH}
ή
\mathrm{CH_3CHXCH_3 + 2Li \xrightarrow[-10^oC]{|Et_2O|} CH_3CHLiCH_3i+ LiX}
\mathrm{CH_3CHLiCH_3 + H_2O \xrightarrow{} CH_3CH_2CH_3 + LiOH}

2. Με χρήση μαγνησίου (Mg)[22]:

 \mathrm{CH_3CH_2CH_2X + Mg \xrightarrow{|Et_2O|} CH_3CH_2CH_2MgX}[23]
 \mathrm{CH_3CH_2CH_2MgX + H_2O \xrightarrow{} CH_3CH_2CH_3 + Mg(OH)X}
ή
 \mathrm{CH_3CHXCH_3 + Mg \xrightarrow{|Et_2O|} CH_3CH(MgX)CH_3}
 \mathrm{CH_3CH(MgX)CH_3 + H_2O \xrightarrow{} CH_3CH_2CH_3 + Mg(OH)X}

Με υδρογόνωση ακόρεστων υδρογονανθράκων[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

1. προπενίου (CH3CH=CH2)[24]

 \mathrm{CH_3CH_2=CH_2 + H_2 \xrightarrow{Ni} CH_3CH_2CH_3}

2. προπινίου (CH3C ≡ CH) [25]:

 \mathrm{CH_3C \equiv CH + 2H_2 \xrightarrow{Ni} CH_3CH_2CH_3}

3. προπαδιενίου (CH2=C=CH2)[24]:

 \mathrm{CH_2=C=CH_2 + 2H_2 \xrightarrow{Ni} CH_3CH_2CH_3}

4. κυκλοπροπανίου (κυκλοπροπάνιο)[26]:

κυκλοπροπάνιο \mathrm{+ H_2 \xrightarrow{Pt} CH_3CH_2CH_3}

Με αναγωγή οξυγονούχων ενώσεων[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

1. Με αναγωγή προπανάλης (CH3CH2CHO) - Αντίδραση Wölf-Kishner[27]

\mathrm{CH_3CH_2CHO + NH_2NH_2 \xrightarrow{KOH} CH_3CH_2CH_3 + N_2 + H_2O}

2. Με αναγωγή προπανόνης (CH3COCH3)- Αντίδραση Clemmensen [28]

\mathrm{CH_3COCH_3 + 2Zn + 2HCl \xrightarrow{} CH_3CH_2CH_3 + ZnCl_2 + ZnO}

Με αναγωγή θειούχων ενώσεων[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

1. Με αναγωγή των κατάλληλων θειολών μπορεί να παραχθεί προπάνιο. Π.χ. από την αναγωγή της 1-προπανοθειόλης (μέθοδος Raney)[29]:

\mathrm{CH_3CH_2CH_2SH + H_2 \xrightarrow{Ni} CH_3CH_2CH_3  + H_2S}

2. Με αναγωγή των κατάλληλων θειεστέρων μπορεί να παραχθεί προπάνιο. Π.χ. από την αναγωγή του διπροπυλοθειαιθέρα (μέθοδος Raney)[30]:

\mathrm{CH_3CH_2CH_2SCH_2CH_2CH_3 + 2H_2 \xrightarrow{Ni} 2CH_3CH_2CH_3  + H_2S}

Σύνθεση με αντιδράσεις αποσύνθεσης, δηλαδή με μείωση του μήκους της ανθρακικής αλυσίδας[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

\mathrm{CH_3CH_2CH_2COOH + NaOH \xrightarrow{\triangle} CH_3CH_2CH_3 + NaOH + CO_2}
ή
\mathrm{(CH_3)_2CHCOOH + NaOH \xrightarrow{\triangle} CH_3CH_2CH_3 + NaOH + CO_2}

Χημικές ιδιότητες και παράγωγα[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Οξείδωση με οξυγόνο[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Καύση[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Κατά την τέλεια καύση: Αντιδρά με οξυγόνο και καίγεται παράγοντας γαλαζωπή φλόγα υψηλής θερμοκρασίας[32]:

\mathrm{C_3H_8 + 5O_2 \xrightarrow{600^oC} 3CO_2 + 4H_2O + 2200 kJ}

  • Αν και η αντίδραση είναι μια έντονα εξώθερμη δεν συμβαίνει σε μέτριες θερμοκρασίες, γιατί για την έναρξή της πρέπει να υπερπηδηθεί πρώτα το εμπόδιο της διάσπασης των δεσμών C-C[33], των δεσμών C-H[34] και των δεσμών (Ο=Ο)[35] του O2.

Αντίθετα από το φυσικό αέριο, το προπάνιο είναι βαρύτερο από τον ατμοσφαιρικό αέρα (για την ακρίβεια είναι 1,5 φορά πυκνότερο). Όταν απελευθερώνεται στην ατμόσφαιρα, λοιπόν, βυθίζεται και συσσωρεύεται κοντά στο έδαφος. Το υγρό προπάνιο εξαερώνεται υπό τη (συνήθη) ατμοσφαιρική πίεση και παρουσιάζεται (ενίοτε) λευκό, υπό την επίδραση της υγρασίας του αέρα.

Αν καεί τέλεια, παράγει περίπου 50 MJ/kg ή 91 MJ/m3[36].

Στην πράξη όμως, εξαιτίας προσμίξεων και ατελειών στις συσκευές καύσης παράγονται (κατά μέσο όρο) 46,44 MJ/kg[37]. Στην περίπτωση αυτή, η στοιχειομετρική εξίσωση της αντίδρασης (μερικής) καύσης προσεγγίζει την ακόλουθη:

\mathrm{2C_3H_8 + 7O_2 \xrightarrow{} 2CO_2 + 2CO + 2C + 8H_2O}

Η καύση του προπανίου είναι πολύ καθαρότερη (και οικολογικότερη) από αυτήν της βενζίνης ή του πετρελαίου, αλλά όχι από αυτήν του φυσικού αερίου. Η παρουσία δεσμών C-C, και επιπλέον των διπλών δεσμών προπενίου και βουτενίου (ως προσμίξεις σε εμπορικές συσκευασίες), συχνά παράγουν και διάφορα άλλα οργανικά παράγωγα εκτός από το διοξείδιο του άνθρακα και τους υδρατμούς, που προβλέπονται για την τέλεια καύση του. Γι' αυτό άλλωστε η φλόγα της καύσης προπανίου είναι (συνήθως) και πιο ορατή απ' όσο προβλέται για την τέλεια καύση.

Οι εκπομπές αερίων του φαινομένου του θερμοκηπίου για το προπάνιο είναι 1,55 kg CO2/GJ θερμικής ενέργειας.

Παραγωγή υδραερίου[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

\mathrm{C_3H_8 + 3H_2O \xrightarrow[700-1100^oC]{Ni} 3CO + 7H_2}

Καταλυτική οξυγόνωση[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Παράγεται (κυρίως) προπανόνη:

\mathrm{C_3H_8 + O_2 \xrightarrow[\triangle]{Cu} CH_3COCH_3 + H_2O}

Αντίδραση με διοξιράνιο[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το προπάνιο οξειδώνεται από το διοξιράνιο, παράγοντας (κυρίως) προπανόνη:

Dioxirane.svg \mathrm{+ C_3H_8 \xrightarrow{} CH_3COCH_3 + HCHO}

Αλογόνωση[38][Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Φωτοχημική αλογόνωση[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

\mathrm{CH_3CH_2CH_3 + X_2 \xrightarrow[\triangle]{UV} xCH_3CH_2CH_2X + (1-x)CH_3CHXCH_3 + HX}

  • Δραστικότητα των X2: F2 > Cl2 > Br2 > Ι2.
  • όπου 0<x<1 διαφέρει ανάλογα με το αλογόνο:
  • Τα F και Cl είναι πιο δραστικά και λιγότερο εκλεκτικά. Η αναλογία των προπυλαλογονιδίων τους εξαρτάται κυρίως από τη στατιστική αναλογία των προς αντικατάσταση ατόμων H. Ειδικά για το χλώριο θα έχουμε:
Δηλαδή το μίγμα που προκύπτει είναι: 44% 1-χλωροπροπάνιο και 56% 2-χλωροπροπάνιο[39].
  • Τα Br και I είναι πιο εκλεκτικά και λιγότερο δραστικά. Η αναλογία των προπυλαλογονιδίων μεταβάλλεται προς όφελος του ισοπροπυλαλογονιδίου. Ειδικά για το βρώμιο θα έχουμε:
Δηλαδή το μίγμα που προκύπτει είναι: 3,5% 1-βρωμοπροπάνιο και 96,5% 2-βρωμοπροπάνιο[39].
Ανάλυση του μηχανισμού της χλωρίωσης του CH3CH2CH3:
1. Έναρξη: Παράγονται ελεύθερες ρίζες.

\mathrm{Cl_2 \xrightarrow[\triangle]{UV} 2Cl^\bullet - 239 kJ}

  • Η απαιτούμενη ενέργεια προέρχεται από το υπεριώδες φως (UV) ή θερμότητα (Δ).
2. Διάδοση: Καταναλώνονται οι παλιές ελεύθερες ρίζες, σχηματίζοντας νέες.

\mathrm{CH_3CH_2CH_3 + Cl^\bullet \xrightarrow{} 0,44CH_3CH_2CH_2^\bullet + 0,56CH_3CH^\bullet CH_3 + HCl + 14 kJ}  [40]
\mathrm{CH_3CH_2CH_2^\bullet + Cl_2 \xrightarrow{} CH_3CH_2CH_2Cl + Cl^\bullet + 100 kJ}
\mathrm{CH_3CH^\bullet CH_3 + Cl_2 \xrightarrow{} CH_3CHClCH_3 + Cl^\bullet + 100 kJ}

3. Τερματισμός: Καταναλώνονται μεταξύ τους οι ελεύθερες ρίζες, κατά τη στατιστικά σπάνια περίπτωση της συνάντησής τους.

 \mathrm{2Cl^\bullet \xrightarrow{} Cl_2 + 239 kJ}
 \mathrm{CH_3CH_2CH_2^\bullet + Cl^\bullet \xrightarrow{} CH_3CH_2CH_2Cl + 339 kJ}
 \mathrm{CH_3CH^\bullet CH_3 + Cl^\bullet \xrightarrow{} CH_3CHClCH_3 + 339 kJ}
 \mathrm{2CH_3CH_2CH_2^\bullet \xrightarrow{} CH_3CH_2CH_2CH_2CH_2CH_3 + 347 kJ}
 \mathrm{2CH_3CH^\bullet CH_3 \xrightarrow{} (CH_3)_2CHCH(CH_3)_2 + 347 kJ}

  • Είναι όμως πρακτικά δύσκολο να σταματήσει η αντίδραση στην παραγωγή CH3CH2CH2X κσι CH3CHXCH3. Αν χρησιμοποιηθούν ισομοριακές ποσότητες CH3CH2CH3 και Χ2 θα παραχθεί μίγμα όλων των X-παραγώγων του CH3CH2CH3. Αν όμως χρησιμοποιηθει περίσσεια CH3CH2CH3, τότε η απόδοση των μονοπαραγώγων αυξάνεται πολύ, λόγω της αύξησης της στατιστική πιθανότητας συνάντησης CH3CH2CH3 με X. σε σχέση με την πιθανότητα συνάντησης μονοπαραγώγου και X., που μπορεί να οδηγήσει στην παραγωγή των υπόλοιπων X-παραγώγων.

Περιφθορίωση[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το προπάνιο αντιδρά με το τριφθοριούχο κοβάλτιο, αντικαθιστώντας όλα τα άτομα υδρογόνου με άτομα φθορίου, παράγοντας έτσι οκταφθοροπροπάνιο[41]:

\mathrm{C_3H_8 + 8CoF_3 \xrightarrow{} C_3F_8 + 8HF + 8CoF_2}

Παρεμβολή καρβενίων[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

\mathrm{CH_3CH_2CH_3 + CH_3Cl + KOH \xrightarrow{} \frac{3}{4} CH_3CH_2CH_2CH_3 + \frac{1}{4} CH_3CH(CH_3)_2 + KCl + H_2O}

  • Η αντίδραση είναι ελάχιστα εκλεκτική και αυτό σημαίνει ότι κατά προσέγγιση έχουμε;
1. Παρεμβολή στους έξι (6) δεσμούς CH2-H. Παράγεται βουτάνιο.
2. Παρεμβολή στους δυο (2) δεσμούς CH-H: 2. Παράγεται μεθυλοπροπάνιο.

Προκύπτει επομένως μίγμα βουτανίου ~75% και μεθυλοπροπάνιου ~25%.

Νίτρωση[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

\mathrm{CH_3CH_2CH_3 + HNO_3  \xrightarrow{\triangle} aCH_3CH_2CH_2NO_2 + bCH_3CH(NO_2)CH_3 + H_2O}

όπου 0<a,b<1, a + b = 1.


Καταλυτική αφυδρογόνωση[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το κύριο προϊόν καταλυτικής αφυδρογόνωσης προπτανίου είναι το προπένιο:

\mathrm{CH_3CH_2CH_3 \xrightarrow[Pd, Pt]{\triangle} CH_3CH=CH_2 + H_2}

Χρήσεις[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

  1. Ως καύσιμο, με τη μορφή υγραερίου.
  2. Ως πρώτη ύλη διάφορων παραγώγων.

Κίνδυνοι από τη χρήση και πρακτικές αποθήκευσης αερίων καυσίμων[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το προπάνιο είναι πυκνότερο από τον ατμοσφαιρικό αέρα. Αν υπάρξει μια διαρροή προπανίου, το αέριο έχει την τάση να βυθιστεί σε κάθε κλειστό χώρο και έτσι δημιουργεί έναν κίνδυνο για έκρηξη και πυρκαγιά. Ένα τυπικό σενάριο ενός κυλίνδρου αποθήκευσης με διαρροή είναι βασικό. Η διαρροή προπανίου «έρπει» κατά μήκος του πατώματος και οδηγείται σε κάποια εστία, με αποτέλεσμα μια έκρηξη ή και πυρκαγιά. Ατρή η ιδιότητα κάνει το προπάνιο γενικά ακατάλληλο ως καύσιμο σε σκάφη.

Το προπάνιο αγοράζεται και αποθηκεύεται σε μια υγρή μορφή, δηλαδή ως υγραέριο (liquid Petrol Gas, LPG). Έτσι σημαντική καύσιμη ενέργεια μπορεί να αποθηκευθεί σε σχετικά μικρό χώρο. Το συμπιεσμένο φυσικό αέριο (Compressed Natural Gas, CNG), που είναι κυρίως μεθάνιο, είναι ένα άλλο αέριο καύσιμο, αλλά δεν μπορεί να υγροποιηθεί με τη συμπίεση, στις συνηθισμένες θερμοκρασίες, γενικά δηλαδή σε όλες τις θερμοκρασίες που είναι πάνω από την κρίσιμη θερμοκρασία του. Ως ένα αέριο, απαιτεί πολύ υψηλή πίεση για να αποθηκευθεί σε χρήσιμες ποσότητες. Αυτό δημιουργεί τον κίνδυνο, σε περίπτωση ατυχήματος δηλαδή, όπως σε κάθε κύλινδρο συμπισμένου αερίου, ένας κύλινδρος με συμπιεσμένο φυσικό αέριο μπορεί να εκραγεί με μεγάλη δύναμη, ή να έχει μια αρκετά γρήγορη διαρροή ώστε να μετατραπει σε ένα αυτοπροωθούμενο βλήμα. Για όλους αυτούς τους λόγους, το συμπιεσμένο φυσικό αέριο είναι πολύ λιγότερο αποτελεσματικό στην αποθήκευση, αφού απαιτεί μεγάλο κύλινδρο, που καταλαμβάνει σχετικά μεγάλο χώρο. Ένα εναλλακτικό μέσο αποθήκευσης φυσικού αερίου είναι ως ένα κρυογενικό υγρό σε ένα μονωμένο δοχείο υγροποιημένου φυσικού αερίου (Liquefied Natural Gas, LNG). Σε αυτήν τη μορφή αποθήκευσης σε χαμηλή πίεση η αποτελεσματικότητα αποθήκευσης είναι περίπου 3,5 φορές μεγαλύτερη από ότι η αποτελεσματικότητα αποθήκευσης του συμπιεσμένου φυσικού αερίου. Αντίθετα από το προπάνιο, αν υπάρξει μια διαρροή φυσικού αερίου, αυτό θα διαχυθεί χωρίς πρόβλημα στον αέρα, γιατί το φυσικό αέριο είναι ελαφρύτερο από τον ατμοσφαιρικό αέρα. Το προπάνιο χρησιμοποιείται πολύ συχνότερα ως καύσιμο οχημάτων από το φυσικό αέριο, γιατί ο εξοπλισμός που απαιτεί η χρήση του στοιχίζει λιγότερο. Το προπάνιο απαιτεί 1.220 kPa πίεσης για να διατηρηθεί υγρό στη θερμοκρασία των 37,8 °C[44].

Το προπάνιο είναι μη τοξικό, αλλά μπορεί να προκαλέσει ασφυξία, λόγω εκτοπισμού, από αυτό, του (ελαφρύτερου) οξυγόνου. Οι εμπορικές συσκευασίες προπανίου, περιέχουν και άλλους (συχνά βαρύτερους) υδρογονάνθρακες, που μπορεί να αυξήσουν τον κίνδυνο (της ασφυξίας). Επίσης, η απότομη εκτόνωση υγρού προπανίου προκαλεί ψύξη του περιβάλλοντος χώρου, που είναι δυνατό να προκαλέσει ελαφρά κρυοπαγήματα.

Πηγές[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

  • Γ. Βάρβογλη, Ν. Αλεξάνδρου, Οργανική Χημεία, Αθήνα 1972
  • Α. Βάρβογλη, «Χημεία Οργανικών Ενώσεων», παρατηρητής, Θεσσαλονίκη 1991
  • SCHAUM'S OUTLINE SERIES, ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ, Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999
  • Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982
  • Μερικές από τις ενέργειες αντιδράσεων υπολογίστηκαν με χρήση κατάλληλου λογισμικού. Θα διασταυρωθούν και βιβλιογραφικά το συντομότερο για μεγαλύτερη ακρίβεια.

Aναφορές και σημειώσεις[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

  1. Για εναλλακτικές ονομασίες δείτε τον πίνακα πληροφοριών.
  2. GAS PLANT IN STEEL BOTTLE.; Dr. Snelling's Process Gives Month's Supply in Liquid Form.". The New York Times. April 1, 1912. p. 9. Retrieved 2007-12-22.
  3. 3,0 3,1 National Propane Gas Association. "The History of Propane". Retrieved 2007-12-22.
  4. Propane Education and Research Council. "Fact Sheet – The History of Propane". Retrieved 2007-12-22.
  5. "Online Etymology Dictionary entry for propane". Etymonline.com. Retrieved 2010-10-29.
  6. Άτομο C ενωμένο με ένα (1) άλλο άτομο C.
  7. Άτομο C ενωμένο με δύο (2) άλλα άτομα C.
  8. Τα δεδομένα προέρχονται εν μέρει από το «Table of periodic properties of thw Ellements», Sagrent-Welch Scientidic Company και Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, Σελ. 34.
  9. Argonne National Laborator (1999). "Salt Cavern Information Center". Retrieved 2007-12-22.
  10. Propane Education and Research Council. "History of Propane". Retrieved 22 May 2012.
  11. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 187, §7.3.5
  12. 12,0 12,1 όπου |Εt2Ο| : άνυδρος διαιθυλαιθέρας
  13. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 152, §6.2.2β, R = CH3, R' = CH3CH2
  14. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 152, §6.6.3, R = CH3CH2
  15. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 152, §6.2.1β., με R = CH3CH2CH2 ή (CH3)2CH
  16. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, §6.2.1α., με R = CH3CH2CH2 ή (CH3)2CH
  17. Α. Βάρβογλη, «Χημεία Οργανικών Ενώσεων», παρατηρητής, Θεσσαλονίκη 1991, σελ.14, §1.1
  18. Α. Βάρβογλη, «Χημεία Οργανικών Ενώσεων», παρατηρητής, Θεσσαλονίκη 1991, σελ. 291-293, §19.1.
  19. SCHAUM'S OUTLINE SERIES, ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ, Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999, Σελ. 42, §4.3.
  20. Α. Βάρβογλη, «Χημεία Οργανικών Ενώσεων», παρατηρητής, Θεσσαλονίκη 1991, σελ.80-82, §5.1-5.2
  21. όπου |Εt2Ο| : άνυδρος διαιθυλαιθέρας
  22. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 152, §6.2.4α., με R = CH3CH2CH2 ή (CH3)2CH
  23. αντιδρασήριο Grignard
  24. 24,0 24,1 Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 152, §6.2.5.
  25. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 158, §6.9.4α.
  26. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 160, §6.11.1
  27. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 152, §6.7.6β.
  28. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 152, §6.7.6α, R = R' = CH3
  29. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.269, §11.6B7.
  30. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ.269, §11.6B7.
  31. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 152, §6.2.3α., με R = CH3CH2CH2 ή (CH3)2CH
  32. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 155, §6.7.1, v = 3 και μετατροπή μονάδας ενέργειας σε kJ.
  33. ΔHC-C= +347 kJ/mol
  34. ΔHC-H = +415 kJ/mol
  35. ΔHO-O=+146 kJ/mol
  36. Ulf Bossel: Well-to-Wheel Studies, Heating Values, and the Energy Conservation Principle, Proceedings of Fuel Cell Forum 2003
  37. «Energy Density of Propane». Hypertextbook.com. 2001-01-18. http://hypertextbook.com/facts/2002/EricLeung.shtml. Ανακτήθηκε στις 2010-10-29. 
  38. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 152, §6.7.1β., με R = CH3CH2CH2 ή (CH3)2CH
  39. 39,0 39,1 Η αναλογία αυτή περιλαμβάνει μόνο τα μονοπαράγωγα.
  40. καθοριστικό ταχύτητας
  41. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 185, §7.2β, ν = 3.
  42. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 155, §6.7.3, R = CH3CH2CH2 ή (CH3)2CH.
  43. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 244 , §10.3.2, R = CH3CH2CH2 ή (CH3)2CH.
  44. "Propane Vapor Pressure". The Engineering ToolBox. 2005. Retrieved 2008-07-28.
Στο λήμμα αυτό έχει ενσωματωθεί κείμενο από το λήμμα propane της Αγγλόγλωσσης Βικιπαίδειας, η οποία διανέμεται υπό την GNU FDL και την CC-BY-SA 3.0. (ιστορικό/συντάκτες).
Στο λήμμα αυτό έχει ενσωματωθεί κείμενο από το λήμμα Propane (data page) της Αγγλόγλωσσης Βικιπαίδειας, η οποία διανέμεται υπό την GNU FDL και την CC-BY-SA 3.0. (ιστορικό/συντάκτες).
Στο λήμμα αυτό έχει ενσωματωθεί κείμενο από το λήμμα Диоксираны της Ρώσικης Βικιπαίδειας, η οποία διανέμεται υπό την GNU FDL και την CC-BY-SA 3.0. (ιστορικό/συντάκτες).