Чем отличается пропан от бутана
- Гомологический ряд алканов: особенности и структурная изомерия
- Структурные изомеры в гомологическом ряду алканов
- Физические свойства пропана и бутана
- Химические свойства пропана и бутана
- Способы получения пропана и бутана
Гомологический ряд алканов: особенности и структурная изомерия
Пропан и бутан являются членами одного гомологического ряда алканов. Алканы представляют собой предельные нециклические углеводороды, в которых все атомы углерода находятся в состоянии sp3-гибридизации. Общая молекулярная формула алканов - C(n)H(2n+2). Ряд начинается с метана CH4 и продолжается с этана C2H6, пропана C3H8, бутана C4H10, пентана C5H12 и так далее. Каждый следующий член отличается от предыдущего на группу CH2.
Структурные изомеры в гомологическом ряду алканов
При отнятии одного атома водорода от алкана образуется одновалентный углеводородный радикал алкил, общая формула которого C(n)H(2n+1). Простейший из них - метил, обозначаемый как CH3. Для пропана это будет пропил - C3H7, а для бутана - бутил - C4H9. Пропил существует в виде двух структурных изомеров - нормального пропила (н-пропила) и изопропила (втор-пропила), у которого свободная валентность находится у вторичного атома углерода. У бутила есть 4 структурных изомера: н-бутил, изобутил, втор-бутил и трет-бутил. В молекуле алкана атом углерода связан простыми связями с четырьмя другими атомами (углеродом или водородом), и другие атомы не могут быть присоединены. Поэтому алканы называются предельными, или насыщенными, углеводородами. Для алканов характерно только структурное изомерия. Пропан, вместе с метаном и этаном, не имеет изомеров, но начиная с бутана возможно разветвление углеродной цепи. Чем длиннее углеродная цепь, тем больше изомеров возможно для одной молекулярной формулы. Альтернативное название изобутана - 2-метилпропан, так как его можно представить как молекулу пропана с метильным заместителем - CH3 - рядом со вторым атомом углерода в главной цепи.
Физические свойства пропана и бутана
Первые четыре члена гомологического ряда алканов (метан, этан, пропан и бутан) являются газами без запаха, от C5H12 до C15H32 - жидкостями, имеющими запах, а после - твердыми веществами без запаха. Они являются бесцветными веществами, плохо растворимыми в воде и легче, чем вода. По мере увеличения молекулярной массы нормальных алканов температура их кипения и плавления увеличивается, то есть температура кипения бутана выше, чем пропана.
Химические свойства пропана и бутана
Алканы, исторически называемые также "парафинами", химически малоактивны и проявляют низкую реакционную способность. Это объясняется малой полярностью связей C-C и C-H в молекулах, так как атомы углерода и водорода имеют почти одинаковую электроотрицательность. Наиболее характерными для алканов являются реакции замещения, осуществляемые по свободнорадикальному механизму. Примерами таких реакций являются галогенирование, нитрование, сульфирование, при которых образуются галогеналканы, нитроалканы и сульфоалканы. При высоких температурах алканы окисляются кислородом воздуха (горят) с образованием воды и углекислого газа CO2, угарного газа CO или углерода C в зависимости от наличия избытка или недостатка кислорода. Каталитическое окисление алканов кислородом при низких температурах может привести к образованию альдегидов, кетонов, спиртов и карбоновых кислот, как с разрывом, так и без разрыва углеродной цепи. К термическим реакциям алканов относятся крекинг, дегидрирование, дегидроциклизация и изомеризация.
Способы получения пропана и бутана
В промышленности гомологи метана добывают из природного сырья, такого как нефть, газ, горный воск, а также синтезируют из смеси водорода и оксида углерода (II). В лабораторных условиях пропан и бутан можно получить путем каталитического гидрирования непредельных углеводородов (пропена и пропина, бутена и бутина) и по реакции Вюрца.