Бутаны
Бута́ны, алканы С4Н10, молярная масса 58,123 г/моль. Существуют 2 изомера: нормальный бутан (н-бутан) СН3(СН2)2СН3 и изобутан (2-метилпропан, триметилметан; изобутан) (СН3)3СН. Бесцветные газы; растворяются в органических растворителях, не растворяются в воде; изобутан образует кристаллогидраты.
Показатель | н-Бутан | Изобутан |
tпл, °С | –138,35 | –159,6 |
tкип, °С | –0,50 | –11,73 |
плотность, жидкость, г/см3 | 0,5788 | 0,5572 |
показатель преломления, жидкость | 1,3326 | 1,3514–25 |
вязкость (–10 °С, жидкость), кПа·с | 0,227 | 0,238 |
поверхностное натяжение (–30 °С), кН/м | 18,43 | 16,48 |
tкрит, °С | 152,01 | 134,98 |
критическое давление, МПа | 3,675 | 3,534 |
критическая плотность, г/см3 | 0,228 | 221 |
удельная теплоёмкость (298,15 K), кДж/(кг·К) | 1,678 | 1,667 |
энтропия в стандартном состоянии, кДж/(кг·К) | 5,340 | 5073 |
удельная энтальпия испарения (298,15 K), кДж/моль | 21,5 | 19,2 |
удельная энтальпия образования (298,15 K), кДж/моль | –126,1 | –134,5 |
удельная энтальпия сгорания газ, H2O (жидкая), кДж/моль | –2878,52 | –2871,65 |
Фактор сжимаемости (300 K, 0,098 МПа) | 0,9684 | 0,9706 |
Концентрационный предел воспламенения, % | 1,8–9,1 | 1,8–8,4 |
tсамовоспл, °С | 405 | 462 |
Октановое число (исследовательский метод) | 95 | 10 |
Структурная формула изобутана.Бутаны – типичные насыщенные алифатические углеводороды. Содержатся в газовом конденсате и нефтяных газах в количествах (в зависимости от месторождения, % по массе): н-бутан – 0,12–6,54 и 0,16–12,1, изобутан – 0,56–0,72 и 0,27–6,01 соответственно. В промышленности бутаны выделяют из указанных природных источников и из продуктов каталитического крекинга и гидрокрекинга нефтяных фракций с последующей ректификацией. В промышленности изобутан получают также из н-бутана; основной способ – каталитическая изомеризация. Реакцию осуществляют в газовой фазе [150–200 °С, 1,4–2,8 МПа; катализатор – платина (Pt) на носителе; выход 58–60 % по объёму за проход] или в жидкой фазе (50–130 °С, 2,1 МПа; катализатор – хлорид алюминия АlСl3; выход 60 %). В наиболее распространённом процессе из бутановой фракции выделяют изобутан, а н-бутан смешивают с Н2, нагревают и подвергают изомеризации в газовой фазе. Из продуктов реакции извлекают изобутан после охлаждения и отделения фракции, содержащей Н2, которую возвращают в реактор. В отечественном процессе изомеризацию н-бутана осуществляют в жидкой фазе при 180–220 °С, давлении 3,5–4,0 МПа, мольном соотношении Н2: н-бутан = 1:1; выход изобутана за проход ⩾ 49 % (по массе). На производство 1 т изобутана расходуется 1,109 т бутановой фракции, 0,0105 т Н2.
Бутаны – лёгкие высокооктановые компоненты моторного топлива для карбюраторных двигателей внутреннего сгорания; н-бутан – сырьё для получения бутенов и 1,3-бутадиена, уксусной кислоты, малеинового ангидрида; изобутан – сырьё в производстве высокооктановых компонентов автомобильных бензинов (алкилированием изопарафинов низшими олефинами), изо-бутилена и трет-бутилгидропероксида.
Бутаны – горючие газы. Вредно действуют на нервную систему.