c4h10 структурная формула - что это?
Бутан (С4Н10) - насыщенный углеводород, относящийся к гомологическому ряду алканов. Это бесцветный газ без запаха, плохо растворимый в воде. Бутан широко используется в промышленности и в быту.
Строение молекулы бутана
Молекула бутана имеет линейную цепочку из 4 атомов углерода. Атомы углерода находятся в sp3-гибридизованном состоянии и образуют σ-связи с четырьмя атомами водорода и друг с другом:
C4H10 - c4h10 структурная формула
Такая структура обеспечивает молекуле бутана тетраэдрическое строение. Угол между связями составляет 109,5°.
Изомеры бутана
Существует два изомера бутана:
- н-бутан (нормальный бутан) - c4h10 сокращенная структурная формула
- изобутан
Они отличаются расположением метильных групп в молекуле. В н-бутане все атомы углерода находятся в основной цепи, а в изобутане один атом углерода ответвлен.
Физические свойства
При нормальных условиях бутан находится в газообразном состоянии. Он бесцветен и не имеет запаха в чистом виде. Температуры плавления и кипения бутана составляют -138°C и -0,5°C соответственно.
Бутан плохо растворим в воде - менее 0,1 г на 100 г воды. Хорошо растворяется в органических растворителях.
При комнатной температуре бутан сжижается под давлением порядка 2 атм. Плотность жидкого бутана составляет около 0,6 г/см3.
Химические свойства
Химические свойства бутана такие же, как и у других представителей гомологического ряда алканов. Он может принимать участие в следующих реакциях:
Горение. На воздухе бутан сгорает с образованием углекислого газа и воды:
C4H10 + 6,5O2 = 4CO2 + 5H2O
- Дегидрирование до алкенов (бутенов) и алкадиенов (бутадиена) в присутствии катализатора при нагревании
- Хлорирование и бромирование с замещением атомов водорода на хлор или бром
- Нитрование азотной кислотой в мягких условиях
В отличие от алкенов, бутан не может присоединять дополнительные атомы или группы атомов к двойной связи.
Применение бутана
Благодаря своим физическим свойствам, бутан находит широкое применение:
- Используется как топливо в газовых зажигалках, туристических плитках и других бытовых газовых приборах
- Применяется в качестве хладагента в холодильных установках
- Является сырьем для производства многих важных органических веществ (бутилен, бутадиен, малеиновый ангидрид и др.)
- Входит в состав автомобильного топлива (смесь бутана с пропаном)
Таким образом, благодаря уникальной структуре и свойствам, бутан представляет большую ценность для химической промышленности и используется во многих областях.
Промышленные способы получения бутана
В промышленности бутан получают несколькими основными способами:
- Из попутного нефтяного газа и газового конденсата методом низкотемпературной ректификации. Бутан выделяют в виде индивидуальной фракции.
- Каталитическим крекингом или пиролизом более тяжелых нефтепродуктов (бензиновая фракция, газойль). Процесс проводят при температуре около 500°C.
- Дегидрированием бутиленов, полученных из нефтепродуктов. Используют катализаторы на основе Ni, Pt, Pd при температуре 200-400°C.
- Синтезом из синтез-газа (смеси CO и H2) на медно-цинковых катализаторах при повышенном давлении.
Транспортировка и хранение бутана
Для транспортировки и хранения используют сжиженный бутан. При атмосферном давлении бутан конденсируется при температуре 0°C. Для предотвращения потерь от испарения сжиженный бутан хранят в специальных резервуарах под давлением 2-7 атмосфер.
Основные способы транспортировки:
- Автоцистерны
- Железнодорожные цистерны
- Танкеры для морской и речной транспортировки
Сжиженный бутан также расфасовывают в стальные баллоны для бытового и промышленного использования.
Безопасность при использовании бутана
Несмотря на широкое применение, бутан является легковоспламеняющимся и взрывоопасным веществом. Нижний концентрационный предел воспламенения паров бутана в воздухе составляет 1,8% по объему.
При работе с бутаном необходимо соблюдать следующие меры предосторожности:
- Хранить баллоны с бутаном вдали от источников тепла и открытого огня
- Проверять герметичность оборудования и баллонов
- Не допускать утечек газа, при обнаружении устранять как можно скорее
- Обеспечивать хорошую вентиляцию помещений
- Иметь под рукой огнетушители на случай возгорания
Влияние на окружающую среду
Бутан относится к парниковым газам, способствующим возникновению парникового эффекта и глобальному потеплению. Потенциал глобального потепления бутана в 3 раза выше, чем у диоксида углерода.
Основные источники выбросов бутана в атмосферу:
- Добыча, транспортировка и переработка природного газа и нефти
- Производство и использование бутана
- Неполное сгорание бытового и промышленного топлива
Для снижения вредного воздействия необходим постоянный контроль выбросов и разработка более экологичных технологий.