Бутан (вещество)

Бутан
Общие
Хим. формула	C4H10
Физические свойства
Молярная масса	58,12 г/моль
Плотность	газ (при 0 °C) 2558 (нормальные условия) кг/м³ 0,6010 г/см³
Термические свойства
Температура
• плавления	−138,4 °C
• кипения	−0,5 °C
• самовоспламенения	372 °C
Энтальпия
• сгорания	124 МДж/м³ 47,9 МДж/кг 2778 кДж/моль
Химические свойства
Растворимость
• в воде	6,1 мг в 100 мл
Классификация
Рег. номер CAS	106-97-8
SMILES	CCCC
Безопасность
Предельная концентрация	300 мг/м³
NFPA 704	4 1 1
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.

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) 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. Вредно воздействует на нервную систему. 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). Может образовывать азеотропную смесь с водой при температуре около 100 °C и давлении 10 атм.
• Плотность жидкой фазы — 580 кг/м³
• Плотность газовой фазы при нормальных условиях — 2,703 кг/м³.
• Теплота сгорания 45,8 МДж/кг (2657 кДж/моль (см.).

Плотность бутана существенно зависит от температуры .

Нахождение и получение

• Содержится в газовом конденсате и нефтяном газе (до 12 %). Является продуктом каталитического и гидрокаталитического крекинга нефтяных фракций. В лаборатории может быть получен по реакции Вюрца:

[math]\displaystyle{ \mathsf{2C_2H_5Br + 2Na \rightarrow C_4H_{10} + 2NaBr} }[/math]

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).

[math]\displaystyle{ \mathsf{2C_4H_{10} + 13O_2 \rightarrow 8CO_2 + 10H_2O} }[/math]

При недостатке кислорода образуется сажа, угарный газ или их смесь:

[math]\displaystyle{ \mathsf{2C_4H_{10} + 5O_2 \rightarrow 8C + 10H_2O} }[/math]

[math]\displaystyle{ \mathsf{2C_4H_{10} + 9O_2 \rightarrow 8CO + 10H_2O} }[/math]

Фирмой DuPont разработан метод получения малеинового ангидрида из н-бутана при каталитическом окислении:

[math]\displaystyle{ \mathsf{2C_4H_{10} + 7O_2 \rightarrow 2C_4H_2O_3 + 8H_2O} }[/math]

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

• Изобутан
• Циклобутан

Литература

• Львов М. Д. Бутан, углеводород // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.

Ссылки

• Бутан — Техническая Библиотека Neftegaz.RU [Электронный ресурс]