Химический состав смеси пропан-бутан
Химический состав смеси пропан-бутан
01.02.2017
- Пропан — С3Н8
- Бутан-С4Н10
В топливной смеси бутан выступает как топливо, а пропан помимо этого создаёт давление.
Газовая смесь пропан-бутан в 2 раза тяжелее воздуха.
По сути, газ не имеет запаха, поэтому в его состав добавляется специальное пахучее вещество (одорант) — этилмеркаптан.
Антидетационное (октановое) число у газовой смеси пропан-бутан составляет 108 единиц-в этом её огромное преимущество перед бензином, максимальное октановое число у которого — 98 единиц.
Пропан-бутан легче, чем бензин и дизельное топливо:
- 1 л. газа — 0.5-0,56 кг
- 1 л. бензина — 0.71-0,76 кг
- 1 л. дизеля — 0.78-0,83 кг
Процентное соотношение пропана и бутана в смеси регулируется государством и зависит от климатических условий. Например, в зимний период количество пропана должно быть не менее 70-80 % , тогда как летом — всего 40 %.
Одним из наиболее важных свойств пропана и бутана, является образование (при наличии свободной поверхности над жидкой фазой) двухфазной системы «жидкость-пар». Система «жидкость-пар» образуется вследствие возникновения давления насыщенного пара, т.е. давления пара в присутствии жидкой фазы в баллоне.
В процессе наполнения баллона первые порции сжиженного газа быстро испаряются и заполняют весь его объем, создавая в нем определенное давление. При уменьшении давления газ мгновенно испаряется. Испарение сжиженного газа в баллоне продолжается до тех пор, пока образовавшиеся пары сжиженного газа не достигнут насыщения.
Это свойство пропана и бутана позволяет хранить газ в небольших объемах, что очень важно.
Сравнительные характеристики физических свойств разных видов топлива.
| Параметры | Пропан | Бутан | Бензин |
| Химическая формула | C2H8 | C4H10 | C8H17 |
| Молекулярная масса | 44 | 58 | |
| Плотность жидкой фазы при температуре 15°С и атмосферном давлении, кгм/м3 | 510 | 580 | 730 |
| Температура кипения при атмосферном давлении, °С | -43 | -0,5 | Не ниже 35 |
| Теплота сгорания в газообразном состоянии, МДж/м3 | 85 | 111 | 213 |
| Пределы воспламеняемости в смеси с воздухом при нормальных атмосферных условиях, % объема: нижний/верхний | 2,4/9,5 | 1,8/8,5 | 1,5/6,0 |
| Октановое число | 110 | 95 | 92 |
| Степень сжатия | 10…12 | 7,5…8,5 | 8,2 |
| Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива, кг | 15,8 |
15,6 | 14,7 |
academygbo.ru
Физические и технологические свойства сжиженного газа. Пропан и бутан.
Пропан и бутан относятся к группе сжиженных углеводородных газов СУГ (LPG).
Cсжиженный газ производится при изготовлении нефти и природного газа.
Формула propane (C3H8)
Формула butanes (C4h20)
Самые главные свойства сжиженного газа – высокий коэффициент полезного действия в отоплении и простой переход к жидкости при относительно низком давлении и нормальной температуре. Из-за этих свойств можно сохранить достаточно большой объём энергии в маленькой ёмкости для СУГ. Другие важные свойства сжиженного газа – хорошая способность к испарению и сжиганию при температуре окрестности. Отапливаемая эффективность сжиженного газа почти три раза выше, чем у природного газа. Поэтому при наших условиях температуры существует оптимальная возможность эксплуатации сжиженного газа для всех потребителей. По сравнению с пропаном, у бутана хуже способность испарения при приблизительно -43°C, и по этому его смешивают с пропаном.
Пропан, бутан и их смеси – самые экологически чистые виды топлива.
СУГ – смесь газов с характерным, неприятным запахом.
СУГ – не ядовитый, но не приемлем для дыхания,
СУГ – тяжелее воздуха.
|
|
Пропан |
Бутан |
|
Химическое название |
C3H8 |
C4h20 |
|
Плотность жидкой фазы при 20°C, кг\литр |
0,498 |
0,578 |
|
Плотность газа при 15°C кг\м3 |
2,019 |
2,590 |
|
Специфический объём газа (воздух = 1) |
1,562 |
2,091 |
|
Момент кипения, °C |
— 42,1 |
— 0,5 |
|
Oбъём газа, который испарится из 1 кг жидкой фазы, м3: при температуре 0°C и при давлении 101,325 кРапри температуре 20°C и при давлении 101,325 кРа |
0,496 |
0,368 |
|
Теплотворная способность/ жидкая фаза, МДж\кг |
46,34 |
47,20 |
|
Октановое число |
112 |
93 |
Пропан и бутан — сжиженные углеводородные газы, которые содержат минимальное количество серы и других загрязнений. Сжигание газа приносит лишь незначительный вред атмосфере. Пропан и бутан в состоянии газа тяжелее воздуха; при случайном выбросе в атмосферу газ оседает и, в зависимости от условий погоды и ветра, быстрее или медленее растворяется в воздухе. В воде СУГ не растворим; при контакте с водой он немедленно испаряется и поэтому загрязнения воды из-за него не бывает. Именно по этим причинам используют пропан, бутан и их смеси как источники энергии, и они имеют значение в особенно охраняемых заповедниках и в местах, где находятся родники и источники, а также везде там, где нефть или уголь могли бы навредить природе, в которой мы живём.
ingenerov.net
Основные свойства сжиженного газа.
Основные свойства сжиженного газа.
09.11.2017
Одним из наиболее важных свойств пропана и бутана, отличающих их от других видов автомобильного топлива, является образование при свободной поверхности над жидкой фазой двухфазной системы жидкость — пар, вследствие возникновения давления насыщенного пара…
|
|
|
Рис. 1. Зависимость давления насыщенных паров пропана и бутана от температуры |
Одним из наиболее важных свойств пропана и бутана, отличающих их от других видов автомобильного топлива, является образование при свободной поверхности над жидкой фазой двухфазной системы жидкость — пар, вследствие возникновения давления насыщенного пара, т.е. давления пара в присутствии жидкой фазы в баллоне.
В процессе наполнения баллона первые порции сжиженного газа быстро испаряются и заполняют весь его объем, создавая в нем определенное давление. При уменьшении давления газ мгновенно испаряется. Испарение сжиженного газа в баллоне продолжается до тех пор, пока образовавшиеся пары сжиженного газа не достигнут насыщения.
Это свойство пропана и бутана позволяет хранить газ в небольших объемах, что очень важно. В качестве примера рассмотрим рис. 1. Давление насыщенного пара бутана составляет 0,1 МПа при 0 °С и 0,17 МПа при 15 °С, а давление насыщенного пара пропана при этих же температурах 0,59 и 0,9 МПа соответственно.
Это различие приводит к значительной разнице в давлении смеси при изменении пропорции пропана и бутана. Давление растет при увеличении температуры, что приводит к большим изменениям объема сжиженного газа, находящегося в жидком состоянии.
Следовательно, если сжиженный газ в жидком состоянии полностью заполняет баллон и температура продолжает увеличиваться, то давление будет быстро расти, что может привести к разрушению баллона.
Поэтому никогда не заполняйте баллон сжиженным газом полностью, Обязательно оставляйте паровую подушку, объем которой равен 10% от полной емкости баллона.
Эти два газа (пропан и бутан) различаются между собой температурой кипения, при которой они переходят из жидкого в газообразное состояние. Пропан перестает переходить в газ и остается в жидком состоянии при температуре -43 °С, для бутана эта температура равна 0° С.
|
|
|
Рис. 2. Зависимость давления насыщенных паров смеси пропана и бутана от температуры |
В условиях холодного климата (или зимой) в сжиженном нефтяном газе — смеси пропана и бутана, — предназначенном для использования в качестве автомобильного топлива, должен преобладать пропан для лучшей газификации смеси.
На газозаправочные станции, поступает сжиженный нефтяной газ двух марок: летний ГТБА — пропан-бутан автомобильный с содержанием 50 + 10% пропана, остальное бутан и зимний ПА — пропан автомобильный с содержанием 90 + 10% пропана. Изменение давления насыщенных паров Р смеси пропана и бутана в зависимости от температуры в баллоне показано на рис. 2.
Теплота сгорания газа несколько больше, чем у бензина. Однако с увеличением количества подаваемого в двигатель воздуха теплота сгорания несколько уменьшается.
Если мощность двигателя, работающего на бензине, принять за 100%, то мощность двигателя, работающего на газе, будет примерно равна 90%, что приводит к снижению максимальной скорости примерно на 4%, но не надо забывать об экономии денежных средств. Мировое соотношение цены бензина к газу — 10:6.
Снижение мощности двигателя происходит по причине более низкой, чем у бензина, теплоты сгорания газа (см. табл.2). И в результате происходит неполное наполнение цилиндров двигателя газо-воздушной смесью. Иногда ранней установкой угла опережения зажигания до ВМТ на 3 — 5° этот недостаток пытаются устранить. В условиях эксплуатации большой разницы при движении автомобиля на газе или на бензине не ощущается.
academygbo.ru
Измерение и регулирование расхода пропан-бутановой смеси
В ходе решения ряда задач часто возникает проблема измерения и регулирования расхода пропан-бутановой смеси (ПБС). В данной статье обсуждаются вопросы и трудности, которые появляются при невозможности точного определения агрегатного состояния смеси, а также возможные пути их решения.
Как правило считается, что данная смесь является газом при обычных условиях, т.е. при комнатной температуре и атмосферном давлении, и для измерения и регулирования ее расхода необходимо использовать регуляторы и измерители расхода газа. Этот факт также подтверждается житейским опытом, так как многие используют баллоны с данной смесью для питания газовых плит и горелок. Если рассматривать используемую смесь как механическую смесь пропана и бутана и исходить из их физико-химических свойств (см. Таблицу 1), то действительно, для большинства применений такая смесь будет газообразной.
Таблица 1
| Наименование показателя | Пропан | Бутан |
| Молекулярная масса | 44,10 | 58,12 |
| Плотность жидкой фазы при нормальных условиях, кг/м3 | 510 | 580 |
| Плотность газовой фазы, кг/м3: | ||
| при нормальных условиях | 2,019 | 2,703 |
| при температуре 15 оС | 1,900 | 2,550 |
| Температура самовоспламенения, оС | 466 | 405 |
| Коэффициент объемного расширения жидкой фракции, % на 1 оС | 0,003 | 0,002 |
| Температура кипения при давлении 1 бар, 0 оС | -42,1 | -0,5 |
Кроме того, анализ диаграмм фазовых переходов жидкость-газ для чистых пропана (Рис. 1) и бутана (Рис. 2) показывает, что при комнатной температуре (20°С), пропан переходит в жидкую фазу при избыточном давлении выше 7,4 бар, а бутан при 1,1 бар. Таким образом можно предположить, что при избыточном давлении до 1 бар ПБС будет находиться в газообразном состоянии.
Рис. 1 Фазовая диаграмма жидкость-газ для пропана
Рис. 2 Фазовая диаграмма жидкость-газ для бутана
С другой стороны, при работе с реальными газами можно столкнуться с несколько иной ситуацией.
Дело в том, что в России наибольшее распространение имеют технические смеси, а также автомобильные смеси. В технических смесях можно выделить пропан технический, смесь пропан-бутана техническую и бутан технический. Физико-химические свойства данных смесей регламентируются ГОСТ 20448-90 и приведены в Таблице 2.
Таблица 2
| Наименование показателя | Норма для марки | Метод испытания | ||
| Пропан тех. (ПТ) | Смесь пропан-бутан тех. (СПБТ) | Бутан тех. (БТ) | ||
| 1. Массовая доля компонентов, % | По ГОСТ 10679 | |||
| сумма метана, этана и этилена | не нормируется | |||
| сумма пропана и пропилена, не менее | 75 | не нормируется | ||
| сумма бутана и бутиленов, | не нормируется | 60 | ||
| не менее | ||||
| не более | 60 | — | ||
| 2. Объемная доля жидкого остатка при 20 оС, %, не более | 0,7 | 1,6 | 1,8 | По п. 3.2 |
| 3. Давление насыщенных паров, избыточное, МПа, при температуре | По ГОСТ 28656 | |||
| +45оС, не более | 1,6 | 1,6 | 1,6 | |
| -20 оС, не менее | 0,16 | — | — | |
| 4. Массовая доля сероводорода и меркаптановой серы, %, не более | 0,013 | 0,013 | 0,013 | По ГОСТ 22985 |
| в т.ч. сероводорода, не более | 0,003 | 0,003 | 0,003 | По ГОСТ 22985 или ГОСТ 11382 |
| 5. Содержание свободной воды и щелочи | Отсутствие | По п. 3.2 | ||
| 6. Интенсивность запаха, баллы, не менее | 3 | 3 | 3 | По ГОСТ 22387.5 и п. 3.4 настоящего стандарта |
Конечно, состав реальных смесей отличается от значений по ГОСТу в лучшую сторону. Составы некоторых реальных газов, взятых из паспортов к данным газам, приведены в Таблице 3.
Таблица 3
| Наименование показателя | Пропан тех. (ПТ) | Смесь пропан-бутан тех. (СПБТ) | Смесь пропан-бутан тех. (СПБТ) |
| Поставщик | ООО «Газпром переработка» Сургутский ЗСК | ООО «Газпром добыча Астрахань» | РУП «ПО Белоруснефть» |
| 1. Массовая доля компонентов, % | |||
| сумма метана, этана и этилена | 2,1 | 3,19 | 4,37 |
| сумма пропана и пропилена | 83,3 | 55,56 | 47,44 |
| сумма бутанов и бутиленов | 14,6 | 41,23 | 48,19 |
| 2. Объемная доля жидкого остатка при 20 oС, % | 0,7 | 0,1 | 0,1 |
| 3. Давление насыщенных паров, избыточное, МПа, при температуре: | |||
| +45 оС | 1,46 | 1,23 | 1,43 |
| -20 оС | 0,16 | — | — |
| 4. Массовая доля сероводорода и меркаптановой серы, % | 0,002 | 0,002 | 0,002 |
| в том числе сероводорода | 0,0000 | 0,0000 | 0,0000 |
| 5. Содержание свободной воды и щелочи | отсутствует | отсутствует | отсутствует |
| 6. Интенсивность запаха, баллы, не менее | — | — | 3 |
Помимо технических газов есть еще автомобильные газы, применяющиеся в качестве топлива в различных видах автомобильного транспорта. Их физико-технические характеристики регламентируются ГОСТ 27578-87 и приведены в Таблице 4.
Таблица 4
| Наименование показателя | Норма для марки | |
| Пропан авт. | Смесь пропан-бутан авт. | |
| 1. Массовая доля компонентов, % | ||
| сумма метана, этана и этилена | Не нормируется | |
| сумма пропана и пропилена, не менее | 90+-10 | 50+-10 |
| углеводороды С4 и выше | Не нормируется | |
| непредельные углеводороды, не более | 6 | |
| 2. Объемная доля жидкого остатка при 40 оС, %, не более | 0,7 | 1,6 |
| 3. Давление насыщенных паров, избыточное, МПа, при температуре: | ||
| +45 оС, не более | — | 1,6 |
| -20 оС, не менее | — | 0,07 |
| 4. Массовая доля сероводорода и меркаптановой серы, %, не более | 0,01 | 0,01 |
| в том числе сероводорода, не более | 0,003 | 0,003 |
| 5. Содержание свободной воды и щелочи | Отсутствие | |
| 6. Интенсивность запаха, баллы, не менее | 3 | 3 |
Таким образом, при дозировании ПБС с помощью термомассовых расходомеров газа, возникают две проблемы.
Во-первых, наличие в ПБС жидкого компонента, который при попадании в расходомер приведет к его засорению или даже выходу из строя. Решить данную проблему возможно установкой фильтров и влагоотделителей. При этом необходимо учитывать возможное падение давления на устанавливаемых элементах. Если фильтрующие элементы будут иметь большое сопротивление потоку при максимальных расходах (более 0,5 бар), то для обеспечения максимального расхода потребуется увеличение давления на входе в систему, что может привести к сжижению ПБС.
Во-вторых, это сжижение ПБС внутри самого расходомера, а особенно регулятора. При использовании термомассовых расходомеров для измерения расходов ПБС, газовая фаза проходить через систему тонких капилляров, в которых возможна конденсация ПБС в результате «дроссельного» эффекта. Особенное это актуально, при регулирование ПБС на больших расходах (более 70 н.л/мин), когда конденсация возможна не только внутри измерителя, а также внутри регулирующего клапана. При этом происходит постепенное уменьшение пропускной способности клапана вплоть до полной потери возможности пропускания газа.
Использование кориолисового расходомера компании Bronkhorst позволяет значительно упростить решение проблемы появления жидкой фазы в ПБС. Принцип измерения кориолисовых расходомеров основан на прямых измерениях массового расхода и позволяет измерять расход вещества независимо от агрегатного состояния. Газ или жидкость проходят через колеблющуюся нержавеющую трубку достаточно большого диаметра, что позволяет избежать «дроссельного» эффекта и уменьшает риск засорения жидкими компонентами. В этом случае можно отказаться от влагоотделителей и даже измерять расход в области критического состояния газа, что позволит увеличить входное давление.
Решение с использованием кориолисовых расходомеров и регуляторов расхода компании Bronkhorst является наиболее целесообразным для большинства задач измерения и регулирования расходов пропан-бутановых смесей. Помимо описанного выше преимущества в прямом измерении массы проходящего вещества, кориолисовые измерители и регуляторы расхода обладают высокой точностью и стабильностью, а также быстрым временем отклика.
Статья подготовлена по материалам сайтов:
www.centrogas.ru
www.gazpromlpg.ru
www.fas.su
www.massflow.ru
Смесь пропан-бутан техническая
Смесь пропан-бутан техническая
- Опубликовано: 04.01.2017 21:22
Пропан – это бесцветный газ с химической формулой C3H8, не обладающий запахом и входящий в состав топлива СУГ. Сжиженный углеводородный газ – смесь пропана и бутана – применяется в качестве топлива для газовых резервуаров – баллонов и газгольдеров, автомобилей, также применение пропана (упрощенное и часто применяемое название пропан-бутана) можно увидеть при газокислородной сварке.
Технический пропан является газом, использующимся в качестве топлива для бытового потребления – такой пропан является топливом, не предназначенным для автомобилей. ГОСТ 20448-90 «Газы углеводородные сжиженные топливные для коммунально-бытового потребления» выделяет 5 типов газов в зависимости от их использования в разных отраслях и концентрации пропана или бутана в них:
- пропан технический,
- бутан технический,
- пропан-бутан технический,
- пропан автомобильный,
- пропан-бутан автомобильный.
Технический (применяемый для отопления и в промышленности) пропан обладает следующими характеристиками:
- массовая доля пропана и пропилена – не менее 75% от общей массы пропана и других газов;
- давление насыщенных паров газа – не более 1,6МПА при температуре 45оС;
- интенсивность запаха (которые дают добавляемые во все горючие газы сероводороды) – не менее 3 баллов.
Наиболее распространен в качестве топлива для емкостей с газом другой вид смеси – пропан-бутановая техническая (СПБТ). Содержащая в своем составе пропан и бутан, смесь обладает следующими характеристиками (согласно ГОСТ 20448-90):
- массовая доля бутана и бутиленов в смеси – не более 60%;
- давление насыщенных паров смеси пропан-бутана – не более 1,6МПА при температуре 45оС;
- массовая доля серы и сероводорода в пропан-бутане – не более 0,013%;
- интенсивность запаха – не менее 3 баллов.
Бутан (не смесь газов, а отдельно) не может применяться в качестве топлива при отрицательных температурах. Несмотря на хорошую теплотворную способность бутана, замерзает этот газ уже при температуре -0,5оС. Пропан (не смесь, а также отдельно) имеет свойство чрезмерно расширяться при нагревании, что создает опасность повреждения емкости, хранящей газ, или ее взрыва. Поэтому пропан и бутан в качестве топлива используются вместе, а ГОСТ устанавливает предельную массовую долю обоих газов в пропан-бутане. Так, смесь пропан-бутановая техническая не может содержать более 60% бутана. А для северных регионов России в холодный период года устанавливается содержание в смеси чистого пропана в количестве не менее 75%.
В летнее время содержание бутана в смеси доходит до максимальных 60%, так как такая жидкость не замерзает и обеспечивает хорошее испарение с последующей подачей к котлу, не неся риска взрыва или повреждения стенок сосуда. Однако для газгольдеров, заправляющихся раз в год, рекомендуется использовать топливо с 60-70% пропана – такая концентрация топлива не только обеспечивает безопасное функционирование авономной системы, но и позволяет эксплуатировать емкость зимой без риска промерзания топлива.
Согласно ГОСТ 1510, смесь пропан-бутан техническая должна храниться в резервуарах под давлением – в стационарных хранилищах под землей (газгольдерах), в газовых баллонах. Транспортировка пропан-бутана технического осуществляется в соответствии с правилмаит перевозки опасных грузов.
gazekoset.ru
Смесь Пропан-бутан техническая — Топливная компания ООО «НефтьОпт»
Пропан бутановая техническая смесь в основном используется как топливо для автомобилей. В пропан технический (С3Н8) и бутан (С4Н10) для получения смеси добавляют около 1% непредельных углеводородов.
Сжиженный газ может вырабатываться и из конденсатной фракции природного газа, и из нефти. В специальных колоннах абсорбционно-газофракционирующей установки осуществляется разделение на фракции.
Пропан, как и бутан, проходят очистку от сернистых соединений, воды, щелочи, и прочих элементов. И в зависимости от получения необходимой марки пропан бутан техническая смесь делается в определенных пропорциях составляющих.
Пропан бутан техническая смесь имеет следующие свойства:
- Массовая доля в %: пропана 50±10, непредельных углеродов 6, углероды С4 и жидкий остаток при +40оС отсутствуют;
- Давление насыщенных паров: при –20 °С: 0,07 МПа, при +45 °С: 1,6 МПа;
- Массовая доля сернистых соединений и серы не более 0,01%, включая сероводород не более 0,003 %.
Технический пропан бутан имеет октановое число 100-110, и при работе двигателя детонации не возникают, однако характеристики этих видов в определенных случаях отличаются. Технический пропан бутан со средним октановым числом 105, превосходит любую марку бензина. Если октановое число еще выше, то это говорит о меньшей опасности взрывов паров газа, нежели пары бензина.
Технический пропан бутан может использоваться в любых климатических районах, при окружающей температуре емкости не ниже -20°С. Технические характеристики пропана позволяют его использовать в тех климатических районах зимой, где температура земли на необходимой глубине установленной емкости не опускается ниже -20°С или -25°С.
Чтобы весной полностью выработать технический пропан, соответствующий стандарту гост, допустимо его временное использование до -10°С. Если температура будет выше, то давление в резервуаре повышается. В условиях холодного климата пропан бутановая техническая смесь должна содержать большую долю пропана, если газ предназначен для котельного или автомобильного топлива. Поскольку в жидком состоянии пропан остается при температуре ниже — 42оС, а бутан только до -0,5оС.
На станции газозаправки поступает пропан бутан техническая смесь ГОСТ 27578-87 двух марок – летний с содержанием пропана 50±10%, и зимний с содержанием — 90±10%.
Плотность фазы жидкого состояния газа зависит от температурных условий, чем выше температура, тем меньше плотность. Если она составляет 15оС, а атмосферное давление нормальное, то жидкая фаза бутана составляет 0,58 кг/л плотности, а пропана – 0,51 кг/л. Пропановая фаза пара в 1,5 раза тяжелее воздуха, а бутановая – в 2 раза. Бензин начинает кипеть при температуре, которая выше окружающей среды, а технический пропан бутан гост испаряется при таком давлении, которое соответствует температурным условиям окружающей среды. Следовательно, в баке бензин может находиться в жидком состоянии при давлении атмосферы, а пропан бутановая техническая смесь в емкости при давлении, соответствующем температурным условиям окружающей среды.
Пропан бутан техническая смесь легко смешивается с воздухом, равномерно полностью сгорает. Именно поэтому на нагревательных элементах и топках не образуется сажи. Европейская Экономическая Комиссия ООН составила правила, согласно которым необходима установка автоустройства, которое ограничивает наполнение емкости, где должна находиться пропан бутановая техническая смесь до 85% ее объема. Это объяснятся высоким коэффициентом расширения по объему жидкой фазы. Для бутана он составляет 0,002, а для пропана – 0,003 на 1оС повышения газовой температуры. Например, этот коэффициент у бутана в 10 раз, и у пропана в 15 раз выше, чем у воды
neftopt.ru
Физико-химические свойства пропан-бутановой смеси. Физические свойства углеводородов
При стандартных условиях (Т = 298 К, Р = 1 атм) в зависимости от строения и молекулярной массы углеводороды могут быть газообразными, жидкими или твердыми веществами. Все углеводороды с длиной цепи С 1 – С 4 газообразны, С 5 – С 16 являются жидкостями. Углеводороды состава С 19 и выше – твердые вещества. Тип углеродной цепи влияет на температуры кипения (t 0 k) и плавления (t 0 пл). Так, нормальные углеводороды в отличие от разветвленных изомеров имеют более высокие t 0 k и t 0 пл. Пример:
СН 3 -СН 2 -СН 2 -СН 2 -СН 3 СН 3 -СН(СН 3)-СН 2 -СН 3
н-пентан изопентан (2-метилбутан)
t 0 k = +36 0 С, t 0 пл = -130 0 С t 0 k = +28 0 С, t 0 пл = -160 0 С
Между молекулами углеводородов в твердом и жидком состоянии действуют силы Ван-дер-Ваальса. Между ароматическими молекулами возникают силы — — электронного взаимодействия. Таким образом, силы сцепления между молекулами больше у нормальных углеродных цепей в жидких углеводородах, и отрыв молекулы от поверхности жидкости сложнее у н – цепей, чем у изомерных разветвленных. В твердых углеводородах фазовый переход твердое тело жидкость определяется плотностью упаковки молекул. Эта упаковка компактнее у неразветвленных углеводородов. Поэтому н – углеводороды плавятся при более высокой температуре, чем разветвленные. Рыхлость упаковки молекул разветвленных углеводородов в твердой фазе обусловливает более слабые силы межмолекулярного взаимодействия, более низкие энергии кристаллической решетки.
Введение одной двойной связи несколько понижает t 0 k (на 5-7 0) по сравнению с алканами. Зависимость t 0 пл более сложна.
Сопряженные алкадиены по t 0 k напоминают алканы, т. е. сопряжение не влияет на температуру кипения. Так, даже ароматическое сопряжение в бензоле (t 0 k = +80 0 С) не изменяет t 0 k (t 0 k циклогексана +81 0 С). С увеличением числа — связей и особенно в случае их сопряжения температуры плавления углеводородов заметно увеличиваются.
Н 2 С=СН-СН 2 -СН 3 Н 2 С=СН-СН=СН 2 НС С-С СН
1-бутен 1,3-бутадиен 1,3-бутадиин
t 0 пл = -185 0 С t 0 пл = -109 0 С t 0 пл = -36 0 С
Арены имеют в зависимости от типа более сложные зависимости t 0 k и t 0 пл. Среди дизамещенных бензола пара – изомеры всегда имеют более высокие t 0 пл (легче замерзают). Введение алкильной группы в бензол значительно повышает t 0 k (понижает летучесть) и сильно понижает t 0 пл.
Цвет, запах, действие на кожный покров.
Почти все углеводороды бесцветны за исключением длинноцепочечных сопряженных полиенов. Пример:
Н 2 С=СН-(СН=СН-СН=СН) n -СН=СН 2 , при n = 2 и более появляется окраска (ликопин или каротин томатов). Одноядерные ароматические углеводороды бесцветные соединения.
Запах органического соединения определяется его летучестью и характером взаимодействия с рецепторами органов обоняния. Газообразные углеводороды (метан, этан, пропан, бутан) не имеют запаха. Все газообразные непредельные углеводороды, начиная от очень слабо пахнущего этилена, имеют запах, усиливающийся с увеличением количества — связей и с их сопряжением. Ацетилен имеет слабый эфирный запах. Все жидкие углеводороды имеют запах керосина или бензина. Твердые углеводороды не пахнут при обычной температуре, если они не летучи.
Жидкие углеводороды раздражающим образом действуют на кожу.
Плотность, структурированность жидкого состояния.
Большинство углеводородов имеют плотность (объемную массу) меньше 1. Плотность углеводородов возрастает по мере увеличения молекулярной массы. Так, в ряду алканов от С 1 до С 30 плотность возрастает от 0,415 до 0,810, в ряду алкенов от С 3 до С 6 от 0,610 до 0,674, в ряду алкинов от С 3 до С 10 от 0,690 до 0,766. Это обусловлено возрастанием сил межмолекулярного взаимодействия за счет появления — связей.
В результате — -межмолекулярного взаимодействия арены заметно структурированы, в отличие от алканов, алкенов и алкинов. Поэтому их плотность значительно выше, чем у других углеводородов (для бензола d 4 20 = 0,879) и мало зависит от алкилирования.
Примечание: обозначение d 4 t означает, что плотность жидкости измерена при температуре относительно плотности воды при 4 0 С.
Растворимость в воде и неводных растворителях.
При растворении углеводородов в растворителях определяющей является сольватация их молекул, т. к. структурированность жидких и твердых углеводородов невелика. Под сольватацией следует понимать всю сумму энергетических и структурных изменений, происходящих в системе в процессе перехода газообразных молекул, ионов, радикалов или атомов в жидкую фазу растворителя с образованием однородного раствора, имеющего определенный химический состав и структуру. Сольватация малополярных органических молекул осуществляется благодаря диполь – дипольным и дисперсионным взаимодействиям. Углеводороды хорошо сольватируются неполярными жидкостями, их галогенопроизводными, но плохо сольватируются полярными жидкостями (водой, спиртами, карбоновыми кислотами). Чем выше полярность растворителя, тем ниже растворимость углеводородов. Поэтому все углеводороды неограниченно растворяются друг в друге и в галогенопроизводных (дихлорэтане, хлороформе, четыреххлористом углероде, хлористом метилене и т. д. В то же время они слабо растворяются в спиртах, кетонах, сложных эфирах и практически не растворяются в воде.
Горючесть, взрывоопасность, ядовитость.
Большинство углеводородов ядовито при хроническом вдыхании их паров. Особенн
thesaker.ru