Butan – reaktioner, tillämpningar, derivat

Butan: allmänna egenskaper

Butan är fjärde i den homologa serien av alkaner , även känd som mättade kolväten . Molekylen butan är uppbyggd av fyra kolatomer sammanfogade av enkelmättade bindningar. Varje kolatom har väteatomer fästa till sig (i organiska föreningar är kolatomen alltid fyrvärd). Butan har två isomerer. Isomerer är föreningar som har identiska molekylformler (dvs. samma antal enskilda atomer i strukturen), men som skiljer sig åt i sina strukturformler (dvs. arrangemanget av enskilda atomer i molekylen). Butan finns i två isomera former: n-butan och 2-metylpropan (även allmänt känd som isobutan). Den isomera formen av butan bildas när terminal _-CH2 lösgörs från den linjära molekylen. En propanmolekyl erhålls sedan, till vilken (exakt till den andra kolatomen) en _-CH2- grupp är fäst. Detta resulterar i en grenad förening med samma antal atomer som den ogrenade molekylen. Det är värt att notera att enligt namnkonventioner för organiska föreningar används prefixet "n" för att referera till en linjär butanmolekyl, medan "iso" läggs till som ett prefix till dess grenade molekyl. Den nämnda typen av isomerism ovan hänvisas till som konstitutionell (eller strukturell) isomerism. Viktigt är att butan inte anses vara en växthusgas. Det bryter inte ned jordens ozonskikt, vilket gör det till ett miljövänligt bränsle.

Butans fysikaliska och kemiska egenskaper:

• Färglös gas.
• Den har en svag lukt som liknar naturgas.
• Det är mycket brandfarligt.
• I kontakt med luft bildar det en explosiv blandning.
• Butanånga är tyngre än luft.
• Det är dåligt lösligt i vatten.
• Lättlöslig i etanol och dietyleter.
• Det är kemiskt stabilt.
• Det har en giftig effekt på människokroppen.

Butan finns i naturgas och råolja , två huvudkällor för både rakkedjiga och grenkedjiga former. Stora mängder butan erhålls också från oljeraffinering. Gasen är ett fossilt bränsle som bildas av rester av döda växter och djur, som sönderfaller djupt under jordens yta. Butanisomerer som finns i naturgas kan separeras från högre koncentrationer av andra gasformiga beståndsdelar, såsom metan och etan, genom absorption i en lätt olja. Butan som avlägsnats från absorbenten tillsammans med propan marknadsförs som flytande petroleumgas (LPG). Butanisomerer som bildas genom katalytisk krackning och andra raffinaderiprocesser utvinns också genom absorption i en lätt olja. Vid rumstemperatur är butan en gas men den omvandlas lätt till en vätska, så den förvaras vanligtvis komprimerad i tillräckligt starka stålcylindrar. Det förvaras vanligtvis i mycket välventilerade rum och borta från antändningskällor. Laboratoriemetoder för att erhålla butan inkluderar hydrering av omättade kolväten. En sådan process används till exempel på butener och butyner, eller alkener respektive alkyner . De omättade (dubbel- och trippelbindningarna) som finns i deras molekyler är mycket reaktiva och lätt hydrerade. Under denna process tillsätts vätemolekyler direkt till omättade föreningar, vilket resulterar i en molekyl med mättade bindningar i kolkedjan, såsom butan. En annan metod är den så kallade Wurtz-reaktionen. Wurtz-syntesen syftar till att förlänga kolkedjan. Denna reaktion involverar två alkylhalider, som förlorar sina kloridjoner när de behandlas med natrium. Deras alkylkedjor är sammanfogade med samtidig frisättning av natriumklorid.

Karakteristiska reaktioner av butan

Några av de grundläggande reaktionerna av butan är förbränningsreaktioner . Beroende på mängden syre som är involverad i reaktionen kan förbränningsreaktionen vara antingen fullständig eller ofullständig. I det förra fallet är mängden syre under förbränning obegränsad. Slutprodukterna av en sådan reaktion är koldioxid och vatten. Med tanke på mängden energi som erhålls är fullständig förbränning bäst. Men om det inte finns tillräckligt med syre uppstår ofullständig förbränning. Beroende på mängden tillgängligt syre är två ofullständiga förbränningsreaktioner möjliga. Produkterna från ofullständig förbränning inkluderar antingen giftig kolmonoxid (II) och vatten eller kol och vatten. Butan är en kemiskt stabil förening. Du bör dock komma ihåg att det bildar en explosiv blandning med luft. Den har även explosiva reaktioner med klordioxid och starka oxidationsmedel. Det reagerar också med bariumperoxid vid hög temperatur. Viktigt är att det inte utövar frätande effekter på metaller. Viktiga reaktioner av butan inkluderar också dess halogenering . Under denna process reagerar butan vanligtvis med klor eller brom, vilket resulterar i halogenderivat: klorbutaner respektive bromobutaner. Det är viktigt att notera att närvaron av fyra kolatomer i alkylkedjan gör det möjligt att erhålla en mängd olika derivat, beroende på klor- eller bromsubstitutionsstället. Substitutionsriktningen bestäms i första hand av ordningen av kolatomerna i molekylen. Experimentella data visar tydligt att ju högre ordningen kolatomen har i butan, desto lättare är det att ersätta det. Klorering eller bromering av butan resulterar vanligtvis i en blandning av halogenderivat. Viktigt är att bromering är en mer selektiv reaktion – under processen når utbytet av huvudprodukten upp till 99%.

Viktiga butanapplikationer

• Butan är en av de kemiska föreningar som används i livsmedelsindustrin . Det är ett av de ämnen som används vid framställning av vegetabiliska oljor. Butanens tekniska funktioner inkluderar främst inblandning i bildandet av vattenhaltiga emulsioner i aerosol . Detta möjliggör tillverkning av sprayoljor, som sedan är perfekta för att smörja till exempel bakplåtar.
• Blandningen är en viktig ingrediens i den kemiska industrin . Det används i ett antal synteser och processer. Det används som lösningsmedel, kylmedel och reaktant vid syntes av syntetisk bensin. Den fungerar också som bärgas.
• Butan används ofta som bränsle i portabla gasspisar och flaskor för användning t.ex. på campingplatser. Den används även för att fylla på tändare. När du klickar på knappen antänds gasen som finns inuti tändaren i kontakt med en gnista.
• Blandningen fungerar som en bärargas i produkter som hårsprayer, deodoranter, luftfräschare eller sprayfärger.
• Butan är också ett viktigt köldmedium . Det fungerar bra för små, bärbara campingkylskåp. Båda isomera formerna av föreningen kan användas som ett kylmedel. De senaste åren har de fått uppmärksamhet på grund av bland annat deras lägre pris jämfört med andra köldmedier. Butan används ofta i kyla i form av en propan/butanblandning. Det bör dock noteras att den inte fungerar bra i till exempel luftkonditionering.
• Butan kan användas som bensintillsats. för att öka dess volatilitet. N-butan som utsätts för isomeriseringsprocesser och omvandlas till isobutan bildar tillsammans med vissa kolväten som butylen värdefulla högoktaniga bensinkomponenter.

Nyckelbutanderivat

Butanol

Butanol, eller etylalkohol, är ett alkoholiskt derivat av butan. Det kan ha två isomera former, 1-butanol (n-butanol) och 2-butanol (sek-butanol). Butanol kommer i form av en klar, färglös vätska. Dess löslighet i vatten är lägre jämfört med etanol eller propanol. Detta beror på närvaron av så många som fyra kolatomer i kedjan, vilket resulterar i dess hydrofoba egenskaper. Butan är lättlösligt i sådana föreningar som bensen , aceton och dietyleter. Det används främst inom den kemiska industrin. Det är ett av de material som används för tillverkning av estrar , färger, fernissor och hartser. Det används också som tillsats för plast . Butanol är en viktig ingrediens i produkter avsedda för jordbruk. Med tanke på dess egenskaper används det också som lösningsmedel. Intressant nog övervägs det att användas som bränsle på grund av dess egenskaper som liknar bensinens.

Butansyra

Ett surt organiskt derivat av butan är butansyra. Det är ett exempel på en karboxylsyra . En av dess egenskaper är att den har en -COOH-grupp i sin molekyl. Butansyra kallas vanligen för ‘smörsyra’ eftersom den bland annat påvisades i härskande smör. Butansyra är en fet vätska med en specifik obehaglig lukt. Det är lätt blandbart med vatten och etanol. Dess densitet är något lägre än vatten. Estrar av butansyra, såsom natriumbutyrat, anses viktiga. Butansyra är i första hand ett viktigt material för att erhålla olika smörsyraestrar, såsom natriumbutyrat. Smörsyraestrar med låg molekylvikt har oftast behagliga aromer och smaker. Som en konsekvens används de som livsmedel och parfymtillsatser. Derivat av syran är godkända mataromer. På grund av sin starka lukt används syran även som tillsats till fiskebeten.