Bütan – reaksiyonlar, uygulamalar, türevler

Bütan: genel özellikler

Bütan, doymuş hidrokarbonlar olarak da bilinen alkanların homolog serisinde dördüncü sırada yer alır. Bütan molekülü, tekli doymuş bağlarla birleştirilen dört karbon atomundan oluşur. Her karbon atomunun kendisine bağlı hidrojen atomları vardır (organik bileşiklerde karbon atomu her zaman dört değerliklidir). Bütanın iki izomeri vardır. İzomerler, aynı moleküler formüllere (yani yapıdaki aynı sayıda ayrı atoma) sahip olan, ancak yapısal formülleri (yani moleküldeki tek tek atomların düzeni) farklı olan bileşiklerdir. Bütan iki izomerik formda gelir: n-bütan ve 2-metilpropan (aynı zamanda izobütan olarak da bilinir). Bütanın izomerik formu, terminal _-CH2’nin doğrusal molekülden ayrılmasıyla oluşur. Daha sonra (tam olarak ikinci karbon atomuna) bir _-CH2 grubunun bağlandığı bir propan molekülü elde edilir. Bu, dallanmamış molekülle aynı sayıda atoma sahip dallanmış zincirli bir bileşikle sonuçlanır. Organik bileşik adlandırma kurallarına göre, "n" önekinin doğrusal bir bütan molekülünü belirtmek için kullanıldığı, "iso"nun ise dallanmış moleküle bir önek olarak eklendiği unutulmamalıdır. Yukarıda bahsedilen izomerizm tipine yapısal (veya yapısal) izomerizm adı verilir. Daha da önemlisi, bütan bir sera gazı olarak kabul edilmiyor. Dünyanın ozon tabakasını tüketmediği için çevre dostu bir yakıttır.

Bütanın fiziksel ve kimyasal özellikleri:

• Renksiz gaz.
• Doğal gaza benzeyen hafif bir kokusu vardır.
• Oldukça yanıcıdır.
• Hava ile temasında patlayıcı bir karışım oluşturur.
• Bütan buharı havadan ağırdır.
• Suda az çözünür.
• Etanol ve dietil eterde kolayca çözünür.
• Kimyasal olarak stabildir.
• İnsan vücudu üzerinde toksik etkisi vardır.

Bütan, hem düz zincirli hem de dallanmış zincirli formların iki ana kaynağı olan doğal gaz ve ham petrolde bulunur . Petrol rafinasyonundan da büyük miktarlarda bütan elde edilir. Gaz, ölü bitki ve hayvanların kalıntılarından oluşan ve Dünya yüzeyinin derinliklerinde ayrışan fosil bir yakıttır. Doğal gazda bulunan bütan izomerleri, hafif bir yağda emilme yoluyla metan ve etan gibi diğer gaz halindeki bileşenlerin daha yüksek konsantrasyonlarından ayrılabilir. Emiciden sıyrılan bütan, propanla birlikte sıvılaştırılmış petrol gazı (LPG) olarak pazarlanmaktadır. Katalitik parçalama ve diğer rafineri işlemleriyle oluşturulan bütan izomerleri de hafif bir yağa emdirilerek geri kazanılır. Oda sıcaklığında bütan bir gazdır ancak kolayca sıvıya dönüştürülebilir, bu nedenle genellikle yeterince güçlü çelik silindirlerde sıkıştırılmış olarak depolanır. Genellikle çok iyi havalandırılan odalarda ve tutuşturucu kaynaklardan uzakta saklanır. Bütan elde etmeye yönelik laboratuvar yöntemleri arasında doymamış hidrokarbonların hidrojenasyonu yer alır. Böyle bir işlem, örneğin sırasıyla bütenler ve bütinler veya alkenler ve alkinler üzerinde kullanılır. Moleküllerinde bulunan doymamış (çift ve üçlü) bağlar oldukça reaktiftir ve kolayca hidrojenlenir. Bu işlem sırasında, doymamış bileşiklere hidrojen molekülleri doğrudan eklenir ve bütan gibi karbon zincirinde doymuş bağlara sahip bir molekül elde edilir. Diğer bir yöntem ise Wurtz reaksiyonu olarak adlandırılan reaksiyondur. Wurtz sentezi karbon zincirini uzatmayı amaçlamaktadır. Bu reaksiyon, sodyum ile işlendiğinde klorür iyonlarını kaybeden iki alkil halojenürü içerir. Alkil zincirleri, eşzamanlı sodyum klorür salınımıyla birleştirilir.

Bütanın karakteristik reaksiyonları

Bütanın temel reaksiyonlarından bazıları yanma reaksiyonlarıdır . Reaksiyona katılan oksijen miktarına bağlı olarak yanma reaksiyonu tam veya eksik olabilir. İlk durumda yanma sırasındaki oksijen miktarı sınırsızdır. Böyle bir reaksiyonun son ürünleri karbondioksit ve sudur. Elde edilen enerji miktarı dikkate alındığında tam yanma en iyisidir. Ancak yeterli oksijen yoksa eksik yanma meydana gelir. Mevcut oksijen miktarına bağlı olarak iki eksik yanma reaksiyonu mümkündür. Eksik yanmanın ürünleri arasında zehirli karbon monoksit (II) ve su veya karbon ve su bulunur. Bütan kimyasal olarak kararlı bir bileşiktir. Ancak hava ile patlayıcı bir karışım oluşturduğunu unutmamalısınız. Ayrıca klor dioksit ve güçlü oksitleyici maddelerle patlayıcı reaksiyonlara sahiptir. Ayrıca yüksek sıcaklıkta baryum peroksit ile reaksiyona girer. Önemli olan metaller üzerinde aşındırıcı etki yaratmamasıdır. Bütanın önemli reaksiyonları aynı zamanda halojenlenmesini de içerir. Bu işlem sırasında bütan genellikle klor veya brom ile reaksiyona girerek halojen türevleri elde edilir: sırasıyla klorobutanlar ve bromobutanlar. Alkil zincirinde dört karbon atomunun varlığının, klor veya brom ikame bölgesine bağlı olarak çeşitli türevlerin elde edilmesini mümkün kıldığına dikkat etmek önemlidir. İkame yönü öncelikle moleküldeki karbon atomlarının sırasına göre belirlenir. Deneysel veriler, bütandaki karbon atomunun sırası ne kadar yüksekse, ikamesinin de o kadar kolay olduğunu açıkça göstermektedir. Bütanın klorlanması veya brominasyonu genellikle halojen türevlerinin bir karışımıyla sonuçlanır. Daha da önemlisi, bromlama daha seçici bir reaksiyondur; işlem sırasında ana ürünün verimi %99’a kadar ulaşır.

Temel bütan uygulamaları

• Bütan, gıda endüstrisinde kullanılan kimyasal bileşiklerden biridir. Bitkisel yağların üretiminde kullanılan maddelerden biridir. Bütanın teknolojik işlevleri öncelikle aerosolde sulu emülsiyonların oluşumuna dahil olmayı içerir. Bu, örneğin fırın tepsilerini yağlamak için mükemmel olan sprey yağların üretimini mümkün kılar.
• Bileşik kimya endüstrisinde önemli bir bileşendir. Bir dizi sentez ve süreçte kullanılır. Sentetik petrol sentezinde çözücü, soğutucu ve reaktan olarak kullanılır. Aynı zamanda taşıyıcı gaz görevi de görür.
• Bütan, örneğin kamp alanlarında kullanılmak üzere portatif gaz ocaklarında ve silindirlerde yakıt olarak yaygın şekilde kullanılır. Ayrıca çakmakların doldurulmasında da kullanılır. Düğmeye bastığınızda çakmağın içinde bulunan gaz kıvılcımla temas ederek tutuşur.
• Bileşik, saç spreyleri, deodorantlar, oda spreyleri veya sprey boyalar gibi ürünlerde taşıyıcı gaz görevi görür.
• Bütan aynı zamanda önemli bir soğutucudur . Küçük, taşınabilir kamp buzdolapları için iyi çalışır. Bileşiğin her iki izomerik formu da soğutucu olarak kullanılabilir. Son yıllarda, diğer soğutucu akışkanlara kıyasla daha düşük fiyatları nedeniyle dikkat çekiyorlar. Bütan genellikle soğutmada propan/bütan karışımı formunda kullanılır. Ancak örneğin klima konusunda pek iyi performans göstermediğini de belirtelim.
• Bütan, petrol katkı maddesi olarak kullanılabilir. volatilitesini artırmaktır. İzomerizasyon işlemlerine tabi tutulan ve izobütana dönüştürülen N-bütan, butilen gibi bazı hidrokarbonlarla birlikte değerli yüksek oktanlı petrol bileşenleri oluşturur.

Anahtar bütan türevleri

Bütanol

Butanol veya etil alkol, bütanın alkollü bir türevidir. 1-butanol (n-butanol) ve 2-butanol (sec-butanol) olmak üzere iki izomerik form alabilir. Butanol berrak, renksiz bir sıvı formunda gelir. Sudaki çözünürlüğü etanol veya propanol ile karşılaştırıldığında daha düşüktür. Bunun nedeni zincirde dört kadar karbon atomunun bulunmasıdır ve bu da onun hidrofobik özelliklere sahip olmasını sağlar. Bütan, benzen , aseton ve dietil eter gibi bileşiklerde kolayca çözünür. Esas olarak kimya endüstrisinde kullanılır. Ester , boya, vernik ve reçine üretiminde kullanılan malzemelerden biridir. Ayrıca plastiklerde katkı maddesi olarak da kullanılır. Butanol, tarıma yönelik ürünlerde önemli bir bileşendir. Özellikleri göz önüne alındığında solvent olarak da kullanılır. İlginçtir ki, petrole benzer özelliklerinden dolayı yakıt olarak kullanılması düşünülmektedir.

Bütanoik asit

Bütanın asidik bir organik türevi, bütanoik asittir. Bu bir karboksilik asit örneğidir. Özelliklerinden biri molekülünde -COOH grubunun bulunmasıdır. Bütanoik asit, diğerlerinin yanı sıra, ekşimiş tereyağında da tespit edildiği için genellikle ‘bütirik asit’ olarak adlandırılır. Butanoik asit, hoş olmayan bir kokuya sahip yağlı bir sıvıdır. Su ve etanolle kolaylıkla karışabilir. Yoğunluğu suyunkinden biraz daha düşüktür. Sodyum bütirat gibi bütanoik asit esterlerinin önemli olduğu düşünülmektedir. Bütanoik asit öncelikle sodyum bütirat gibi çeşitli bütirik asit esterlerinin elde edilmesi için önemli bir malzemedir. Düşük molekül ağırlıklı bütirik asit esterleri çoğunlukla hoş aroma ve tatlara sahiptir. Sonuç olarak gıda ve parfüm katkı maddesi olarak kullanılırlar. Asidin türevleri onaylı gıda aromalarıdır. Güçlü kokusu nedeniyle asit aynı zamanda balık yemlerinde katkı maddesi olarak da kullanılır.