البيوتان (C₄H₁₀) هو غاز هيدروكربوني شديد الاشتعال. ويشيع استخدامه كوقود للولاعات ومواقد المخيمات بسبب خصائص حرقه الفعالة وقابليته للنقل.
| اسم الأيوباك | البيوتان |
| الصيغة الجزيئية | C₄H₁₀ |
| CAS رقم | 106-97-8 |
| المرادفات | ن-بيوتان، بوتيل هيدريد، ميثيل إيثيل ميثان، ثنائي إيثيل |
| إنتشي | إنشي=1S/C4H10/c1-3-4-2/h3-4H2.1-2H3 |
خصائص البيوتان
صيغة البيوتان
صيغة البيوتان هي C₄H₁₀، مما يدل على أنه يتكون من أربع ذرات كربون وعشر ذرات هيدروجين. توفر الصيغة معلومات قيمة حول التركيب الكيميائي للبيوتان، مما يسمح للعلماء بدراسة خصائصه وسلوكه.
البوتان الكتلة المولية
يمكن حساب الكتلة المولية لهيدريد البوتيل عن طريق إضافة الكتل الذرية للعناصر المكونة له. بالنسبة لهيدريد البوتيل (C₄H₁₀)، تبلغ الكتلة المولية حوالي 58.12 جرامًا لكل مول. تعد الكتلة المولية عاملاً حاسماً في الحسابات الكيميائية المختلفة وتلعب دورًا مهمًا في تحديد الخواص الفيزيائية والكيميائية لهيدريد البوتيل.
نقطة غليان البيوتان
يتمتع هيدريد البوتيل بنقطة غليان منخفضة نسبيًا تبلغ حوالي -1 درجة مئوية (30 درجة فهرنهايت). وهذا يعني أنه عند درجة الحرارة هذه أو أعلى منها، ينتقل هيدريد البوتيل بسهولة من الطور السائل إلى الطور الغازي. نقطة الغليان المنخفضة تجعل من هيدريد البوتيل وقودًا مثاليًا لتطبيقات مثل الولاعات ومواقد المعسكرات المحمولة.
نقطة انصهار البوتان
تبلغ نقطة انصهار هيدريد البوتيل حوالي -138.4 درجة مئوية (-217.12 درجة فهرنهايت). عند درجة الحرارة هذه أو أقل منها، يخضع هيدريد البوتيل الصلب لتغير طوري ويصبح سائلًا. ومع ذلك، في ظل الظروف الجوية العادية، يوجد هيدريد البوتيل بشكل شائع في شكله الغازي.
كثافة البيوتان جم/مل
تبلغ كثافة هيدريد البوتيل حوالي 2.48 جرام لكل ملليلتر. يشير هذا إلى أن هيدريد البوتيل أخف من الماء الذي تبلغ كثافته 1 جم/مل. تعد كثافة هيدريد البوتيل خاصية حاسمة تحدد سلوكه أثناء التخزين أو النقل، بالإضافة إلى خصائص احتراقه.
الوزن الجزيئي للبيوتان
يبلغ الوزن الجزيئي لهيدريد البوتيل حوالي 58.12 جرامًا لكل مول. وهو يمثل مجموع الأوزان الذرية لجميع الذرات الموجودة في جزيء واحد من هيدريد البوتيل. يعد الوزن الجزيئي معلمة أساسية لمختلف الحسابات العلمية ويساعد على فهم خصائص وسلوك هيدريد البوتيل.
هيكل البوتان
يتكون هيكل هيدريد البوتيل من سلسلة مستقيمة من أربع ذرات كربون ترتبط بها عشر ذرات هيدروجين. يتم ترتيب ذرات الكربون في خط متواصل وتشكل كل ذرة كربون روابط فردية مع ذرتين كربون متجاورتين وثلاث ذرات هيدروجين. يساهم هذا الهيكل الخطي في الخواص الفيزيائية والكيميائية لهيدريد البوتيل.
ذوبان البوتان
يعتبر بوتيل هيدريد غير قابل للذوبان نسبيا في الماء. يُظهر قابلية ذوبان منخفضة بسبب طبيعته غير القطبية وتفاعلاته الضعيفة بين الجزيئات مع جزيئات الماء. ومع ذلك، بوتيل هيدريد قابل للذوبان بدرجة عالية في المذيبات العضوية مثل الإيثانول والأسيتون. يعد سلوك الذوبان هذا مهمًا في التطبيقات المختلفة، مثل عمليات الاستخلاص والتفاعلات القائمة على المذيبات.
| مظهر | غاز عديم اللون |
| جاذبية معينة | 2.48 |
| لون | لا يوجد |
| يشم | عديم الرائحة |
| الكتلة المولية | 58.12 جرام/مول |
| كثافة | 2.48 جرام/مل |
| نقطة الانصهار | -138.4 درجة مئوية (-217.12 درجة فهرنهايت) |
| نقطة الغليان | -1 درجة مئوية (30 درجة فهرنهايت) |
| نقطة فلاش | -60 درجة مئوية (-76 درجة فهرنهايت) |
| الذوبان في الماء | لا يتحلل في الماء |
| الذوبان | قابل للذوبان في المذيبات العضوية |
| ضغط البخار | 2.4 أجهزة الصراف الآلي عند 20 درجة مئوية |
| كثافة بخار | 2.07 (الهواء = 1) |
| pKa | لا يوجد |
| الرقم الهيدروجيني | لا يوجد |
سلامة البيوتان ومخاطره
يشكل هيدريد البوتيل بعض مخاطر السلامة التي يجب أخذها في الاعتبار. وهو غاز شديد الاشتعال ويمكن أن يشتعل بسهولة في وجود مصدر اشتعال. وينبغي اتخاذ الاحتياطات اللازمة لتجنب الحرائق أو الانفجارات العرضية. من المهم تخزين ومعالجة هيدريد البوتيل في مناطق جيدة التهوية لتجنب تراكم الأبخرة القابلة للاشتعال. يمكن أن يكون الاستنشاق المباشر لهيدريد البوتيل ضارًا لأنه يحل محل الأكسجين ويمكن أن يسبب الاختناق. بالإضافة إلى ذلك، فإن التعرض لتركيزات عالية من هيدريد البوتيل قد يسبب الدوخة والنعاس والغثيان. من الضروري اتباع احتياطات السلامة المناسبة، مثل استخدام هيدريد البوتيل في المعدات المصممة والمعتمدة بشكل صحيح وتجنب ملامسة اللهب المكشوف أو الشرر.
| رموز الخطر | غاز قابل للاشتعال |
| وصف الأمان | الابتعاد عن اللهب المكشوف والشرر. تخزينها في مكان جيد التهوية. تجنب الاستنشاق والاتصال المباشر. |
| معرفات الأمم المتحدة | الأمم المتحدة 1011 |
| رمز النظام المنسق | 2711.12.20 |
| فئة الخطر | فئة 2.1 (غاز قابل للاشتعال) |
| مجموعة التعبئة | مجموعة التعبئة الثانية |
| تسمم | يعتبر بوتيل هيدريد عمومًا ذو سمية منخفضة. ومع ذلك، فإن استنشاق تركيزات عالية قد يسبب الدوخة والنعاس والغثيان. كما يمكن أن يحل محل الأكسجين في الأماكن المغلقة، مما يؤدي إلى الاختناق. يجب اتباع إجراءات التهوية والتعامل المناسبة لضمان السلامة. |
طرق تصنيع البيوتان
يتم تصنيع هيدريد البوتيل بطرق مختلفة، تتضمن في المقام الأول إنتاج البترول أو الغاز الطبيعي.
التقطير التجزيئي: أثناء التقطير التجزيئي للنفط الخام أو البترول، تنتج العملية هيدريد البوتيل كمنتج ثانوي. تقوم عملية التكرير بفصل الأجزاء الهيدروكربونية المختلفة بناءً على نقاط غليانها، ويعتبر هيدريد البوتيل أحد المكونات التي يمكن عزلها.
معالجة الغاز الطبيعي: تنتج معالجة الغاز الطبيعي أيضًا هيدريد البوتيل. يحتوي الغاز الطبيعي على هيدروكربونات مختلفة، بما في ذلك الميثان والهيدروكربونات الأعلى مثل هيدريد البوتيل. يخضع خليط الغاز الطبيعي لعمليات مثل الامتصاص أو الفصل المبرد لفصل هيدريد البوتيل.
تكسير الهيدروكربون: تقوم عملية التكسير بتكسير سلاسل الهيدروكربون الكبيرة إلى سلاسل أصغر، مما يؤدي إلى إنتاج هيدريد البوتيل. يتضمن ذلك تعريض الهيدروكربونات الأثقل لدرجات حرارة عالية أو استخدام المحفزات لتوليد هيدريد البوتيل كمنتج.
الأيزومرية: تعمل الأيزومرية على إعادة ترتيب التركيب الجزيئي للهيدروكربونات، مما يسمح بتخليق هيدريد البوتيل عن طريق أيزومرة هيدروكربونات أخرى مثل البنتان أو الهكسان إلى أيزومراتها. تعمل محفزات محددة على تحفيز هذه العملية في ظل الظروف المناسبة.
عملية التوليف: في المختبر، يمكن للعلماء تصنيع هيدريد البوتيل من خلال طرق اصطناعية. يمكنهم استخدام تفاعلات كيميائية مختلفة، مثل الهدرجة أو الاختزال، لإنتاج هيدريد البوتيل من المركبات الأولية.
تتيح هذه الطرق إنتاج هيدريد البوتيل في العمليات الصناعية واسعة النطاق وكذلك في المختبرات الأصغر حجمًا. يعتمد اختيار الطريقة على توفر المواد الخام والنقاء المطلوب والمتطلبات المحددة للتطبيق.
استخدامات البيوتان
يجد هيدريد البوتيل تطبيقًا في مختلف الصناعات والاستخدام اليومي نظرًا لخصائصه المفيدة. فيما يلي بعض الاستخدامات الشائعة لهيدريد البوتيل:
- الوقود: يعمل هيدريد البوتيل على تشغيل المواقد المحمولة وسخانات المخيمات والولاعات كوقود، وذلك بفضل محتواه العالي من الطاقة وخصائص الاحتراق الفعالة.
- دافع الأيروسول: يعمل هيدريد البوتيل على دفع منتجات الأيروسول مثل بخاخات الشعر ومعطرات الجو وطلاءات الأيروسول، مما يسمح بإطلاقها على شكل رذاذ خفيف أو رذاذ.
- مادة التبريد: يبرد هيدريد البوتيل ويحافظ على درجات حرارة منخفضة في أنظمة التبريد صغيرة الحجم مثل الثلاجات والمجمدات المنزلية، ويعمل كمبرد.
- سائل الولاعة: يعمل هيدريد البوتيل على تشغيل ولاعات السجائر وقداحات الشعلة، مما يولد لهبًا يعد مكونًا رئيسيًا في سوائل الولاعة.
- الاستخلاص: يعمل هيدريد البوتيل كمذيب في استخلاص الزيوت العطرية والمركبات النباتية من المواد النباتية، مما يؤدي إلى إذابة المركبات المطلوبة بشكل فعال.
- الاستخدام المختبري: تستخدم المختبرات هيدريد البوتيل كوقود لمواقد بنسن وكروماتوغرافيا الغاز.
- غاز المعايرة: يعمل هيدريد البوتيل كغاز معايرة لأجهزة الكشف عن الغاز وأجهزة الاستشعار، مما يوفر خصائص محددة جيدًا ويمكن قياسها بسهولة.
- اللحام والنحاس: تسهل مشاعل هيدريد البوتيل عمليات اللحام والنحاس بفضل درجات الحرارة العالية والدقة وسهولة الاستخدام.
- الترفيه: يعمل بوتيل هيدريد على تشغيل مواقد المخيمات والمصابيح اليدوية المحمولة، مما يعزز الأنشطة الترفيهية في الهواء الطلق مثل التخييم والمشي لمسافات طويلة والطهي.
- مصدر الاستهلاك: يعمل هيدريد البوتيل كمصدر للحرارة في مجموعة متنوعة من التطبيقات، بما في ذلك أدوات التسخين، والسخانات الصغيرة، والتطبيقات القائمة على اللهب في صناعات محددة.
إن الطبيعة المتنوعة لهيدريد البوتيل ومجموعة تطبيقاته تجعله مركبًا قيمًا في العديد من الصناعات والأدوات المنزلية والأنشطة الترفيهية.
سؤال:
س: أين يمكنني شراء غاز البوتان بالقرب مني؟
ج: يمكنك عادة العثور على غاز بوتيل هيدريد في متاجر الأجهزة المحلية أو محلات السوبر ماركت أو المتاجر الصغيرة التي تبيع مستلزمات التخييم.
س: هل غاز البوتان غاز طبيعي؟
ج: لا، لا يعتبر هيدريد البوتيل غازًا طبيعيًا. وهو غاز هيدروكربوني مشتق من معالجة البترول أو الغاز الطبيعي.
س: ما هو البيوتان؟
ج: هيدريد البيوتيل هو هيدروكربون غازي له الصيغة الكيميائية C₄H₁₀. وهو غاز عديم اللون والرائحة قابل للاشتعال ويستخدم عادة كوقود وفي تطبيقات مختلفة.
س: كيف يتم صناعة البيوتان؟
ج: يتم تصنيع هيدريد البوتيل في المقام الأول من خلال عمليات مثل التقطير التجزيئي للبترول أو الغاز الطبيعي، أو تكسير الهيدروكربونات الأثقل، أو أيزومرة الهيدروكربونات الأخرى.
س: كيف يمكنني إعادة ملء ولاعة البيوتان؟
ج: لملء قداحة هيدريد البوتيل، حدد أولاً موقع صمام إعادة التعبئة، والذي يكون عادة في الأسفل. أدخل فوهة هيدريد البوتيل في الصمام واضغط بقوة لتحرير هيدريد البوتيل في التجويف حتى يمتلئ.
س: أي المركبات التالية يعتبر من الأيزومرات البنائية للبيوتان؟
ج: البنتان (C₅H₁₂) هو أيزومر بنيوي لهيدريد البوتيل، حيث يحتوي كلا المركبين على أربع ذرات كربون ولكن لهما ترتيبات مختلفة.
س: كيف يمكنني إعادة ملء ولاعة البيوتان؟
ج: لإعادة ملء قداحة بوتيل هيدريد، أمسك القداحة رأسًا على عقب، ثم قم بمحاذاة فوهة خرطوشة إعادة تعبئة هيدريد البوتيل مع صمام إعادة تعبئة القداحة واضغط بقوة على الخرطوشة لتحرير الهيدريد من البوتيل إلى القداحة.
س: أين يمكنني شراء غاز البيوتان بالقرب مني؟
ج: يمكنك شراء هيدريد البوتيل من متاجر الأجهزة المحلية أو محلات السوبر ماركت أو المتاجر الصغيرة التي تخزن مستلزمات التخييم أو الأدوات المنزلية.
س: أين يمكن شراء البيوتان؟
ج: يمكن شراء هيدريد البيوتيل من مجموعة متنوعة من المصادر، بما في ذلك تجار التجزئة عبر الإنترنت، ومتاجر الأجهزة، ومتاجر مستلزمات التخييم، وبعض محلات السوبر ماركت.
س: ما هي العبارة التي تقارن بشكل أفضل بين درجة انصهار البيوتان (C₄H₁₀) ودرجة انصهار الأوكتان (C₈H₁₈)؟
ج: الأوكتان، ذو التركيب الجزيئي الأكبر والأكثر تعقيدًا، لديه بشكل عام نقطة انصهار أعلى من هيدريد البوتيل.
س: ما هي الكتلة المولية للبيوتان، C₄H₁₀؟
ج: تبلغ الكتلة المولية لهيدريد البوتيل (C₄H₁₀) حوالي 58.12 جرامًا لكل مول.
س: ما عدد الأيزومرات الممكنة لـ C₄H₁₀؟
ج: يحتوي هيدريد البوتيل (C₄H₁₀) على اثنين من الأيزومرات: بيوتان ن (بيوتان عادي) وإيزوبيوتان (2-ميثيل بروبان).
س: أي من المركبات C₄H₁₀، SrCl₂، Cr(NO₃)₃، OF₂ يجب أن يتواجد كجزيئات؟
ج: من المتوقع وجود C₄H₁₀ (هيدريد البوتيل) وOF₂ (ثنائي فلوريد الأكسجين) كجزيئات، في حين أن SrCl₂ وCr(NO₃)₃ عبارة عن مركبات أيونية.