الأيزوبيوتيلين (C₄H₈) هو غاز عديم اللون يستخدم في إنتاج الوقود والمواد الكيميائية. وهو شديد الاشتعال وله رائحة حلوة.
| اسم الأيوباك | 2- ميثيل بروبين |
| الصيغة الجزيئية | C₄H₈ |
| CAS رقم | 115-11-7 |
| المرادفات | إيزوبوتين، 2-ميثيل بروبين، ميثيل بروبين |
| إنتشي | إنتشي = 1S/C4H8/c1-4(2)3/h1H2.2-3H3 |
خصائص الأيزوبيوتيلين
صيغة الأيزوبيوتيلين
صيغة الأيزوبيوتين هي C₄H₈. ويتكون من أربع ذرات كربون وثماني ذرات هيدروجين. تمثل هذه الصيغة الجزيئية تركيبة الأيزوبيوتين، موضحة عدد كل نوع من الذرات الموجودة في الجزيء.
إيزوبيوتيلين الكتلة المولية
يتم حساب الكتلة المولية للإيزوبيوتين عن طريق إضافة الكتل الذرية للذرات المكونة له. هذا يعادل تقريبًا 56.11 جرامًا لكل مول (جم/مول). الكتلة المولية هي معلمة حاسمة في الحسابات الكيميائية وتستخدم لتحديد كمية المادة الموجودة في كمية معينة.
نقطة غليان الأيزوبيوتيلين
تبلغ درجة غليان الأيزوبيوتيلين حوالي -6.9 درجة مئوية. تشير نقطة الغليان إلى درجة الحرارة التي تتغير عندها المادة من الطور السائل إلى الطور الغازي تحت الضغط الجوي القياسي. يتبخر الأيزوبيوتيلين عند درجة الحرارة هذه ويتحول إلى غاز.
نقطة انصهار الأيزوبيوتيلين
تبلغ نقطة انصهار الأيزوبيوتين حوالي -140.3 درجة مئوية. نقطة الانصهار هي درجة الحرارة التي تتحول عندها المادة الصلبة إلى الحالة السائلة. يخضع الأيزوبيوتيلين لهذا التغيير عند تسخينه إلى درجة الحرارة المحددة.
كثافة الأيزوبوتيلين جم / مل
تبلغ كثافة الأيزوبيوتين حوالي 0.588 جرام لكل ملليلتر (جم / مل). تمثل الكثافة الكتلة لكل وحدة حجم من المادة. يحدد درجة كثافة الجزيئات في حجم معين من المادة.
الوزن الجزيئي للأيزوبيوتيلين
يبلغ الوزن الجزيئي للأيزوبيوتين حوالي 56.11 جرامًا لكل مول (جم / مول). الوزن الجزيئي هو مجموع الأوزان الذرية لجميع الذرات الموجودة في الجزيء. وهو ضروري لمختلف العمليات الحسابية، بما في ذلك قياس العناصر الكيميائية وتحديد نسبة العناصر المختلفة في المركب.
هيكل الأيزوبيوتيلين
يحتوي الأيزوبيوتين على بنية تتكون من سلسلة متفرعة من أربع ذرات كربون. ترتبط كل ذرة كربون بذرات أخرى، وخاصة ذرات الهيدروجين. يتم تمثيل الهيكل بواسطة CH₃C(CH₃)CH₂. يحدد هذا الترتيب للذرات الخواص الكيميائية والفيزيائية للإيزوبيوتين.
ذوبان الأيزوبيوتيلين
الأيزوبوتين قليل الذوبان في الماء. إنه يظهر قابلية ذوبان منخفضة بسبب طبيعته غير القطبية. المركبات غير القطبية مثل الأيزوبيوتين لا تذوب بسهولة في المذيبات القطبية مثل الماء. ومع ذلك، يمكن أن يذوب الأيزوبيوتين في المذيبات العضوية مثل الكحول والإيثرات والهيدروكربونات.
| مظهر | غاز عديم اللون |
| جاذبية معينة | 0.588 |
| لون | لا يوجد |
| يشم | ناعم |
| الكتلة المولية | 56.11 جرام/مول |
| كثافة | 0.588 جم/مل |
| نقطة الانصهار | -140.3 درجة مئوية |
| نقطة الغليان | -6.9 درجة مئوية |
| نقطة فلاش | -49 درجة مئوية |
| الذوبان في الماء | ضعيف الذوبان |
| الذوبان | قابل للذوبان في المذيبات العضوية |
| ضغط البخار | 215 كيلو باسكال (عند 25 درجة مئوية) |
| كثافة بخار | 2.48 (الهواء = 1) |
| pKa | لا يوجد |
| الرقم الهيدروجيني | حيادي |
السلامة ومخاطر الأيزوبيوتيلين
يشكل الأيزوبوتين العديد من المخاطر المتعلقة بالسلامة. وهو شديد الاشتعال، مما يعني أنه يمكن أن يشتعل بسهولة عند تعرضه لمصدر اشتعال. ولذلك يجب اتخاذ الاحتياطات المناسبة لتجنب الحرائق والانفجارات. أبخرة الأيزوبيوتين أثقل من الهواء ويمكن أن تتراكم في المناطق المنخفضة، مما يزيد من خطر نشوب حريق. الاتصال المباشر مع الأيزوبيوتين قد يسبب تهيج الجلد والعين. استنشاق تركيزات عالية يمكن أن يسبب مشاكل في التنفس، والدوخة، وحتى الاختناق. يجب استخدام التهوية الكافية ومعدات الحماية الشخصية عند التعامل مع الأيزوبيوتين لتقليل مخاطر التعرض. من الضروري اتباع بروتوكولات السلامة المناسبة والتعامل مع هذه المادة بحذر.
| رموز الخطر | غاز قابل للاشتعال |
| وصف الأمان | الابتعاد عن مصادر الاشتعال. |
| استخدام في منطقة جيدة التهوية. | |
| ارتداء الملابس والنظارات الواقية. | |
| معرفات الأمم المتحدة | الأمم المتحدة 1075 |
| رمز النظام المنسق | 2901.11.00 |
| فئة الخطر | 2.1 (غاز قابل للاشتعال) |
| مجموعة التعبئة | جنرال الكتريك الثاني |
| تسمم | سمية حادة عن طريق الاستنشاق، ضارة إذا تم ابتلاعها أو ملامستها للجلد/العينين. |
طرق تخليق الأيزوبيوتيلين
هناك طرق مختلفة لتجميع الأيزوبيوتين.
تتضمن الطريقة الشائعة نزع الهيدروجين الحفزي للأيزوبيوتان، حيث يمر الأيزوبيوتان فوق محفز، عادة ما يكون أكسيد فلز أو محفز فلز مدعوم، عند درجات حرارة مرتفعة. يسهل المحفز إزالة الهيدروجين من الأيزوبيوتان، مما يؤدي إلى تكوين الأيزوبيوتين.
تتضمن الطريقة الأخرى التكسير الحراري للأجزاء البترولية الغنية بالهيدروكربونات المتفرعة، مثل البيوتين، عن طريق تطبيق درجات حرارة عالية. يؤدي تفاعل التكسير إلى تكسير جزيئات الهيدروكربون الكبيرة إلى جزيئات أصغر، مما يؤدي إلى إنتاج الأيزوبيوتين.
عند تكسير الهيدروكربونات بالبخار، تنتج العملية الأيزوبيوتين كمنتج ثانوي. يتضمن التكسير بالبخار تعريض الهيدروكربونات، مثل الإيثان أو النافتا، لدرجات حرارة عالية في وجود البخار، مما يؤدي إلى خليط من الأوليفينات، بما في ذلك الأيزوبيوتين.
بالإضافة إلى ذلك، يتضمن تخليق الأيزوبيوتين إجراء تفاعل تبادلي بين الإيثيلين و2-بيوتين . تتضمن تفاعلات الإبدال تبادل المجموعات الوظيفية أو البدائل بين الجزيئات المتفاعلة. ومن خلال إخضاع الإيثيلين و2-بيوتين لظروف الاستبدال، يمكن إنتاج الأيزوبيوتين.
توفر طرق التوليف هذه طرقًا مختلفة للحصول على الأيزوبيوتين، وتلبية المتطلبات الصناعية المختلفة وتوافر المواد الخام. كل طريقة لها مزاياها واعتباراتها الخاصة من حيث ظروف التفاعل واختيار المحفز وإنتاجية التحسين.
استخدامات الأيزوبيوتيلين
يلعب الأيزوبوتين دورًا حاسمًا في مجموعة واسعة من التطبيقات نظرًا لخصائصه الفريدة. بعض الاستخدامات الشائعة للإيزوبوتين تشمل:
- يعد الأيزوبيوتين مادة خام رئيسية في إنتاج مطاط البوتيل، الذي يستخدمه المصنعون في تصنيع أنابيب الإطارات، وخراطيم السيارات، والحشيات، وذلك بفضل مقاومته الممتازة للحرارة والمواد الكيميائية وعدم نفاذه للغازات.
- تستخدم الصناعات الأيزوبيوتين كمادة مضافة للوقود لتحسين تصنيف الأوكتان للبنزين، وبالتالي تحسين كفاءة الاحتراق وتقليل الخبط لتحسين أداء الوقود.
- يخضع الأيزوبوتين للبلمرة لإنتاج بولي إيزوبوتين (PIB)، وهو بوليمر متعدد الاستخدامات يستخدم على نطاق واسع في التطبيقات الصناعية المختلفة مثل مواد التشحيم والمواد اللاصقة ومانعات التسرب وكعامل سماكة.
- يستخدم المصنعون الأيزوبيوتين كمقدمة في إنتاج كحول الأيزوبيوتيل، وهو مذيب يستخدم على نطاق واسع في الطلاءات والراتنجات ومنتجات العناية الشخصية.
- يعمل الأيزوبوتين ككتلة بناء لتخليق العديد من المواد الكيميائية، بما في ذلك مضادات الأكسدة والملدنات والنكهات والعطور والمستحضرات الصيدلانية، مما يدل على دوره كوسيط كيميائي قيم.
- تضيف الصناعات مادة الأيزوبيوتين إلى غاز البترول المسال (LPG) كعنصر مزج لتحسين جودته واستقراره، مما يضمن الاستخدام الآمن والفعال.
- يجد التطبيق كمكون في مخاليط التبريد المستخدمة في أنظمة التبريد وتكييف الهواء.
- تعتمد الصناعات على مواد لاصقة الأيزوبيوتين لخصائصها القوية في الترابط، وتستخدمها في قطاعات البناء والسيارات والتغليف.
- يستخدم الأيزوبوتين كمستخلص في إنتاج المواد الكيميائية المختلفة، بما في ذلك الأدوية والمنكهات.
- وهو يعمل كوقود دافع في منتجات الأيروسول مثل البخاخات والرغاوي ومزيلات العرق.
توضح هذه التطبيقات أهمية الأيزوبيوتين في مختلف الصناعات ومساهماته في العديد من المنتجات اليومية.
أسئلة:
س: كم يبلغ وزن جالون الأيزوبيوتيلين؟
ج: يزن جالون الأيزوبيوتين حوالي 4.88 رطل.
س: ما هو الأيزوبيوتيلين؟
ج: الأيزوبيوتين هو غاز عديم اللون يستخدم في إنتاج الوقود والمواد الكيميائية والمطاط الصناعي.
س: هل يحتوي الأيزوبيوتيلين على أيزومرات رابطة الدول المستقلة أو أيزومرات متحولة؟
ج: لا يحتوي الأيزوبيوتين على أيزومرات رابطة الدول المستقلة أو أيزومرات متحولة لأنه هيدروكربون متفرع.
س: هل يحتوي الأيزوبوتيلين على مجموعة الفينيل؟
ج: نعم، يحتوي الأيزوبوتيلين على مجموعة الفينيل، وبشكل أكثر تحديدًا رابطة مزدوجة بين ذرتين من ذرات الكربون.
س: هل الأيزوبيوتيلين موجود في RP1؟
ج: لا، الأيزوبيوتين ليس أحد مكونات RP-1 (الوقود الصاروخي 1)، وهو شكل عالي الجودة من الكيروسين.
س: لماذا يكون للأيزوبيوتيلين (-7 درجة مئوية) نقطة غليان أقل من الأسيتون (56 درجة مئوية)؟
ج: الأيزوبوتين لديه نقطة غليان أقل من الأسيتون بسبب وزنه الجزيئي المنخفض وقوى الجزيئات الأضعف.
س: أي من المركبات التالية مناسب لتعزيز البلمرة الكاتيونية للأيزوبيوتيلين؟
ج: يمكن استخدام أحماض لويس مثل ثلاثي فلوريد البورون (BF3) أو كلوريد الألومنيوم (AlCl3) لتعزيز البلمرة الكاتيونية للأيزوبيوتيلين.
س: كيف يتم تخزين الأيزوبيوتيلين؟
ج: عادة ما يتم تخزين الأيزوبيوتين في حاويات أو اسطوانات تحت الضغط لإبقائه في الحالة الغازية.
س: ما هو البروميد (البروميدات) العضوي الذي سيخضع لعملية إزالة الهلجنة الهيدروجينية E2 لإنتاج الأيزوبوتيلين في صورة ألكين نقي؟
ج: يمكن أن يخضع 2-بروموبوتان (بروميد سيك-بوتيل) أو بروميد ثالثي بوتيل لعملية نزع الهيدروجين E2 لإنتاج الأيزوبيوتيلين في صورة ألكين نقي.