丁烷

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引言

丁烷烴的化學式為𝐶4𝐻10。在室溫下，它以氣態存在，是一種烷烴。英國化學家愛德華·弗蘭克蘭於1849年發現。雖然英國工業化學家埃德蒙·羅納爾茲也注意到了它的許多特性。他曾在石油產品中發現了丁烷，並研究了它的特性。

丁烷屬於鏈烷烴家族，是一種無色、無味的烴類氣體（碳氫化合物）。正丁烷，也稱為n-丁烷，是一種所有碳原子都以直鏈連線的分子。異丁烷則具有支鏈結構。這兩種物質都存在於石油和天然氣中，並在石油精煉製取汽油的過程中大量產生。

丁烷結構

如前所述，丁烷的化學名稱為$\mathrm{C_{4}H_{10}}$。丁烷是IUPAC使用的名稱。“But”字首代表構成該物質的四個碳原子，“ane”字尾源自烷烴系列，表示該物質是飽和的，並且是烷烴同系物的成員。烷烴的一般式為$\mathrm{C_{n}H_{2n\:+2}}$，可以很容易地用來描述丁烷，可以寫成如下：當丁烷的“n”值變為4時，結果為$\mathrm{C_{4}H_{10}}$。

因此，$\mathrm{C_{4}H_{10}}$是一種飽和烴（碳原子之間具有單鍵的烴），含有4個碳原子和10個氫原子。丁烷，也稱為正丁烷，具有碳原子C之間的共價鍵，以及

C和線性鏈結構。一個碳原子有四個σ鍵。因此，每個碳原子都是sp3雜化的，並且呈四面體形狀。

丁烷的性質

• 它是無色氣體。

• 它易燃。

• 在標準溫度和壓力下，它是氣體。

• 它聞起來像汽油。

• 它的實驗式為$\mathrm{C_{2}H_{5}}$，分子式為$\mathrm{C_{4}H_{10}}$。

• 丁烷的摩爾質量為58.124g/mol。

• 丁烷的沸點在-1℃到1℃之間。

• 它在15℃時的密度為2.48 kg/m3。

• 在常溫下，丁烷氣體易液化，並迅速轉化為蒸氣。

• 它在水中的溶解度低。在68℉下，它在水中的溶解度為每升61毫克。

丁烷的化學性質

• 丁烷與氯反應生成丁基氯和鹽酸。以下是部分反應：

$$\mathrm{2C_{4}H_{10}\:+\:Cl_{2}\rightarrow\:C_{4}H_{9}Cl\:+\:HCl}$$

• 丁烷與氧氣反應生成$\mathrm{CO_{2}}$和水蒸氣。反應如下：

$$\mathrm{2C_{4}H_{10}\:+\:13O_{2}\:\rightarrow\:8CO_{2}\:+\:10H_{2}O\:+\:能量}$$

• 丁烷與碘反應：碘與丁烷反應生成2-碘丁烷和HI。以下是部分反應：

$$\mathrm{C_{4}H_{10}\:+\:I_{2}\:\rightarrow\:C_{4}H_{9}I\:+\:HI}$$

丁烷的生產

丁烷是一種化石燃料，由地球上曾經存在的動植物遺骸自然形成。它在地下深處以天然氣的形式被發現。透過石油的常壓分餾可以生產丁烷。在這個過程中還會產生柴油、煤油、重油等產品。

常壓分餾的過程是利用分餾塔根據不同液體混合物組分的不同沸點來分離它們。石油精煉是原油常壓分餾的另一個名稱。

丁烷的用途

• 它常被用作各種事物的燃料。

• 它是合成橡膠重要原料之一。

• 它是液化石油氣 (LPG) 的成分之一。

• 異丁烷在煉油廠中得到應用。

• 它用於汽油調合。

• 它用於蒸汽裂解。

• 打火機用它作燃料。

• 此外，它還用於空調系統。

• 它用作除臭劑和氣霧劑的推進劑。

• 它的異構體異丁烷用作製冷劑。

• 此外，它還用作丁烷噴燈的燃料。

• 它用作燒烤、野營爐和其他裝置的燃料。但丁烷必須小心運輸。

• 由於丁烷燃燒清潔，不會產生煙霧或作為溫室氣體。它對大氣中的臭氧層也沒有類似的影響。因此，丁烷是一種環保的燃料或氣體。

丁烷的缺點：丁烷對人體有毒嗎？

正如我們已經描述的那樣，丁烷有許多用途並改善了我們的生活。但它也有一些缺點。儘管丁烷的毒性相對較低，但接觸中等或低劑量不會產生負面後果。但是，接觸極高劑量會損害心臟，誘發癌症或抑制中樞神經系統。吸入丁烷會導致欣快感、嗜睡、昏迷、窒息和其他負面影響。它可能導致短暫的記憶喪失、血壓波動，甚至死亡。如果它進入血液，會迅速使人醉酒。丁烷在缺氧環境下燃燒會產生一氧化碳，長期接觸一氧化碳會致命。接觸液態丁烷氣體可能會對眼睛造成永久性損傷。它也可能導致麻木或皮膚刺激。

結論

丁烷是一種無色氣體，具有輕微類似石油的氣味。它可以被儲存起來以便運輸。它以其蒸汽壓力下的液化氣體形式運輸。接觸液體可能會導致凍傷。它很容易著火。它的蒸汽密度大於空氣。任何洩漏都可能是蒸汽或液體。容器在長時間暴露於火災或劇烈高溫下可能會劇烈破裂並飛向空中。它被用作打火機中的氣溶膠推進劑、燃料以及合成其他化合物的用途。

常見問題

1. 說明天然氣和丁烷之間的一種區別？

天然氣在地下產生，包括丙烷、甲烷和丁烷以及其他氣體。它可以是氣體（壓縮或未壓縮）或液體。

2. 為什麼香菸中新增丁烷氣體？

為了保持高溫，在香菸的尖端燃燒，丁烷被新增到香菸中。尼古丁轉化為蒸汽，你的血液可以更快地吸收它。丁烷被人吸入時非常危險，會導致心臟和呼吸系統問題。

3. 丁烷有不同種類嗎？

丁烷，也稱為$\mathrm{C_{4}H_{10}}$，是天然氣的烷烴衍生物，有兩種不同的結構異構體：正丁烷和異丁烷，或兩者的混合物。當我們聽到“丁烷”這個詞時，我們通常指的是正丁烷，它經過高度精煉，也就是 Puretane 丁烷。

4. 精煉丁烷是什麼？

精煉丁烷，發現於20世紀初期，是天然氣生產的副產品。它高度易燃，生產成本低廉，並且具有廣泛的消費和工業應用。

5. 為什麼打火機使用丁烷？

由於其粘度、蒸汽壓和自燃溫度等特性，打火機比丙烷更常用丁烷。