Физические свойства компонентов природных газов

Низшие алканы от метана до бутана включительно – газы без цвета и запаха. Их основные физические свойства даны в таблице 7.

Таблица 7Основные свойства низших алканов [29-32].

Инфракрасные (ИК) спектры алканов имеют характеристические полосы в областях 2800-3000 см^-1 (валентные колебания связи С-Н), 1400-1470 см^-1 (деформационные колебания связи С-Н в СН₃- и СН₂-группах) и более слабую полосу СН₃-группы при 1380 см^-1 (табл. 8), которые могут использоваться для идентификации парафинов.

Таблица 8 Абсолютные интенсивности (А) ИК полос групп СН₃ и СН₂ нормальных парафиновых углеводородов в газовой фазе [33].

В видимой области спектра газообразные парафины прозрачны. Заметное поглощение начинается только в области вакуумного ультрафиолета на длинах волн короче 1600 Å. Поглощение метана начинается около 1440 Å, а поглощение высших парафинов смещается в сторону больших длин волн по мере замещения атомов водорода алкильными радикалами (рис. 10).

Метан - бесцветный газ, без запаха (перед пуском в сеть потребителей в него добавляют ничтожную примесь сильно пахнущих газов - одорантов, обычно меркаптанов). Горит почти бесцветным пламенем. Плохо растворим в воде. С экологической точки зрения является наиболее чистым ископаемым природным энергоресурсом. Теплота сгорания (11910 ккал/кг) и температура самовоспламенения (537^оС) выше, чем у более тяжелых алканов. Метан, в отличие от других углеводородных газов, значительно легче воздуха, поэтому в случае утечки в закрытом помещении собирается в его верхней части.

Рис. 10. Спектры поглощения низших алканов в УФ области.

1 – метан; 2 – этан; 3 – пропан; 4 – пердейтеро-н-бутан; 5 – н-бутан [34].

Молекула метана принадлежит к группе симметрии Т_d. Четыре атома водорода образуют правильный тетраэдр, в центре которого находится атом углерода. Равновесная длина r(С – Н) связи равна 1,091 Å, тетраэдрический валентный угол равен 109^о. Наиболее интенсивные характеристические частоты поглощения метана в ИК области равны 3018,9; 2916,5; 1533,6 и 1305,9 см^-1.

Этан – бесцветный газ, горящий слабосветящимся пламенем. Молекула этана принадлежит к группе симметрии D_3d, ось С – С является осью третьего порядка, имеется центр симметрии, две группы СН₃ повернуты друг относительно друга на 60^о. Геометрические параметры молекулы: r(С – С) =1,543 А; r(С – Н) = 1,102 Å; ∠ССН = 109^о37′; ∠НСН = 109^о19′. Наиболее интенсивные характеристические частоты поглощения этана в ИК области равны 2953,8; 2950; 1468,7 и 1388,4 см^-1.

Устойчивые изомеры нормальных парафинов принадлежат к группе С_2v в случае нечетного и группе С_2h в случае четного числа атомов углерода. Атомы С образуют плоскую вытянутую зигзагообразную цепочку. Один атом Н каждой группы СН₃ лежит в плоскости углеродного скелета, все другие атомы водорода образуют пары, симметричные по отношению к этой плоскости. Соответственно, молекула пропана принадлежит к группе симметрии С_2v, а н-бутана - С_2h. Геометрические параметры молекулы пропана: r(С – С) = 1,528 Å; ∠ССС = 112,4^о; r(С – Н)_СН2= 1,096 Å; ∠НСН = 106,1^о; r(С – Н)_СН3 = 1,091 Å; ∠НСН = 107,7^о.

Молекула изобутана является простейшим представителем разветвленных углеводородов. Изобутан НС(СН₃)₃ принадлежит к группе симметрии С_3v, ось С – Н является осью третьего порядка, каждая из трех связей С – С⁽ⁱ⁾ лежит в одной из плоскостей симметрии σ⁽ⁱ⁾, в этой же плоскости находится один из атомов водорода группы С⁽ⁱ⁾Н₃, а два других атома расположены симметрично по отношению к этой плоскости. Геометрические параметры молекулы изобутана: r(С – С) = 1,525 Å; r(С – Н)_СН = 1,108 Å; r(С – Н)_СН3 = 1,095 Å; ∠ССС = 111,2^о.

Дата добавления: 2014-12-09; просмотров: 360; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!