Compoziția amestecurilor de hidrocarburi

Când analizăm amestecuri de hidrocarburi, trebuie să lucrăm cu ecuațiile reacțiilor chimice și să facem calcule stoechiometrice. Problema de față ne cere să determinăm compoziția unui amestec de etan și propan care suferă o reacție de ardere.

Observăm că după arderea a 0,896 l de amestec, gazele rezultate trec printr-o soluție de KOH, iar volumul lor scade cu 2,24 l. Această scădere reprezintă volumul de CO₂ absorbit în soluția de KOH.

Pentru a rezolva, scriem ecuațiile de ardere pentru fiecare hidrocarbură și notăm cu x și y volumele de etan, respectiv propan:

• Pentru etan: C₂H₆ + 3,5O₂ → 2CO₂ + 3H₂O
• Pentru propan: C₃H₈ + 5O₂ → 3CO₂ + 4H₂O

Din sistemul de ecuații:

• x + y = 0,896
• 2x + 3y = 2,24

💡 O scurtătură utilă: volumul de CO₂ produs este direct proporțional cu numărul de atomi de carbon din hidrocarbura inițială!

Obținem x = 0,448 l etan și y = 0,448 l propan, ceea ce înseamnă 50% etan și 50% propan în amestecul inițial.

Identificarea alcanilor din amestecuri

Pentru a identifica alcanii dintr-un amestec, folosim date experimentale și proprietățile fizice și chimice ale hidrocarburilor. Acest exercițiu se referă la un amestec format din etan și un alcan necunoscut.

Din datele problemei, avem un amestec cu 2 kmoli de etan și 0,5 kmoli de alcan necunoscut. Pentru a determina alcanul necunoscut, folosim formula generală a alcanilor (C₍ₙ₎H₍₂ₙ₊₂₎) și calculăm masa molară:

M = 14n + 2 = 58 kg/kmol n = 4

Deci, alcanul necunoscut este C₄H₁₀ (butan).

Butanul are doi izomeri:

• n-butan $CH₃-CH₂-CH₂-CH₃$
• izobutan sau 2-metilpropan $CH₃-CH(CH₃)-CH₃$

💡 Izomerii sunt compuși cu aceeași formulă moleculară, dar cu structuri diferite, ceea ce le conferă proprietăți fizice diferite!

Izomerul cu punctul de fierbere cel mai scăzut este izobutul $2-metilpropan$, deoarece are o structură mai ramificată, care reduce forțele de atracție dintre molecule.

Calcule pentru procese industriale cu hidrocarburi

În industria chimică, metanul (CH₄) este adesea folosit ca materie primă pentru obținerea altor compuși valoroși. Această problemă se referă la transformarea metanului în aldehidă formică (formaldehidă).

Avem 200 m³ de metan impur, cu o puritate de 89,6%. Calculăm cantitatea de metan pur disponibil: x = 200 × 89,6/100 = 178,4 m³ metan pur

Randamentul procesului este de 80%, deci cantitatea de metan transformată în aldehidă formică este: a = 178,4 × 80/100 = 142,72 m³

Pentru a calcula masa de aldehidă formică obținută:

• Masa molară a aldehidei formice: M = 30 kg/kmol
• Din 22,4 m³ CH₄ se obțin 30 kg de aldehidă formică
• Din 142,72 m³ CH₄ se obțin m = 142,72 × 30/22,4 = 191,14 kg aldehidă formică

💡 În probleme industriale, randamentul procesului și puritatea materiilor prime sunt factori critici care influențează cantitatea de produs final!

Pentru a calcula masa soluției de formol (cu concentrația 40%), ar trebui să împărțim masa de aldehidă formică la procentul de concentrație.