Η ονομασία «βουτάνιο» προέρχεται από τηνονοματολογία κατά IUPAC. Συγκεκριμένα, το πρόθεμα «βουτ-» δηλώνει την παρουσία τεσσάρων (4) ατόμων άνθρακα ανά μόριο της ένωσης, το ενδιάμεσο «-αν-» δείχνει την παρουσία μόνο απλών δεσμών μεταξύ ατόμων άνθρακα στο μόριο καιη κατάληξη «-ιο» φανερώνει ότι δεν περιέχει χαρακτηριστικές ομάδεςμε χαρακτηριστικές καταλήξεις, δηλαδή ότι είναι ένας υδρογονάνθρακας, αφού η ονομασία δεν αναφέρει χαρακτηριστικές ομάδες ούτε ως προθέματα.
Η ρίζα «βουτ-» προήλθε από τοβουτανικό οξύ, που ονομάζεται εμπειρικά «βουτυρικό οξύ», πουμετη σειρά του ονομάστηκε έτσι από την αντίστοιχη ελληνική λέξηβούτυρο, επειδή πράγματι έχει βρεθεί στογάλα, ιδιαίτερα στοκατσικίσιο, στοπρόβειοκαισε αυτό τουβίσονα.
Το βουτάνιο απαντάται σε δύο ισομερείς μορφές: το (κανονικό) n-βουτάνιο (CH3-CH2-CH2-CH3) που είναι ένας γραμμικός υδρογονάνθρακας, καιτοισοβουτάνιο ή (2-)μεθυλοπροπάνιο (CH3-CH-(CH3)-CH3). Τα ισομερή αυτά παρόλο που έχουν ίδιο χημικό τύπο καιμοριακό βάρος, έχουν διαφορετικές δομές και διαφορετικές ιδιότητες.
Κατά IUPAC ο όρος βουτάνιο μπορεί να αναφέρεται μόνο στο («κανονικό») βουτάνιο, αλλά ενίοτε ο όρος μπορεί επίσης να χρησιμοποιείται γιατοισοβουτάνιο [(2-)μεθυλοπροπάνιο κατά IUPAC], καθώς καισεμείγματα αυτών.
Τομόριότου αποτελείται από τέσσερα (4) άτομαάνθρακα (δύο (2) πρωτοταγή[6] + δύο (2) δευτεροταγή[7]) και δέκα (10) άτομα υδρογόνου.
Δομικά, το κάθε ακραίο άτομο άνθρακα βρίσκεται στο κέντρο ενός τετραέδρουκαιτα τρία (3) άτομα υδρογόνου καιτο έτερο άτομο άνθρακα στις κορυφές του. Γιατα δύο (2) κεντρικά άτομα άνθρακα, η διαφορά είναι ότι το καθένα τους είναι συνδεμένο με δύο (2) άτομα υδρογόνου και δύο (2) άτομα άνθρακα Οι δεσμοί C-Ηπου σχηματίζονται είναι ελαφρά πολωμένοι (~3%) ομοιοπολικοί τύπου σ (2sp3-1s), με μήκος 108,7 pm. Ο δεσμός C-C είναι ομοιοπολικός τύπου σ (2sp3-2sp3), με μήκος 154 pm. Οιδε γωνίες HCH είναι περίπου 109° 28΄.
1. Το βουτάνιο είναι συμμετρικό αλκάνιο, δηλαδή αποτελείται από δυο συμμετρικά τμήματα αιθύλιου (CH3CH2). Αυτό επιτρέπει τη παραγωγή τουμετη μέθοδο Wurtz, από αιθυλαλογονίδια (CH3CH2X) καιNa[9]:
Το n-βουτάνιο είναι άχρωμο και εξαιρετικά εύφλεκτο αέριο. Είναι μία εξαιρετικά σταθερή χημική ένωση, χωρίς καμία διαβρωτική δράση στα μέταλλα. Ελάχιστα διαλυτό στο νερό, αλλά πολύ διαλυτό στις αλκοόλες, τους αιθέρες καιτοχλωροφόρμιο.[30]
Το βουτάνιο αντιδρά μετοοξυγόνοκαικαίγεται παράγοντας γαλαζωπή φλόγα υψηλής θερμοκρασίας[31]:
Ανκαιη αντίδραση είναι μια έντονα εξώθερμηδεν συμβαίνει σε μέτριες θερμοκρασίες, γιατί γιατην έναρξή της πρέπει να υπερπηδηθεί πρώτα το εμπόδιο της διάσπασης των δεσμών C-C[32], των δεσμών C-H[33]καιτων δεσμών (Ο=Ο)[34]του O2:
Αντο διαθέσιμο γιατην καύση οξυγόνο είναι περιορισμένο, έχουμε «ατελή καύση»:
Η μέγιστη θερμοκρασία αδιαβατικής φλόγας από βουτάνιο και αέρα είναι 1.970°C.
ΤαFκαιCl είναι πιο δραστικά και λιγότερο εκλεκτικά. Η αναλογία των προπυλαλογονιδίων τους εξαρτάται κυρίως πό τη στατιστική αναλογία των προς αντικατάσταση ατόμων H. Ειδικά γοατο χλώριο θα έχουμε:
Δηλαδή το μείγμα που προκύπτει είναι: 28% 1-χλωροβουτάνιο και 72% 2-χλωροβουτάνιο.
ΤαBrκαιI είναι πιο εκλεκτικά και λιγότερο δραστικά. Η αναλογία των βουτυλαλογονιδίων μεταβάλλεται προς όφελος του βουτυλοαλογονίδιου-2. Ειδικα γιατο βρώμιο θα έχουμε:
3. Τερματισμός: Καταναλώνονται μεταξύ τους οι ελεύθερες ρίζες, κατά τη στατιστικά σπάνια περίπτωση της συνάντησής τους.
Είναι όμως πρακτικά δύσκολο να σταματήσει η αντίδραση στην παραγωγή CH3CH2CH2CH2X κσι CH3CH2CHXCH3.
Αν χρησιμοποιηθούν ισομοριακές ποσότητες CH3CH2CH2CH3καιΧ2θα παραχθεί μείγμα όλων των X-παραγώγων του CH3CH2CH2CH3
Αν όμως χρησιμοποιηθει περίσσεια CH3CH2CH2CH3, τότε η απόδοση τωμ μονοπαραγώγων αυξάνεται πολύ, λόγω της αύξησης της στατιστική πιθανότητας συνάντισης CH3CH2CH2CH3με X.σε σχέση μετην πιθανότητα συνάντισης μονοπαραγώγου και X., που μπορεί να οδηγήσει στην παραγωγή των υπόλοιπων X-παραγώγων.
Η κυριότερη καιπιο γνωστή χρήση του n-βουτανίου είναι ως καύσιμο, τόσο ως πρόσθετο στηβενζίνη, όσο καισε μείγματα υγραερίου. Όταν αναμιγνύεται με προπάνιο και άλλους υδρογονάνθρακες, μπορεί να αναφέρεται εμπορικά ως LPG, ακρωνύμιοτων αγγλικών λέξεων Liguified Petrol Gas. Τουγραέριο, λόγω και της καθαρής καύσηςτου, έχει ευρεία χρήση στον οικιακό τομέα, στη βιομηχανία, στον αγροτικό τομέα, στον τουριστικό τομέα ακόμα και ως καύσιμο οχημάτων. Εκτός από βουτάνιο, το υγραέριο που πωλείται στο εμπόριο περιέχει σε μικρότερες ποσότητες προπάνιο (~20%) και ακόμη μικρότερες ποσότητες άλλων ουσιών, όπως ακόρεστο προπάνιο (προπένιο) και ακόρεστο βουτάνιο (βουτένιο), καθώς και ίχνη από ελαφρύτερους και βαρύτερους υδρογονάνθρακες (αιθάνιο, μεθάνιο, πεντάνιοκαι άλλα). Πωλείται σε υγρή μορφή, είτε σε δεξαμενές είτε σε φιάλες υπό πίεση ή ακόμα σε μικρότερα φιαλίδια που είναι εύκολα στη μεταφορά καιτη χρήση.[41]
Πολύ καθαρές μορφές βουτανίου, ανκαι περισσότερο γιατο σκοπό αυτό προτιμάται το ισομερές μεθυλοπροπάνιο, χρησιμοποιούνται ως ψυκτικό υγρό, αντικαθιστώντας τα επικίδυνα γιατο στρατοσφαιρικό στρώμα του όζοντος αλομεθάνια. Χρησιμοποιήθηκε σε οικιακά ψυγεία και καταψύκτες. Η πίεση λειτουργίας των συσκευών αυτών γιατο βουτάνιο είναι μικρότερη από εκείνη των αλοβουτανίων, όπως του R-12, οπότε τα αντίστοιχα συστήματα κλιματισμού αυτοκινήτων, αν μετατραπούν σε συστήματα βουτανίου δεθα λειτουργούν σωστά.
Το βουτάνιο χρησιμοποιείται επίσης ως καύσιμο για αναπτήρες ή πυρσούς βουτανίου και πωλείται εγκλεισμένο σε δοχεία καυσίμου για μαγείρευμα ή και κατασκήνωση. Σε αυτήν τη μορφή συνήθως αναμιγνύεται με μικρές ποσότητες υδροθείουκαιθειολών, ως οσμοθέτες, επειδή το ίδιο το βουτάνιο είναι άοσμο, ώστε να γίνεται αντιληπτή, μετην ανθρώπινη όσφρηση, τυχόν διαρροή του. Ανκαιοιδυο αναφερόμενοι οσμοθέτες θεωρούνται δηλητηριώδεις, έχουν χαμηλές θερμοκρασίες βρασμού και γρήγορα εξατμίζονται και διασκορπίζονται στον αέρα, όταν δεν βρίσκονται υπό πίεση. Το περισσότερο εμπορικά διαθέσιμο βουτάνιο περιέχει επίσης μικρές ποσότητες ελαίων, που μπορούν να αφαιρεθούν με διήθηση, διαφορετικά αφήνουν κατάλοιπα στα σημεία τις καύσης, που σταδιακά να παρεμποδίζουν τη ροή του υγραερίου.
Έχουν κατασκευασθεί, ακόμη, ασύρματες μασιές μαλλιών, που τροφοδοτούνται με βουτάνιο από ειδικά δοχεία[42].
Για τρόφιμα συσκευασμένα σε δοχεία αεροζόλ έχει κωδικό αριθμό Ε943α.
Χρησιμοποιείται, ακόμη, ως πρόδρομη ύλη γιατην παραγωγή πετροχημικών προϊόντων, μέσω πυρόλυσης με ατμό, πιο συγκεκριμένα για παραγωγή αιθενίουκαι1,3-βουταδιενίου. Το τελευταίο (το 1,3-βουταδιένιο) είναι νευραλγικής σημασίας συστατικό των συνθετικών ελαστικών[43][44][45][46]. Χρησιμοποιείται, ακόμη ως καύσιμο για αναπτήρες και ως προωθητικό αερολυμάτων (αεροζόλ), όπως τα αποσμητικά[47].
Τέλος, το n-βουτάνιο χρησιμοποιείται και ως πρώτη ύλη γιατην παραγωγή μιας πλειάδας οργανικών ενώσεως όπως τοοξικό οξύ, το μαλεϊκό οξύ, ημεθανόλη, προπανόλη και βουτανόλη, προπανοϊκό και βουτανοϊκό οξύ και άλλες.[48]
Η εισπνοή βουτανίου μπορεί να προκαλέσει ευφορία, υπνηλία, νάρκωση, ασφυξία, καρδιακή αρρυθμία, διακυμάνσεις στην πίεση του αίματος, προσωρινή απώλεια μνήμης και κρυοπαγήματα, φθάνοντας να προακλέσει ως αποτέλεσμα ακόμη καιτο θάνατο από ασφυξία και κοιλιακή μαρμαρυγή. Το βουτάνιο είναι πιο συχνά χρησιμοποιούμενη πτητική ουσία στοΗΒ, έχοντας προκαλέσει το 52% των σχετικών θανάτων από διάλυμα το2000[49]. Ψεκάζοντας με βουτάνιο απευθείας μέσα στο λάρυγγα, το ρεύμα του ρευστού μπορεί να ψύξει την περιοχή απότομα ως και τους −20 °C, λόγω απότομης εκτόνωσης, προκαλώντας παρατεταμένο λαρυγγοσπασμό[50]. Το «σύνδρομο αιφνιδίου θανάτου από εισπονή» (Sudden sniffer's death" syndrome), που περιγράφηκε για πρώτη φορά από τον Μπας (Bass) το1970[51], είναι ηπιο συνηθισμένη αιτία θανάτου από διάλυμα, με αποτέλεσμα να αποτελεί το 55% των αντίστοιχων γνωστών θανατηφόρων περιπτώσεων[50].
Επιπλέον, μικρή ποσότητα διοξειδίου του αζώτου (NO2), που είναι τοξικό αέριο, παράγεται, επίσης, κατά την καύση βουτανίου στον αέρα, και αποτελεί κίνδυνο βλάβης της ανθρώπινης υγείας από οικιακές θερμάνσεις και εστίες μαγειρεύματος[52].
Το n-βουτάνιο είναι ένα εξαιρετικά εύφλεκτο και πτητικό υλικό το οποίο πρέπει να αποθηκεύεται σε καλά αεριζόμενο μέρος και μακριά από πηγές ανάφλεξης.[53]
↑Το πρόθεμα κανονικό ή οι συντομογραφίες τουκ- ή n- μπαίνουν απλά για λόγους έμφασης στην κανονικότητά του, δηλαδή στο γεγονός ότι έχει μη διακλαδισμένη ανθρακική αλυσίδα. Δεν είναι όμως απαραίτητο, γιατί καιη μόνη η απουσία προθέματος πουνα δείχνει διακλάδωση, αρκεί γιανα δηλώσει το συγκεκριμένο ισομερές.
↑Για εναλλακτικές ονομασίες δείτε τον πίνακα πληροφοριών.
↑Συνήθως όμως προστίθενται σε αυτό οσμοθέτες, όπως ηαιθανοθειόλη, γιανα είναι ευκολότερα αντιληπτή μια τυχούσα διαρροή του, καινα αποφεύγονται έτσι ατυχήματα.
↑Τα δεδομένα προέρχονται εν μέρει από το «Table of periodic properties of thw Ellements», Sagrent-Welch Scientidic Company και Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, Σελ. 34.
↑Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 152, §6.2.2α, R = CH3CH2
↑Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 152, §6.2.3b, R = CH3CH2.
↑Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 155, §6.7.3, R = CH3CH2CH2CH2 ή CH3CH2CHCH3.
↑Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 244 , §10.3.2, R = CH3CH2CH2CH2 ή CH3CH2CHCH3.
↑Η ζήτηση του κανονικού βουτανίου συνήθως είναι μικρότερη από την προσφορά ενώ το αντίθετο συμβαίνει μετο ισοβουτάνιο. Αποτέλεσμα αυτού είναι η παραπάνω αντίδραση να έχει γίνει πολύ σημαντική γιατην παραγωγή του ισοβουτανίου καιτην εκμετάλλευση του πλεονάζοντος n-βουτανίου.Enterprise Products Partners - Butane isomerization.Αρχειοθετήθηκε 2006-10-04 στοWayback Machine.
↑ Field-Smith M, Bland JM, Taylor JC, et al. "Trends in death Associated with Abuse of Volatile Substances 1971–2004". Department of Public Health Sciences. London: St George’s Medical School.
↑ 50,050,1Ramsey J, Anderson HR, Bloor K, et al. (1989). "An introduction to the practice, prevalence and chemical toxicology of volatile substance abuse". Hum Toxicol 8 (4): 261–269. doi:10.1177/096032718900800403. PMID 2777265.
↑Ghosn, Marwan; Flouty, Roula; Saliba, Najat A. (2005). "Emission of Nitrogen Dioxide from Butane Gas Heaters and Stoves Indoors". American Journal of Applied Sciences 2 (3): 707. doi:10.3844/ajassp.2005.707.710.
Μερικές από τις ενέργειες αντιδράσεων υπολογίστηκαν με χρήση κατάλληλου λογισμικού. Θα διασταυρωθούν και βιβλιογραφικά το συντομότερο για μεγαλύτερη ακρίβεια.