Бутан (газ)

Моделі молекул н-бутану (ліворуч) та ізобутану (праворуч)

Бута́н (лат. Butanum) — сполука органічна складу C₄H₁₀ класу ациклічних вуглеводнів насичених (алканів), четвертий член гомологічного ряду метану.

Молярна маса 58,12 г/моль. Безбарвний горючий газ майже без запаху, що міститься у газі природному, попутному газі нафтовому і продуктах переробки нафти. Існує у вигляді двох структурних ізомерів — н-бутану та ізобутану (2-метилпропану). Легко зріджується під тиском, утворює компонент газів скраплених нафтових (англ. Liquefied Petroleum Gas, LPG;). Має важливе значення для паливно-енергетичної та нафтохімічної промисловості.

Історична довідка

Відкриття бутану пов’язане з розвитком хімії органічної у 19 ст. Уперше бутан одержав 1849 Ед. Франкленд під час дослідження реакцій органометалічних сполук. Подальші дослідження дали змогу встановити молекулярну формулу речовини та її належність до класу насичених вуглеводнів.

Важливим етапом у вивченні бутану стало відкриття явища структурної ізомерії. У другій половині 19 ст. було доведено існування двох ізомерних форм сполуки — нормального бутану та ізобутану (2-метилпропану). Це стало одним із підтверджень теорії хімічної будови органічних речовин, розробленої О. Бутлеровим.

Із розвитком нафтової та газової промисловості у 20 ст. бутан набув великого промислового значення як компонент скрапленого нафтового газу, паливо та сировина для нафтохімічного синтезу. Тепер бутан є одним із найважливіших продуктів переробки природного газу і нафти.

Поширення в природі

Бутан у природі трапляється переважно у складі природного газу, попутного нафтового газу та сирої нафти. Вміст у природному газі залежить від родовища газового і може становити від часток відсотка до кількох відсотків.

Значні кількості бутану містяться в газоконденсатних покладах корисних копалин і нафтових родовищах. Разом із пропаном утворює фракцію зріджених вуглеводневих газів, яка виділяється під час переробки природного газу і нафти.

У незначних кількостях бутан може утворюватись внаслідок анаеробного (без кисню) розкладання органічних речовин. Сліди бутану виявлено в атмосфері Землі, де газ бере участь у фотохімічних процесах. Також бутан зареєстровано у складі атмосфер планет гігантів Сонячної системи та їхніх супутників.

Фізичні властивості

Бутан за нормальних умов — безбарвний газ. У чистому вигляді практично не має запаху, проте у побуті та промисловості майже завжди використовується у складі скрапленого газу (пропан-бутанової суміші), до якого додають одоранти (газ зі специфічним запахом) для виявлення витоків.

Температура плавлення н-бутану становить −138,3 °С, температура кипіння — 0,5 °С. Густина бутану за нормальних умов — 2,703 кг/м³. Бутан легко зріджується під помірним тиском, що забезпечує його широке використання як палива. У воді розчиняється погано, проте добре розчиняється в органічних розчинниках.

Для бутану характерна висока теплота згоряння — 45,8 МДж/кг (2657 кДж/моль), що робить його ефективним енергоносієм.

Хімічні властивості

Бутан є типовим представником алканів і має відносно низьку хімічну активність, зумовлену наявністю лише одинарних зв’язків між атомами Карбону та Гідрогену. За звичайних умов не взаємодіє з водою, розчинами кислот і лугів, багатьма окисниками.

Для бутану характерні реакції окиснення, заміщення, дегідрування, ізомеризації та крекінгу. На повітрі або в кисні легко згоряє з виділенням значної кількості теплоти. Під дією світла або нагрівання вступає з галогенами в реакції радикального заміщення.

За підвищеної температури та в присутності каталізаторів бутан піддається дегідруванню з утворенням ненасичених вуглеводнів, а також ізомеризації з перетворенням н-бутану в ізобутан. У процесах термічного та каталітичного крекінгу бутан розщеплюється з утворенням легших вуглеводнів.

У атмосфері Землі бутан поступово окиснюється за участю активних форм кисню — бере участь у фотохімічних процесах.

Шляхи отримання

Основним джерелом промислового одержання бутану є природний газ і нафта. Його виділяють із газових сумішей методом низькотемпературної ректифікації та фракційної перегонки. У лабораторних умовах бутан можна отримати: реакцією Вюрца (див. Ш. Вюрц) між галогенопохідними етану; каталітичним гідруванням бутенів; електролізом солей карбонових кислот (реакція Кольбе, див. Г. Кольбе). У сучасній промисловості найбільше значення мають процеси газофракціонування та переробки нафтових фракцій.

Застосування

Бутан широко використовують як паливо, холодоагент і сировину для органічного синтезу. Основною сферою застосування бутану є виробництво скрапленого нафтового газу (LPG) для використання у побуті, промисловості й транспорті. У нафтохімічній промисловості бутан є важливою сировиною для одержання бутадієну, бутенів, ізобутилену та інших органічних сполук, що використовують у виробництві синтетичних каучуків, пластмас, розчинників і паливних компонентів. Ізомеризацію н-бутану в ізобутан застосовують для синтезу високооктанових компонентів бензину. Бутан використовують як пропелент в аерозольних упаковках, а ізобутан — як холодоагент у холодильному та кліматичному обладнанні. Завдяки високій теплоті згоряння та здатності легко зріджуватися під тиском бутан належить до найважливіших вуглеводневих продуктів паливно-енергетичного та нафтохімічного комплексів.

Роль у біохімічних процесах

Бутан не належить до природних метаболітів організму людини та більшості живих організмів і не бере безпосередньої участі в основних біохімічних процесах.

У природних екосистемах деякі види бактерій здатні використовувати бутан як джерело Карбону та енергії. Такі мікроорганізми беруть участь у біодеградації вуглеводнів і самоочищенні довкілля.

Токсичність

Бутан належить до малотоксичних речовин. Токсична дія пов’язана переважно з витісненням кисню повітря та розвитком гіпоксії. За високих концентрацій можливі: головний біль, запаморочення, сонливість, порушення координації рухів, втрата свідомості, паморочний стан.

Контактуючи зі шкірою рідкий бутан може спричиняти холодові опіки через швидке випаровування. У разі змішування з повітрям становить високу пожежну і вибухову небезпеку.

Додатково

Назва «бутан» походить від назви масляної кислоти (acidum butyricum), яку вперше виділили з вершкового масла. Ізобутан (R600a) належить до екологічно безпечних холодоагентів і широко використовується в сучасних побутових холодильниках як заміна фреонів, що руйнують озоносферу.

У харчовій промисловості бутан зареєстрований як харчова добавка E943a, а ізобутан — E943b, їх застосовують як пропеленти в аерозольних харчових продуктах. Бутан та ізобутан входять до складу деяких спортивних охолоджувальних аерозолів («спортивна заморозка»).

Наявність бутану у складі природного газу, атмосфер планет-гігантів Сонячної системи та деяких їхніх супутників свідчить про поширеність простих вуглеводнів не лише на Землі, а й у космосі.

Література

1. Братичак М. М. Основи промислової нафтохімії. Львів : Вид-во Львів. політехніки, 2008. 604 с.
2. Гупало О. П., Тушницький О. П. Органічна хімія. 2-ге вид. Київ : Знання, 2010. 431 с.
3. Morrison R. T., Boyd R. N., Bhattacharjee S. K. Organic Chemistry. 7th ed. New Delhi : Pearson Education, 2011. 1508 p.
4. Solomons T. W. G., Fryhle C. B., Snyder S. A. Organic Chemistry. 12th ed. Hoboken : Wiley, 2016. 1216 p.
5. Atkins P., Jones L. Chemical Principles : The Quest for Insight. New York : W. H. Freeman, 2019. 1092 p.
6. Smith J. G. Organic Chemistry. 6th ed. New York : McGraw-Hill Education, 2020. 1296 p.
7. Speight J. G. Handbook of Petroleum Product Analysis. 2nd ed. Hoboken : Wiley, 2020. 368 p.
8. McMurry J. E. Organic Chemistry. 10th ed. Boston : Cengage Learning, 2021. 1312 p.
9. Carey F. A., Giuliano R. M. Organic Chemistry. 11th ed. New York : McGraw-Hill Education, 2022. 1248 p.
10. CRC Handbook of Chemistry and Physics / Ed. by W. M. Haynes. 104th ed. Boca Raton : CRC Press, 2024. 2600 p.

Автор ВУЕ

В. Ю. Ілляшенко

Покликання на цю статтю: Ілляшенко В. Ю. Бутан (газ) // Велика українська енциклопедія. URL: https://vue.gov.ua/Бутан (газ) (дата звернення: 11.10.2026).

Статус гасла: Оприлюднено
Оприлюднено: 30.09.2026