Propan

Strukturformel
Strukturformel von Propan Strukturformel von Propan
Strukturformel mit allen gezeichneten Atomen (oben) – vereinfachte Skelettformel (unten)
Allgemeines
Name	Propan
Andere Namen	R-290 Vorlage:INCI Vorlage:E-Nummer
Summenformel	C3H8
Kurzbeschreibung	farb- und geruchloses Gas<ref name="GESTIS" />
Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer Vorlage:CASRN EG-Nummer 200-827-9 ECHA-InfoCard 100.000.753 PubChem 6334 ChemSpider 6094 DrugBank Vorlage:Wikidata-Einbindung Wikidata [[:d:|]]
Eigenschaften
Molare Masse	44,10 g·mol−1
Aggregatzustand	gasförmig
Dichte	2,01 g·l−1 (gasförmig, 0 °C, 1013 hPa)<ref name="GESTIS">Eintrag zu Vorlage:Linktext-Check in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFAVorlage:Abrufdatum (JavaScript erforderlich)</ref> 0,5812 g·cm−3 (flüssig, am Siedepunkt)<ref name="GESTIS" />
Schmelzpunkt	−187,7 °C<ref name="GESTIS" />
Siedepunkt	−42,1 °C<ref name="GESTIS" />
Dampfdruck	0,836 MPa (20 °C)<ref name="GESTIS" />
pKS-Wert	51<ref></ref>
Löslichkeit	praktisch unlöslich in Wasser (75 mg·l−1 bei 20 °C)<ref name="GESTIS" />
Dipolmoment	0,084 D<ref name="CRC90_6_188">Vorlage:CRC Handbook</ref> (2,8 · 10−31 C · m)
Sicherheitshinweise
GHS-GefahrstoffkennzeichnungVorlage:CLH-ECHA<ref name="GESTIS" /> [[Hilfe:Cache|Fehler beim Thumbnail-Erstellen]]: Gefahrensymbol Gefahr H- und P-Sätze H: 220​‐​280 P: 210​‐​377​‐​381​‐​403<ref name="GESTIS" />
MAK	DFG/Schweiz: 1000 ml·m−3 bzw. 1800 mg·m−3<ref name="GESTIS" /><ref>Vorlage:SUVA-MAK</ref>
Thermodynamische Eigenschaften
ΔHf0	−103,8 kJ/mol<ref name="CRC90_5_24">Vorlage:CRC Handbook</ref>
Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen (0 °C, 1000 hPa).

Propan ist ein farbloses, brennbares Gas und gehört zu den Kohlenwasserstoffen. Es steht in der homologen Reihe der Alkane an dritter Stelle. Natürlich kommt Propan in Erdgas und Erdöl vor. Genutzt wird es vor allem als Brennstoff zum Heizen, für die Warmwassererzeugung, zum Kochen und Grillen, als Treibstoff für Fahrzeuge und Heißluftballons. Daneben dient es als Ausgangsprodukt zur Herstellung von Ethylen und Propylen, als Kältemittel sowie als Treibgas für Spraydosen und Softairwaffen. Propan ist nicht giftig, wirkt jedoch in höheren Konzentrationen erstickend. Gefahren gehen außerdem von der Brennbarkeit aus. Propan weist den niedrigsten Schmelzpunkt aller organischen Verbindungen auf.

Vorkommen

Propan ist ein natürlich vorkommendes Gas. Es entsteht zusammen mit anderen Kohlenwasserstoffen wie Erdöl und Butan durch die Zersetzung und Reaktion organischer Stoffe innerhalb langer Zeiträume.<ref name=":0">Advameg, Inc.: Propane</ref> Je nach Herkunft enthält Erdgas unter 1 % bis etwas über 2 % Propan.<ref></ref> Extraterrestrisch wurde Propan im Rahmen der Rosetta-Mission im Schweif des Kometen Tschurjumow-Gerassimenko nachgewiesen.<ref></ref>

Herstellung und Gewinnung

Die Propanherstellung geschieht durch Trennung und Sammlung des Gases aus seinen Erdölquellen. Propan wird durch Abtrennung von der Erdgasphase von Erdöl und durch Raffination von Rohöl aus petrochemischen Gemischen isoliert. Beide Prozesse beginnen, wenn unterirdische Ölfelder durch Bohren von Ölquellen erschlossen werden. Das Kohlenwasserstoffgemisch wird aus dem Bohrloch in eine Gasfalle geleitet, die den Strom in Rohöl und Gas trennt, das Erdbenzin, Flüssiggase und Erdgas enthält. Das Gemisch von Flüssiggasen kann als Gemisch verwendet oder weiter in seine drei Teile Butan, Isobutan und Propan getrennt werden.<ref name=":0" /> Industriell wird Propan bei der Förderung von Erdgas als Nebenprodukt gewonnen und in einer Erdölraffinerie beim Cracken von Erdöl hergestellt.<ref name="roempp" />

Im Labor kann Propan durch eine Addition von Wasserstoff an Propen synthetisiert werden:<ref name=":1"></ref>

Synthese von Propen

Synthese von Propen

Damit die Additionsreaktion ablaufen kann, werden Katalysatoren aus Nebengruppenmetallen verwendet. Dazu eignen sich die neun Metalle aus der Eisen-, Nickel- und Cobalt-Gruppe. Die höchste katalytische Aktivität haben (in absteigender Reihenfolge): Rhodium, Iridium, Ruthenium, Platin, Palladium und Nickel.<ref name=":1" />

Eigenschaften

Propan ist ein farbloses Gas, hat einen Schmelzpunkt von −187,7 °C und einen Siedepunkt von −42,1 °C. Die kritische Temperatur liegt bei 96,8 °C<ref name="roempp">Eintrag zu Propan. In: Römpp Online. Georg Thieme VerlagVorlage:Abrufdatum</ref>, der kritische Druck bei 4,2 MPa<ref name="roempp" /> und die kritische Dichte bei 0,22 g/cm³<ref name="roempp" />.

Der Dampfdruck bzw. Sättigungsdampfdruck von Propan in Abhängigkeit der Temperatur <math>\vartheta</math><ref> (PDF; 304 kB) TEGA – Technische Gase und Gasetechnik GmbH, ; ehemals im Vorlage:Referrer (nicht mehr online verfügbar); abgerufen .Vorlage:Toter Link/Core (Seite nicht mehr abrufbar. Suche im Internet Archive) </ref> lässt sich mit hinreichender Genauigkeit (<math>|\Delta p/p|</math> < 4 % im Bereich −50 °C bis 96 °C) nach folgender Gleichung<ref></ref> berechnen:

<math> p_{\mathrm {Propan}}(\vartheta) = 1 \, \mathrm {bar} \cdot \exp\left(9{,}8749 - \frac{2272{,}65\,^\circ\text{C}}{\vartheta + 273{,}15\,^\circ\text{C}}\right)</math>.

Propan kristallisiert in der Vorlage:Raumgruppe.<ref>Roland Boese, Hans-Christoph Weiss, Dieter Bläser: The Melting Point Alternation in the Short-Chain n-Alkanes: Single-Crystal X-Ray Analyses of Propane at 30 K and of n-Butane to n-Nonane at 90 K. In: Angewandte Chemie International Edition. 38, 1999, S. 988, .</ref><ref>Visualisierung Räumliche Darstellung von Molekülen und Kristallstrukturen bei log-web.de, abgerufen am 28. Juni 2016.</ref> Dabei ist die Packung der Moleküle ziemlich schlecht, die Raumfüllung beträgt bei 90 K nur 58,55 %. Das ist mit ein Grund dafür, dass Propan den niedrigsten Schmelzpunkt aller organischen Verbindungen hat.<ref></ref>

Es löst sich nur wenig in Wasser: bei 20 °C zu 75 mg·l⁻¹.<ref name="GESTIS" />

Reaktionen

Propan verbrennt mit ausreichend viel Sauerstoff zu Kohlenstoffdioxid und Wasser:<ref name=":2">Elgas Ltd.: LPG Gas Blog</ref>

<math>\mathrm{C_3H_8 + 5\ O_2 \longrightarrow 3\ CO_2 + 4\ H_2O}</math>

Wenn nicht genügend Sauerstoff für eine vollständige Verbrennung vorhanden ist, tritt eine unvollständige Verbrennung auf. Neben Kohlenstoffdioxid, Wasser und Wärme entsteht dann aber auch Kohlenstoffmonoxid.<ref name=":2" />

<math>\mathrm{2\ C_3H_8 + 9\ O_2 \longrightarrow 4\ CO_2 + 2\ CO + 8\ H_2O}</math>

Verwendung

Energiequelle

Datei:Propane tank 20lb.jpg

Propangasflasche US-amerikanischer Bauart (tiefgezogenes Stahlblech, äquatorial verschweißt) für etwa 10 kg netto

Datei:Propane tank truck.JPG

Transport von Propantanks für Einzelhäuser

Propan wird als Flüssiggas gespeichert und für Brenner sowie zum Heizen eingesetzt.<ref></ref> Im Privatbereich wird Propan zum Heizen, zur Warmwassererzeugung und zum Kochen verwendet.<ref name=":3">Vorlage:Cite book/NameVorlage:Cite book/Name: [ ] Propane Education and Research Council, , archiviert vom Vorlage:Referrer (nicht mehr online verfügbar) am Vorlage:Cite book/URL; abgerufen . Vorlage:Cite book/URLVorlage:Cite book/MeldungVorlage:Cite book/Meldung2Vorlage:Cite book/MeldungVorlage:Cite book/MeldungVorlage:Cite book/MeldungVorlage:Cite book/MeldungVorlage:Cite book/Meldung</ref> Eine weitere typische Anwendung sind Campingkocher und Gasgrills.<ref name=":4"> (PDF) Ehemals im Vorlage:Referrer (nicht mehr online verfügbar); abgerufen  </ref> Zusammen mit Butan ist es Bestandteil von Autogas, das als Treibstoff verwendet wird.<ref name="roempp" />

Auch im unternehmerischen Bereich wird es zum Heizen und für Warmwasser eingesetzt. Neben Straßenfahrzeugen wird es auch zum Betrieb von Gabelstaplern genutzt. Eine weitere Anwendung sind Generatoren.<ref name=":3" /> Propan ist der Standard-Brennstoff für Heißluftballons.<ref></ref> Im landwirtschaftlichen Bereich wird es ebenfalls zum Heizen (z. B. von Viehställen) verwendet sowie zum Betrieb von Geräten und Landmaschinen und zum Trocknen von geernteten Produkten.<ref name=":4" />

Chemische Industrie

Eine mengenmäßig wichtige Verwendung von Propan ist die industrielle Weiterverarbeitung zu Ethylen und Propylen. Daneben kann es auch zur Herstellung von BTX-Aromaten verwendet werden.<ref name="roempp" /> Propan wird zusammen mit Silan als Precursor zur Gasphasen-Abscheidung von Siliciumcarbid verwendet.<ref></ref>

Kältemittel

Als Kältemittel<ref name="roempp" /> hat es die Bezeichnung R-290 und wird in Kühlgeräten und Wärmepumpen<ref>Manfred Petz (Hrsg.): Kohlenwasserstoffe als Kältemittel. Expert-Verlag, 1995, ISBN 3-8169-1186-2, S. 59–76.</ref> eingesetzt. In Australien wurde Propan bis 2010 schon in über 1.000.000 Auto-Klimaanlagen eingesetzt.<ref>Umweltbundesamt: Natural Refrigerants for mobile Air-Conditioning in Passenger Cars.</ref> Propan hat ein niedriges Treibhauspotenzial (ca. ein Fünfzigstel der gleichen Menge Kohlenstoffdioxid<ref>Chris Smith (United Kingdom), Zebedee R. J. Nicholls (Australia), Kyle Armour (United States of America), William Collins (United Kingdom), Piers Forster (United Kingdom), Malte Meinshausen (Australia/Germany), Matthew D. Palmer (United Kingdom), Masahiro Watanabe (Japan): (PDF) In: Ehemals im Vorlage:Referrer (nicht mehr online verfügbar); abgerufen  </ref>).

Sonstiges

Propan wird zusammen mit Butan als Treibgas in Sprühdosen verwendet, um Fluorchlorkohlenwasserstoffe zu ersetzen.<ref name="roempp" /> Daneben wird es auch als Treibgas in Softair-Waffen genutzt.<ref></ref> Es ist als Lebensmittelzusatzstoff (E944) zugelassen für Pflanzenöl-Backsprays für den Profi-Bereich.<ref>Vorlage:EU-Verordnung</ref>

Gelegentlich wird Propan als Lösungsmittel in Industrie und organischen Synthesen verwendet.<ref name="roempp" /> Druckverflüssigtes Propan eignet sich zur schonenden Extraktion von Pflanzenölen.<ref></ref>

Lagerung

Datei:Propan Rheingas Hochtanks Außengelände Brühl.jpg

Gasbehälter zur Speicherung von Propan

Propan wird unter Druck verflüssigt in Gasflaschen oder Tanks aus Metall oder Verbundwerkstoffen gelagert. Der Flascheninnendruck wird ausschließlich durch den Dampfdruck der Verbindung bestimmt und ist nur abhängig von der Umgebungstemperatur. Er ist folglich nicht vom Füllgrad der Druckgasflasche bestimmt und beträgt zum Beispiel 4,7 bar bei 0 °C, 8,4 bar bei 20 °C und 17,1 bar bei 50 °C.<ref name="dguv.de">DGUV Publikationen: Umgang mit ortsbeweglichen Flüssiggasflaschen im Brandeinsatz, abgerufen am 6. Juni 2020.</ref>

Gefahren

Propan ist für sich gesehen nicht giftig.<ref> ; ehemals im Vorlage:Referrer (nicht mehr online verfügbar); abgerufen ().Vorlage:Toter Link/Core (Seite nicht mehr abrufbar. Suche im Internet Archive) </ref> Wird jedoch die Atemluft eines Menschen durch Propan (teilweise) ersetzt, so kann es durch die Verdrängung des Sauerstoffes zu einer Sauerstoffunterversorgung bis hin zum Ersticken kommen.<ref name="roempp" /> Im Zusammenhang mit dem Schnüffeln von Propan und Butan sind Todesfälle bekannt.<ref></ref>

Propan ist hochentzündlich und bildet zwischen einem Volumenanteil von 2,12 % bis 9,35 % in Luft explosionsfähige Gemische.<ref name="roempp" /> Mit einer Mindestzündenergie von 0,25 mJ sind Gas-Luft-Gemische extrem zündfähig.<ref name="Chen">Hsu-Fang Chen, Chan-Cheng Chen: A quantitative structure activity relationship model for predicting minimum ignition energy of organic substance in J. Loss Prev. Proc. Ind. 67 (2020) 104227, doi:10.1016/j.jlp.2020.104227.</ref> Seine Zündtemperatur liegt bei 470 °C (nach DIN 51794).<ref name="GESTIS" /> Der Heizwert beträgt 93 MJ·m⁻³<ref name="roempp" /> oder 46,35 MJ/kg (12,88 kWh/kg).

Literatur

• Geert Oldenburg: Propan – Butan. Springer 1955, OCLC 17854737.

Weblinks

Commons: Propan – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

[[wikt:|Wiktionary: ]] – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

• (PDF; 349 kB) Deutscher Verband Flüssiggas e. V., ; ehemals im Vorlage:Referrer (nicht mehr online verfügbar); abgerufen .Vorlage:Toter Link/Core (Seite nicht mehr abrufbar. Suche im Internet Archive) 
• [ ] RVV Bachert KG, archiviert vom Vorlage:Referrer (nicht mehr online verfügbar) am 2009-06-04; abgerufen . 

Einzelnachweise

<references />

Vorlage:Klappleiste/Anfang Methan | Ethan | Propan | Butan | Pentan | Hexan | Heptan | Octan | Nonan | Decan | Undecan | Dodecan | Höhere Alkane Vorlage:Klappleiste/Ende