Butane

Le butane est un hydrocarbure saturé de la famille des alcanes et de formule brute C₄H₁₀. Il existe sous deux formes isomères, le n-butane et l'isobutane ou 2-méthylpropane.

n-butane

Structure et représentations du n-butane.

Identification

Nom UICPA

butane

Synonymes

n-butane
diéthyle
méthyléthylméthane.

N^o CAS

106-97-8

N^o ECHA

100.003.136

N^o CE

203-448-7

Apparence

gaz comprimé liquéfié, inodore, incolore[1].

Propriétés chimiques

Formule

C₄H₁₀ [Isomères]

Masse molaire[2]

58,122 2 ± 0,003 9 g/mol
C 82,66 %, H 17,34 %,

Propriétés physiques

T° fusion

−138,29 °C[3]

T° ébullition

−0,5 °C[3]

Solubilité

61,2 mg l⁻¹ (eau, 25 °C)[4]

Paramètre de solubilité δ

13,9 MPa^1/2 (25 °C)[5]

Masse volumique

601,1 g l⁻¹ (liquide, −0,5 °C)
2,709 g l⁻¹ (gaz, 0 °C, 1 013 mbar)[3]

équation[6] : $\rho =1.0677/0.27188^{(1+(1-T/425.12)^{0.28688})}$
Masse volumique du liquide en kmol·m^-3 et température en kelvins, de 134,86 à 425,12 K.
Valeurs calculées :
0,57324 g·cm^-3 à 25 °C.

T (K)	T (°C)	ρ (kmol·m^-3)	ρ (g·cm^-3)
134,86	−138,29	12,62	0,73351
154,21	−118,94	12,33412	0,7169
163,89	−109,26	12,18848	0,70843
173,56	−99,59	12,04073	0,69984
183,24	−89,91	11,89073	0,69112
192,91	−80,24	11,73834	0,68227
202,59	−70,56	11,5834	0,67326
212,26	−60,89	11,42572	0,6641
221,94	−51,21	11,26509	0,65476
231,61	−41,54	11,10129	0,64524
241,29	−31,86	10,93405	0,63552
250,96	−22,19	10,76308	0,62558
260,64	−12,51	10,58803	0,61541
270,31	−2,84	10,40851	0,60497
279,99	6,84	10,22405	0,59425

T (K)	T (°C)	ρ (kmol·m^-3)	ρ (g·cm^-3)
289,67	16,52	10,03411	0,58321
299,34	26,19	9,83805	0,57182
309,02	35,87	9,63507	0,56002
318,69	45,54	9,42423	0,54776
328,37	55,22	9,20432	0,53498
338,04	64,89	8,97383	0,52159
347,72	74,57	8,73078	0,50746
357,39	84,24	8,47252	0,49245
367,07	93,92	8,19533	0,47634
376,74	103,59	7,89378	0,45881
386,42	113,27	7,55932	0,43937
396,09	122,94	7,17716	0,41716
405,77	132,62	6,71732	0,39043
415,44	142,29	6,09758	0,35441
425,12	151,97	3,927	0,22825

Graphique P=f(T)

T° d'auto-inflammation

287 °C[1]

Point d’éclair

−60 °C[1]

Limites d’explosivité dans l’air

1,8–8,4 %vol[1]

Pression de vapeur saturante

2,081 bar à 20 °C
2,8 bar à 30 °C
4,9 bar à 50 °C[3]

équation[6] : $P_{vs}=exp(66.343+{\frac {-4363.2}{T}}+(-7.046)\times ln(T)+(9.4509E-6)\times T^{2})$
Pression en pascals et température en kelvins, de 134,86 à 425,12 K.
Valeurs calculées :
243 680,17 Pa à 25 °C.

T (K)	T (°C)	P (Pa)
134,86	−138,29	0,674
154,21	−118,94	16,02
163,89	−109,26	57,09
173,56	−99,59	173,39
183,24	−89,91	460,98
192,91	−80,24	1 096,03
202,59	−70,56	2 370,82
212,26	−60,89	4 731,13
221,94	−51,21	8 810,3
231,61	−41,54	15 455,79
241,29	−31,86	25 745,49
250,96	−22,19	40 992,9
260,64	−12,51	62 741,91
270,31	−2,84	92 753,52
279,99	6,84	132 987,18

T (K)	T (°C)	P (Pa)
289,67	16,52	185 580,13
299,34	26,19	252 827,5
309,02	35,87	337 165,82
318,69	45,54	441 161,76
328,37	55,22	567 507,38
338,04	64,89	719 022,71
347,72	74,57	898 665,96
357,39	84,24	1 109 551,33
367,07	93,92	1 354 974,41
376,74	103,59	1 638 444,86
386,42	113,27	1 963 726,18
396,09	122,94	2 334 882,52
405,77	132,62	2 756 332,57
415,44	142,29	3 232 910,64
425,12	151,97	3 769 900

Point critique

151,85 °C
38,0 bar
0,255 l mol⁻¹[7]

Point triple

−138,55 °C
0,007 mbar[7]

Vitesse du son

1 034 m s⁻¹ (liquide, −0,5 °C)[8]

Thermochimie

S⁰_{liquide, 1 bar}

231 J mol⁻¹ K⁻¹[9]

Δ_fH⁰_gaz

−125,6 kJ mol⁻¹[10]

Δ_vapH°

22,389 kJ mol⁻¹ à −1,1 °C[7]

C_p

132,42 J mol⁻¹ K⁻¹ (liquide,−3,15 °C)

98,49 J mol⁻¹ K⁻¹ (gaz, 25 °C)[7]

équation[11] : $C_{P}=(20.056)+(2.8153E-1)\times T+(-1.3143E-5)\times T^{2}+(-9.4571E-8)\times T^{3}+(3.4149E-11)\times T^{4}$
Capacité thermique du gaz en J·mol^-1·K^-1 et température en kelvins, de 200 à 1 500 K.
Valeurs calculées :
100,589 J·mol^-1·K^-1 à 25 °C.

T (K)	T (°C)	C_p $({\tfrac {J}{kmol\times K}})$	C_p $({\tfrac {J}{kg\times K}})$
200	−73,15	75 134	1 293
286	12,85	97 515	1 678
330	56,85	108 536	1 867
373	99,85	118 991	2 047
416	142,85	129 112	2 221
460	186,85	139 103	2 393
503	229,85	148 491	2 555
546	272,85	157 495	2 710
590	316,85	166 299	2 861
633	359,85	174 494	3 002
676	402,85	182 281	3 136
720	446,85	189 823	3 266
763	489,85	196 778	3 386
806	532,85	203 325	3 498
850	576,85	209 608	3 606

T (K)	T (°C)	C_p $({\tfrac {J}{kmol\times K}})$	C_p $({\tfrac {J}{kg\times K}})$
893	619,85	215 352	3 705
936	662,85	220 714	3 797
980	706,85	225 821	3 885
1 023	749,85	230 460	3 965
1 066	792,85	234 770	4 039
1 110	836,85	238 863	4 110
1 153	879,85	242 581	4 174
1 196	922,85	246 048	4 233
1 240	966,85	249 369	4 290
1 283	1 009,85	252 427	4 343
1 326	1 052,85	255 339	4 393
1 370	1 096,85	258 207	4 442
1 413	1 139,85	260 946	4 490
1 456	1 182,85	263 666	4 536
1 500	1 226,85	266 481	4 585

PCS

49,4 MJ kg⁻¹[12]

PCI

45,6 MJ kg⁻¹

Propriétés électroniques

1^re énergie d'ionisation

10,53 ± 0,10 eV (gaz)[13]

Précautions

SGH[14] - [15]

Danger

H220

Avec > 0,1 % de butadiène :

Danger

H220, H340 et H350

SIMDUT[16]

A, B1,

NFPA 704

Symbole NFPA 704

Transport[3]

23
1011

23
1075

23
1965

Écotoxicologie

LogP

2,89[1]

Seuil de l’odorat

bas : 1 262 ppm
haut : 5 048 ppm[17]

Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.

Utilisation

Bouteille de gaz butane.

Le butane est un gaz principalement utilisé comme combustible à usage domestique (gazinière, chauffe-eau) et également d'appoint, notamment pour le chauffage (radiateur à gaz pour l'intérieur des locaux d'habitation, commerces et ateliers ainsi que pour le plein air). Il est généralement conditionné en bouteille de 13 kg.

Il est également utilisé comme carburant dans les briquets à gaz.

Pour un usage en extérieur, le propane est plus indiqué en raison de sa température d'ébullition plus basse.

Au niveau industriel, le butane est un réactif pour la synthèse de l'éthylène et du propylène via le vapocraquage, du butadiène au moyen de la déshydrogénation catalytique et de l'anhydride maléique par le procédé de DuPont. L'oxydation non-catalytique du butane est utilisée pour la synthèse de l'acide acétique et l'isomérisation par catalyse acide permet de convertir le n-butane en isobutane[18].

Comme de nombreux hydrocarbures, le butane réagit avec le dichlore pour former du 1-chloro- et du 2-chlorobutane, mais aussi d'autres composés plus substitués. Les taux de chloration peuvent partiellement s'expliquer par les différentes énergies de dissociation des liaisons C-H, respectivement 425 et 411 kJ/mol pour celles des deux carbones termninaux et des deux carbones centraux (qui ont des liaisons C-H plus faibles).

Propriétés physico-chimiques

Le butane est soluble dans l'alcool et l'éther, mais peu dans l'eau. Peu réactif, il nécessite un catalyseur pour participer à des réactions chimiques, sauf pour la réaction de combustion avec le dioxygène.

Pression de vapeur saturante[19]
Température	Pression (kPa)	Température	Pression (kPa)
−103,15 °C	0,1	−33,15 °C	24,1
−98,15 °C	0,2	−28,15 °C	30,9
−93,15 °C	0,3	−23,15 °C	39,1
−88,15 °C	0,5	−18,15 °C	49,1
−83,15 °C	0,8	−13,15 °C	61,0
−78,15 °C	1,3	−8,15 °C	75,0
−73,15 °C	1,9	−3,15 °C	91,5
−68,15 °C	2,8	1,85 °C	111
−63,15 °C	4,0	6,85 °C	133
−58,15 °C	5,7	11,85 °C	159
−53,15 °C	7,8	16,85 °C	188
−48,15 °C	10,6	21,85 °C	221
−43,15 °C	14,1	26,85 °C	258
−38,15 °C	18,5	50 °C	490[3]

Son comportment dans la plage de température et de pression usuelles explique son usage commode dans des applications domestiques : à la pression atmosphérique (vers 100 kPa), la phase liquide apparait vers 0 °C, et réciproquement pour le maintenir sous état liquide à 25 °C, il suffit d'une pression d'environ 2,5 atm (aisé à obtenir même avec un réservoir en plastique comme celui d'un briquet).

Ses propriétés en font un fluide frigorigène, dont le code est R600.

Production et synthèse

Le n-butane est obtenu par distillation sous pression du gaz de pétrole liquéfié (GPL) ainsi que par la purification du gaz naturel[18].

Notes et références

BUTANE (GAZ LIQUEFIE), Fiches internationales de sécurité chimique
Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
Entrée « n-Butane » dans la base de données de produits chimiques GESTIS de la IFA (organisme allemand responsable de la sécurité et de la santé au travail) (allemand, anglais), accès le 5 octobre 2009 (JavaScript nécessaire).
« Butane », sur Hazardous Substances Data Bank (consulté le 22 décembre 2009).
(en) James E. Mark, Physical Properties of Polymer Handbook, Springer, 2007, 2^e éd., 1076 p. (ISBN 978-0-387-69002-5 et 0-387-69002-6, présentation en ligne), p. 294.
(en) Robert H. Perry et Donald W. Green, Perry's Chemical Engineers' Handbook, États-Unis, McGraw-Hill, 1997, 7^e éd., 2400 p. (ISBN 0-07-049841-5), p. 2-50.
(en) « Butane », sur NIST/WebBook (consulté le 11 février 2010).
(en) William M. Haynes, CRC Handbook of Chemistry and Physics, Boca Raton, CRC Press/Taylor & Francis, 1^er juillet 2010, 91^e éd., 2610 p. (ISBN 9781439820773, présentation en ligne), p. 14-40.
Aston, J.G. et Messerly, G.H., The heat capacity and entropy, heats of fusion and vaporization and the vapor pressure of n-butane, J. Am. Chem. Soc., 1940, 62, 1917-1923.
Pittam, D.A. et Pilcher, G., Measurements of heats of combustion by flame calorimetry. Part 8.-Methane, ethane, propane, n-butane and 2-methylpropane, J. Chem. Soc. Faraday Trans. 1, 1972, 68, 2224-2229.
(en) Carl L. Yaws, Handbook of Thermodynamic Diagrams, vol. 1, Huston, Texas, Gulf Pub., 1996 (ISBN 0-88415-857-8).
Les gaz Butane Propane, sur cfbp.fr.
(en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, Boca Raton, CRC Press/Taylor & Francis, 17 juin 2008, 89^e éd., 2736 p. (ISBN 9781420066791, présentation en ligne), p. 10-205.
Numéro index 601-004-00-0 dans le tableau 3.1 de l'annexe VI du règlement CE n^o 1272/2008 (16 décembre 2008).
Numéro index 601-004-01-8 dans le tableau 3.1 de l'annexe VI du règlement CE n^o 1272/2008 (16 décembre 2008).
« Butane » dans la base de données de produits chimiques Reptox de la CSST (organisme québécois responsable de la sécurité et de la santé au travail), consulté le 24 avril 2009.
« n-Butane », sur hazmap.nlm.nih.gov (consulté le 14 novembre 2009).
Karl Griesbaum, Arno Behr, Dieter Biedenkapp, Heinz-Werner Voges, Dorothea Garbe, Christian Paetz, Gerd Collin, Dieter Mayer et Hartmut Höke, Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Hydrocarbons, Wiley-VCH Verlag, 2000.
(en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, Boca Raton, CRC Press/Taylor & Francis, 3 juin 2009, 90^e éd., 2804 p. (ISBN 9781420090840, présentation en ligne), p. 6-109.

Voir aussi

Liens externes

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