Butan Strukturformel Butangas, Iso Butan, n butan Infos & Eigenschaften

Butan im Einsatz im Bunsenbrenner

Flüssiggas, speziell Autogas, enthält neben anderen Gasen wie Propan zum Teil auch Butan (C4H10). Neben dem Transport-Sektor setzen viele Bereiche in der Industrie, der Chemiebranche, im Gewerbe und der Pharmabrache auf Butan. Neben den konkreten Eigenschaften, der Formel und der Art der Herstellung und der vielen Vorteile sollten Interessierte wissen, welche Gefahren von Butangas ausgehen und anhand der Informationen entsprechend verantwortungsvoll damit umgehen.

Die Themen im Überblick

n-Butan und Iso-Butan: Die beiden Butangase im Überblick

Der Begriff Butan steht für zwei verschiedene Stoffe, deren Unterschiede sich jedoch erst bei ganz genauem Hinsehen offenbaren. Sie haben sehr viel gemeinsam. Beide Gase kommen natürlich in Erdöl und Erdgas vor. Die Industrie gewinnt es im Rahmen der Raffination von Erdöl durch Destillation. Es handelt sich bei beiden Varianten um gasförmige und farblose Kohlenwasserstoffe, die in Wasser nahezu unlöslich sind. Das nennt man hydrophob. Zudem sind die Gase lipophil. Lipophile Stoffe sind „fettliebend“ und von daher in Fetten oder Ölen sehr gut löslich. Kohlenwasserstoffe werden auch als Alkane bezeichnet.

Ihre Besonderheit liegt darin, dass sie ausschließlich aus den Atomen Kohlenstoff (C) und Wasserstoff (H) aufgebaut sind, was sie vergleichsweise einfach macht. Kettenförmige Kohlenwasserstoffe sind gesättigte Kohlenwasserstoffe und gehen von daher nur C-C-Einfachbindungen ein. Die Kohlenstoffatome nutzen nur eine der vier freien Bindungen um sich aneinander zu binden. Die anderen drei Bindungen werden mit Wasserstoffatomen eingegangen. Die beiden Butangase, die als n-Butan und Iso-Butan bezeichnet werden, bestehen ebenfalls ausschließlich aus Kohlen- und Wasserstoffmolekülen. Sie weisen sogar in ihrer Butan-Strukturformel dieselbe Anzahl der Atome pro Molekül auf.

Der chemische Aufbau der beiden Gase

n-Butan und Iso-Butan besitzen jeweils die Summenformel C4H10. Das bedeutet, dass in einem Molekül stets vier Kohlenstoffe mit zehn Wasserstoffmolekülen verbunden sind. Aus diesem Grund bringen beide Moleküle auch genau dasselbe Gewicht auf die Waage: Die Molekülmasse beträgt jeweils 58,12 g·mol-1. Nicht-Chemiker können mit der Einheit g·mol-1 nur selten etwas anfangen. Wichtig zu wissen ist nur, dass das ein verschwindend geringes Gewicht ist, und dass es bei beiden Molekülen absolut identisch ist. Was unterscheidet die beiden Butangase also voneinander, wenn nicht die Art und Anzahl der Atome und das Gewicht?

Unterschiede zwischen n-Butan und Iso-Butan

Der entscheidende Unterschied liegt in der jeweiligen Butangas-Strukturformel. n-Butan und Iso-Butan sind sogenannte Isomere. Das bedeutet, dass ihre Atome zwar in identischer Anzahl vorhanden sind, ihre räumliche Anordnung sich jedoch deutlich unterscheidet. Allein diese unterschiedlichen Verknüpfungsarten führen in vielen Fällen dazu, dass sich diverse Isomere trotz ihrer Gemeinsamkeiten auf völlig andere Art verhalten. Im Fall der Butan-Isomere sind die Unterschiede jedoch nicht besonders stark ausgeprägt.

  • n-Butan Strukturformel: CH3-CH2-CH2-CH3
  • Iso-Butan Strukturformel: CH(CH3)3

Geht es um die Eigenschaften, fallen manchmal sogar Laien die Unterschiede auf. n-Butan riecht zum Beispiel leicht nach Wein oder Alkohol, während Iso-Butan einen eher süßlichen Geruch besitzt. Viele Menschen riechen jedoch nichts, weil der Geruch sehr fein ist. Unterschiede finden sich unter anderem auch in ihren Schmelz- und Siedepunkten. Das sind die Temperaturen, bei denen die Stoffe ihren Aggregatzustand wechseln und von fest zu flüssig oder von flüssig zu gasförmig übergehen (und umgekehrt).

Interessant sind hier vor allem die Siedepunkte. Bei n-Butan liegt der Siedepunkt bei -0,5 °C und bei Isobutan bei -11,7 °C. Das bedeutet zum einen, dass beide Varianten bei Raumtemperatur gasförmig sind. Die wenigen Grad Unterschied sind vor allem bei Einsätzen im Winter relevant. Isobutan kann in entsprechender Umgebung wertvoller sein als sein Isomer. Allerdings lässt sich der Nachteil durch zusätzliche Vorkehrungen leicht ausgleichen.

Wie der Mensch die beiden Butangase nutzt

Trotz unterschiedlicher Butangas Strukturformel gibt es große Ähnlichkeiten bei den Einsatzzwecken der beiden Isomere. Die meisten Menschen kommen über Lebensmittel mit einem der beiden oder sogar mit beiden Butangasen in Kontakt. Sie dienen als Treibgas in Spraydosen und somit als Ersatz für das Ozon-schädliche FCKW. Für die Umwelt und die Gesundheit sind sie in dieser Form unbedenklich. In Zutatenlisten auf Produktverpackungen wird ihre Anwesenheit über e-Nummern als Lebensmittelzusatzstoffe deutlich. n-Butan wird dort als E 943a und Iso-Butan als E 943b aufgeführt. Mit n-Butan extrahiert die Industrie des Weiteren auch Gewürze aus Lebensmitteln.

Neben ihrer Nutzung als Treibgas und Extraktionsmittel kommen die Gase zudem als Brenn-, Koch- und Heizgas zum Einsatz. Der Heizwert von Butangas beträgt 12,69 kWh/kg, der Brennwert bei 13,74 kWh/kg. Butan findet sich zum Beispiel in Feuerzeugen, Gasgrills und Gaskartuschen für Campingkocher wieder. Außerdem dient es in Kühlschränken als Kältemittel. Für Gefriergeräte eignet es sich hingegen nicht, denn bei -0,5°C ändert sich sein Aggregatzustand von gasförmig zu flüssig. Iso-Butan ist ähnlich nützlich. Es eignet sich nicht nur für Kühlschränke, sondern auch für Klimaanlagen und Sonnenkollektoren. Die chemische Industrie kann auf den Stoff ebenfalls nicht verzichten, weil sich mit Isobutan wertvolle petrochemische Produkte wie Treibstoffe oder Lösungsmittel herstellen lassen. Butan kann ein Bestandteil von Autogas sein.

Mit „Butan“ oder „Butan-Gas“ ist fast immer n-Butan gemeint

Die International Union of Pure and Applied Chemistry, die für die Nomenklatur innerhalb der Chemie zuständig ist, empfiehlt diese Verwendung offiziell. Weitere gängige Bezeichnungen für n-Butan sind R600 und E 943a. Auch Isobutan ist unter verschiedenen Namen bekannt. Die IUPAC empfiehlt hier besonders die Verwendung von Methylpropan oder 2-Methylpropan. Gängig sind auch:

– i-Butan
– Trimethylmethan
– R-600a
– E 943b

Da sich die Bezeichnungen für beide Butanvarianten zum Teil nur in einem einzigen Buchstaben unterscheiden, müssen insbesondere Chemiker genau hinsehen, damit es nicht zu Verwechslungen kommt.

Gefahren von Butangasen

Der Umgang mit Butangas erfordert große Vorsicht. Ein Risiko geht von der Brennbarkeit aus. Butan kann sich leicht entzünden und in geschlossenen Räumen als Gemisch aus Luft und Gas zu einer Explosion führen. Die Zündtemperatur von Butangas liegt bei 470 °C, der Flammpunkt bei -60 °C. Doch das ist noch nicht die einzige Gefahr. Menschen, die reines Butan einatmen, können in eine Narkose fallen. Das Gas kann außerdem eine potentiell lebensbedrohliche Atemdepression auslösen. Durch den Sauerstoffmangel sind bleibende Organschäden möglich. Auch Herzrhythmusstörungen und andere schwerwiegende Störungen von Herz und Kreislauf sind möglich.

Butan wird darüber hinaus als Droge verwendet, da es eine berauschende Wirkung erzeugt und vergleichsweise billig und leicht verfügbar ist. Unvorsichtige Konsumenten, die eine zu hohe Dosis aufnehmen, erleben sehr realistisch wirkende Halluzinationen, Krämpfe und Hirnschäden sind ebenfalls möglich. Außerdem macht Butan psychisch abhängig. Im Zusammenhang mit Butangas als Rauschmittel hat es schon Todesfälle gegeben.

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