HEPTĀNS (C7H16): STRUKTŪRA, ĪPAŠĪBAS UN PIELIETOJUMS - ĶĪMIJA - 2025

Heptāna ir organisks savienojums, kura ķīmiskā formula ir C ₇ H ₁₆ devias strukturālās izomērus, no kuriem pazīstamākais ir lineārs. Tas ir ogļūdeņradis, konkrēti, alkāns vai parafīns, kas atrodams lielākajā daļā organiskās ķīmijas laboratoriju, neatkarīgi no tā, vai tās ir mācīšana vai izpēte.

Atšķirībā no citiem parafīnu šķīdinātājiem, heptānam ir zemāka nepastāvība, kas padara to salīdzinoši drošāku; kamēr vien jūsu tvaikus neaptver siltuma avots un jūs strādājat nosūcēja pārsega iekšpusē. Tā kā tas ir viegli uzliesmojošs, tas ir pietiekami inerts savienojums, lai kalpotu par vidi organiskām reakcijām.

N-Heptāna molekula, ko attēlo lodveida un nūjas modelis. Avots: Ben Mills un Jynto

Augšējā attēlā parādīta n-heptāna struktūra, visu heptānu lineārais izomērs. Tā kā tas ir visizplatītākais un komerciāli vērtīgākais izomērs, kā arī visvieglāk sintezējamais, mēdz saprast, ka termins “heptāns” attiecas tikai uz n-heptānu; ja nav norādīts citādi.

Tomēr šī šķidrā savienojuma pudelēs ir norādīts, ka tas satur n-heptānu. Tie ir jāatklāj nosūcēja pārsega iekšpusē un mērījumi jāveic rūpīgi.

Tas ir lielisks tauku un eļļu šķīdinātājs, tāpēc to bieži izmanto augu esenču vai citu dabīgu produktu ekstrakcijas laikā.

Uzbūve

n-heptāns un tā starpmolekulārā mijiedarbība

Kā redzams pirmajā attēlā, n-heptāna molekula ir lineāra, un tās oglekļa atomu ķīmiskās hibridizācijas dēļ ķēdei ir zigzaga forma. Šī molekula ir dinamiska tādā ziņā, ka tās CC saites var griezties, liekot ķēdei nedaudz saliekties dažādos leņķos. Tas veicina viņu starpmolekulāro mijiedarbību.

N-heptāns ir nepolāra, hidrofobiska molekula, un tāpēc tā mijiedarbība ir balstīta uz Londonas izkliedējošajiem spēkiem; Tie ir tie, kas ir atkarīgi no savienojuma molekulmasas un tā kontakta laukuma. Divas n-heptāna molekulas tuvojas viena otrai tādā veidā, ka to ķēdes "ķīļ" vienu uz otras.

Šī mijiedarbība ir pietiekami efektīva, lai n-heptāna molekulas būtu saliedētas šķidrumā, kura viršanas temperatūra ir 98ºC.

Izomēri

Deviņi heptāna izomēri. Avots: Steffen 962

Sākumā tika teikts, ka formula C ₇ H ₁₆ pārstāv kopumā deviņus strukturālos izomērus, no kuriem visatbilstošākais ir n-heptāns (1). Pārējie astoņi izomēri ir parādīti attēlā iepriekš. Īsumā ievērojiet, ka daži ir vairāk sazaroti nekā citi. No kreisās uz labo pusi, sākot no augšas, mums ir:

(2): 2-metilheksāns

(3): 3-metilheksāns, kas sastāv no enantiomēru pāra (a un b)

(4): 2,2-dimetilpentāns, pazīstams arī kā neoheptāns

(5): 2,3-dimetilpentāns, atkal ar enantiomēru pāri

(6): 2,4-dimetilpentāns

(7): 3,3-dimetilpentāns

(8): 3-etilpentāns

(9): 2,2,3-trimetilbutāns.

Katram no šiem izomēriem ir neatkarīgas n-heptāna īpašības un pielietojums, kas galvenokārt paredzēts organiskās sintēzes laukiem.

Heptāna īpašības

Ārējais izskats

Bezkrāsains šķidrums ar benzīnam līdzīgu smaku.

Molārā masa

100,205 g / mol

Kušanas punkts

-90,549 ºC, kļūstot par molekulāro kristālu.

Vārīšanās punkts

98,38 ° C.

Tvaika spiediens

52,60 atm 20 ° C temperatūrā. Ņemiet vērā, cik augsts ir tā tvaika spiediens, neskatoties uz to, ka tas ir mazāk gaistošs nekā citi parafīnu šķīdinātāji, piemēram, heksāns un pentāns.

Blīvums

0,6795 g / cm ³ . No otras puses, heptāna tvaiki ir 3,45 reizes blīvāki nekā gaiss, kas nozīmē, ka tā tvaiki kavēsies telpās, kur izšļakstās kaut kas no tā šķidruma.

Šķīdība ūdenī

Tā kā heptāns ir hidrofobisks savienojums, tas tik tikko neizšķīst ūdenī, lai 20ºC temperatūrā iegūtu šķīdumu ar koncentrāciju 0,0003%.

Šķīdība citos šķīdinātājos

Heptāns ir viegli sajaucams ar tetrahloroglekli, etanolu, acetonu, petrolēteri un hloroformu.

Refrakcijas indekss (

1,3855.

Viskozitāte

0,389 mPa s

Siltuma jauda

224,64 J / K mol

aizdegšanās punkts

-4 ºC

Pašnoteikšanās temperatūra

223 ºC

Virsmas spraigums

19,66 mN / m pie 25 ºC

Sadegšanas siltums

4817 kJ / mol.

Reaģētspēja

Heptāna tvaiki, atrodoties tuvu siltuma avotam (liesmai), eksotermiski un enerģiski reaģē ar skābekli gaisā:

C ₇ H ₁₆ + 11O ₂ => 7CO ₂ + 8H ₂ O

Tomēr ārpus degšanas reakcijas heptāns ir diezgan stabils šķidrums. Tā reaktivitātes trūkums ir saistīts ar faktu, ka tā CH saites ir grūti salauzt, tāpēc tā nav jutīga pret aizvietošanu. Tāpat tas nav ļoti jutīgs pret spēcīgiem oksidētājiem, ja vien tuvumā nav uguns.

Lielākās heptāna briesmas ir tā lielā nepastāvība un uzliesmojamība, tāpēc pastāv ugunsgrēka risks, ja to izlīs karstā vietā.

Lietojumprogrammas

Šķīdinātājs un reakcijas vide

Heptāns ir lielisks šķīdinātājs eļļu un tauku izšķīdināšanai. Avots: Pxhere.

Heptāna hidrofobās īpašības padara to par lielisku šķīdinātāju eļļu un tauku izšķīdināšanai. Šajā aspektā tas tika izmantots kā attaukošanas līdzeklis. Tomēr tā galvenais pielietojums ir izmantojums kā ekstrahējošs šķīdinātājs, jo tas izšķīdina lipīdu komponentus, kā arī citus parauga organiskos savienojumus.

Piemēram, ja jūs vēlaties iegūt visus maltas kafijas komponentus, tas tiks macerēts heptānā, nevis ūdenī. Šī metode un tās variācijas ir ieviestas ar visu veidu sēklām, pateicoties kurām ir iegūtas augu esences un citi dabiski produkti.

Heptāns, kas dabiski ir bezkrāsains, mainīsies iegūtās eļļas krāsā. Pēc tam to pagriež, lai beidzot būtu pēc iespējas tīrāks eļļas daudzums.

No otras puses, zema heptāna reaktivitāte ļauj to izmantot arī kā alternatīvu, apsverot reakcijas vidi sintēzes veikšanai. Būdams labs organisko savienojumu šķīdinātājs, tas nodrošina, ka reaģenti paliek šķīdumā un pareizi mijiedarbojas, kamēr reaģē.

Nogulsnēšanas līdzeklis

Naftas ķīmijā ir ierasta prakse asfaltēnus izgulsnēt no neapstrādāta parauga, pievienojot heptānu. Šī metode ļauj izpētīt dažādu jēlnaftu stabilitāti un noteikt, cik jutīgi to asfalteēna saturs izgulsnējas un rada virkni problēmu naftas rūpniecībai.

Oktānskaitlis

Heptāns ir izmantots kā degviela lielā siltuma daudzuma dēļ, ko tas izdala, kad tas deg. Tomēr, runājot par automašīnu motoriem, tīrā veidā to ekspluatācijai būtu kaitīgs. Tā kā tas deg ļoti eksplozīvi, tas kalpo, lai noteiktu 0 benzīna oktānskaitles skalā.

Benzīns satur lielu heptāna un citu ogļūdeņražu procentuālo daudzumu, lai oktānskaitli palielinātu līdz zināmajām vērtībām (91, 95, 87, 89 utt.).

Atsauces

1. Morisons, RT un Boids, R., N. (1987). Organiskā ķīmija. 5. izdevums. Redakcijas Addison-Wesley Interamericana.
2. Carey F. (2008). Organiskā ķīmija. (Sestais izdevums). Mc Graw Hill.
3. Grehems Solomons TW, Kreigs B. Frīls. (2011). Organiskā ķīmija. (10. izdevums.). Wiley Plus.
4. Wikipedia. (2020). Heptāns. Atgūts no: en.wikipedia.org
5. Nacionālais biotehnoloģijas informācijas centrs. (2020). Heptane PubChem datu bāze. CID = 8900. Atgūts no: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
6. Elsevier BV (2020). Heptāni. ScienceDirect. Atgūts no: sciencedirect.com
7. Uzņēmums Bell Chem Corp. (2018. gada 7. septembris). Heptāna rūpnieciskais lietojums. Atgūts no: bellchem.com
8. Andrea Kropa. (2020). Heptāns: struktūra, lietojumi un formula. Pētījums. Atgūts no: study.com