ХЕПТАН (C7H16): СТРУКТУРА, СВОЙСТВА И ПРИЛОЖЕНИЯ - ХИМИЯ - 2025

На хептана е органично съединение, чиято химична формула е C ₇ H ₁₆ и съдържа девет структурни изомери, от които най-известен е линейна. Това е въглеводород, по-специално алкан или парафин, които се намират в повечето лаборатории за органична химия, независимо дали учат или изследват.

За разлика от други парафинови разтворители, хептанът има по-ниска летливост, което го прави сравнително по-безопасно; стига да няма източник на топлина, обграждащ изпаренията ви, и да работите вътре в аспиратор. Неговата запалимост настрана, тя е достатъчно инертна, за да служи като среда за органични реакции.

N-хептанова молекула, представена от модел с топка и пръчка. Източник: Ben Mills и Jynto

Горното изображение показва структурата на п-хептан, линеен изомер на всички хептани. Тъй като това е най-разпространеният и търговски ценен изомер, както и най-лесният за синтез, има тенденция да се разбира, че терминът "хептан" се отнася изключително до н-хептан; освен ако не е посочено друго.

В бутилките на това течно съединение обаче е уточнено, че той съдържа n-хептан. Те трябва да бъдат разкрити вътре в аспиратора и измерванията да се правят внимателно.

Той е отличен разтворител за мазнини и масла, поради което често се използва по време на извличането на растителни есенции или други естествени продукти.

структура

n-хептан и неговите междумолекулни взаимодействия

Както се вижда от първото изображение, молекулата n-хептан е линейна и поради химическата хибридизация на въглеродните си атоми веригата придобива зигзагообразна форма. Тази молекула е динамична с това, че нейните CC връзки могат да се въртят, което кара веригата леко да се огъва под различни ъгли. Това допринася за междумолекулните им взаимодействия.

N-хептанът е неполярна, хидрофобна молекула и следователно взаимодействията му се основават на дисперсивните сили на Лондон; Това са тези, които зависят от молекулната маса на съединението и неговата контактна площ. Две молекули n-хептан се доближават една до друга по такъв начин, че веригите им "клинират" една върху друга.

Тези взаимодействия са достатъчно ефективни, за да поддържат н-хептановите молекули кохезивни в течност, кипяща при 98 ° С.

изомери

Деветте изомера на хептан. Източник: Steffen 962

Отначало се казва, че формулата C ₇ H ₁₆ представлява общо девет структурни изомери, п-хептан е най-подходящата (1). Останалите осем изомера са показани на изображението по-горе. Отбележете с един поглед, че някои са по-разклонени от други. Отляво надясно, започвайки от върха, имаме:

(2): 2-метилхексан

(3): 3-метилхексан, който се състои от двойка енантиомери (a и b)

(4): 2,2-диметилпентан, известен още като неохептан

(5): 2,3-диметилпентан, отново с двойка енантиомери

(6): 2,4-диметилпентан

(7): 3,3-диметилпентан

(8): 3-етилпентан

(9): 2,2,3-триметилбутан.

Всеки от тези изомери има независими свойства и приложения на n-хептан, запазен най-вече за полетата на органичния синтез.

Свойства на хептан

Външен вид

Безцветна течност с миризма, наподобяваща бензин.

Моларна маса

100.205 g / mol

Точка на топене

-90.549 ° С, превръщайки се в молекулен кристал.

Точка на кипене

98,38 ° C.

Парно налягане

52,60 атм при 20 ° С. Обърнете внимание колко високо е неговото налягане на парите, въпреки че е по-малко летливо в сравнение с други парафинови разтворители, като хексан и пентан.

плътност

0,6795 g / cm ³. От друга страна, парите хептан са 3,45 пъти по-плътни от въздуха, което означава, че изпаренията му ще се задържат в пространства, където някои от течността му се разливат.

Разтворимост във вода

Тъй като хептанът е хидрофобно съединение, той едва може да се разтвори във вода, за да се получи разтвор с концентрация 0,0003% при температура 20 ° С.

Разтворимост в други разтворители

Хептанът се смесва с въглероден тетрахлорид, етанол, ацетон, лек петролен и хлороформ.

Индекс на пречупване (

1.3855.

вискозитет

0,389 mPa s

Топлинен капацитет

224,64 J / K мол

точка на запалване

-4 ºC

Температура на самозапалване

223 ºC

Повърхностно напрежение

19.66 mN / m при 25 ° C

Топлина на горене

4817 kJ / mol.

реактивност

Парите хептан, когато са близо до източник на топлина (пламък), реагират екзотермично и енергично с кислорода във въздуха:

C ₇ H ₁₆ + 11о ₂ => 7CO ₂ + 8Н ₂ О

Въпреки това, извън реакцията на горене, хептанът е доста стабилна течност. Липсата на реактивност се дължи на факта, че нейните СН връзки трудно се разрушават, така че не е податлива на заместване. По същия начин, той не е много чувствителен към силни окислители, стига да няма пожар наблизо.

Най-голямата опасност от хептан е неговата висока летливост и запалимост, така че съществува риск от пожар, ако се разлее на горещи места.

Приложения

Разтворител и реакционна среда

Хептанът е отличен разтворител за разтваряне на масла и мазнини. Източник: Pxhere.

Хидрофобният характер на хептан го прави отличен разтворител за разтваряне на масла и мазнини. В този аспект той се използва като обезмаслител. Най-голямото му приложение обаче се използва като екстрахиращ разтворител, тъй като той разтваря липидните компоненти, както и другите органични съединения на пробата.

Например, ако искате да извлечете всички компоненти на смляното кафе, той ще бъде мацериран в хептан, вместо във вода. Този метод и неговите вариации са реализирани с всички видове семена, благодарение на които са получени растителни есенции и други натурални продукти.

Хептанът, който е естествено безцветен, ще се обърне към цвета на извлеченото масло. След това се завърта, за да има най-накрая обем от маслото, което е възможно най-чисто.

От друга страна, ниската реактивност на хептан също позволява той да бъде вариант при разглеждане на реакционна среда за извършване на синтез. Като добър разтворител за органични съединения, той гарантира, че реагентите остават в разтвор и взаимодействат правилно помежду си, докато реагират.

Утаяващ агент

В петролната химия е обичайна практика да се утаяват асфалтените от суровата проба чрез добавяне на хептан. Този метод дава възможност да се изследва стабилността на различните сурови масла и да се определи доколко чувствителното им съдържание на асфалтен е утаяващо и причинява цяла поредица проблеми за нефтената промишленост.

октан

Хептанът се използва като гориво поради голямото количество топлина, която отделя при изгаряне. Що се отнася до двигателите на автомобилите обаче, би било пагубно за тяхната работа, ако се използва в чист вид. Тъй като гори много експлозивно, тя служи за определяне на 0 по скалата на бензиновия октан.

Бензинът съдържа висок процент хептан и други въглеводороди, за да доведе октановото число до известни стойности (91, 95, 87, 89 и т.н.).

Препратки

1. Morrison, RT и Boyd, R, N. (1987). Органична химия. 5-то издание. Редакция Addison-Wesley Interamericana.
2. Кери Ф. (2008). Органична химия. (Шесто издание). Mc Graw Hill.
3. Греъм Соломон TW, Craig B. Fryhle. (2011 г.). Органична химия. (10-то издание.) Wiley Plus.
4. Wikipedia. (2020). Хептан. Възстановено от: en.wikipedia.org
5. Национален център за информация за биотехнологиите. (2020). Heptane PubChem база данни. CID = 8900. Възстановени от: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
6. Elsevier BV (2020). Heptans. ScienceDirect. Възстановено от: sciencedirect.com
7. Bell Chem Corp. (7 септември 2018 г.). Промишлени употреби на хептан. Възстановена от: bellchem.com
8. Андреа Кроп. (2020). Хептан: Структура, употреба и формула. Изследване. Възстановено от: study.com