Heptaan (C7H16): definitsioon, omadused ja kasutamine

Heptaan (C7H16) — alkaan: omadused, kasutusalad, ohutus ja roll kütustes ning bensiinis. Uuri selle keemiat, füüsikalisi omadusi ja praktilist kasutust.

Heptaan on orgaaniline ühend keemilise valemiga C
₇H
₁₆. See on seitsme süsinikuaatomiga alkaan. Seda kasutatakse kütustes ja bensiinis.

Üldkirjeldus ja isomeersus

Heptaan on süsivesinikest koosnev, küllastunud alkaan. Molekulaarne mass on umbes 100,20 g·mol−1. C7H16-l on mitu struktuurset isomeeri — kokku 9 erinevat konstitutsioonilist isomeeri, millest üks on n-heptaan (lamestunud ahelaga) ja ülejäänud on erinevate hargnevustega ahelad. Isomeeride omadused (nt keemistemperatuur, tihedus) võivad erineda.

Füüsikalised omadused

Olek: rõhul ja temperatuuril 20 °C tavaliselt värvitu vedelik;
Keemistemperatuur: ligikaudu 98,4 °C (n-heptaani puhul);
Sulamistemperatuur: ligikaudu -90,6 °C (n-heptaan);
Tihedus: ~0,684 g·cm−3 (20 °C) — kergem kui vesi;
Vees lahustuvus: väga väike (praktiliselt lahustumatu); lahustub hästi orgaanilistes lahustites;
Aroom: iseloomulik kergesõõraline lahusti lõhn.

Keemilised omadused ja reaktsioonid

Heptaan on suhteliselt inertne võrreldes palju funktsionaalrühmi sisaldavate ühenditega, kuid läbib tüüpilisi alkaanidele omaseid reaktsioone:

Combustion (põlemine): heptaan põleb täielikult, andes süsihappegaasi ja vee ning vabaneb palju energiat;
Halogenatsioon: vabade radikaalide mehhanismiga mittekontrollitud halogeenide lisamine (nt kloorimine, bromimine) viib erinevate halogeenitud derivaatideni;
Krakkimine ja isomeriseerimine: tööstuslikult kasutatakse protsesse, et muuta ahela pikkust või struktuuri, parandamaks kütuse omadusi;
Polümerimine: heptaan ei polümeriseeru tavalistes tingimustes, kuna puudub reaktsioonivõimeline kaksiksideme rühm.

Tootmine ja kasutusvaldkonnad

Heptaan tekib peamiselt naftatöötlemise kõrvalproduktina — fraktsioneerimisel ja katalüütilises reformimises saadakse erinevaid süsivesinikke, mille hulgast võib eraldada n-heptaane ja segusid, mida kasutatakse edasistes protsessides. Peamised kasutusvaldkonnad:

Labori- ja industriaalne lahusti (puhastamine, ekstraheerimine);
Komponendina bensiinis ja muudes kütustes — aga bensiini oktaanarvuga manipuleerimisel on n-heptaanil defineeriv roll (n-heptaani oktaanarv on 0, vastandina isooktaanile, mille oktaanarv on 100));
Keemiatööstuses lähtematerjal või referentsaine analüüsides ning instrumentide kalibreerimisel;
Teatud puhastus- ja liimilahustites.

Tervise- ja ohutusaspektid

Hästi süttiv ja lenduv. Aurud võivad moodustada õhu segus plahvatusohtliku segu.
Sissehingamisel võib põhjustada uimasust, peapööritust, koordinatsiooni häireid ja ärritust — pikem või suur kokkupuude võib tekitada kesknärvisüsteemi depressiooni.
Pikaajaline kokkupuude kõrgetel kontsentratsioonidel võib kahjustada tervist; nahakontakt võib põhjustada ärritust ja rasvasuse eemaldamist nahalt.
Keskkonnamõju: heaks lenduvaks orgaaniliseks ühendiks (VOC) osutub heptaan õhu- ja veereostuse allikaks, seepärast tuleb vältida juhuslikke lekkeid ja keskkonna saastumist.

Ladustamine ja käitlemine

Käitlemisel tuleks järgida üldisi ohutusnõudeid: kasutada ventilatsiooni, säilitada eemal kuumuse ja sädemeallikatest, maandada konteinerid staatilise elektri neutraliseerimiseks ning hoida tihedalt suletult vastavalt kohalikele regulatsioonidele. Isikukaitsevahendid: sobivad kaitseprillid, kindad ja vajadusel respiraator.

Analüütilised meetodid

Heptaane analüüsitakse tavaliselt gaasikromatograafia (GC) abil. Struktuuri- ja koostisanalüüsiks kasutatakse lisaks massispektromeetriat (GC–MS), ning NMR- ja IR-spektroskoopiat selleks, et tuvastada isomeere ja funktsionaalseid rühmi.

Kokkuvõte

Heptaan on lihtne C7 alkaan — värvitu vedelik, mis on tähtis nii tööstuslikes lahustites kui ka naftapõhistes kütusesegudes. Kuigi selle keemiline aktiivsus on suhteliselt madal, nõuab heptaani käitlemine tähelepanelikkust tule- ja terviseriskide tõttu ning on oluline vältida keskkonna reostamist.