Είναι το εξάνιο πολικό ή μη πολικό;
Το εξάνιο είναι μια ένωση υδρογονάνθρακα με χημικό τύπο C6 H14 . Το εξάνιο ταξινομείται ως αλκάνιο και αποτελείται από μια αλυσίδα 6 κεντρικών ατόμων άνθρακα το καθένα κορεσμένο με υδρογόνο. Το "hex-" σημαίνει ότι έχει μια ραχοκοκαλιά 6 ατόμων και το "-ane" σημαίνει ότι όλα τα άτομα έχουν μόνο απλούς δεσμούς. Το εξάνιο είναι ένα από τα κύρια συστατικά της σύγχρονης βενζίνης καθώς είναι φθηνό στην κατασκευή και εύκολα εύφλεκτο. Χρησιμοποιείται επίσης συνήθως στο εργαστήριο ως διαλύτης.
Το εξάνιο είναι μη πολικό λόγω των δεσμών C–H και της συμμετρικής γεωμετρικής δομής του. Ο άνθρακας και το υδρογόνο έχουν διαφορά ηλεκτραρνητικότητας 0,35, η οποία ταξινομεί το μόριο ως μη πολικό. Ακόμη και αν οι δεσμοί C–H ήταν πολικοί, το εξάνιο θα εξακολουθούσε να είναι μη πολικό λόγω της συμμετρικής γεωμετρικής δομής του. Εάν οι δεσμοί C–H ήταν πολικοί, η συμμετρική δομή του εξανίου θα διασφάλιζε ότι το μερικό φορτίο κάθε δεσμού C–H ακυρώνεται ακριβώς από έναν άλλο.
Το εξάνιο είναι ένα άχρωμο υγρό με σημείο βρασμού περίπου 50-70°C. Παράγεται κυρίως από τη διύλιση αργού πετρελαίου και έχει εφαρμογές στη γεωργία, την επεξεργασία τροφίμων, τα δερμάτινα προϊόντα και τη χρωματογραφία.
Ένα Quick Primer για την πολικότητα
Πρώτον, μια γρήγορη ανασκόπηση της πολικότητας. Η πολικότητα ενός μορίου είναι ένα μέτρο του πόσο ομοιόμορφα κατανέμεται το ηλεκτρικό φορτίο σε όλο το μόριο. Κάθε στοιχείο έχει μια τιμή ηλεκτραρνητικότητας που αντιπροσωπεύει πόσα μεμονωμένα άτομα του στοιχείου τραβούν ηλεκτρόνια. Όσο μεγαλύτερη είναι η τιμή EN, τόσο περισσότερο τα άτομα αυτού του στοιχείου τραβούν ηλεκτρόνια. Για παράδειγμα, το φθόριο (F) είναι το πιο ηλεκτραρνητικό στοιχείο και του αποδίδεται τιμή EN 4. Όλες οι άλλες τιμές EN υπολογίζονται σε σχέση με το φθόριο.
Τα άτομα σχηματίζουν ομοιοπολικούς δεσμούς μοιράζοντας τα ηλεκτρόνια σθένους τους. Όταν δύο άτομα με μεγάλη διαφορά στις ηλεκτραρνητικότητες μοιράζονται ηλεκτρόνια, το πιο ηλεκτραρνητικό στοιχείο θα τραβήξει πιο δυνατά τα κοινά ηλεκτρόνια. Αυτό προκαλεί τα κοινά ηλεκτρόνια να κινηθούν πιο κοντά στο πιο ηλεκτραρνητικό στοιχείο. Επειδή το πιο ηλεκτραρνητικό άτομο της ένωσης έχει μια αφθονία ηλεκτρονίων, παίρνει ένα μερικό αρνητικό φορτίο. Αντίθετα, τα λιγότερο ηλεκτραρνητικά στοιχεία συγκεντρώνουν ένα μερικό θετικό φορτίο. Αυτή είναι η ουσία της πολικότητας:η πολικότητα είναι ένα μέτρο του πόσο ομοιόμορφα είναι κατανεμημένα χωρικά τα ηλεκτρόνια σε μια ένωση.
Το αν δύο άτομα θα σχηματίσουν έναν πολικό δεσμό ή όχι εξαρτάται από τη διαφορά μεταξύ των τιμών EN τους. Εάν η διαφορά EN είναι μεταξύ 0,5-2,0, ο δεσμός ταξινομείται ως πολικός. Εάν η διαφορά EN είναι μικρότερη από 0,5, τότε ο δεσμός θεωρείται μη πολικός. Εάν η διαφορά είναι μεγαλύτερη από 2, τότε ο δεσμός θεωρείται εντελώς πολικός και καλείται καταλληλότερα ιονικός δεσμός.
Το αν ένα ολόκληρο μόριο θεωρείται πολικό ή όχι εξαρτάται από 2 πράγματα. την πολικότητα των δεσμών που το αποτελούν και τη γεωμετρική του δομή. Ένα μόριο με μη πολικούς δεσμούς θα μπορούσε ακόμα να είναι συνολικά πολικό εάν το μόριο έχει ασύμμετρη γεωμετρία. Ένα μόριο με πολικούς δεσμούς θα μπορούσε να εξακολουθεί να είναι συνολικά μη πολικό εάν έχει μια χωρικά συμμετρική γεωμετρική δομή. Η συμμετρία της μοριακής γεωμετρίας διασφαλίζει ότι το μερικό φορτίο κάθε πολικού δεσμού ακυρώνεται ακριβώς από έναν αντιποδικό πολικό δεσμό.
Πολικότητα εξανίου
Χρησιμοποιώντας το παραπάνω μάθημά μας για την πολικότητα, μπορούμε να προσδιορίσουμε εάν το εξάνιο είναι πολικό ή μη πολικό. Το εξάνιο αποτελείται κυρίως από δεσμούς C–H. Η τιμή EN του άνθρακα είναι 2,55 και το υδρογόνο είναι 2,2. Η διαφορά μεταξύ αυτών των δύο τιμών EN είναι 0,35, επομένως οι δεσμοί C–H θεωρούνται μη πολικοί. Επιπλέον, το εξάνιο έχει μια πολύ συμμετρική μοριακή γεωμετρία, οπότε ακόμα κι αν οι δεσμοί C–H θεωρούνταν πολικοί, ολόκληρο το μόριο θα εξακολουθούσε να είναι μη πολικό. Η χωρική τοποθέτηση των δεσμών θα διασφάλιζε ότι τυχόν αντίθετα φορτία θα ακυρωθούν, έτσι συνολικά το μόριο δεν θα είναι πολικό.
Τεχνικά, τα ομόλογα C–H δεν είναι εντελώς μη πολικό. Ο άνθρακας έχει υψηλότερη τιμή EN από το υδρογόνο, επομένως τα άτομα άνθρακα τραβούν ελαφρά πιο σκληρό στα ηλεκτρόνια από ό,τι τα άτομα υδρογόνου. Αυτή η ποσότητα έλξης είναι πολύ μικρή και αμελητέα, επομένως σε κανονικές συνθήκες, είναι ασφαλές να αντιμετωπίζουμε τους δεσμούς C–H σαν να ήταν εντελώς μη πολικοί. Σε πολύ μικρές κλίμακες και ελάχιστα επίπεδα ακρίβειας, η ελαφρά πολικότητα των δεσμών C–H θα είχε αξιοσημείωτο αποτέλεσμα, επομένως εάν οι δεσμοί C–H θα θεωρηθούν πολικοί ή μη πολικοί εξαρτάται από το πλαίσιο.
Τα περισσότερα εγχειρίδια χημείας θεωρούν έναν δεσμό που έχει διαφορά ΕΝ μικρότερη από 0,5 ως μη πολικό, καθώς οποιαδήποτε πολική δράση είναι αρκετά μικρή ώστε να αγνοηθεί. Οι μόνοι αληθινά μη πολικοί δεσμοί σχηματίζονται μεταξύ ατόμων που έχουν ίδιες τιμές EN (για παράδειγμα, τα διατομικά στοιχεία)
Ισομερή εξανίου
Αυστηρά μιλώντας, το όνομα "εξάνιο" μπορεί να αναφέρεται σε ένα από οποιαδήποτε 5 δομικά ισομερή με τον χημικό τύπο C6 H14 . Ένα δομικό ισομερές μιας ένωσης είναι αυτό που έχει τον ίδιο χημικό τύπο, αλλά διαφορετική μοριακή δομή. Η πιο κοινή μορφή εξανίου ονομάζεται ν-εξάνιο και αποτελείται από μια γραμμική αλυσίδα 4 μεθυλενίου (CH2 ) λειτουργικές ομάδες τοποθετημένες μεταξύ 2 τερματικών ομάδων μεθυλίου (CH3 ). Η γραμμική φύση του μορίου δίνει στο n-εξάνιο ένα σχετικά αδρανές χαρακτήρα και το n-εξάνιο χρησιμοποιείται συχνά στο εργαστήριο ως μη πολικός διαλύτης για χημικές ουσίες υψηλής αντίδρασης.
Ανάλογα με το ακριβές σύστημα χημικής ονοματολογίας, τα δομικά ισομερή του εξανίου μερικές φορές αναφέρονται ως παράγωγα του πεντανίου (C5 H12 ) και βουτάνιο (C4 H10 ). Τα περισσότερα από τα ισομερή έχουν παρόμοιες φυσικές ιδιότητες, αν και παρουσιάζουν μια ασυνήθιστα μεγάλη διακύμανση στα σημεία τήξης. Για παράδειγμα, το ισοεξάνιο (μερικές φορές ονομάζεται 2-μεθυλπεντάνιο) έχει σημείο τήξης -153,7 °C ενώ το n-εξάνιο έχει σημείο τήξης μόνο -95,3 °C.
Όπως το ν-εξάνιο, τα άλλα ισομερή του εξανίου τείνουν να είναι άχρωμα υγρά σε θερμοκρασία δωματίου, μη πολικά, σχετικά χημικά αδρανή και εύφλεκτα.
Εξάνιο ως ένωση
Το Ν-εξάνιο είναι ένας γραμμικός υδρογονάνθρακας που αποτελείται από μια κεντρική αλυσίδα 6 ατόμων άνθρακα με ένα δεσμό. Κάθε άτομο άνθρακα είναι συνδεδεμένο με αρκετά υδρογόνα ώστε να καταλαμβάνονται όλες οι υποδοχές σθένους του. Κάθε άτομο άνθρακα είναι «κορεσμένο» με υδρογόνα επειδή δεν έχουν αδέσμευτα ζεύγη ηλεκτρονίων.
Η γραμμική γεωμετρία του εξανίου και η πλήρως κορεσμένη ανθρακική αλυσίδα του το καθιστά μια σταθερή ένωση που είναι σχετικά αδρανής. Το εξάνιο γενικά δεν θα αντιδράσει με άλλες ενώσεις και δεν θα καεί εάν δεν εκτεθεί σε επαρκή ποσότητα θερμότητας. Μόλις εκτεθεί σε αυτή τη θερμότητα, όμως, θα καεί βίαια, δημιουργώντας μεγάλες ποσότητες θερμότητας και ενέργειας. Η ακριβής ποσότητα ενέργειας που απαιτείται για την καύση του εξανίου είναι ένας από τους λόγους για τους οποίους χρησιμοποιείται στη βενζίνη. Οι κατασκευαστές βενζίνης δεν θέλουν το αέριό τους να καίγεται πολύ εύκολα, καθώς αυτό μειώνει την απόδοση, αλλά επίσης δεν θέλουν να είναι πολύ δύσκολο να καεί. Το εξάνιο είναι μάλλον αδρανές μέχρι μια συγκεκριμένη θερμοκρασία, μετά την οποία θα καεί ενεργειακά. Η αντίδραση καύσης για το εξάνιο σε οξυγόνο είναι:
2C6 H14 + 19O2 → 12CO2 + 14H2 O
Σε περιπτώσεις που υπάρχει περιορισμένη παροχή οξυγόνου, η καύση του εξανίου μοιάζει με:
Γ6 H14 + 😯2 → 3CO + 3CO2 +7H2 O
Γενικά, το εξάνιο είναι σχετικά μη τοξικό και δεν αποτελεί σημαντικό κίνδυνο για τον άνθρωπο. Η οξεία εισπνοή μεγάλων ποσοτήτων μπορεί να προκαλέσει θολή όραση, πονοκεφάλους και μυϊκή αδυναμία, αλλά κάποιος θα πρέπει να καταναλώσει πολύ μεγάλη ποσότητα για να είναι θανατηφόρος. Αν και είναι ως επί το πλείστον μη τοξικό, η εισπνοή εξανίου μπορεί να αναταράξει τον πνευμονικό ιστό και να προκαλέσει αναπνευστικά προβλήματα ή αλλεργική αντίδραση.
Χρήσεις εξανίου
Βενζίνη
Το εξάνιο είναι ένα από τα κύρια συστατικά του εμπορικού αερίου και βενζίνης. Τα περισσότερα εμπορικά είδη βενζίνης αποτελούνται από ένα μείγμα διαφόρων αλκανίων 4 έως 12 άνθρακα, συμπεριλαμβανομένου του εξανίου και των ισομερών του, μαζί με άλλα πρόσθετα. Το μεγαλύτερο μέρος του εξανίου που συνθέτει τη βενζίνη παράγεται μέσω της διύλισης του αργού πετρελαίου. Τα χημικά συστατικά του αργού πετρελαίου διαχωρίζονται μέσω μιας τεχνικής που ονομάζεται κλασματική απόσταξη που αφαιρεί τις ακαθαρσίες και διαχωρίζει τα συστατικά με βάση τη χημική τους δομή.
Παραγωγή τροφίμων
Το εξάνιο χρησιμοποιείται συχνά για την εξαγωγή λιπιδίων από άλλα τρόφιμα. Για παράδειγμα, οι κατασκευαστές μαγειρικών ελαίων χρησιμοποιούν εξάνιο για την εξαγωγή φυτικών ελαίων από σόγια και σπόρους. Στην πραγματικότητα, τα περισσότερα προϊόντα σόγιας που παράγονται στις ΗΠΑ υποβάλλονται σε επεξεργασία με χρήση εξανίου. Αυτό έχει οδηγήσει σε κάποια διαμάχη λόγω έλλειψης ρύθμισης της χρήσης εξανίου από τον FDA. Οι ικανότητες εξαγωγής λιπιδίων του εξανίου έχουν επίσης χρησιμοποιηθεί ως προϊόν καθαρισμού και βιομηχανικό απολιπαντικό.
Διάφορες βιομηχανίες
Το εξάνιο χρησιμοποιείται επίσης στην κατασκευή κόλλων, πλακιδίων στέγης, δερμάτινων προϊόντων και ως διαλύτης εργαστηρίου. Όλες αυτές οι χρήσεις οφείλονται στο γεγονός ότι το εξάνιο είναι σχετικά μη αντιδραστικό σε ένα ευρύ φάσμα περιβαλλοντικών παραγόντων. Τα κεραμίδια στέγης επεξεργάζονται με εξάνιο για να αποφευχθεί η διάβρωσή τους και το δέρμα επεξεργάζεται για να το προστατεύσει από τη φθορά από την υπεριώδη ακτινοβολία και τη χημική υποβάθμιση. Η κόλλα παπουτσιών πρέπει να είναι σταθερή και να διατηρεί την κόλλα και το εξάνιο αποτρέπει τη διάσπαση των συγκολλητικών ουσιών στην κόλλα παπουτσιών.
Στο εργαστήριο, το εξάνιο προτιμάται ως μη πολικός διαλύτης επειδή μπορεί να διαλύσει ένα ευρύ φάσμα μη πολικών οργανικών ενώσεων και είναι μη αντιδραστικό. Ο διαλύτης εξανίου χρησιμοποιείται συχνά για τον καθαρισμό μειγμάτων ενώσεων και την απομόνωση των συστατικών ενός μείγματος.
