Pentanas (C5H12) – apibrėžimas, izomerai ir pagrindinės savybės

Sužinokite apie pentaną (C5H12): apibrėžimą, n‑pentaną, izopentaną ir neopentaną, izomerus, chemines ir fizines savybes bei IUPAC pavadinimus.

Pentanas yra organinis junginys, kurio cheminė formulė yra C
_5H
12. Tai penkis anglies atomus turintis alkanas. Paprastai "pentanas" reiškia visus tris izomerus (n-pentaną, izopentaną ir neopentaną). Tačiau pagal IUPAC pentanas reiškia tik n-pentaną. Pagal IUPAC kiti du izomerai yra 2-metilbutanas ir 2,2-dimetilpropanas. Ciklopentano cheminė formulė yra C
_5H
10, todėl jis nėra pentano izomeras.

Izomerai ir struktūra

Pentano izomerai yra trys išverstinės struktūrinės formos, turinčios tą pačią molekulinę formulę C_5H12, bet skirtingą atomų išsidėstymą:

• n-Pentanas (tiesinis grandininis alkánas): CH3–CH2–CH2–CH2–CH3. Tai IUPAC vardas tiesiniam izomerui.
• 2-Metilbutanas (dažnai vadinamas izopentanu): pagrindinė grandinė yra butanas, prie antrojo anglies atomo prijungtas metilo šakas — CH3–CH(CH3)–CH2–CH3.
• 2,2-Dimetilpropanas (neopentanas): simetriškas, labai šakotas izomeras — C(CH3)4, kartais rašomas kaip (CH3)4C.

Šakotumas daro didelę įtaką fizikinėms savybėms: kuo labiau šakotas izomeras, tuo paprastai žemesnis virimo taškas ir didesnis tirpumas tam tikrose fazėse dėl mažesnės paviršiaus ploto ir mažesnių Van der Waals jėgų.

Fizinės savybės

Pentano izomerai yra bespalviai, lakių kvapų, nepoliniai skysčiai kambario temperatūroje (kai kurių izomerų virimo temperatūros yra žemos). Bendrai galimos savybės:

• Virimo temperatūra: n-pentanas viršta maždaug apie 36 °C; šakoti izomerai viria žemesnėje temperatūroje dėl mažesnio kontaktinio paviršiaus tarp molekulių.
• Dujos / garai: pentanai lengvai garuoja kambario temperatūroje, todėl turi didelį garų slėgį palyginti su sunkesniais angliavandeniliais.
• Tirpumas: praktiškai netirpūs vandenyje (hidrofobiški), gerai tirpina kitus nepolinius organinius junginius.
• Tankis: pentanai yra lengvesni už vandenį (tankis maždaug 0,62–0,65 g/cm3), todėl plūduriuoja ant vandens.

Cheminės savybės

Pentanas yra gana cheminiu požiūriu inertiškas, kaip ir kiti alkánai, tačiau turi keletą tipiškų reakcijų:

• Kombustija: dega žalio ugnies spalva, sudegus susidaro CO2 ir H2O (visiškai sudegus). Reikalauja deguonies pertekliaus.
• Radikalinė halogenacija: pentanai reaguoja su halogenais (pvz., Cl2, Br2) šviesos ar šilumos sąlygomis, vyksta radikalinės pakaitos reakcijos.
• Izomerizacija ir kraklinimas: pramoniniu būdu n-pentanas gali izomerizuotis į šakotus izomerus (svarbu benzinui) arba skyla į trumpesnes angliavandenilių grandines esant aukštai temperatūrai ir katalizatoriams.
• Oksidacija: alkánai yra atsparūs tiesioginei oksidacijai be katalizatorių; selektyvi oksidacija dažnai techniškai sudėtinga.

Gamyba ir panaudojimas

Pentanas gaunamas naftos rafinacijos ir gamtinių dujų pjūviuose, taip pat kaip produktas, gavimas per kraklinimą ir hidrokrekingą. Pagrindiniai panaudojimo būdai:

• Kaip tirpiklis laboratorijose ir pramonėje (dėl nepolinės prigimties).
• Kaip komponentas benzinui (pagerina garavimo savybes).
• Kaip pūslės formavimo (blowing) agentas gaminant izoliacines putas (pvz., polistireno putplasčiui) — dėl tinkamo garų slėgio ir išgaravimo savybių.
• Naudojamas kai kuriuose šaldymo agentuose (pvz., R-601a), taip pat kaip modelinis kuras laboratorijose ir variklių bandymuose.

Saugumas ir aplinka

• Pentanas yra labai degus; garai susimaišę su oru sudaro sprogias mišinių zonas. Reikia saugoti nuo atviros ugnies, karščio ir elektros išlydžių.
• Įkvėpus didelių koncentracijų gali sukelti galvos svaigimą, galūnių silpnumą ar centrinės nervų sistemos slopinimą; ilgesnis poveikis didelėmis dozėmis pavojingas.
• Nutekėjęs pentanas gali teršti dirvožemį ir vandenį; dėl lakiųjų garų gresia oro tarša ir užsiliepsnojimo rizika.
• Saugos priemonės: geras vėdinimas, antistatinės priemonės, saugyklos atokiau nuo šilumos šaltinių ir ugnies. Laikyti sandariai uždarytuose, tinkamai ženklintuose indeliuose.

Nomenklatūra ir praktinės pastabos

Nors kalboje ir literatūroje „pentanas“ dažnai vartojamas apibūdinti visiems C_5H12 izomerams, oficialiai pagal IUPAC šis pavadinimas priklauso tiesiniam izomerui (n-pentanui). Kiti izomerai turi specifinius pavadinimus: 2-metilbutanas (izopentanas) ir 2,2-dimetilpropanas (neopentanas).

Santrauka

Pentanas — tai bendras pavadinimas penkių anglies atomų alkanams (C_5H12), kurių trys pagrindiniai izomerai skiriasi struktūra ir fizikinėmis savybėmis. Pentanai esmingi pramonėje kaip tirpikliai, kuro komponentai ir putų gamybos medžiagos, tačiau reikalauja atsargumo dėl didelio užsidegumo ir galimo poveikio sveikatai bei aplinkai.

Klausimai ir atsakymai

K: Kokia yra pentano cheminė formulė?

K: Kiek anglies atomų turi pentanas?

Klausimas: Ar "pentanas" apskritai reiškia visus tris izomerus?

K: Ar IUPAC naudoja kitokį pentano apibrėžimą nei įprastai?

K: Ar ciklopentenas yra penteno izomeras?

Paieška pagal raidę