Hexan ist eine den Alkanen (gesättigte Kohlenwasserstoffe) zugehörige chemische Verbindung. Es ist eine farblose Flüssigkeit mit der Summenformel C6H14. Es ist das unverzweigte Isomer der fünf Hexan-Isomere.
Hexan kommt natürlich in Erdöl vor und ist ein Bestandteil von Benzin. Verwendet wird es außerdem als Lösungsmittel in chemischen Reaktionen, in Klebstoffen und für die Extraktion von Pflanzenölen genutzt. Im Gegensatz zu anderen verwandten Verbindungen (Pentan, Heptan) wirkt es neurotoxisch, weshalb es nach Möglichkeit durch andere Alternativen ersetzt wird.
Vorkommen Hexan kann in Erdgas auftreten, sogenanntem "nassem" Gas, das flüssige Alkane bis einschließlich Hexan oder Heptan enthält. Außerdem ist es Bestandteil von Erdöl und tritt dabei in der Benzinfraktion (C5–C8) auf. Extraterrestrisch wurde Hexan im Rahmen der Rosetta-Mission im Schweif des Kometen Tschurjumow-Gerassimenko nachgewiesen.
Gewinnung Hexan kann bei der Verarbeitung von Erdöl aus der Leichtbenzin-Fraktion gewonnen werden.
Eigenschaften Hexan ist eine farblose, flüchtige Flüssigkeit, die leicht nach Benzin riecht. Der Siedepunkt unter Normaldruck liegt bei 68,8 °C.L.-C. Feng, C.-H. Chou, M. Tang, Y. P. Chen: Vapor-Liquid Equilibria of Binary Mixtures 2-Butanol + Butyl Acetate, Hexane + Butyl Acetate, and Cyclohexane + 2-Butanol at 101.3 kPa. In: J. Chem. Eng. Data. 43, 1998, S. 658–661, doi:10.1021/je9800205. Die Verbindung schmilzt bei −95,4 °C. Die relative Dielektrizitätskonstante liegt je nach Druck und Temperatur etwa zwischen 1,9 und 2,1. Bei Normaldruck und 25 °C beträgt sie 1.8799. In Wasser ist es praktisch unlöslich. In Ethanol, Diethylether und Benzol ist es gut löslich.
Die Verbindung bildet mit einer Reihe anderer Lösungsmittel azeotrop siedende Gemische. Die azeotropen Zusammensetzungen und Siedepunkte finden sich in der folgenden Tabelle. Keine Azeotrope werden mit Cyclohexan, Pentan, Heptan, Octan, Toluol, Ethylbenzol, Xylol, Cyclohexanol und Diethylether gebildet.
Azeotrope mit verschiedenen Lösemitteln (nach SmallwoodI. M. Smallwood: Handbook of organic solvent properties. Arnold, London 1996, ISBN 0-340-64578-4, S. 12–13.) Lösungsmittel Wasser Methanol Ethanol 1-Propanol 2-Propanol Gehalt Hexan in Ma% 94 72 79 96 77 Siedepunkt in °C 62 50 59 66 63 Lösungsmittel 1-Butanol i-Butanol 2-Butanol Ethylenglycolethylether Acetonitril Gehalt Hexan in Ma% 97 98 92 95 72 Siedepunkt in °C 68 68 67 66 52 Lösungsmittel Chloroform Essigsäure Aceton Methylethylketon Diisopropylether Gehalt Hexan in Ma% 16 95 41 71 47 Siedepunkt in °C 60 68 50 64 67 Lösungsmittel Dioxan THF Methylacetat Ethylacetat Isopropylacetat Gehalt Hexan in Ma% 98 50 39 62 91 Siedepunkt in °C 60 63 52 65 69
Thermodynamische Eigenschaften Die Dampfdruckfunktion ergibt sich nach Antoine entsprechend log10(P) = A−(B/(T+C)) (P in bar, T in K) mit A = 3,45604, B = 1044,038 und C = −53.893 im Temperaturbereich von 177.70 bis 264.93 KG. F. Carruth, R. Kobayashi: Vapor Pressure of Normal Paraffins Ethane Through n-Decane from Their Triple Points to About 10 Mm mercury. In: J. Chem. Eng. Data. 18, 1973, S. 115–126, doi:10.1021/je60057a009. bzw. mit A = 4,00266, B = 1171,530 und C = −48,784 im Temperaturbereich von 286.18 bis 342.69 K.C. B. Williamham, W. J. Taylor, J. M. Pignocco, F. D. Rossini: Vapor Pressures and Boiling Points of Some Paraffin, Alkylcyclopentane, Alkylcyclohexane, and Alkylbenzene Hydrocarbons. In: J. Res. Natl. Bur. Stand. (U.S.). 35, 1945, S. 219–244.
+Zusammenstellung der wichtigsten thermodynamischen Eigenschaften Eigenschaft Typ Wert [Einheit] Bemerkungen Standardbildungsenthalpie ΔfH0liquidΔfH0gas −198,7 kJ·mol−1 −167,1 kJ·mol−1W. D. Good, N. K. Smith: Enthalpies of combustion of toluene, benzene, cyclohexane, cyclohexene, methylcyclopentane, 1-methylcyclopentene, and n-hexane. In: J. Chem. Eng. Data. 14, 1969, S. 102–106, doi:10.1021/je60040a036. als Flüssigkeitals Gas Standardentropie S0liquidS0gas 296,06 J·mol−1·K−1D. R. Douslin, H. M. Huffman: Low-temperature thermal data on the five isometric hexanes. In: J. Am. Chem. Soc. 68, 1946, S. 1704–1708, doi:10.1021/ja01213a006.388,82 J·mol−1·K−1D. W. Scott: Correlation of the chemical thermodynamic properties of alkane hydrocarbons. In: J. Chem. Phys. 60, 1974, S. 3144–3165, doi:10.1063/1.1681500. als Flüssigkeitals Gas Verbrennungsenthalpie ΔcH0liquid −4163,2 kJ·mol−1 Wärmekapazität cp 194,97 J·mol−1·K−1 (25 °C)2,30 J·g−1·K−1 (25 °C) 142,6 J·mol−1·K−1 (25 °C)D. W. Scott: Chemical Thermodynamic Properties of Hydrocarbons and Related Substances. Properties of the Alkane Hydrocarbons, C1 through C10 in the Ideal Gas State from 0 to 1500 K. In: U.S. Bureau of Mines, Bulletin. 666, 1974.1,65 J·g−1·K−1 (25 °C) als Flüssigkeitals Gas Kritische Temperatur Tc 507,5 KS. K. Quadri, K. C. Khilar, A. P. Kudchadker, M. J. Patni: Measurement of the critical temperatures and critical pressures of some thermally stable or mildly unstable alkanols. In: J. Chem. Thermodyn. 23, 1991, S. 67–76, doi:10.1016/S0021-9614(05)80060-6. Kritischer Druck pc 29,9 bar Kritisches Volumen Vc 0,368 l·mol−1D. Ambrose, C. Tsonopoulos: Vapor-Liquid Critical Properties of Elements and Compounds. 2. Normal Alkenes. In: J. Chem. Eng. Data. 40, 1995, S. 531–546, doi:10.1021/je00019a001. Kritische Dichte ρc 2,72 mol·l−1 Azentrischer Faktor ωc 0,30126J. Schmidt: Auslegung von Sicherheitsventilen für Mehrzweckanlagen nach ISO 4126-10. In: Chem. Ing. Techn. 83, 2011, S. 796–812, doi:10.1002/cite.201000202. Schmelzenthalpie ΔfH0 13,08 kJ·mol−1E. S. Domalski, E. D. Hearing: Heat Capacities and Entropies of Organic Compounds in the Condensed Phase. Volume III. In: J. Phys. Chem. Ref. Data. 25, 1996, S. 1–525, doi:10.1063/1.555985. beim Schmelzpunkt Verdampfungsenthalpie ΔVH0ΔVH 31,73 kJ·mol−128,85 kJ·mol−1V. Majer, V. Svoboda: Enthalpies of Vaporization of Organic Compounds: A Critical Review and Data Compilation. Blackwell Scientific Publications, Oxford 1985, S. 300. beim Normaldrucksiedepunkt
Die Temperaturabhängigkeit der Verdampfungsenthalpie lässt sich entsprechend der Gleichung ΔVH0=Aexp(−αTr)(1−Tr)β (ΔVH0 in kJ/mol, Tr =(T/Tc) reduzierte Temperatur) mit A = 43,85 kJ/mol, α = −0,039, β = 0,397 und Tc = 507,4 K im Temperaturbereich zwischen 298 K und 444 K beschreiben.
Sicherheitstechnische Kenngrößen n-Hexan bildet leicht entzündliche Dampf-Luft-Gemische. Die Verbindung hat einen Flammpunkt bei −20 °C. Der Explosionsbereich liegt zwischen 1 Vol.‑% (35 g/m3) als untere Explosionsgrenze (UEG) und 8,9 Vol.‑% (319 g/m3) als obere Explosionsgrenze (OEG).E. Brandes, W. Möller: Sicherheitstechnische Kenngrößen. Band 1: Brennbare Flüssigkeiten und Gase. Wirtschaftsverlag NW – Verlag für neue Wissenschaft, Bremerhaven 2003. Eine Korrelation der Explosionsgrenzen mit der Dampfdruckfunktion ergibt einen unteren Explosionspunkt von −28 °C sowie einen oberen Explosionspunkt von 7 °C. Die Explosionsgrenzen sind druckabhängig. Eine Erniedrigung des Druckes führt zu einer Verkleinerung des Explosionsbereiches. Die untere Explosionsgrenze ändert sich bis zu einem Druck von 100 mbar nur wenig und steigt erst bei Drücken kleiner als 100 mbar an. Die obere Explosionsgrenze verringert sich mit sinkendem Druck analog.
Explosionsgrenzen unter reduziertem Druck (gemessen bei 100 °C) Druck in mbar 1013 800 600 400 300 250 200 150 100 50 25 Untere Explosionsgrenze (UEG) in Vol.‑% 0,9 0,9 0,9 0,9 1,0 1,0 1,0 1,1 1,2 1,6 3,5 in g·m−3 30 31 32 33 34 35 37 39 43 58 125 Obere Explosionsgrenze (OEG) in Vol.‑% 8,9 8,7 8,3 7,8 7,6 7,5 7,4 7,3 7,2 6,0 4,7 in g·m−3 319 312 297 279 272 269 265 262 258 215 168
Die untere Explosionsgrenze sinkt mit steigender Temperatur. Nach der linearen Funktion UEG(T) = UEG(T0)·[1+ku(T-T0)] (mit T0 = 20 °C) ergibt sich ein Temperaturkoeffizient ku von −0,0027 K−1.
Untere Explosionsgrenzen mit steigender TemperaturW. Hirsch, E. Brandes: Abschlussbericht des Forschungsvorhabens Kenngrößen bei nichtatmosphärischen Bedingungen. Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), Braunschweig 2014. (PDF-Datei) Temperatur in °C 20 100 150 200 250 Untere Explosionsgrenze (UEG) in Vol.‑% 1,0 0,9 0,6 0,5 0,4
Die Sauerstoffgrenzkonzentration liegt bei 20 °C bei 9,1 Vol.‑%, bei 100 °C bei 8,3 Vol.‑%.D. Pawel, E. Brandes: , Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), Braunschweig 1998. Tendenziell steigt der Wert mit sinkendem Druck bzw. verringert sich mit steigender Temperatur. Der maximale Explosionsdruck beträgt 9,5 bar. Der maximale Explosionsdruck verringert sich mit sinkendem Ausgangsdruck.
Maximaler Explosionsdruck und Sauerstoffgrenzkonzentration unter reduziertem Druck Druck in mbar 1013 800 600 400 300 200 150 100 Maximaler Explosionsdruck in bar bei 20 °C 9,6 7,4 5,6 3,7 2,8 1,8 1,4 1,1 Sauerstoffgrenzkonzentration in Vol% bei 20 °C 9,1 9,5 10,1 10,8 bei 100 °C 8,3 8,3 8,8
Mit einer Mindestzündenergie von 0,24 mJ sind Dampf-Luft-Gemische extrem zündfähig.Hsu-Fang Chen, Chan-Cheng Chen: A quantitative structure activity relationship model for predicting minimum ignition energy of organic substance in J. Loss Prev. Proc. Ind. 67 (2020) 104227, . Die Grenzspaltweite wurde mit 0,93 mm bestimmt. Es resultiert damit eine Zuordnung in die Explosionsgruppe IIA. Die Zündtemperatur beträgt 230 °C. Der Stoff fällt somit in die Temperaturklasse T3.
Verwendung Hexan ist eine Komponente von Benzin. Verwendet wird es ansonsten vor allem als Lösungsmittel, beispielsweise für die Extraktion von Pflanzenölen und in Klebstoffen. Wegen der Toxizität wird es jedoch bevorzugt durch alternative Verbindungen (zum Beispiel Cyclohexan) ersetzt. In der chemischen Industrie wird es zu Isohexan umgesetzt. Hexan wird weiterhin in der organischen Chemie als Lösungsmittel und Reaktionsmedium bei Polymerisationen, als Verdünnungsmittel für schnelltrocknende Lacke und Druckfarben und als Elutions- und Lösungsmittel in der Dünnschichtchromatographie verwendet. Es wird weiterhin zur Herstellung von Kunststoffen und synthetischem Kautschuk eingesetzt.
Sicherheitshinweise/Toxikologie Hexan wird gasförmig rasch über die Lunge aufgenommen und wieder abgegeben (pulmonale Retention 22 bis 24 %). Auch bei dermalem Kontakt wird Hexan aufgenommen. Im Körper wird Hexan in der Leber zunächst zu 1-Hexanol, 2-Hexanol und 3-Hexanol verstoffwechselt. 2-Hexanol wird danach entweder über 2-Hexanon oder über 2,5-Hexandiol zu 5-Hydroxy-2-hexanon oxidiert. Aus letzterem werden γ-Valerolacton und 2,5-Hexandion metabolisiert.Hexan (n‐Hexan) MAK Value Documentation in German language, 1997, abgerufen am 15. Oktober 2019. Das 2,5-Hexandion ist als eigentlich giftige Substanz für die Neurotoxizität verantwortlich. Vergiftungen durch Hexan mit Polyneuropathie sind einerseits von Industriearbeitern bekannt, die der Verbindung im beruflichen Kontext ausgesetzt sind, andererseits von Personen die Klebstoff schnüffeln. Die Neurotoxizität ist eine Besonderheit von Hexan. In einer vergleichenden Studie an Ratten wurden nur bei dieser Verbindung entsprechende Effekte festgestellt, bei den strukturell eng verwandten Verbindungen Pentan und Heptan jedoch nicht.