Benseenituuma ajalugu (0)

Tallinna Ülikool
Matemaatika ja loodusteaduste instituut
Loodusteaduste osakond
Ege Lehtsaar
Benseenituuma ajalugu
Referaat
Lektor Tuuli Käämbre
Benseen
Benseen on orgaaniline aromaatne süsivesinik mille molekulaar valem on C6H6. Benseen on värvitu, kergesti süttiv ja magusa lõhnaga vedelik ning on suhteliselt kõrge sulamistemperatuuriga . Benseen on naturaalne koostisosa toornaftas, kuna aga benseen on tuntud kantserogeen on tema kasutust bensiinis piiratud. Peale toornafta saab benseeni ka sünteesida petrooleumis leiduvatest koostisainetest, kivisöe tõrvast ja mujalt.[1]
Benseeni ja tema struktuuri avastamine
Esimest korda eraldas ja identifitseeris benseeni 1825. Aastal illumineeruva gaasi tootmisel tekkinud õlisest kõrvalproduktist. Veel on varasematel aastatel saanud benseeni 1833. aastal Eilhard Mitscherlich, kes andis ainele nime „benzin“, 1836. aastal August Laurent ja 1845. aastal Charles Mansfield, kes alustas ka esimest tööstuslikku benseeni tootmist. A.W. Hoffmann kelle all Mansfield töötas oli esimene kes kasutas sõna „aromaatne“, et määrata benseeni kuuluvust mingisse rühma.[1]
Benseeni empiiriline valem oli juba ammu teada. Kuna ühe süsiniku aatomi kohta on vaid üks vesinik oli teadlastele keeruline tema struktuuri välja nuputada. Esimesena proovisid seda teha Archibald Scott Couper 1858.aastal ja Joseph Loschmidt 1861. Nad pakkusid , et benseenis on mitu kahekordseid sidemeid või benseen koosneb mitmest rõngast. Aga tol ajal oli aromaatsete ühendite uurimine alles varajases staadiumis ja teooriate tõestamiseks ei olnud piisavalt materjali.[1]
Esimese teooria üks loojatest oli saksa keemik August Kekulé (teised olid Cooper , Erlenmeyer, Butlerov jpt) umbes 1862. aastal (lõplikult 1865.aastal). Teadlane ise, oma biograafias, meenutas kuidas ta selle struktuuri peale tuli. Nimelt, sel ajal, kui ta õpikut kirjutas ja see edeneda ei tahtnud jäi ta kamina ees tukkuma. Pooleldi unes olles olevat silme ees hakkanud aatomite ahelad keerlema ja väänlema nagu maod . Äkki üks sellistest „madudest“ oli haaranud end sabast. Sellest rabatunad ärganud Kekulé üles ja samal öösel pani kirja benseeni struktuuri hüpoteesi.[3]
Probleemid struktuuriga
Kekulé pakutud struktuuri alusel peaks vahelduma benseenil üksik- ja kaksikside molekulis vaheldumisi, see tähendab et benseenil peaks olema kaks ortoasendussaadust. Tegelikkuses on aga need valemid täiesti identsed, mis tähendab, et Kekulé valemi abil ei saa kõiki benseeni omadusi seletada.
Nüüdisaja elektroniteooria ja teostatud uuringute alusel võib benseeni tuuma ette kujutada järgmiselt. Süsiniku aatomid asuvad koos vesinikega ühes tasapinnas. Süsiniku aatomid moodustavad korrapärase kuusnurga ja nendevaheliste sigmasidemed on 140 pm pikad. Süsinike olek vastab sp2 hübridatsiooni olekule.
Benseeni kolme kaksiksideme ühinemisel tekib ühtne elektron pilv, mis paikneb mõlemal pool benseenituuma tasapinda. P-elektronid aga ei ole seotud ühegi kindla süsinikuga ja neil on süsinikuaatomite suhtes mingisugune liikumisvabadus .
Üks põjus selliseks konjugatsiooniks on benseenituumas moodustunud p-orbitalide paralleelsus. Kui orbitalid ei ole paralleelsed siis ei toimu sellist orbitalide ühinemist ja molekul kaotab aromaatsed omadused, nagu näiteks sellel joonisel kujutatud 1,3,5,7 tsüklooktatetraeeni molekulil . Lisaks veel pole ka süsinikud ühes tasapinnas, mis mängib benseeni tuumas suurt rolli just sellise elektronpilve moodustumisel nagu tal on.
Kekulé proovis ka määrata benseeni tekkeenergiat. Tema valemi järgi on seda võimalik leida kolme üksiksidemega süsiniku, kolme kaksiksiksidemega süsiniku ja kuue süsiniku ja vesiniku vahelise sidemete energiate summaga. 3*81+3*147+6*99= 1278 kcal /mol. Tegelikult aga on benseeni tegelik põlemissoojus kindlaks ja selleks on 1314 kcal/mol. See tähendab, et benseen on tegelikult Kekulé valemile vastavast 1,3,5 tsükloheksatrieenist 36 kcal/mol võrra püsivam.[2]
Benseeni kasutus läbi aja
Põhiline benseeni kasutusala enne enne esimest maailmasõda oli kummitööstus. Seda kasutati lahustina . Esimese maailmasõja ajal lõhkeainete tööstuses benseeni kasutus suurenes. Peagi kasutati benseeni laialdaselt lahustina, näiteks kunstnaha tegemisel, kummi ja plastiku tootmisel ning kasutati paljude orgaaniliste ainete sünteesi alusmaterjalina. Peale esimest maailmasõda hakkas kirjanduses levima jutte tööliste benseeni mürgitustest. Peagi teadlikkus selle aine ohtlikusest tõusis ja valitsus hakkas piirama benseeni kasutust[4]
Peale selle benseeni on ka kasutatud keeruliste ja peenete autodetailide töötlemises ning olulise lisandina bensiinis. Bensiinis kasutati benseeni oktaaniarvu tõstmiseks ja benseen aitas kütusel täielikult kütusel ära põleda. Seda tehti kuni tetraetüülplii kasutusele võttu.
Peale teist maailmasõda leidis benseen uued kasutusalad. Benseeni hakati kasutama peamise komponendina mitmetes sünteetilistes materjalides nagu plastik , mõned ravimid , värvid, sünteetilised kummid jpm. Kuigi ainet kasutati ohututes kogustes on ikkagi ilmnenud nende materialide tootvate töölistel kõrgenenud haigestumine erinevatesse haigustesse , seal hulgas ka näiteks leukeemia . Valitsus küll reguleerib nüüd rangelt benseeni kasutust aga tegelikult leidub ja tekib ka looduslikult meie ümber. Benseeni tekib näiteks siis, kui puit täielikult ära põleb näiteks metsa tulekahjude ajal, aga ka vulkaani pursetest ja sigareti suits ning autode heitgaasid sisaldavad samuti benseeni. Kahe viimase kaudu puutub tavaline inimene ilmselt kõige tihemini benseeniga kokku.[5]
Kasutatud kirjandus

http://en.wikipedia.org/wiki/Benzene#Discovery 15.10.2010

Grandberg Igor, 1979 „Orgaaniline keemia“ Tallinn: Valgus

Tuulmets Ants, 1998 „Orgaaniline keemia XI klassile“, Tallinn: Koolibri

http://www.onlinelawyersource.com/benzene/history.html 16.10.2010

http://www.resource4leukemia.com/topics/whatisbenzene.html 16.10.2010