Cyclohexan

Strukturformel
Allgemeines
Name	Cyclohexan
Andere Namen	Hexahydrobenzol Hexamethylen Naphthen
Summenformel	C6H12
CAS-Nummer	110-82-7
Kurzbeschreibung	charakteristisch riechende, farblose Flüssigkeit[1]
Eigenschaften
Molare Masse	84,16 g·mol−1
Aggregatzustand	flüssig
Dichte	0,78 g·cm−3 [1]
Schmelzpunkt	6,6 °C [1]
Siedepunkt	81 °C [1]
Dampfdruck	104 hPa (20 °C) [1]
Löslichkeit	unlöslich in Wasser (50 mg·l−1 bei 20 °C)[1]
Brechungsindex	1,42623[2]
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung aus EU-Verordnung (EG) 1272/2008 (CLP) [3] Gefahr H- und P-Sätze H: 225-304-315-336-410 EUH: keine EUH-Sätze P: 210-​240-​273-​301+310-​331-​403+235Vorlage:P-Sätze/Wartung/mehr als 5 Sätze [1] EU-Gefahrstoffkennzeichnung aus RL 67/548/EWG, Anh. I [3] Leicht- entzündlich Gesundheits- schädlich Umwelt- gefährlich (F) (Xn) (N) R- und S-Sätze R: 11-38-65-67-50/53 S: (2)-9-16-25-33-51-60-61-62
MAK	200 ml·m−3, 700 mg·m−3 [1]
LD50	12705 mg·kg−1 (Ratte, oral) [4]
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen. Brechungsindex: Na-D-Linie, 20 °C

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Cyclohexan (auch Hexahydrobenzol, Hexamethylen, Naphthen) ist eine farblose Flüssigkeit. Es ist ein Cycloalkan mit der Summenformel C₆H₁₂, das im Erdöl vorkommt und als Lösungsmittel und Grundstoff in der Synthese genutzt wird.

Gewinnung und Darstellung

Cyclohexan wird hauptsächlich durch Hydrierung von Benzol gewonnen, es kann aber auch aus Erdöl isoliert werden. Die USA sind Haupthersteller von Cyclohexan, jährlich werden in den USA etwa eine Million Tonnen Cyclohexan produziert, dies entspricht etwa 34 Prozent der weltweiten Produktion. Die Gesamtproduktion von Cyclohexan in Europa beträgt jährlich zwischen 835.000 und 925.000 Tonnen.

Synthese von Cyclohexan durch Addition von Wasserstoff an Benzol, katalysiert durch Raney-Nickel

Eigenschaften

Cyclohexan schmilzt bei 6,5 °C und siedet unter Normaldruck bei 80,7 °C. Es riecht benzinartig, die Geruchsschwelle liegt bei 1,4 bis 88 mg·m⁻³, die Flüssigkeit ist leicht flüchtig. In Wasser ist Cyclohexan unlöslich, in organischen Stoffen, wie den Alkoholen, Kohlenwasserstoffen, Ethern oder Chlorkohlenwasserstoffen ist es gut löslich, Cyclohexan selbst ist ein Lösungsmittel für viele organische Stoffe. Die Oktanzahl des Cyclohexans ist 77. Cyclohexan ist leichtentzündlich und wassergefährdend.

Konformationen

Cyclohexan kann in drei Konformationen, der Sessel-, Twist- und Wannenkonformation vorliegen. Die energetisch günstigste Konformation ist die Sesselkonformation (1). Es existieren zwei Sesselkonformationen, die miteinander im Gleichgewicht stehen. Beim Wechsel von der einen Sesselkonformation zur anderen werden aus axialen, auf der Ringebene senkrecht stehenden Wasserstoffatomen, äquatoriale, das heißt zur Seite stehende Wasserstoffatome und umgekehrt. Die zwei Twistkonformationen (3, 5) sind jeweils die Übergangsformen von den Sessel- zur Wannenkonformation (4) und liegen energetisch zwischen Sessel- und Wannenkonformation. 99 Prozent der Cyclohexanmoleküle liegen in der Sesselkonformation vor, da diese energetisch am günstigsten ist, die Konformationen lassen sich aufgrund ihres nur geringen Energieunterschieds nicht voneinander trennen.

Konformationen des Cyclohexans

Thermodynamische Eigenschaften

Die Dampfdruckfunktion ergibt sich nach Antoine entsprechend log₁₀(P) = A−(B/(T+C)) (P in bar, T in K) mit A = 3,99200, B = 1216,930 und C = −48.621 im Temperaturbereich von 303 K bis 343 K.^[5]

Zusammenstellung der wichtigsten thermodynamischen Eigenschaften

Eigenschaft	Typ	Wert [Einheit]	Bemerkungen
Standardbildungsenthalpie	ΔfH0liquid ΔfH0gas	−156,2 kJ·mol−1[6] −123,1 kJ·mol−1 [6]	als Flüssigkeit als Gas
Verbrennungsenthalpie	ΔcH0liquid	−3919,6 kJ·mol−1[7]	als Flüssigkeit
Wärmekapazität	cp	156,9 J·mol−1·K−1 (25 °C)[8]	als Flüssigkeit
Kritische Temperatur	Tc	553,8 K[9]
Kritischer Druck	pc	40,8 bar[9]
Kritisches Volumen	Vc	0,308 l·mol-1[9]
Kritische Dichte	ρc	3,24 mol·l-1[9]
Azentrischer Faktor	ωc	0,20805[10]
Schmelzenthalpie	ΔfH0	2,68 kJ·mol−1[11]	beim Schmelzpunkt
Verdampfungsenthalpie	ΔVH0	29,97 kJ·mol−1[12]	beim Normaldrucksiedepunkt

Die Temperaturabhängigkeit der Verdampfungsenthalpie lässt sich entsprechend der Gleichung Δ_VH⁰=Aexp(−αT_r)(1−T_r)^β (Δ_VH⁰ in kJ/mol, T_r =(T/T_c) reduzierte Temperatur) mit A = 43,42 kJ/mol, α = −0,1437, β = 0,4512 und T_c = 553,4K im Temperaturbereich zwischen 298 K und 380 K beschreiben. ^[12]

• 

  Dampfdruckfunktion von Cyclohexan

• 

  Temperaturabhängigkeit der Verdampfungswärme von Cyclohexan

Sicherheitstechnische Kenngrößen

Cyclohexan bildet leicht entzündliche Dampf-Luft-Gemische. Die Verbindung hat einen Flammpunkt von −18 °C. Der Explosionsbereich liegt zwischen 1,0 Vol% (35 g/m³) als untere Explosionsgrenze (UEG) und 9,3 Vol% (326 g/m³) als obere Explosionsgrenze (OEG).^[13] 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.^[14]

Explosionsgrenzen unter reduziertem Druck (gemessen bei 100 °C)[14]
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	1,0	1,0	1,1	1,1	1,1	1,3	1,7	3,3
	in g·m−3	31	32	32	34	35	37	39	40	45	60	116
Obere Explosionsgrenze (OEG)	in Vol%	9,3	8,8	8,4	8,0	7,8	7,6	7,5	7,5	7,4	6,2	4,0
	in g·m−3	325	307	293	281	272	266	263	262	258	218	140

Der maximale Explosionsdruck sowie die Sauerstoffgrenzkonzentration sind druck- und temperaturabhängig.^[14] Die Grenzspaltweite wurde mit 0,94 mm bestimmt.^[13] Es resultiert damit eine Zuordnung in die Explosionsgruppe IIA.^[13] Die Zündtemperatur beträgt 260 °C.^[13] Der Stoff fällt somit in die Temperaturklasse T3. Die elektrische Leitfähigkeit ist mit 4,0·10^-15 S·m^-1 sehr gering.^[15]

Sauerstoffgrenzkonzentration und maximaler Explosionsdruck unter reduziertem Druck (gemessen bei 20 °C und 100 °C)[14]
Druck in mbar		1013	600	400	300	200	150	100
Sauerstoffgrenzkonzentration (SGK) in Vol %	20 °C	9,3	9,3		10,0	10,5		14,0
	100 °C	8,5	8,4		9,0	9,4		10,5
Maximaler Explosionsdruck (pmax) in bar	20 °C	9,5	5,5	3,6		1,8	1,3	0,9
	100 °C	7,6	4,6	3,1		1,5		0,8

Verwendung

Cyclohexan wird zur Produktion von Kunstfasern wie Nylon verwendet.^[16] Außerdem wird es als Lösungsmittel eingesetzt. Cyclohexan kommt im Erdöl vor, es ist wichtiger Ausgangsstoff für organische Synthesen. Ungefähr 39 Prozent des hergestellten Cyclohexans werden in Europa verbraucht, Europa ist der größte Abnehmer für Cyclohexan.

Gesundheitsgefahren

Inhalation und Verschlucken der Flüssigkeit führen zu Kopfschmerzen, Übelkeit und Schwindel. Die Augen und die Haut werden gerötet und es kommt zu einer Reizung der Atemwege. Eine Langzeitexposition gegenüber Cyclohexan kann zu Dermatitis führen, einer entzündlichen Reaktion der Haut.

Einzelnachweise

1. ↑ ^{a b c d e f g h} Eintrag zu CAS-Nr. 110-82-7 in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 18. Juni. 2008 (JavaScript erforderlich).
2. ↑ CRC Handbook of Tables for Organic Compound Identification, Third Edition, 1984, ISBN 0-8493-0303-6.
3. ↑ ^{a b} Eintrag zu CAS-Nr. 110-82-7 im European chemical Substances Information System ESIS (ergänzender Eintrag)
4. ↑ Cyclohexan bei ChemIDplus.
5. ↑ W. J. Gaw, F. L. Swinton: Thermodynamic Properties of Binary Systems Containing Hexafluorobenzene. Part 3. Excess Gibbs Free Energy of the System Hexafluorobenzene + Cyclohexane, in: Trans. Faraday Soc., 1968, 64, S. 637–647.
6. ↑ ^{a b} Prosen, E.J.; Johnson, W.H.; Rossini, F.D.: Heats of formation and combustion of the normal alkylcyclopentanes and cyclohexanes and the increment per CH2 group for several homologous series of hydrocarbons in J. Res. NBS 37 (1946) 51-56.
7. ↑ Moore, G.E.; Renquist, M.L.; Parks, G.S.: Thermal data on organic compounds. XX. Modern combustion data for two methylnonanes, methyl ethyl ketone, thiophene and six cycloparaffins in J. Am. Chem. Soc. 62 (1940) 1505-1507.
8. ↑ Lainez, A.; Rodrigo, M.M.; Wilhelm, E.; Grolier, J.-P.E.: Excess volumes and excess heaat capacitiies of some mixtures with trans,trans,cis-1,5,9-cyclododecatriene at 298.15K in J. Chem. Eng. Data 34 (1989) 332-335.
9. ↑ ^{a b c d} Daubert, T.E.: Vapor-Liquid Critical Properties of Elements and Compounds. 5. Branched Alkanes and Cycloalkanes in J. Chem. Eng. Data 41 (1996) 365-372.
10. ↑ Schmidt, J.: Auslegung von Sicherheitsventilen für Mehrzweckanlagen nach ISO 4126-10 in Chem. Ing. Techn. 83 (2011) 796–812, doi:10.1002/cite.201000202.
11. ↑ E. S. Domalski, E. D. Hearing: Heat Capacities and Entropies of Organic Compounds in the Condensed Phase. Volume III, in : J. Phys. Chem. Ref. Data, 1996, 25, S. 1–525; doi:10.1063/1.555985.
12. ↑ ^{a b} Majer, V.; Svoboda, V., Enthalpies of Vaporization of Organic Compounds: A Critical Review and Data Compilation, Blackwell Scientific Publications, Oxford, 1985, S. 300.
13. ↑ ^{a b c d} E. Brandes, W. Möller: Sicherheitstechnische Kenndaten – Band 1: Brennbare Flüssigkeiten und Gase, Wirtschaftsverlag NW – Verlag für neue Wissenschaft GmbH, Bremerhaven 2003.
14. ↑ ^{a b c d} Pawel, D.; Brandes, E.: Abschlussbericht zum Forschungsvorhaben Abhängigkeit sicherheitstechnischer Kenngrößen vom Druck unterhalb des atmosphärischen Druckes, Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), Braunschweig, 1998. http://www.ptb.de/de/org/3/34/341/bericht_vakuum2.pdf
15. ↑ Technische Regel für Betriebssicherheit - TRBS 2153, BG RCI Merkblatt T033 Vermeidung von Zündgefahren infolge elektrostatischer Aufladungen, Stand April 2009, Jedermann-Verlag Heidelberg.
16. ↑ Bertram Philipp, Peter Stevens: Grundzüge der Industriellen Chemie, VCH Verlagsgesellschaft mbH, 1987, S. 179, ISBN 3-527-25991-0.

Weblinks

 Wiktionary: Cyclohexan – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

 Commons: Cyclohexan – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien