ماده شیمایی نرمال پنتان یکی از اعضای خانواده پنتان‌ها بوده که استفاده‌های فراوانی در صنعت دارد. از آن جایی که این ماده یکی از موادی است که امروزه با گاز سمی R141B جایگزین می‌شود، این ماده آلی بیش از پیش مورد توجه قرار گرفته است.
از آن جایی که نرمال پنتان یکی از ترکیبات شیمایی دسته پنتان‌ها است، ابتدا با ماده شیمایی پنتان آشنا شده و در ادامه به ترکیبات شیمایی نرمال پنتان روش تولید آن، مشخصات، کاربردها و نکات ایمنی آن می‌پردازیم.
پنتان (pentane) چیست؟
پنتان با فرمول شیمیایی C5H12 یکی از ترکیبات هیدروکربنی می‌باشد و در دسته آلکان‌ها طبقه بندی می‌شود. اتم کربن این امکان را دارد که با به اشتراک گذاشتن چهار الکترون لایه ظرفیتی خود با سایر اتم‌ها، چهار پیوند کووالانسی ایجاد کند.
آلکان‌ها
بنابراین می‌توان گفت آلکان‌ها یا پارافین‌ها هیدروکربن‌هایی هستند که در آن‌ها هر اتم کربن با ۴ پیوند کووالانسی به ۴ اتم هیدروژن یا کربن می‌چسبد. در واقع در آلکان‌ها پیوند دو یا سه‌گانه بین اتم‌های کربن وجود ندارد.
فرمول کلی آلکان‌ها CnH2n+2 است که n نشان دهنده تعداد اتم کربن است. در این ترکیب‌ها پیوند C–C یگانه بوده و اطراف هر اتم کربن، دارای ساختار چهاروجهی می‌باشد. ساختار چهار وجهی به اوربیتال‌ها اجازه می‌دهد تا حد امکان از یکدیگر فاصله بگیرند. آلکان‌ها از نظر ساختاری، ترکیب‌هایی منظم هستند.
همهٔ آلکان‌ها، گازها، مایع‌ها یا جامدهایی بی‌رنگ هستند که با افزایش تعداد کربن نقطه جوش و گران‌روی (گران‌روی یک مایع، میزان عدم تمایل آن را برای جاری شدن معین می‌کند) آن‌ها افزایش می‌یابد. همهٔ آلکان‌ها در هوا با شعله زرد – آبی تمیزی می‌سوزند.
ساده‌ترین آلکان، متان (CH۴) است که بخش عمدهٔ گاز طبیعی را تشکیل می‌دهد. اتان (C2H۶)، پروپان (C3H۸) و بوتان (C4H۱۰) دیگر آلکان‌های گازی هستند. پنتان (C5H۱۲)، هگزان (C6H۱۴)، هپتان (C7H۱۶) و اوکتان (C8H۱۸) مهم‌ترین آلکان‌های مایع هستند.
این مواد آلی از جمله هیدروکربن‌های سیرشده (اشباع) به شمار می‌آیند و کمترین واکنش‌پذیری را بین هیدروکربن‌ها دارند و به لحاظ اقتصادی نیز اهمیت بسیاری دارند.
علاوه بر این از اجزای اصلی سوخت و روان‌کننده‌های نفتی هستند و به وفور در شیمی آلی بکار گرفته می‌شوند. در نتیجه از آلکان‌های خالص همچون هگزان، می‌توان در نقش حلال بهره گرفت.
ترکیب شیمایی آلکان‌ها می‌تواند به دو صورت راست‌زنجیر یا شاخه‌دار باشد. آلکان راست زنجیر به آلکانی می‌گویند که در ساختار آن همه اتم‌های کربن به یک یا دو اتم کربن دیگر متصل باشند.
معمولاً در ابتدا یا انتهای نام آلکان راست زنجیر کلمه نرمال به کار برده می‌شود. آلکان شاخه دار نیز به آلکانی گفته می‌شود که در ساختار آن حداقل یک اتم کربن به ۳ یا ۴ اتم کربن دیگر متصل باشد.
به طور کلی به ترکیباتی که فرمول مولکولی یکسان دارند، اما آرایش اتمی و فرمول ساختاری و خواص فیزیکی و شیمیایی متفاوت نسبت به هم را دارند، هم پار یا ایزومر می‌گویند.
پنتان
همان‌طور که گفتیم پنتان نرمال یک هیدروکربن پنج کربنی از خانواده آلکان‌ها است. پنتان گازی بدون رنگ است که در دمای اتاق مایع می‌شود و در نتیجه به لحاظ ظاهری یک ماده مایع محسوب می‌شود و البته قابلیت اشتعال‌پذیری شدیدی هم دارد.
پنتان ماده اصلی سوخت است و در صنایع به عنوان پیشران ائروسل استفاده می‌شود. همچنین در معرض بودن مکرر با پنتان نرمال، باعث اختلال در سیستم اعصاب مرکزی می‌شود. در مطالعاتی که روی سگ انجام شده است، نشان داده که این ماده باعث حساسیت قلبی می‌شود.
پنتان را می‌توان جزو یکی از اجزای اصلی سوخت‌ها در نظر گرفت و همچنین از این ماده می‌توان به عنوان حلال نیز استفاده کرد. پنتان معمولاً به عنوان حلال‌های ویژه در آزمایشگاه مورد استفاده قرار می‌گیرد.
همچنین از این ماده به عنوان عامل کف زا در تولید پلی‌استایرن فوم و در واحدهای نیروی ژئوترمال استفاده می‌شود.
پنتان را می‌توان با نام‌های آمیل هیدرید، اسکلی سولو نیز شناخت. به طور معمول ترکیبات هیدروکربنی را به دو روش ایجاد می‌کنند: روش اول، جداسازی طبق تعادل شرایط فازی میان بخار و مایع. روش دوم، جداسازی طبق اختلاف نقاط جوش هیدروکربن‌ها.
می‌توان گفت گاز پنتان از گازهای فرار به شمار می‌آید که در دمای اتاق مایع است و معمولاً برای سهولت تبخیر از حلال پنتان استفاده می‌کنند، چرا که پنتان مولکولی غیرقطبی است تنها می‌تواند مواد غیرقطبی را حل کند.
ماده شیمیایی پنتان مانند سایر آلکان‌ها دارای ایزومرهای مختلفی از جمله نرمال پنتان، ایزو پنتان و نئو پنتان است.
نرمال پنتان (n-pentane) چیست؟
همان‌طور که گفتیم ترکیب شیمایی آلکان‌ها می‌تواند به دو صورت راست‌زنجیر یا شاخه‌دار باشد. نرمال پنتان (n-pentane) که یکی از ایزومرهای پنتان است، در دسته راست زنجیره‌ها قرار می‌گیرد.
آلکان راست زنجیر نیز به آلکانی گفته می‌شود که در ساختار آن همه اتم‌های کربن به یک یا دو اتم کربن دیگر متصل باشند. معمولاً کلمه نرمال در ابتدا یا انتهای نام آلکان راست زنجیر گفته می‌شود.
بنابراین نرمال پنتان (n-Pentane) يك تركيب آلي از خانواده آلكان‌ها و با فرمول شيميايي C5H12 و ساختار راست زنجیر است.
ایزومرهای پنتان از نظر خواص به بوتان‌ها و هگزان‌ها شباهت زیادی دارند. نرمال پنتان بدون رنگ و به شدت آتش‌زا و در دمای اتاق مایع می‌باشد، تجزیه نرمال پنتان به تولید مونو اکسید کربن و دی‌اکسیدکربن می‌انجامد و تحت فشار به صورت مایع در می‌آید و برای خاموش کردن آتش آن از کف و CO2 استفاده شود.
طبق فرمول شیمایی آلکان‌ها می‌توان گفت، تعداد اتم‌های هیدروژن پنتان و سایر آلکان‌ها از دو برابر تعداد اتم‌های کربن دوتا بیش‌تر است. ایزومرهای شاخه‌ای پنتان، بسیار پایدارتر از ایزو مر نرمال پنتان است.
چرا از گاز نرمال پنتان استفاده کنیم؟
با توجه به این که ماده R141B مخرب لايه ازن مي‌باشد، لزوم استفاده از گازهای جایگزین در صنایع مختلف مانند صنعت تولید ساندویچ پانل ناگزیر است.
لازم به ذکر است تا سال ۲۰۲۰ میلادی سهمیه ایران جهت خرید گاز R141b هر ساله كاهش مي‌يابد و به صفر نزدیک می‌شود و با توجه به نیاز تولید کنندگان به گاز مذکور، قیمت این ماده سیر صعودی را در پیش خواهد گرفت و تهیه آن نیز سخت‌تر خواهد شد.
بنابراین توليد كنندگاني كه سريع‌تر به سمت استفاده از گازهاي جايگزين نظير نرمال پنتان حركت كنند توان رقابتي خود را حفظ نموده و با قيمت تمام شده مناسب‌تري محصولات خود را ارائه خواهند نمود.
قیمت فعلی گاز نرمال پنتان حدود یک پنجم گاز R141b مي‌باشد و مقدار مصرف گاز نرمال پنتان نیز کمتر از R141b مي‌باشد كه جايگزين نمودن این ماده را کاملاً اقتصادی می‌کند.
ولی با توجه به آتش‌زا بودن گاز نرمال پنتان، سرمایه گذاری اولیه جهت تجهیزات خاص نگهداری و استفاده از این گاز نیز مورد نیاز است که مخزن زیرزمینی نگهداری و تجهیزات انتقال و تزریق و سنسورهای هشدار دهنده گاز از آن جمله می‌باشد.
ویژگی پنتان نرمال
- مایعی بی‌رنگ
- نامحلول در آب
- سمیت زیستی؛ ایجاد اختلال در سیستم اعصاب مرکزی
- اشتعال‌پذیر
- بوی شبیه به بوی گازوئیل
- قابلیت زیست تخریب پذیری
- پایدار در مقابل اسید و بازها
کاربرد پنتان نرمال
- کاربرد در صنایع مختلف شیمیایی به عنوان ماده اولیه
- حلال صنعتی برای برخی از ترکیبات آلی
- ماده اصلی سوخت
- ماده پف کننده (blowing agent)
- پیشران ائروسل (aerosol propellant) در صنایع