løsemiddel

Et løsemiddel (også løsemiddel eller løsemiddel , også menstruasjon ) er et stoff som kan oppløse eller fortynne gasser , væsker eller faste stoffer uten å forårsake kjemiske reaksjoner mellom det oppløste stoffet og løsningsmidlet [ se også: løsning (kjemi) ]. Som regel brukes væsker som vann og flytende organiske stoffer til å oppløse andre stoffer. Men faste stoffer kan også oppløse andre stoffer. For eksempel, i hydrogentankene i brenselcelledrevne biler, blir gassformig hydrogen oppløst i fast materiale (metallorganiske rammeforbindelser, forkortet MOF ).

"Løsemiddel" eller "løsemiddel"

Begge begrepene har blitt brukt i litteraturen i over 200 år. I forsknings- og laboratorieområdet har løsemidler etablert i industriell og teknisk kjemisk industri, men løsemiddel . For eksempel Römpp Lexikon Chemie taler av løsemidler , mens TRGS (tekniske regler for farlige stoffer) foretrekker løsemidler .

Definisjon i hverdagen

Sannsynligvis er det mest kjente løsningsmidlet vann. Når det gjelder maling, lakk, lim osv., Brukes imidlertid begrepet "løsemiddel" for å tenke på stoffer som kan forårsake ubehagelig lukt, helse- og miljøskader og eksplosive damper. Det som menes her er løsningsmidler i betydningen TRGS (tekniske regler for farlige stoffer) 610, ifølge hvilke bare flyktige organiske løsningsmidler med et kokepunkt på opptil 200 ° C blir referert til som løsemidler.

Produktene anses å være løsemiddelfrie hvis løsemiddelinnholdet i det ferdige produktet er mindre enn 0,5%.

"Høye kjeler", mindre flyktige stoffer med kokepunkter over 200 ° C, anses derfor ikke lovlig som løsningsmidler. Mens klassiske løsningsmidler, på grunn av sin flyktighet, har fordampet fullstendig noen timer til dager etter bearbeiding, kan de høye kjelene som finnes i noen "løsemiddelfrie" produkter fremdeles slippes ut i romluften i flere måneder eller år og blir derfor noen ganger til og med bedømt å være betydelig mer kritisk enn produkter med klassiske løsemidler.

Å unngå giftige og miljøskadelige stoffer er en del av grønn kjemi .

kjemi

Selv om løsningsmidlet ikke deltar i selve den kjemiske reaksjonen, er det veldig viktig for kjemiske reaksjoner. De virkninger av oppløsningsmidlet er forskjellige og er avhengig av reaksjonen. Ved å oppløse reaktanter i et løsningsmiddel, kan reaksjonene styres termisk. Konsentrasjoner av stoffer som er oppløst i et løsningsmiddel gjelder bare for en viss temperatur på grunn av temperaturavhengigheten .

De viktigste oppgavene til løsningsmidlet i kjemiske reaksjoner er

• konvektiv varme og masseoverføring
• Stabilisering av reaksjonens overgangstilstander
• Fortynning for å unngå bivirkninger

Løsningsmidler spiller en ytterligere viktig rolle i rensing og prosessering av reaksjonsblandinger ( nedstrøms prosess ). Noen viktige prosedyrer er nevnt her som eksempler:

• nedbør
• Krystallisering
• Omkrystallisering
• utdrag
• Kromatografi

Markedsøkonomiske aspekter

Den viktigste løsningsmiddelgruppen er alkoholer som etanol, n- butanol, isopropanol og metanol. I 2011 var rundt 6,4 millioner tonn etterspurt over hele verden. Det forventes en økning i forbruket over gjennomsnittet på mer enn 3% årlig for etanol og etere i perioden 2011 til 2019. I tillegg til halogenerte løsemidler, som fortsetter sin nedadgående trend i Vest-Europa og Nord-Amerika, vil aromater og rene hydrokarboner også fortsette å miste betydning på lang sikt.

Oppløsningsegenskaper

Den kvantitative forutsigelsen av oppløsningsegenskaper er vanskelig og trosser ofte intuisjonen . Generelle regler kan utarbeides, men de kan bare brukes som en grov guide.

Polare stoffer oppløses vanligvis godt i polare løsemidler (f.eks. Salter i vann). Ikke-polare stoffer oppløses generelt godt i ikke-polære løsemidler (f.eks. Ikke-polære organiske stoffer i benzen eller eter).

Løsningsmidler er vanligvis delt inn i klasser i henhold til deres fysiske egenskaper. Slike klassifiseringskriterier er z. B.:

• kokepunkt
• Permittivitet
• Flammepunkt
• volatilitet
• viskositet
• polaritet
• CH-surhet

Aprotiske løsemidler

Hvis et molekyl ikke har en funksjonell gruppe som hydrogenatomer i molekylet kan skilles fra som protoner (dissosiasjon), snakker man om et aprotisk løsningsmiddel. Disse er imot protiske løsemidler .

Aprotisk upolar

Alkaner er ikke-polare på grunn av den lille forskjellen i elektronegativitet mellom karbon og hydrogen . Dette gjør alle stoffene i disse gruppene lett oppløselige i hverandre; de er veldig lipofile (faktisk enda mer lipofile enn de veldig svakt polare, eponyme fettene) og veldig hydrofobe (vannavstøtende). Men ikke bare vann kan ikke oppløses; alle andre sterkt polare stoffer kan heller ikke oppløses, f.eks. B. kortkjedede alkoholer , hydrogenklorid eller salter . I væsken holdes partiklene bare sammen av van der Waals-krefter . Dette er grunnen til at koketemperaturene til denne gruppen av stoffer er betydelig lavere i forhold til molekylstørrelse og masse enn med permanente dipoler . Siden protoner bare kan deles av med dannelse av karbanioner med ekstremt sterke baser, er de aprotiske . Gruppen av aprotiske-ikke-polare løsningsmidler inkluderer også forbindelser slik som karboksylsyreestere eller etere som, selv om de inneholder polare bindinger, ikke er i stand til å oppløse ioniske forbindelser på grunn av deres lave permittivitet .

Representanter for denne gruppen er:

• Alkaner (parafiner)
• Alkener (olefiner), alkyner
• Benzen og andre aromater med alifatiske og aromatiske substituenter
• Karboksylsyreester
• Ethers , f.eks. B. dietyleter
• fullstendig symmetrisk bygde molekyler som tetrametylsilan eller karbontetraklorid
• Karbondisulfid , ved høyt trykk også karbondioksid

• halogenerte hydrokarboner som enten er helt upolare (slik som karbontetraklorid) eller til tross for den høye elektronegativiteten til det aktuelle halogenet, f.eks. B. klor, er bare litt polare ( metylenklorid )

• En spesiell undergruppe av halogenerte hydrokarboner er de perfluorerte hydrokarboner (f.eks. Hexafluorbenzen ), som ikke bare er ikke-polare selv, men også veldig vanskelige å polarisere utenfra og derfor også har en tendens til å være dårlig kompatible med andre ikke-polære løsningsmidler.

Aprotisk polar

Imidlertid, hvis molekylet er substituert med sterkt polare funksjonelle grupper som karbonylgruppen , nitrogruppen eller nitrilgruppen , har molekylet et dipolmoment , så mellom molekylene er det nå en elektrostatisk tiltrekning av permanente dipoler til den fremdeles tilstedeværende (men mye svakere) van der- Waals styrker lagt til. Dette resulterer i en betydelig økning i kokepunktet og i mange tilfeller en forverring av blandbarheten med ikke-polære løsningsmidler og en forbedring i løseligheten av og i polare stoffer. Typiske aprotiske polare løsningsmidler har en permittivitet over 15 og er i stand til å oppløse kationer . Etter at anionene neppe solvatisert ( nakne anioner ), viser de en høy S- _N- 2- reaktivitet. Slike løsningsmidler er utmerket egnet for å utføre nukleofile substitusjoner under milde forhold. Dette inkluderer:

• Ketoner f.eks. B. aceton
• Laktoner som γ-butyrolacton
• Laktamer slik som N- metyl-2-pyrrolidon
• Nitriler som acetonitril
• Nitroforbindelser som nitrometan
• tertiære karboksamider slik som dimetylformamid
• Urea- derivater som tetrametylurea eller dimetylpropylenurea (DMPU)
• Sulfoksider , slik som dimetylsulfoksid (DMSO)
• Sulfoner som sulfolan
• Karbonsyreestere som dimetylkarbonat eller etylenkarbonat

Protiske løsemidler

Så snart et molekyl har en funksjonell gruppe der hydrogenatomer i molekylet kan skilles fra som protoner ( dissosiasjon ), snakker man om et protisk løsningsmiddel. Disse er imot de aprotiske løsningsmidlene .

Det viktigste protiske løsningsmidlet er vann , som (i enkle termer) dissosieres i en proton og et hydroksydion .

Andre protiske løsningsmidler er f.eks. B. Alkoholer og karboksylsyrer . Her er protonen alltid delt av i OH-gruppen, siden det elektronegative oksygen lett kan absorbere den negative ladningen som oppstår.

Graden som det respektive løsningsmidlet dissosierer bestemmes av surheten (i henhold til syrebasekonseptet til Brønsted og Lowry ). Det skal bemerkes at hydrogenatomer bundet til karbon også kan deles av som protoner ( CH-surhet ), men surheten til disse forbindelsene er vanligvis for lav til å tillate signifikant dissosiasjon i et nøytralt medium. Frigjøringen av disse protonene er bare mulig med veldig sterke baser.

Polare protiske løsningsmidler oppløser salter og polære forbindelser, mens løseligheten til ikke-polære forbindelser er lav.

Protiske løsemidler er:

• Vann , det viktigste løsningsmidlet av alle, spesielt i levende natur
• Metanol , etanol og andre kortkjedede alkoholer (jo større karbonstruktur, desto mindre utpreget polarkarakter; kolesterol er for eksempel en alkohol, men er likevel svært lipofil)
• primære og sekundære aminer
• Karboksylsyrer ( maursyre , eddiksyre )
• primære og sekundære amider slik som formamid
• Mineralsyrer ( svovelsyre , hydrogenhalogenider eller saltsyrer )

Polaritetsskalaer

Reichardt fargestoff

En velkjent målestokk for polariteten av et oppløsningsmiddel er det E _-T (30) eller E _T ^N skala . Den er avledet fra empiriske spektroskopiske målinger. E _T (30) -verdien er definert som overgangsenergien til det lengste bølge Vis / NIR-absorpsjonsbåndet i en løsning med det negativt solvatokromiske Reichardt-fargestoffet (betain 30) under normale forhold i kcal · mol ⁻¹ . E _T ^N- verdien er E _T (30) -verdien normalisert til polaritetsekstreme tetrametylsilan (= 0) og vann (= 1) .

Tabell med løsningsmidler og deres data

løsemiddel	Smeltepunkt [° C]	Siedep. [° C]	Flammp. [° C]	Tetthet [g / cm 3 ] ved 20 ° C	Tillatelse ved 25 ° C	Dipolmoment [· 10 −30 cm]	Brytningsindeks ${\ displaystyle n _ {\ mathrm {D}} ^ {20}}$	${\ displaystyle E _ {\ tau} (30)}$ [kJ / mol]	Kompressibilitet [ 10 −6 / bar]
aceton	−95,35	56.2	−19	0,7889	20.70	9.54	1.3588	176.4	126
Acetonitril	−45,7	81,6	1. 3	0,7857	37,5 (20 ° C)	11.48	1.3442	192.3	115
anilin	−6.3	184	76	1.0217	6,89 (20 ° C)	5.04	1.5863	185.2	-
Anisole	−37,5	155.4	41	0,9961	4.33	4.17	1.5179	155,5	-
benzen	5.5	80.1	−8	0,87565	2.28	0,0	1,5011	142.2	95
Benzonitrile	−13	190,7	70	1.0102 (15 ° C)	25.20	13.51	1,5289	175,6	-
Brombenzen	−30.8	156	51	1,4950	5.40	5.17	1.5597	156,8	-
1-butanol	−89.8	117.3	34	0,8098	17.51	5,84	1.3993	209,8	-
tert- butylmetyleter (MTBE)	−108.6	55.3	−28	0,74	?	?	1,3690	145,2	-
γ-butyrolakton	−44	204-206	101	1.13	39.1	4.12	1.436	-	-
Kinolin	−15.6	238	101	1.0929	9.00	7.27	1.6268	164,7	-
Klorbenzen	−45.6	132	28	1.1058	5,62	5.14	1.5241	156,8	-
kloroform	−63.5	61,7	-	1.4832	4,81 (20 ° C)	3,84	1.4459	163.4	100
Sykloheksan	6.5	80,7	4.5	0,7785	2,02 (20 ° C)	0,0	1.4266	130.4	118
Dibutyleter	−98	142,5	25	0,764	4,34 (20 ° C)	3.9	1.399	187.6	-
Dietylenglykol	−6.5	244.3	124	1,1197 (15 ° C)	7,71	7,71	1.4475	224,9	-
Dietyleter	−116.2	34.5	−40	0,7138	4,34 (20 ° C)	4.34	1.3526	144.6	-
Dimetylacetamid	−20	165	66	0,9366 (25 ° C)	37,78	12.41	1,4380	182,7	-
Dimetylformamid	−60,5	153	67	0,9487	37,0	12,88	1.4305	183.1	-
Dimetylsulfoksid	18.4	189	88	1.1014	46,68	13.00	1,4770	188.1	-
1,4-dioksan	11.8	101	12. plass	1.0337	2.21	1.5	1.4224	150,0	-
Iseddik	16.6	117.9	42	1.0492	6.15 (20 ° C)	5.60	1.3716	214,0	-
Eddiksyreanhydrid	−73.1	139,5	49	1.0820	20,7 (19 ° C)	9.41	1,3900	183,5	-
Etylacetat	−83.6	77.06	−2	0,9003	6.02	6.27	1.3723	159.3	104
Etanol	−114.5	78.3	18.	0,7893	24.55	5.77	1.3614	216,9	114
1,2-dikloretan (etylendiklorid)	−35.3	83.5	1. 3	1.2351	10.36	6.2	1.4448	175.1	-
Etylenglykol	−13	197	117	1.1088	37.7	7,61	1.4313	235.3	-
Etylenglykoldimetyleter	−58	84	−6	0,8628	7.20	5,70	1.3796	159,7	-
Formamid	2.5	210,5	175	1.1334	111,0 (20 ° C)	11.24	1.4472	236,6	-
n- heksan	−95	68	−20	0,6603	1,88	0,0	1.3748	129.2	150
n- heptan	−91	98	−4	0,684	1.97	0,0	1.387	130.1	120
2-propanol (isopropylalkohol)	−89.5	82.3	16	0,7855	19.92	5.54	1.3776	203.1	100
Metanol	−97.8	64,7	6.5	0,7914	32,70	5.67	1.3287	232,0	120
3-metyl-1-butanol (isoamylalkohol)	−117.2	130,5	42	0,8092	14.7	6,07	1.4053	196.5	-
2-metyl-2-propanol ( tert- butanol)	25.5	82.5	9	0,7887	12.47	5.54	1.3878	183.1	-
Metylenklorid (diklormetan, DCM)	−95.1	40	-	1.3266	8,93	5.17	1.4242	171.8	-
Metyletylketon (butanon)	−86.3	79.6	−4	0,8054	18,51 (20 ° C)	9.21	1.3788	172.6	-
N- metyl-2-pyrrolidon (NMP)	−24	202	245	1.03	32.2	4.09	1.47	-	-
N- metylformamid	−3.8	183	111	1,011 (19 ° C)	182.4	12,88	1.4319	226.1	-
Nitrobenzen	5,76	210,8	81	1.2037	34,82	13.44	1.5562	175,6	-
Nitrometan	−28,5	100,8	35	1.1371	35,87 (30 ° C)	11.88	1.3817	193,5	-
n- pentan	−130	36	−49	0,6262	-	-	1.358	129,7	-
Petroleumeter / lett bensin	-	25-80	-26	0,63-0,83	-	-	-	-	-
Piperidin	−9	106	4. plass	0,8606	5,8 (20 ° C)	3.97	1.4530	148.4	-
Propanol	−126.1	97.2	24	0,8035	20.33	5.54	1,3850	211.9	100
Propylenkarbonat (4-metyl-1,3-dioksol-2-on)	−48.8	241.7	130	1.2069	65.1	16.7	1.4209	195.6	-
Pyridin	−42	115,5	23	0,9819	12,4 (21 ° C)	7,91	1,5095	168,0	-
Karbondisulfid	−110.8	46.3	−30	1.2632	2,64 (20 ° C)	0,0	1.6319	136.3	-
Sulfolane	27	285	177	1,261 (25 ° C)	43,3 (30 ° C)	16.05	1,4840	183,9	-
Tetrakloretylen	−19	121	-	1.6227	2.30	0,0	1,5053	133.3	-
Karbontetraklorid	−23	76.5	-	1,5940	2,24 (20 ° C)	0,0	1.4601	135,9	110
Tetrahydrofuran	−108.5	66	−22.5	0,8892	7,58	5,84	1,4070	156.3	-
toluen	−95	110,6	7.	0,8669	2.38	1,43	1.4961	141.7	87
1,1,1-trikloretan	−30.4	74.1	-	1.3390	7,53 (20 ° C)	5.24	1.4379	151.3	-
Trikloretylen	−73	87	-	1.4642	3,42 (16 ° C)	2.7	1.4773	150,1	-
Trietylamin	−114,7	89.3	−7	0,77275	2,42	2,90	1.4010	139,2	-
Trietylenglykol	−5	278.3	166	1,1274 (15 ° C)	23,69 (20 ° C)	9,97	1.4531	223,6	-
Trietylenglykoldimetyleter (triglyme)	-	222	113	0,98	7.5	-	1.4233	161.3	-
vann	0,0	100	-	0,9982	78,39	6,07	1.3330	263,8	46

Tabell med alkoholholdige løsemidler og fordampningshastigheter

i forhold til eddiksyre n- butylester (= 1)

Likegyldige løsemidler

I polymerkjemi forstås et inert eller nøytralt løsningsmiddel å bety et medium som

• Terminerings- og overføringsreaksjoner av polymerisasjoner og dermed også hastigheten og graden av polymerisering, liten eller ingen innflytelse.
• har de samme løsningsegenskapene for alle domener til en blokk kopolymer (det motsatte er et selektivt løsningsmiddel).

"Tunge" og "lette" løsemidler

Spesielt når det gjelder ekstraksjoner med eller fra vann, skilles det mellom tunge og lette løsningsmidler, avhengig av løsningsmiddeltettheten, kan andre metoder eller annet utstyr måtte brukes. Uttrykket tung eller lett refererer til tettheten av vann. Løsningsmidler kalles tunge hvis tettheten er større enn vann og lys hvis de er lavere.

Se også

• Flyktige organiske forbindelser
• Påvirkning av løsemidler
• Sterkt eutektisk løsningsmiddel
• Jonisk væske

litteratur

• C. Reichardt: løsningsmidler og løsningsmiddeleffekter i organisk kjemi . Wiley-VCH Verlag, Weinheim 1979 (1. utgave), 1988 (2. utgave), 2003 (3. utgave), 2010 (4. utgave; med T. Welton).

weblenker

• Egenskaper for løsemidler (Engl.)

Wiktionary: Solvents  - forklaringer på betydninger, ordets opprinnelse, synonymer, oversettelser

Individuelle bevis

1. ↑ TRGS (baua.de) .
2. ↑ Lim for produktgruppe (lga.de) ( Memento fra 16. september 2010 i Internet Archive )
3. ↑ Ceresana løsningsmiddelstudie .
4. ↑ Inntasting på aprote løsemidler. I: Römpp Online . Georg Thieme Verlag, åpnet 3. juni 2014.
5. ^ Alan R. Katritzky, Dan C. Fara, Hongfang Yang, Kaido Tämm et al.: Quantitative Measures of Solvent Polarity , s. 183 Spectroscopic Measurements .
6. ↑ Karl Dimroth , Christian Reichardt , Theodor Siepmann, Ferdinand Bohlmann : Om pyridinium- N fenol-betain og deres bruk for å karakter polariteten av løsemidler . I: Justus Liebigs Annals of Chemistry . teip 661 , nr. 1 , 18. februar 1963, s. 1-37 , doi : 10.1002 / jlac.19636610102 ( PDF ). 
7. ^ AG Reichardt: E _T (30) verdier av alifatiske, cykloalifatiske, aromatiske etere, tioetere og acetaler og alkaner
8. ↑ Agilent Technologies : Tabell 9: kompressibilitet løsemidler. (PDF; 5,1 MB) februar 2009 arkivert fra opprinnelig på 31 juli 2013 ; Hentet 31. juli 2013 . 
9. ↑ Nicholas P. Cheremisinoff: Håndbok for industrielle løsemidler . 2. utgave. Marcel Dekker, 2003, ISBN 0-8247-4033-5 , s. 6 . 
10. ^ MD Lechner, K. Gehrke, EH Nordmeier, Makromolekulare Chemie, 4. utgave, Basel 2010, s. 160.
11. ↑ H.-G. Elias, Makromoleküle bind 1, 5. utgave, Basel 1990, s. 797.