Etan Nedir? Formülü, Yapısı ve Temel Özellikleri

Etanın tanımı ve alkanlar içindeki yeri

Etan, yalnızca karbon ve hidrojen atomlarından oluşan bir hidrokarbondur. Molekülünde iki karbon atomu bulunur ve bu karbonlar arasında tekli bir karbon-karbon bağı vardır. Karbon atomları başka bağlarını hidrojenlerle tamamladığı için etan doymuş bir hidrokarbon kabul edilir. Doymuşluk, karbonlar arasında çift veya üçlü bağ bulunmaması ve karbonların mümkün olan hidrojen sayısına ulaşması anlamına gelir.

Etan, alkanlar adı verilen hidrokarbon ailesinin ikinci üyesidir. Alkanlarda karbon atomları arasındaki bağlar tekli bağlardan oluşur ve açık zincirli alkanların genel formülü CnH2n+2 şeklindedir. Bu formülde n karbon atomlarının sayısını gösterir. n = 2 yazıldığında etanın C2H6 formülü elde edilir. Örneğin metan bir karbonlu ilk alkan ve CH4 formüllü bir molekülken, etan iki karbonlu olduğu için metandan sonra gelir; üç karbonlu propan ise bu sıradaki sonraki alkandır.

Karbonun dört bağ yapabilmesi, etanın bu yapısının temel nedenidir. İki karbon bir bağını birbirleriyle paylaşır; her karbonun geriye kalan üç bağı hidrojen atomlarıyla kurulur. Böylece her karbon çevresindeki dört bağla kararlı bir bağlanma düzenine ulaşır.

Moleküler formülü ve yapısı

Etanın moleküler formülü C2H6'dır. Bu gösterim, bir etan molekülünde iki karbon ve altı hidrojen atomu bulunduğunu anlatır; atomların molekül içinde nasıl bağlandığını ise yapısal gösterim daha açık biçimde verir: CH3–CH3. Buradaki iki CH3 grubu, aralarındaki karbon-karbon tekli bağıyla birbirine bağlanmıştır. Her karbonun üç hidrojenle bağ yapması, toplamda altı hidrojen bulunmasını açıklar.

Karbon atomları etanda dört tekli bağ kurduğu için her bir karbonun çevresindeki bağ düzeni yaklaşık tetrahedraldir. Karbon atomları sp3 hibritleşmiştir; ideal dört yüzlü açı 109,5°'tir, ölçülen H–C–C bağ açısı ise yaklaşık 111,6°'tir. Molekül düz ve tamamen doğrusal değildir; karbon-karbon bağı çevresinde dönme mümkün olduğundan hidrojen atomlarının uzaydaki konumları değişebilir. Ancak itmelerin en az olduğu en kararlı düzende, bir karbon ucundaki hidrojenler diğer karbon ucundaki hidrojenlerin arasına gelecek biçimde konumlanır. Bu düzene şaşırtmalı konformasyon denir.

Şaşırtmalı düzen, molekülün karbon-karbon bağı çevresindeki olası konumlarından biridir. Molekülü bu bağ ekseni boyunca düşünürsek iki karbon ucundaki hidrojenlerin üst üste değil, aralıklı göründüğü fark edilir. Bütün konumlar aynı enerjide değildir: hidrojenlerin üst üste geldiği çakışık konformasyon en yüksek enerjilidir, bu yüzden bir konformasyondan ötekine dönmek yaklaşık 12 kJ/mol enerji gerektirir. Örneğin CH3–CH3 gösterimi bağların bağlantısını anlatırken, şaşırtmalı konformasyon aynı molekülün üç boyutlu yerleşimi hakkında bilgi verir.

Temel fiziksel özellikleri

Etan, standart sıcaklık ve basınçta renksiz, kokusuz ve gaz hâlindedir. Kaynama noktası −88,5 °C, erime noktası ise −182,8 °C'dir; bu nedenle oda koşullarında sıvı olarak değil gaz olarak bulunur. Suda çok az çözünür. Etan yanıcıdır; yeterli oksijen bulunduğunda yanması sırasında ısı açığa çıkar. Etan, metandan sonra doğal gazın en bol ikinci bileşenidir; doğal gazdaki oranı kaynağa göre hacimce yaklaşık %1 ile %6 arasındadır. Saf etan kokusuzdur.

Temel kimyasal özellikleri

Etan doymuş bir hidrokarbondur; karbonları arasında yalnızca tekli bağ bulunduğu için katılma tepkimesi vermez. Başlıca tepkimeleri yanma ve ışık altında halojenlerle verdiği yer değiştirme (sübstitüsyon) tepkimesidir; örneğin C2H6 + Cl2 → C2H5Cl + HCl. Oksijenle yeterli miktarda tepkimeye girdiğinde karbon dioksit ve su oluşur; aynı zamanda önemli miktarda ısı açığa çıkar. Bu tepkime, etanın hidrokarbon yapısındaki karbon ve hidrojenin oksijenle birleşmesine dayanır.

Etanın tam yanması şu denklemle gösterilebilir: 2 C2H6 + 7 O2 → 4 CO2 + 6 H2O. Oksijen yetersizse yanma eksik olur ve karbon dioksit yerine zehirli karbon monoksit (CO) de oluşur. Bu nedenle etanın yanıcılığı yalnızca alev alabilmesiyle değil, oksijen miktarının ürünleri ve açığa çıkan enerjiyi etkilemesiyle birlikte değerlendirilir.

Etanın kullanım alanları

Etanın başlıca kullanım alanı, petrokimya sanayisinde buharla parçalama (kraking) yoluyla eten (etilen) üretimidir; ayrıca kriyojenik soğutma sistemlerinde soğutucu olarak da kullanılabilir.