Benzen, który jest organicznym związkiem chemicznym z grupy arenów, jest najprostszym karbocyklicznym, obojętnym węglowodorem aromatycznym. Jego nieorganicznym analogiem jest borazyna.
Właściwości fizyczne i chemiczne
Cząsteczka benzenu jest płaska, a odległości między węglami są identyczne. Każdy z sześciu atomów węgla ulega hybrydyzacji sp2, a kąty pomiędzy wiązaniami wynoszą 120°. W wyniku nakładania się orbitali hybrydyzowanych sp2 atomów węgla, powstaje sześć wiązań C-C, zaś w wyniku nałożenia orbitali sp2 atomów węgla z orbitalami s atomu wodoru, powstaje sześć wiązań C-H2. Wszystkie te wiązania są wiązaniami δ, czyli takimi, które powstają na skutek osiowego nałożenia się orbitali.
Benzen jest bezbarwną cieczą o charakterystycznym zapachu. Jest toksyczny, o gęstości nieco mniejszej od gęstości wody, praktycznie nierozpuszczalny w wodzie. Służy jako rozpuszczalnik tłuszczów i mało polarnych związków organicznych. Temperatura wrzenia wynosi 80°C, zaś topnienia 5,5°C.
W powietrzu pary benzenu spalają się świecącym, silnie kopcącym płomieniem, w wyniku czego powstaje węgiel (a dokładniej sadza). Jest to spalanie niepełne, ponieważ zawartość tlenu w powietrzu jest zbyt niska, aby mógł ulec całkowitemu spalaniu.
Benzen bardzo łatwo ulega reakcjom substytucji, w których atom wodoru z pierścienia aromatycznego zostaje zastąpiony innym podstawnikiem w obecności odpowiedniego katalizatora. Najważniejsze z nich to reakcja nitrowania i reakcja chlorowcowania.
Zastosowanie w przemyśle
Benzen jest jednym z najważniejszych surowców, wykorzystywanych w syntezie organicznej. Wykorzystywany jest między innymi do produkcji tworzyw sztucznych, włókien syntetycznych, a także do wyrobu barwników, leków, detergentów, pestycydów i do otrzymywania innych ważnych związków chemicznych, jak anilina, fenol, aceton.
Benzen stosowany jest w produkcji tworzyw sztucznych, gumy, farb, lakierów, rozpuszczalników, a także w produkcji leków, pestycydów i innych substancji chemicznych. Jest to substancja trwała chemicznie, o ostrym zapachu, która w normalnej temperaturze ma formę bezbarwnej cieczy. Rozpuszcza się on dobrze w rozpuszczalnikach organicznych, jednak bardzo słabo w wodzie. Benzen sam w sobie jest bardzo dobrym rozpuszczalnikiem dla wielu substancji.
Szkodliwość, wpływ na zdrowie
Benzen jest powszechnie używany w Stanach Zjednoczonych. Znajduje się wśród 20 najczęściej produkowanych chemikaliów. Niektóre branże używają benzen do produkcji innych chemikaliów, które są wykorzystywane do produkcji tworzyw sztucznych, żywic oraz nylonu i syntetycznych włókien. Benzen jest również używany do produkcji niektórych typów smarów, gum, barwników, detergentów, leków i pestycydów.
Narażenie na benzen może wystąpić zarówno zawodowo, jak i w środowisku ogólnym, a także w domu, jako wynik wszechobecnego stosowania produktów naftowych zawierających benzen, w tym paliw silnikowych i rozpuszczalników. Aktywne i bierne narażenie na dym tytoniowy jest również znaczącym źródłem ekspozycji. Benzen jest bardzo lotny, a ekspozycja na niego najczęściej występuje przez inhalację.
Długotrwałe narażenie na benzen może prowadzić do szeregów negatywnych skutków zdrowotnych. Głównym efektem długotrwałego narażenia na benzen jest jego wyniszczający wpływ na krew. Benzen może powodować szkodliwe efekty na szpik kostny i może prowadzić do zmniejszenia liczby czerwonych krwinek, co prowadzi do anemii. Może również uszkodzić układ odpornościowy, zmieniając poziomy przeciwciał we krwi i powodując utratę białych krwinek.
Osoby, które wdychają benzen w wysokim stężeniu, mogą w przeciągu kilku minut do kilku godzin odczuwać:
- senność,
- zawroty głowy,
- szybkie lub nieregularne bicie serca,
- bóle głowy,
- drżenie,
- dezorientację,
- utratę przytomności,
- śmierć (przy bardzo wysokich stężeniach).
Bezpośrednie narażenie oczu, skóry lub płuc na benzen może powodować uszkodzenia tkanek i podrażnienia. Długotrwałe narażenie na benzen może prowadzić do anemii, zmian w układzie odpornościowym i białaczki.