كـيـمـيـــاء 3
التعليم الثانوي (نظام املقررات)
م�سار العلـوم الطبيعية
رقم الإيداع 1427 / 3782 : ردمك 4 :ـ ـ 232ـ ـ 48ـ ـ 9960
الطبعة الثانية 1431هـ ــ 1432هـ 2010/ـ 2011م
الطبعة الثانية 1431ـــ 1432هــ 2010ـــ 2011م
كيمياء 3 ( نظام المقررات ) ( م�سار العلوم الطبيعية ) لجنة التطوير والتعديل نــورة بنت محمــد عي ـ ــد الحربــي �أميـ ـ ـمـ ــة بنـت عمـ ـ ـ ــر جـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ـ ــان وجدان بنت نايف زامل ال�شريف ابت�سام بنت عبد الكريم جوهرجي لجنة المراجعة
خليل بن فراج الواف ـ ـ ــي
عمر بن عبداهلل مغربـ ـ ـ ــي
راجعه و�أ�شرف على الت�صميم الفني والتعليمي خالد بن �صالح القري�شي الطبعة الثانية 1431هـ ـ ـ 1432هـ 2010م ـ ـ 2011م
وزارة التربية والتعليم 1427 ،هـ فهر�سة مكتبة الملك فهد الوطنية �أثناء الن�شر وزارة التربية والتعليم كيمياء ( 3التعليم الثانوي ) -الريا�ض 1427 ،هـ � 300ص ؛ � 27 * 21سم ردمك 4 :ــ 232ــ 48ــ 9960 1ـ الكيمياء ـ كتب درا�سية 2ـ التعليم الثانوي ـ ال�سعودية ـ كتب درا�سية �أ .العنوان 1427 /3782 ديوي 540 ،712 رقم الإيداع 1427 / 3782 : ردمك 4 :ـ ـ 232ـ ـ 48ـ ـ 9960 له ��ذا الكتاب قيم ��ة مهمة وفائدة كبي ��رة فحافظ عليه واجع ��ل نظافته ت�شهد على ح�سن �سلوكك معه . �إذا ل ��م تحتفظ بهذا الكتاب في مكتبتك الخا�صة في �آخر العام لال�ستفادة فاجعل مكتبة مدر�ستك تحتفظ به . حقوق الطبع والن�شر محفوظة لوزارة التربية والتعليم ـ المملكة العربية ال�سعودية
�أ�شرف على الت�أليف والتطوير
الإدارة العامة للمناهج
موقع
وزارة التربية والتعليم www.moe.gov.sa
موقع
البوابة التعليمية للتخطيط والتطوير http://www.ed.edu.sa
موقع
�إدارة التعليم الثانوي www.hs.gov.sa
البريد الإلكتروني لإدارة التعليم الثانوي
Secondary-Education@curriculum.gov.sa
.
رب العالمي ��ن وال�صالة وال�س�ل�ام على �أ�شرف الأنبياء والمر�سلي ��ن نبينا محمد �صلى اهلل الحم ��د هلل ِّ علي ��ه و�سل ��م وعلى �آله و�صحبه �أجمعين� .إن من �أهم �أهداف تدري� ��س الكيمياء تعميق العقيدة الإ�سالمية، وتر�سي ��خ الإيمان باهلل وعبادته عل ��ى الوجه الذي يليق به �-سبحانه وتعالى -و�إك�ساب الطالب العديد من المهارات واالتجاهات المنا�سبة. �إن عل ��م الكيمي ��اء عل ��م تجريبي مبني عل ��ى التجربة والم�شاه ��دة ودقة المالحظة ؛ ليت ��م اال�ستنتاج والتف�سي ��ر الذي يمك ��ن تطبيق نتائجه في مج ��االت عديدة كال�صناع ��ة ،والزراع ��ة ،والهند�سة ،والطب، وال�صيدل ��ة وغيرها.وق ��د �أُ ِخذَ بعين االعتبار في اختيار كتب الكيمي ��اء للمرحلة الثانوية بالمملكة العربية ال�سعودية االتجاهات الحديثة في مجال بناء المناهج بعامة ومناهج العلوم والكيمياء بخا�صة . وي�شم ��ل كتاب الكيمياء ( )3ثالث وحدات؛ الوحدة الأول ��ى :مدخل �إلى الكيمياء الع�ضوية وت�صنيف مواده ��ا ،وتحتوي على ف�صلين؛ الف�صل الأول (الروابط والخوا�ص للمركبات الع�ضوية) ،والف�صل الثاني (الهيدروكربونات الأليفاتية والأروماتية) ،والوحدة الثانية (المجموعات الوظيفية في المركبات الع�ضوية والك�ش ��ف عنها) وتحتوي على ف�صلين؛ الف�ص ��ل الثالث (المركبات الع�ضوية الأليفاتية) ,والف�صل الرابع (الك�شف عن المواد الع�ضوية وتحليلها) ،والوحدة الثالثة (زيت النفط وم�شتقاته) وتحتوي على ف�صلين؛ الف�صل الخام�س (النفط تكريره و�أهم منتجاته) ،والف�صل ال�ساد�س (ال�صناعات البتروكيميائية). وينته ��ي كل ف�ص ��ل من ف�ص ��ول الكتاب ب�أ�سئل ��ة متنوعة تقي�س العدي ��د من م�ستويات المعرف ��ة ،ولتو�ضيح الن�صو� ��ص وتقريب الفك ��رة �إلى �أذهان الطالب ا�ست ِ ُخد َم ��ت الر�سوم التو�ضيحي ��ة ،وال�صور والجداول ، والن�شاط ��ات العملية ،وجميعه ��ا مرقم بت�سل�سل ح�سب رق ��م الف�صل التابع له ،فمث�ل ً�ا �شكل ( )2-1يعني الف�صل الأول ـ ال�شكل الثاني . وا�ستخدم ��ت ف ��ي ثنايا عر�ض مو�ضوعات الكتاب بع� ��ض الفقرات التي تعزز التعل ��م وو�ضع لكل منها رمز مميز كما في التو�ضيح التالي:
هـ
بع�ض الفقرات في هذا الكتاب ومدلوالتها ورموزها الرمز
الفقرة
مدلوالتها
مثال
ه ��و ن ��وع م ��ن الأ�سئل ��ة المحلول ��ة عل ��ى الفك ��رة �أو المفهوم المعرو� ��ض يهدف �إلى تر�سيخها ويقي� ��س عليها المتعلم عند تنفيذ التدريبات �أو حل تمارين �آخر الف�صل.
تدريب
ه ��و نوع م ��ن الأ�سئل ��ة يعر�ض في ثناي ��ا المو�ض ��وع المدرو�س تطبيق ًا لفكرة �أو مفهوم علمي مر به للتو ,بغية التدريب عليها داخل ال�صف وبالإ�شراف والتقويم من قبل المعلم.
معلومات �إثرائية
ويق�ص ��د بها تلك المعلوم ��ات الإ�ضافية ح ��ول المو�ضوع قيد الدرا�س ��ة �أو فقرات منه يقف المتعل ��م ال�شغوف على المزيد حولها دون �أن يدخل ما ت�ضمنته في عمليات التقويم النهائية.
�س�ؤال
ه ��و نوع من الأ�سئلة ذو عالقة بمو�ضوع الدر�س ويترك فر�صة للطالب للإجابة عليه داخل الف�صل.
ن�شاط عملي
ه ��و عبارة ع ��ن الن�شاط ��ات التجريبية العملي ��ة التي يجريها المتعلم ��ون داخل غرفة المختب ��ر �أو يجريها المعلم في حالة عدم توفر الأدوات والمواد الكافية �أو لخطورتها عليهم.
بحث
هو محاولة يتم من خاللها ممار�سة المتعلم لمهارات البحث العلم ��ي و�أ�ساليب ��ه ب�ص ��ورة مب�سط ��ة م�ستخدم� � ًا الم�ص ��ادر المعرفية المختلف ��ة المتوفرة بين يدي ��ه ( المكتبة العلمية) البرام ��ج الحا�سوبي ��ة ال�شبك ��ة المعلوماتي ��ة ,وغيرها ,دون مطالبته بها في عمليات التقويم النهائية . و
الرمز
الفقرة
مدلوالتها
مناق�شة
هي تل ��ك الت�سا�ؤالت التي ت�سهم في تنمي ��ة مهارات التفكير لدى المتعلمي ��ن وترتبط ارتباطا وثيقا بمو�ض ��وع الدر�س ويطالب بها في عمليات التقويم المختلفة.
تذكر �أن
ي ��راد به ��ا تذكير المتعل ��م ببع� ��ض المفاهي ��م �أو العالقات ذات العالقة بالمو�ضوع دون �أن ت�ستهدف بذاتها في عمليات التقويم.
الكيمياء في حياتنا
يق�ص ��د بها التطبيق ��ات الحياتية للمو�ضوع �أو فق ��رات منه تزيد من دافعي ��ة التعلم لدى المتعلمين وت�شع ��ره ب�أهمية الكيمياء في الحياة بكافة منا�شطها وم�ستلزماتها.
علماء
لعر�ض منجزات علماء العرب والم�سلمين في الما�ضي والحا�ضر بهدف تنمية روح االعتزاز ب�أمتنا وبيان �أثر العلوم الإ�سالمية في تنوي ��ر العالم خا�صة في مجال العل ��وم التجريبية ,ورفع م�ستوى الثقة بالذات و�أن بالإمكان المناف�سة في عالم يعج بالمبتكرات .
زيارة ميدانية
هي ن ��وع من الن�شاطات الحيوية خ ��ارج ال�صف يو�صى بتنفيذها جماعي� � ًا �أو فردي� � ًا ,يت ��م خالله ��ا ت�سجي ��ل التقاري ��ر الو�صفي ��ة والت�سا�ؤالت ثم تتم مناق�شتها مع المعلم وباقي الطالب ,دون �أن يدخل في عمليات التقويم النهائية للف�صل الدرا�سي.
ت�صميم عر�ض
لتوظي ��ف التقنية الحديث ��ة وم�صادر المعلوم ��ات و�أدوات تطوير المهارات لدى المتعلمين ,في مزيد من التعلم الفردي والجماعي.
وقفة ت�أمل
للفت الإنتباه �إلى ما ي�ستدعي الت�أمل والتفكر مما يعزز الإتجاهات الوجدانية وينمي الإتجاهات الإيمانية .
عر�ض فيديو
ن ��وع م ��ن معين ��ات التعل ��م ال�سمعي ��ة الب�صري ��ة المتحركة ذات العالق ��ة بالمو�ضوع ،ي�ؤدي توظيفها �إلى مزيد من تحقيق التعلم وتعزيزه. ز
الوحدة الأولى :مدخل �إلى الكيمياء الع�ضوية وت�صنيف موادها الف�صل الأول (الروابط والخوا�ص في المركبات الع�ضوية) نظرة تاريخية عن المواد الع�ضوية 4 .................................................... الخوا�ص المميزة للمركبات الع�ضوية 7 ................................................. �أ�سباب كثرة المركبات الع�ضوية 11 ...................................................... ال�صيغ البنائية 15 ....................................................................... الت�شكل 18 ............................................................................... ت�صنيف المركبات الع�ضوية 21 .......................................................... الروابط في ذرة الكربون 25 ............................................................. ت�سمية المركبات الع�ضوية 35 ............................................................ �أ�سئلة الف�صل 45 ........................................................................
الف�صل الثاني ( الهيدروكربونات الأليفاتية والأروماتية) الألكانات ........................................................................... الخوا�ص الفيزيائية للألكانات ....................................................... الخوا�ص الكيميائية للألكانات ....................................................... الطرق العامة لتح�ضير الألكانات .................................................... الميثان ............................................................................. الألكينات ........................................................................... الخوا�ص الفيزيائية للألكينات ...................................................... حـ
49 52 54 56 59 63 64
الخوا�ص الكيميائية للألكينات ..................................................... الطرق العامة لتح�ضير الألكينات................................................... الإيثيلين ........................................................................... الألكاينات ......................................................................... الخوا�ص الفيزيائية للألكاينات.................................................... الخوا�ص الكيميائية للألكاينات..................................................... الطرق العامة لتح�ضير الألكاينات.................................................. الهيدروكربونات الحلقية ........................................................... الألكانات الحلقية .................................................................. الألكينات والألكاينات الحلقية...................................................... الهيدروكربونات الأروماتية (العطرية)............................................. البنزين ............................................................................ �أ�سئلة الف�صل ......................................................................
66 71 74 78 80 81 83 87 87 88 89 90 98
الوحدة الثانية :المجموعات الوظيفية في المركبات الع�ضوية الف�صل الثالث ( :المركبات الع�ضوية الأليفاتية) هاليدات الألكيل 104 ................................................................... طرق تح�ضير هاليدات الألكيل 106 ..................................................... الخوا�ص الفيزيائية لهاليدات الألكيل111 ............................................... الخوا�ص الكيمائية لهاليدات الألكيل112 ................................................ الأغوال 114 ............................................................................ الطرق العامة لتح�ضير الأغوال 119 ..................................................... الإيثانول 121 ............................................................................ 124 ............................................... الخوا�ص الفيزيائية للأغوال ط
الخوا�ص الكيميائية للأغوال 128 ........................................................ الإيثرات 134 ........................................................................... الطرق العامة لتح�ضير الإيثرات 137 ................................................... تح�ضير الإيثر الإيثيلي 137 ............................................................. الخوا�ص الفيزيائية للإيثرات 139 ...................................................... الخوا�ص الكيميائية للإيثرات 140 ....................................................... الألدهيدات والكيتونات 142 ............................................................. الطرق العامة لتح�ضير الألدهيدات والكيتونات 146 .................................... الخوا�ص الفيزيائية للألدهيدات والكيتونات 149 ....................................... الخوا�ص الكيميائية للألدهيدات والكيتونات 154 ....................................... الأحما�ض الع�ضوية (الكربوك�سيلية) 161 ............................................... الطرق العامة لتح�ضير الأحما�ض الع�ضوية 165 ........................................ الخوا�ص الفيزيائية للأحما�ض الع�ضوية 170 ........................................... الخوا�ص الكيميائية للأحما�ض الع�ضوية 173 ............................................ الإ�سترات 178 .......................................................................... الطرق العامة لتح�ضير الإ�سترات 180 ................................................... الخوا�ص الفيزيائية للإ�سترات 182 ..................................................... الخوا�ص الكيميائية للإ�سترات 183 ..................................................... الأمينات 187 ........................................................................... الطرق العامة لتح�ضير الأمينات 189 ................................................... الخوا�ص الفيزيائية الأمينات 191 ...................................................... الخوا�ص الكيميائية للأمينات 194 ...................................................... �أ�سئلة الف�صل 197 ...................................................................... ي
الف�صل الرابع ( :الك�شف عن المواد الع�ضوية وتحليلها) التحليل الكيميائي الع�ضوي 203 .......................................................... التحليل الكيفي 205 ...................................................................... التحليل الكمي 209 ...................................................................... الك�شف عن المجموعات الوظيفية 225 ................................................... التحليل الطيفي للمركبات الع�ضوية 234 ................................................. �أ�سئلة 240 ...............................................................................
الوحدة الثالثة :زيت النفط وم�شتقاته الف�صل الخام�س (النفط تكريره و�أهم منتجاته) �أنواع النفط الخام 248 .................................................................. التركيب الكيميائي للنفط 251 ........................................................... تكرير النفط 251 ....................................................................... التك�سير الحراري 256 ................................................................... الغاز الطبيعي 258 ....................................................................... �أ�سئلة الف�صل 261 .......................................................................
س
الف�صل ال�ساد�س (ال�صناعات البتروكيميائية) مقدمة 263 ............................................................................. اللدائن 267 ............................................................................. ال�صناعات البتروكيميائية 267 ......................................................... المبلمرات 267 ......................................................................... مبلمر الميلماك (الميالمين) 270 ...................................................... مبلمر �إيثيلين 272 ...................................................................... مبلمر كلوريد الفينيل 273 .............................................................. مبلمر �ستايرين 275 ................................................................... جاليكول الإيثيلين276 .................................................................. مبلمر بروبلين 278 ..................................................................... المطاط 279 ........................................................................... ال�صناعات البتروكيميائية في المملكة 282 .............................................. �أ�سئلة الف�صل 284 ......................................................................
ل
مدخل �إلى الكيمياء الع�ضوية وت�صنيف موادها
الروابط والخوا�ص في المركبات الع�ضوية
ُيتوقع منك في نهاية هذا الف�صل �أن : -1تتعرف على ن�ش�أة الكيمياء الع�ضوية. -2تذكر مفهوم الكيمياء الع�ضوية. -3تعدد الخوا�ص العامة للمركبات الع�ضوية . -4ت�ستنتج نوع الروابط الكيميائية التي يكونها الكربون في مركباته. -5ت�شرح �أ�سباب كثرة المركبات الع�ضوية. -6تُع ّرف الت�شكل في المركبات الع�ضوية. -7تكتب ال�صيغ البنائية المختلفة لبع�ض المت�شكالت الع�ضوية. -8تُ�صنّف المركبات الع�ضوية. -9ت�ستنتج �أهمية الت�صنيف في ت�سهيل درا�سة المركبات الع�ضوية. -10تتعرف على �أنواع تهجين الروابط بين ذرات الكربون في �أ�صناف الهيدروكربونات. -11ت�سمي �أ�صناف الهيدروكربونات الأليفاتية بطريقة .IUPAC -12ت�سمي بع�ض الجذور الألكيلية وتكتب �صيغها. -13ت�ستنتج �صيغًا بنائية بنا ًء على الأ�سماء النظامية للمركبات الع�ضوية.
2
المقدمة الكيمي ��اء الع�ضوي ��ة ه ��ي الفرع م ��ن الكيمياء ال ��ذي ُيعنى بدرا�سة المركبات التي تحتوي على الكربون (الفحم). و�أطلق ��ت كلمة ع�ض ��وي عليها عندما لوح ��ظ �أن الكثير من المركب ��ات الحاوية لذرة الكرب ��ون ينتجها الحي ��وان والنبات. وتُعد المركبات الع�ضوية مادة الحياة على الأر�ض ،فهي ت�شمل مركب� � ًا مثل DNAال ��ذي يختزن ف ��ي جزيئات ��ه العمالقة كل �شكل ( ) 1-1تحتوي المواد الغذائية الخ�صائ�ص الوراثية للمخلوقات الحية ،والبروتينات الموجودة على مركبات ع�ضوية في الجلد والع�ضالت ,والإنزيمات التي تحفز التفاعالت داخل الج�س ��م ،والفيتامينات والكربوهي ��درات والدهنيات التي تحتوي عليها الأغذية التي نتناولها والتي تتحد مع الأك�سجين الذي كل هذه المواد وغيرها �أمثلة لمواد ع�ضوية مهمة لنا. وبالإ�ضاف ��ة �إل ��ى دخول المركب ��ات الع�ضوية في بن ��اء �أج�سامنا وفي الغ ��ذاء الذي نتناوله ,ف� ��إن �أنواع ًا كثي ��رة من تلك المركبات تدخل في تكوين العديد م ��ن المواد والأدوات التي ن�ستخدمها في حياتنا اليومية, فالمالب�س التى نرتديها والمواد التي ن�ستخدمها في البناء ،والوقود المحرك لل�سيارات والطائرات ،والوقود الم�ستخ ��دم في المن ��ازل ،والعقاقير التي ت�ساعدنا في مقاومة الأمرا�ض ،ومبي ��دات الآفات التي ت�ساعد في تخلي�ص النباتات والحيوانات من بع�ض م�سببات المر�ض؛ كلها مركبات ع�ضوية. وهك ��ذا ف�إن الكيمي ��اء الع�ضوية مرتبطة بمعظ ��م �أن�شطة حياتنا ،وقد و�ضعت الدرا�س ��ات المتعلقة بهذه المركب ��ات ف ��ي فرع م�ستقل م ��ن فروع الكيمياء لكث ��رة تلك المركب ��ات وتنوعها ولت�سهيل تتب ��ع خ�صائ�صها والتغيرات التي تطر�أ عليها.وفي هذا الف�صل �سنلقي ال�ضوء –ب�إذن اهلل -على خ�صائ�ص المركبات الع�ضوية و�أ�سباب كثرتها وكيفية ت�صنيفها.
3
الروابط والخوا�ص في المركبات الع�ضوية
الف�صل الأول
نظرة تاريخية على المواد الع�ضوية: مرت بالإن�سان قرون طويلة في تاريخه عرف خاللها منافع الكثير من المواد الم�ستخل�صة من النباتات والحيوان ��ات �س ��واء في حياته ��ا �أم بعد مماتها؛ ومن تل ��ك المواد ال�سك ��ر وال�شحوم والده ��ون والخل والغول (الكح ��ول) وبع�ض الأ�صباغ والعقاقير والعط ��ور؛ فا�ستخدم هذه المواد وا�ستفاد م ��ن تفاعالتها؛ فا�ستخدم الم�صري ��ون القدم ��اء �صبغة النيلة والأليزاري ��ن ل�صبغ الأقم�ش ��ة ،وا�شتهرت لدى الفينيقيي ��ن �صبغة ُ�س ّميت (بالأرجوان الملكي) وهي مركب ع�ضوي م�ستخل�ص من المحار. ولق ��د لوحظ من خالل التج ��ارب �أن المواد ذات الأ�ص ��ول النباتية والحيوانية� :أق ��ل تحم ًال للحرارة من الم ��واد الم�ستم ��دة م ��ن �أ�صول معدني ��ة يرجع �أ�صلها �إل ��ى التربة ،فالأول ��ى كانت تتفكك ف ��ي درجات حرارة منخف�ض ��ة ن�سبي� � ًا؛ تاركة وراءها في كثير م ��ن الأحيان كتلة فحمية؛ لذلك �أخذ العلم ��اء ينظرون �إليها نظرة مختلفة عن نظرتهم لبقية المواد المعدنية. ق�سم فيه جميع الم ��واد المعروفة �آنذاك �إلى وف���ي ع���ام 1675م �ألف الكيميائي لم���ري كتاب ًا عن الكيمياء َّ ثالث ��ة �أق�سام ح�س ��ب م�صادرها وهي الخ�ضراوات والحيوانات والمع���ادن ،و�أطلق على المواد المنحدرة من �أ�صل نباتي �أوحيواني ا�سم (المواد الع�ضوية) على �أ�سا�س �أن �أع�ضاء المخلوقات الحية هي التي تنتجها.
الأ�صباغ الطبيعية:
يمك ��ن الح�صول على العديد من الأ�صباغ من النباتات مث ��ل نبات الفوة والبليحاء وجن�ستا ال�صباغبن؛ كما يمكن الح�صول على الأ�صباغ من المحاريات كقوقع فيورك�س ،وبع�ض الحيوانات البحرية الأخرى مث ��ل الحبار (م ��ن الرخويات) ال ��ذي ينتج لو ًن ��ا �أ�س ��ود ليختفي ج�سده م ��ن الحيوانات المفتر�س ��ة ,وق ��د ا�ستخدم ه ��ذا الحبر في الق ��رن التا�سع ع�ش ��ر لي�ضفي عل ��ى ال�صور الفوتوغرافية �سمر ًة خفيفة. �شكل ( )3-1قوقع فيورك�س �شكل ( )2-1الحبار
مقرر الكيمياء ()3
4
الروابط والخوا�ص في المركبات الع�ضوية
قديم� � ًا ظه ��ر اعتقاد �سائد بي ��ن العلماء يت�صور �أن هناك ق ��وة حيوية داخل الحي ��وان والنبات تم ِّكنه من �صناع ��ة المواد الع�ضوية ،وبدون هذه القوة ال تحدث التفاعالت الكيميائية الالزمة لإنتاج هذه المواد� ،أي ال يمك ��ن تركيبها �أو تح�ضيرها خارج ج�سم المخلوق الحي ،وقد كان لذلك االعتقاد ت�أثير كبير في �إعاقة تقدم علم الكيمياء الع�ضوية لفترة طويلة من الزمن. وفي عام 1776م قام الكيميائي ال�سويدي �شيل بمعالجة �سكر الق�صب بحم�ض النيتروجين؛ وح�صل على حم� ��ض ع�ضوي مبرهن ًا على �إمكانية �إنتاج المواد الع�ضوية مختبري ًا؛ لكن المتم�سكين بنظرية القوة الحيوية ردوا :ب� ��أن الق ��وة الحيوية كامنة فى ال�سكر الذي ا�ستُمد من الق�صب ,وقد ر ّدوا بمثل ذلك على ما قام به من تح�ضير بع�ض الأحما�ض الأخرى من �أنواع الفواكه ،وكذلك تح�ضيره للجلي�سرين من الدهون. وف���ي ع���ام 1777م قام الفوازيه بتجارب تحليلية �أو�صلته �إلى �أن الجزء الأكبر من �أي مادة ع�ضوية يت�ألف من الكربون ب�شكل �أ�سا�سي والهيدروجين والأك�سجين؛ كما اكت�شف غيره من العلماء وجود كميات �صغيرة من النيتروجين والف�سفور والكبريت والهالوجينات. وفي عام 1828م �أجرى فريدريك فوهلر تجربة تعتبر بداية النهاية لنظرية القوة الحيوية وذلك عندما بخَّ ��ر محل ��و ًال مائي ًا لمركب غير ع�ض ��وي وهو �سيانات الأموني ��وم؛ فتكونت مادة اليوريا ،وه ��ي مادة ع�ضوية ت�ستخل�ص من بول الحيوانات ال ّلبونة. O H2N-C-NH2
حــرارة
يوريا (مركب ع�ضوي)
NH4+CNO-
�سيانات الأمونيوم (مركب غير ع�ضوي)
�إال � ّأن �أن�ص ��ار نظري ��ة القوة الحيوية تم�سكوا بمواقفهم ولم يتخلوا عنها �إال حين توالت الأدلة على �إمكان تح�ضير المركبات الع�ضوية في المختبر (�أي بعد عام 1850م) ،و�ساعد هذا في بداية ازدهار علم الكيمياء الع�ضوي ��ة .و�أثناء ه ��ذا التحول التدريجي نما مفهوم جدي ��د للمادة الع�ضوية على �أ�سا� ��س تكوينها وبنائها ال �أ�صلها؛ �إذ غدا وا�ضح ًا �أن ما نق�صده بو�صف المركبات الع�ضوية هو مركبات عن�صر الكربون.
5
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الأول
القوة الحيوية وت�أثيرها على تقدم الكيمياء الع�ضوية:
الروابط والخوا�ص في المركبات الع�ضوية
الف�صل الأول
و�ضح مفهوم الكيمياء الع�ضوية قديماً وحديثاً؟ -1ب�أ�سلوبك الخا�ص ّ -2اذكر ع�شرة مركبات ع�ضوية تجدها في منزلك.
ومن ��ذ �أن تح ��ددت معال ��م الكيمي ��اء الع�ضوي ��ة ور�سخت قواعده ��ا؛ جرت محاوالت كثي ��رة لت�صنيع مركب ��ات تماث ��ل المركبات الع�ضوي ��ة الطبيعية حين كان ي�صع ��ب الح�ص ��ول عليه ��ا ،و ُق ِّدر النج ��اح لكثير منها؛ وظه ��ر ما يعرف اليوم بـ :الكيمياء ال�صناعية، وانت�ش ��رت على نطاق وا�سع ،وتم ت�صنيع حم�ض الخل والكاف ��ور والمط ��اط ال�صناع ��ي ،و�أن ��واع عديدة من الأن�سج ��ة والألياف ال�صناعي ��ة ،والعقاقير والأ�صباغ والعطور والفيتامينات والهرمونات والمواد الحافظة والمذيبات الع�ضوية والمبيدات الح�شرية وغيرها.
�شكل ( )4-1بع�ض ال�صناعات القائمة على المواد الع�ضوية
ي�شهد العالم اليوم انت�شار ًا وا�سع ًا لمواد ع�ضوية م�صنعة تدخل في معظم مجاالت الحياة (كالزراعة, و�صناع ��ة العقاقير الطبية ,والأن�سج ��ة وغيرها)اكتب بحث ًا تتناول فيه �أحد ه ��ذه المجاالت و�أ�شهر تطبيقات الكيمياء الع�ضوية فيه.
مقرر الكيمياء ()3
6
الروابط والخوا�ص في المركبات الع�ضوية
يمكن التعرف على خوا�ص المركبات الع�ضوية من خالل قيامك بالن�شاط التالي: ( )1 -1التعرف على خوا�ص المركبات الع�ضوية ومقارنتها بخوا�ص المركبات غير الع�ضوية.
الخطوات : �سج ��ل الخوا� ��ص الظاه ��رة لكل م ��ادة من الم ��واد التي بين ّ -1 يدي ��ك كالحالة الفيزيائية واللون والرائحة و�سهولة التطاير (ق ّدر ذلك بو�ضع قليل من ال�سائل على زجاجة �ساعة وانتظر بع�ض الوقت). -2جـ� � ِّرب �إذاب ��ة كـ ��ل مـ ��ادة مـم ��ا �سب ��ق ف ��ي كـ ��ل م ��ن الماء و الكـلـوروفـورم. � -3ض ��ع قلي ًال من كل مادة �صلبة في �أنب ��وب �صغير و�سخن� .أي منها ين�صهر و�أي منها يعتريه تغير �آخر (كالتفحم والت�سامي مث ًال). -4ر ِّكب دائ ��رة كهربائية ,واختب ��ر قابلية كل م ��ادة من المواد للتو�صيل الكهربائي. -5خذ �أنبوبتين زجاجيتين و�ضع في �إحداهما 4مل من حم�ض الخ ��ل وفي الأخ ��رى 4مل من حم�ض الكل ��ور ,ثم �ضع قطعة �صغي ��رة (بطول � 1سم) من �شري ��ط المغني�سيوم في كل من الأنبوبتين .ماذا تالحظ على �سرعة التفاعل في الأنبوبتين؟ �-6سجل نتائجك في الجدول التالي: ِّ
7
الأدوات والمواد المطلوبة : حم� ��ض الخل� ,سك ��ر ,بروبانول, ماء مقطر ,كبريتات ال�صوديوم, حم� ��ض الكلور� ,أك�سي ��د النحا�س الثنائي� ,شريط مغن�سيوم ,حم�ض البنزوي ��ك ,نفثالي ��ن ،تولوي ��ن, كلوروف ��ورم ,زجاج ��ات �ساع ��ة, ك�ؤو� ��س زجاجية� ,أنابيب اختبار, موق ��د بن ��زن� ,أ�س�ل�اك تو�صيل, �أقطاب كرب ��ون ,بطارية ,قاطع, م�صباح.
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الأول
الخوا�ص المميزة للمركبات الع�ضوية:
الروابط والخوا�ص في المركبات الع�ضوية
الف�صل الأول
الخوا�ص حالة اللون الرائحة �سهولة الذوبان الذوبان في �أثر التو�صيل �سرعة التطاير في الماء الكلوروفورم الت�سخين الكهربائي التفاعل المادة المادة
�سكر حم�ض الخل بروبانول حم�ض البنزويك نفثالين تولوين كبريتات ال�صوديوم حم�ض الكلور �أك�سيدالنحا�س الثنائي
مقرر الكيمياء ()3
8
الروابط والخوا�ص في المركبات الع�ضوية
9
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الأول
بع ��د قيامك بالن�شاط ال�ساب ��ق؛ �ستجد �أنك قد �صنفت مجموعة الم ��واد الكيميائية �إلى �صنفين مختلفين، و�ستج ��د في �إحداهما :حم�ض الخل – ال�سكر – النفثالي ��ن – البروبانول (غَ ول بروبيلي) – حم�ض البنزويك –التولوي ��ن؛ وهي التي ن�سميها مركب ��ات ع�ضوية (من مركبات الكربون) وتت�صف هذه المركبات الع�ضوية بخوا�ص مميزة منها: � -1أنه ��ا مركبات جزيئية بمعنى �أن فيه ��ا وحدات متميزة يت�أل ��ف كل منها من عدد محدود من الذرات ،وال توجد فيها �أيونات .وهذه الوحدات التى تحتفظ بكيان م�ستقل هى الجزيئات (.)Molecules � -2أنه ��ا في غالب الحاالت �سهل ��ة التطاير ،وما كان منها �شكل ( )5-1جزيء ع�ضوي �صلب� � ًا ين�صهر ف ��ي درجات ح ��رارة منخف�ض ��ة ن�سبي ًا. ولذل ��ك ف�إن ن�سبة عالية توجد في حالة غازية �أو �سائلة في الظروف العادية. -3ال ت�صم ��د المركبات الع�ضوية عادة للت�سخين ال�شديد، فمعظمه ��ا ين�صه ��ر دون درج ��ة °300م ،و�إذا تج ��اوز الت�سخي ��ن ه ��ذا الح ��د ف�إنه ��ا تتف ��كك ويته ��دم بنا�ؤها �شكل (� )6-1إحتراق المادة الع�ضوية بالتفحم �أو االحت ��راق بعد �أن يتبخر ق�سم منها متحو ًال �إلى غاز. -4معظم المواد الع�ضوية ال تذوب في الماء ،ولكنها تذوب في مذيبات ع�ضوية كال َغ ْول و�أنواع من الهيدروكربونات ال�سائلة والإيثر ورابع كلوريد الكربون والكلوروفورم. ُو�صل المركبات الع�ضوية التيار الكهربائي. -5ال ت ّ �شكل ( )7-1ال تذوب معظم المركبات -6تح ��دث معظ ��م تفاعالت المركب ��ات الع�ضوي ��ة ببطء الع�ضوية في الماء ن�سبي مقارنة بتفاعالت المركبات غير الع�ضوية التي تتميز ب�سرعتها العالية .ي�ضاف �إلى ذلك �أن كثير ًا من التفاعالت الع�ضوية ي�صل �إلى حالة اتزان كما هو الحال بالن�سبة لبع�ض التفاعالت غير الع�ضوية.
الروابط والخوا�ص في المركبات الع�ضوية
الف�صل الأول
لي�س بال�ضرورة �أن كل مادة تحتوي على عن�صر الكربون تعتبر مادة ع�ضوية . اكت ��ب ورق ��ة عمل تتناول فيه ��ا المركبات الت ��ي تحتوي على عن�ص ��ر الكربون ولكنه ��ا ال تنتمي �إلى المركبات الع�ضوية مو�ضح ًا ال�سبب في ذلك .
قارن بين المركبات الع�ضوية وغير الع�ضوية في الجدول التالي : �أوجه المقارنة
مقرر الكيمياء ()3
المركبات الع�ضوية
10
المركبات غير الع�ضوية
الروابط والخوا�ص في المركبات الع�ضوية
ذكرن ��ا �أن الكيمي ��اء الع�ضوية هي كيمي ��اء مركبات الكربون ,وقد تم و�ضعها ف ��ي فرع م�ستقل لكثرة عدد مركباته ��ا البال ��غ �أكثر م ��ن ثالثة ماليين مركب ،وهو ع ��دد يفوق جميع مركبات العنا�ص ��ر الأخرى مجتمعة وي�ض ��اف �إلى هذا العدد �سنوي ًا �آالف المركبات من م�ص ��ادر طبيعية �أو من �إنتاج مختبرات الأبحاث العلمية. فم ��ا ال�سر الذى �أودع ��ه اهلل �سبحانه وتعالى في عن�صر الكربون حتى غدت مركبات ��ه بهذا االت�ساع والتنوع ؟ هناك عدة مميزات �أودعها اهلل �سبحانه وتعالى في عن�صر الكربون �أدت �إلى كثرة مركباته منها : - 1قدرة ذرات الكربون على االرتباط ببع�ضها البع�ض ف ��ي �سال�سل م�ؤلفة م ��ن �أعداد كبي ��رة من الذرات وقد تكون ال�سال�سل مت�صلة م�ستمرة ال فروع فيها �أو متفرعة فيها�أنواعمنالتفرعات,وتعزىهذهالمقدرة �إل ��ى �أن الرابطة C - Cقوية جد ًا وال ت�ضعف بطول ال�سل�سل ��ة مما يجعل �سال�س ��ل الكربون متما�سكة . بالإ�ضاف ��ة �إلى الق ��درة على تكوي ��ن ال�سال�سل؛ ف�إن ذرات الكرب ��ون يمكنها �أن تتجمع ف ��ي حلقات ذات �أحج ��ام مختلف ��ة ,و�أكثر تلك الحلق ��ات �شيوع ًا تلك التى تتراوح ذرات الكربون فيها من � 5إلى 7ذرات. �-2إمكاني ��ة ارتب ��اط ذرات الكرب ��ون ب ��ذرات العنا�صر الأخ ��رى مثل الهيدروجي ��ن ,الأك�سجين ,الكبريت, النيتروجين ,الهالوجين ��ات بروابط ت�ساهمية قوية ويك ��ون االرتباط ف ��ي ال�سال�سل والحلق ��ات ب�صورة متجان�سة �أو غير متجان�سة (�شكل .)9-1
11
�سل�سلة غير متفرعة (م�ستمرة او خطية)
�سل�سلة متفرعة
�شكل ( )8-1
حلقات متجان�سة
حلقات غير متجان�سة
�شكل ( )9-1 من �أ�شكال ال�سال�سل والحلقات في المركبات الع�ضوية
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الأول
�أ�سباب كثرة المركبات الع�ضوية:
الروابط والخوا�ص في المركبات الع�ضوية
الف�صل الأول
� -3إمكاني ��ة �إرتب ��اط ذرات الكرب ��ون مع بع�ضها البع�ض ف ��ي ال�سال�سل والحلقات بروابط �أحادية �أو ثنائية �أو ثالثية وقد تحتوى ال�سل�سلة �أو الحلقة على �أكثر من رابطة ثنائية �أو ثالثية؛(�شكل .)10-1
�شكل ()10-1
- 4اخت�ل�اف طريق ��ة ارتباط ذرات الكربون مع بع�ضها البع�ض �أو مع العنا�صر الأخرى في المركبات المكونة م ��ن نف�س الن ��وع والعددوهو ما يعرف بظاهرة الت�ش� � ُّكل وتختلف هذة المركبات ف ��ي الخوا�ص الفيزيائية ال�صيغة الجزيئية C Hلها �أكثر من �صيغة بنائية: والكيميائية مما ي�ؤدى �إلى �إنتاج عدد غير محدود من المركبات الع�ضوية؛(�شكل .)11-1 10
4
�شكل ()11-1
يوجد الكربون في ثالث �صور ت�آ�صلية : الأولى :الفحم (الجرافيت) :وي�ستخدم الجرافيت في �صنع عبوات �أقالم الر�صا�ص فالروابط ال�ضعيفة بين �صفيحات ذرات الكربون تتيح لها االنزالق بع�ضها فوق بع�ض وترك عالمات فوق الورق. الثاني���ة :الألما� ��س :هو �أن ��در و�أنف�س قيمة م ��ن الجرافيت لكنه مثله يت�أل ��ف بالكامل من ذرات كربون وبنيته مختلفة تمام ًا عن بنية الجرافيت. الثالث���ة :البكمن�سترفولورين :وهو �شكل جديد من الكربون اكت�شف ع ��ام 1990م وهو يح�ضر ب�إحماء الجرافيت بقو�س كهربي �أو حزمة ليزري ��ة وفي هذا ال�شكل م ��ن الكربون يت�ألف الج ��زيء من 60ذرة كرب ��ون منتظمة على �شكل كرة وذرات الكرب ��ون ت�شكل مخم�س ًاو� 20شكل (� )12-1صور الكربون م�سد�س� � ًا (�ش ��ك ًال �سدا�سي ًا) على �سطح الك ��رة ،وقد �سمي ه ��ذا المركب با�س ��م المهند�س الأمريكي ريت�شارد بكمن�ستر فوللر الذي اكت�شفه لأول مرة.
يقع ال�سليكون في نف�س مجموعة الكربون وهو ي�شبه الكربون في تكوينه لل�سال�سل . لماذا ال ي�ستطيع ال�سليكون تكوين مركبات كثيرة العدد بالمقارنة مع الكربون ؟
مقرر الكيمياء ()3
12
الروابط والخوا�ص في المركبات الع�ضوية
عرفنا �أن العن�صر الأ�سا�سي في المركبات الع�ضوية هو عن�صر الكربون بالإ�ضافة �إلى عن�صر الهيدروجين ال ��ذي يوجد ف ��ي غالبي ��ة المركبات الع�ضوي ��ة وكما عرفنا �أي�ض� � ًا �أن الكرب ��ون يمكن �أن يرتب ��ط بالأك�سجين والنيتروجين والكبريت والهالوجينات وغيرها من العنا�صر الأخرى فكيف ترتبط هذه العنا�صر مع الكربون في المركبات الع�ضوية ؟ ترتب ��ط هذه العنا�صر مع الكربون ف ��ي المركبات الع�ضوية بروابط ت�ساهمي ��ة ,وكل عن�صر يرتبط بعدد م ��ن الروابط م�ساوي ًا لتكاف� ��ؤه؛ فالكربون ذو تكاف�ؤ رباعي يرتبط دائم ًا في المركب ��ات الع�ضوية ب�أربع روابط ت�ساهمية ,والهيدروجين �أحادي التكاف�ؤ والأك�سجين ثنائي التكاف�ؤ؛ كما في الأمثلة التالية :
-1ار�سم كافة احتماالت الترابط الممكنةبين ذرة النيتروجين وذرة الكربون .
-2علل :يرتبط الكلور مع الكربون دائما بروابط �أحادية . -3ما نوع الروابط الت�ساهمية التي يك ّونها الكربون؛ هل هي قطبية �أم غير قطبية؟
13
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الأول
العنا�صر في المركبات الع�ضوية والروابط الكيميائية بينها:
الروابط والخوا�ص في المركبات الع�ضوية
الف�صل الأول هناك نوعان من الروابط الت�ساهمية : -1روابط ت�ساهمية غير قطبية (نقية) : تن�ش�أ هذه الروابط بين ذرتين مت�ساويتين �أو متقاربتين في ال�سالبية الكهربائية؛ فالرابطة ()C - C غي ��ر قطبية ب�سبب ت�ساوي ال�سالبية الكهربائية نظر ًا لتماثل الذرتي ��ن .وكذلك الرابطة ()C - H غير قطبية ب�سبب تقارب ال�سالبية الكهربائية للذرتين. -2روابط ت�ساهمية قطبية : تن�ش� ��أ هذه الروابط بين نوعين مختلفين من الذرات يوجد بينهم ��ا فرق في ال�سالبية الكهربائية؛ حي ��ث ينزاح الزوج الإلكتروني الرابط نحو الذرة الأكثر �سالبية فتظهر عليها �شحنة �سالبة جزئية ( )-والذرة الأقل �سالبية تظهر عليها �شحنة موجبة جزئية ( )+مثل الرابطة (,)H-O-H) (H-F ويو�ضح الجدول التالي ال�سالبية الكهربائية لبع�ض العنا�صر: �7أ
�6أ
�5أ
�4أ
�3أ
�2أ
�1أ
المجموعة الدورة
H 2.1
1
F 4.0
O 3.5
N 3.0
C 2.5
B 2.0
Be 1.5
Li 1.0
2
Cl 3.0
S 2.5
P 2.1
Si 1.8
Al 1.5
Mg 1.2
Na 0.9
3
Ca 1.0
K 0.8
4
Br 2.8
مقرر الكيمياء ()3
14
الروابط والخوا�ص في المركبات الع�ضوية
ال�صيغ البنائية Structual Formalas : ُت َم َّث ��ل المركبات الكيميائية عادة با�ستخدام ال�صيغ الجزيئية التي ت�شير �إلى نوع الذرات وعددها الفعلي (الحقيق ��ي) في الجزيء فمث�ل ً�ا ال�صيغة الجزيئية لحم�ض الخل C2H4O2وللميث ��ان CH4ولرابع كلوريد الكربون CCl4وغيرها . ولكن هل يمكن االعتماد على ال�صيغة الجزيئية في تحديد هوية المركبات الع�ضوية تحديداً دقيقاً ؟ ف ��ي الحقيق ��ة �أن ال�صيغة الجزيئية ال تبين كيفية ترتيب الذرات وارتباطه ��ا ببع�ضها البع�ض في الفراغ؛ لذل ��ك نلج� ��أ �إلى طريقة �أخرى لتمثيل الج ��زيء �أو التعبير عنه وذلك با�ستخدام ال�صيغ ��ة البنائية التي تبين ترتيب الذرات المرتبطة مع ًا بالإ�ضافة �إلى عددها وعدد الروابط (التكاف�ؤ) لكل ذرة من الذرات في الجزيء؛ ويعتمد الكيميائيون على ال�صيغ البنائية لفهم الخوا�ص الطبيعية والكيميائية للمركبات الع�ضوية. ولأغرا� ��ض التو�ضي ��ح يمكن ا�ستخ ��دام النم ��اذج الجزيئية لبي ��ان ال�ش ��كل التقريبي لل�صيغ ��ة البنائية للجزيئ ��اتالع�ضوي ��ة.
با�ستخدام النماذج الجزيئية المتوفرة في مدر�ستك ( كرات ،نواب�ض )؛ ابن النماذج التي تمثل ال�صيغ البنائية التالية : H H
15
H C C
H
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الأول
والآن بالرجوع �إلى ال�صيغ المذكورة في المثال(�ص)13؛ �ص ِّنف الروابط �إلى قطبية وغير قطبية . لعلك الحظت �أن ذرة الكربون يمكنها تكوين روابط ت�ساهمية قطبية �إذا ارتبطت بذرة ذات �سالبية كهربائية عالي ��ة؛ وعندئ ��ذ تظه ��ر �شحنة موجبة جزئية عل ��ى ذرة الكربون ( ) +والذرة الأخ ��رى تظهر عليها �شحنة �سالب ��ة جزئي ��ة ( ,) -كم ��ا �أن ذرة الكرب ��ون يمكنها تكوين روابط ت�ساهمية غير قطبي ��ة �إذا ارتبطت بذرة كربون �أخرى �أو بذرة مقاربة لها في ال�سالبية الكهربائية (كالهيدروجين) .
الروابط والخوا�ص في المركبات الع�ضوية
الف�صل الأول
لعلك الحظت من خالل الن�شاط ال�سابق �أن ال�صيغ البنائية المكتوبة تظهر وك�أنها م�سطحة ,وهذا يخالف الواقع� ,إذ �أن اتحاد الذرات لتكوين الجزيئات يك ِّون �أ�شكا ًال فراغية ثالثية الأبعاد بحيث تك ِّون الروابط زوايا معينة عند الذرة المركزية كما يلي :
طرق تمثيل ال�صيغة البنائية للبروبان
طرق تمثيل ال�صيغة البنائية للإيثان
طرق تمثيل ال�صيغة البنائية للميثان
�شكل ()13-1
ف ��ي ع ��ام 1874م ن�شر عالم هولندي نا�شئ (فانت هوف) بحث ًا ادعى فيه �أن ترتيب الذرات في الفراغ حول ذرة الكربون هو ترتيب هرمي رباعي .وقد �أثار هذا البحث غ�ضب و�سخرية الكيميائي الألمان ��ي الم�شهور �آنذاك (كولب���ة) الذي كتب عام 1877م م�سفه� � ًا �آراءه ,ولكن هذه الآراء تو�صل اليه ��ا ف ��ي نف�س الوقت تقريب� � ًا عالم فرن�سي (لوب���ل) والقت القبول والدعم من خ�ل�ال الأدلة التى تجمعت في العقد التالي ,وكانت بداية لفرع جديد في الكيمياء هو الكيمياء الفراغية (المج�سمة), �أي درا�س ��ة بن ��اء الجزيئات في �أبعاد ثالث ��ة .وكعرفان بقيمة �إ�سهامة كان فان ��ت هوف �أول من نال جائزة نوبل في الكيمياء عام 1901م . يلج�أ الكيميائيون �إلى عدة طرق لكتابة ال�صيغ البنائية للمركبات الع�ضوية وهم يختارون طريقة ما لأنها �أكث ��ر تو�ضيح ًا لخا�صية معينة� ,أو �أكثر منا�سبة م ��ن غيرها لغر�ض معين .فال�صيغة البنائية التالية للبيوتان تعد مف�صلة :
مقرر الكيمياء ()3
16
الروابط والخوا�ص في المركبات الع�ضوية
الف�صل الأول
ويمكن اخت�صارها ب�إظهار الروابط بين ذرات الكربون فقط كما يلي : CH3– CH2– CH2– CH3 كما يمكن كتابة هذه ال�صيغة ب�صورة مخت�صرة ب�إغفال الروابط بين ذرات الكربون: CH3CH2CH2CH3
�أو و�ضع الوحدات المت�شابهة بين قو�سين و�إظهار عدد تكرار هذه الوحدات برقم خارج القو�س : CH3(CH2)2CH3 وف ��ي حال ��ة المركبات التي تحتوي على عدد كبير من ذرات الكربون يكتفى بر�سم الهيكل الكربوني فقط كما في مركب الديكان : حيث يكون :
CH3(CH2)8CH3
حيث ت�شير كل زاوية �أو طرف �إلى ذرة كربون مع ما يكمل تكافئها الرباعي من ذرات الهيدروجين .
- 1اكتب ال�صيغ البنائية الآتية ب�صورة مخت�صرة
-2اكتب ال�صيغة البنائية المف�صلة للمركب CH3CH2CH2CH2CH3 :
17
مقرر الكيمياء ()3
الروابط والخوا�ص في المركبات الع�ضوية
الف�صل الأول
الت�شكل Isomerism : والآن بعد �أن تعرفنا على كيفية كتابة ال�صيغ البنائية CH للمركبات الع�ضوية لنا �أن نت�ساءل : CH – CH – CH – CH CH – CH – CH هل يمكن تمثيل ال�صيغة الجزيئية لمركب ما ب�أكثر من �أيزو بيوتان عـ -بيوتان �صيغة بنائي ��ة واحدة بحيث تحافظ على تكاف�ؤ كل ذرة ب �أ من الذرات المكونة لل�صيغة ؟ للإجابة على هذا الت�سا�ؤل انظر �إلى ال�صيغ في الجدول المقابل؛ ماذا تالحظ على ال�صيغ الجزيئية للمركبين ؟ �س ـ ما وجه االختالف بينهما؟ �س ـ ما هي توقعاتك حول الخوا�ص الفيزيائية والكيميائية لهما؟ 3
3
2
3
2
3
3
�إن ظاهرة وجود �أكثر من �صيغة بنائية تختلف في ترتيب الذرات ل�صيغة جزيئية واحدة تعرف بظاهرة الت�ش ��كل , Isomersismكما ت�سمى المركبات التي تختلف ف ��ي ال�صيغ البنائية وت�شترك في �صيغة جزيئية واح ��دة بالمت�شكالت Isomersوينتج عن اختالفها المركب �أيزوبيوتان بيوتان الخا�صية في ال�صيغة البنائية اختالف في الخوا�ص الفيزيائية درجة الغليان °12م°1موالكيميائية كما يت�ضح ذلك من الجدول الآتي : °160مدرجة االن�صهار °138-م وظاهرة الت�شكل لها �أنواع مختلفة فالمركبان(�أ ,ب) يختلفان في ال�صيغة البنائية الختالفهما في ترتيب وتوزي ��ع ال ��ذرات؛ فالمرك ��ب (�أ ) ترتبط ذرات الكربون فيه عل ��ى �شكل �سل�سلة م�ستم ��رة� ،أما المركب (ب) يحتوي على تفرع ,ومثل هذا الت�شكل يعرف بالت�شكل البنائي ( الهيكلي ) . Structural Isomerism �أم ��ا المركب ��ان ( ج� �ـ ,د ) يختلفان في ال�صيغ ��ة البنائية نتيج ��ة الختالفهما في المجموع ��ة الوظيفية, فالمجموع ��ة الوظيفي ��ة ف ��ي المرك ��ب (ج� �ـ) ه ��ي H C – O – CH CH – CH – O – H ( OHالهيدروك�سي ��ل ) بينما ف ��ي المركب (د) هي ثنائي ميثيل �أيثيل �أيثر �إيثانول (–O-ايث ��رات) ومثل هذا الت�شكل يعرف بالت�شكل د جـ الوظيفي .Isomerism Functional group 2
مقرر الكيمياء ()3
18
3
3
3
الروابط والخوا�ص في المركبات الع�ضوية
المركب
�إيثانول
ثنائي �إثيل �إيثر
°78م
°25-م
درجة االن�صهار
°117-م
°138.5-م
التفاعل مع ال�صوديوم
يتفاعل
ال يتفاعل
الذائبية في الماء
يذوب في الماء ب�أي ن�سبة
يذوب في الماء بن�سبة قليلة
الخا�صية درجة الغليان
اكت���ب ال�صي���غ البنائية لجمي���ع المت�شكالت التي ت�شترك في كل �صيغ���ة جزيئية مما يلي؛مع بيان نوع الت�شكل : ب C3H8O - �أC5H12 -
- 2حدد الأزواج التى تمثل مت�شكالت فيما يلي؛ مع بيان نوع الت�شكل : CH3 CH3 �أ[ CH3 – CH2 – C – H [ , [ CH3 – C – CH3 [- CH3 CH3
ب [ CH3 – (CH2)4 – CH3 [ , [ CH3 – CH2 – (CH3)2 – CH3 [ - جـ [ CH3 – CH3 [ , [ CH3 – CH2 – CH3[-
19
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الأول
ويت�ضح من الجدول التالي بع�ض الفروق في الخوا�ص الفيزيائية والكيميائية بينهما:
الروابط والخوا�ص في المركبات الع�ضوية
الف�صل الأول
هناك �أنواع �أخرى للت�شكل في المركبات الع�ضوية منها : الت�شكل الهند�سي : Geometrical Isomerism م ��ن الممكن �أن يحدث بي ��ن المركبات الع�ضوية ت�شكـل هـند�سي مجاور ( ) Cisوم�ضاد ( )Transوذلك �إذا احتوى المركب على رابطة مزدوجة �أو �أكثر بين ذرتي كربون ,ويمكن تو�ضيح ذلك عن طريق �أحد مت�شكالت البيوتين
م�ضاد
مجاور cis
Trans
وهذان الجزيئان غير متطابقين لأن دوران الذرات حول الرابطة المزدوجة C = Cغير م�سموح به. الت�شكل ال�ضوئي : Isomerism Optical ويحدث بين جزيئات تكون بنية كل منها مر�آوية لبنية المت�شكل الآخر والبنيتان غير متطابقتين وذل ��ك �إذا احتوى المركب على ذرة كربون غير متماثلة ( �أي عندما تكون ذرة الكربون مرتبطة مع �أربع ذرات �أو مجموعات من الذرات مختلفة عن بع�ضها )ويمكن تو�ضيح ذلك كما يلي :
مر�آه
مقرر الكيمياء ()3
20
الروابط والخوا�ص في المركبات الع�ضوية يتمي ��ز ف ��رع الكيمياء الع�ضوية عن غيرها من ف ��روع الكيمياء الأخرى ب�ضخامة �أع ��داد مركباتها فيقدر ع ��دد المركبات الع�ضوية اليوم بالماليين وتزداد �سنوي ًا بمقدار ع�ش ��رات الآالف .ولت�سهيل وتب�سيط درا�سة ه ��ذا العدد ال�ضخم م ��ن المركبات الع�ضوية والإلم ��ام بجميع �صفاتها وخوا�صها الكيميائي ��ة والفيزيائية تم ت�صني ��ف المركب ��ات الع�ضوية �إلى طوائ ��ف وعوائل وهناك �أكثر م ��ن ت�صنيف للمركب ��ات الع�ضوية و�أكثرها �شيوع ًا الت�صنيفان الآتيان :
-1ت�صني���ف المركب���ات الع�ضوي���ة ح�س���ب ن���وع الرواب���ط بي���ن ذرات الكربون �إل���ى ق�سمين هما : �أ – مركبات م�شبعة
ب -مركبات غير م�شبعة
-2ت�صنيف المركبات الع�ضوية ح�سب �أنواع العنا�صر �إلى ق�سمين هما : ب -م�شتقات الهيدروكربونات �أ -الهيدروكربونات و�س ��وف نعتمد في ت�صنيفنا للمركبات الع�ضوية ح�سب �أنواع العنا�صر .و�سوف نتناول في هذا الف�صل درا�سة الهيدروكربون ��ات ب�أنواعها المختلفة ,و�سنتعرف على ت�سميتها وكيفية تكوين الروابط المختلفة بين الذرات في جزيئاتها وطرق تح�ضيرها وخوا�صها الفيزيائية والكيميائية و�أهميتها في حياتنا .
�أ -ت�صنيف الهيدروكربونات : للتعرف على �أق�سام الهيدروكربونات المختلفة دقق النظر في ال�صيغ البنائية الآتية:
مجموعة (ب)
مجموعة (�أ)
ما العنا�صر التي تتركب منها المركبات ال�سابقة ؟ وماذا يطلق عليها ؟ ما �أوجه ال�شبه واالختالف بينهما؟ ما �أنواع الروابط في المركبات ال�سابقة؟ م ��اذا يطل ��ق على المركبات التي تحتوي على روابط �أحادية بين ذرتي كربون ,والمركبات التي تحتوي علىروابط ثنائية والمركبات التي تحتوي على روابط ثالثية بين ذرتي كربون ؟
21
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الأول
ت�صنيف المركبات الع�ضوية:
الروابط والخوا�ص في المركبات الع�ضوية
الف�صل الأول
ماذا تالحظ على الروابط في مركب المجموعة(ب) وبماذا تو�صف مثل هذه المركبات ؟لعلك الحظت �أن المركبات ال�سابقة تتركب من كربون وهيدروجين فقط فهي هيدروكربونات و�أن ذرات الكرب ��ون ق ��د اتحدت م ��ع بع�ضها البع�ض في �ش ��كل �سال�سل �أو حلق ��ات كما �أن الروابط بي ��ن ذرات الكربون ت�ساهمي ��ة ق ��د تكون �أحادية�أو ثنائي ��ة �أو ثالثية .تعرف المركب ��ات الهيدروكربونية الت ��ي تحتوي على روابط �أحادية بين ذرات الكربون بالهيدروكربونات الم�شبعة وت�سمى �ألكانات . �أم ��ا المركبات التى تحتوي على روابط ثنائية �أو ثالثية بين ذرتي الكربون فيطلق عليها هيدروكربونات غي ��ر م�شبع ��ة ,وتُ�صنف �إلى �ألكين ��ات ذات الروابط الثنائية ( ,) C = Cو�ألكاين ��ات ذات الروابط الثالثية ( ) - C C -وتنتم ��ي ه ��ذه المركبات �إلى فئة الهيدروكربونات الأليفاتية �أما مركب المجموعة(ب) فهو ذو طاب ��ع خا�ص فهو حلقي وينتمي �إلى فئة الهيدروكربونات الأروماتية ( العطرية ) التي تحتوي على روابط ثنائية متبادلة في حلقة �سدا�سية والمخطط الآتي يو�ضح ملخ�صا لت�صنيف الهيدروكربونات : المركبات الهيدروكربونية �أروماتية (عطرية)
�أليفاتية ذات �سال�سل مفتوحة (غير حلقية)
م�شبعة
�ألكانات
مقرر الكيمياء ()3
حلقية
غير م�شبعة
�ألكينات
م�شبعة �ألكانات حلقية
�ألكاينات
22
غير م�شبعة �ألكينات حلقية
�ألكاينات حلقية
الروابط والخوا�ص في المركبات الع�ضوية
CH
CH3 – CH2 – CH3
CH3 – C
CH3 – CH = CH CH3
ب -م�شتقات الهيدروكربونات : derivatives Hydrocarbons ت�شتق من الهيدروكربونات ا�شتقاق ًا فعلي ًا �أو �شكلي ًا با�ستبدال ذرة �أو مجموعة من الذرات ب�إحدى ذرات الهيدروجي ��ن في الهيدروكربونات وت�شم ��ل :الأغوال ,الإيثرات ,الألدهي ��دات والكيتونات ,الأمينات, الأحما�ض الكربوك�سيلية ,الأميدات ,هاليدات الألكيل . و�سوف ندر�س هذه المركبات ب�شيء من التف�صيل في الف�صول القادمة �إن �شاء اهلل . المجموعات الفعالة : Functional Groups تعد الرابطة بين ذرتي كربون �أو بين ذرة كربون وهيدروجين رابطة عامة في معظم المركبات الع�ضوية، وه ��ذه الرواب ��ط لي�س لها ت�أثير كبير في معظ ��م التفاعالت الع�ضوية � .أما وجود رابط ��ة ثنائية �أو ثالثية بين ذرات الكرب ��ون �أو ارتب ��اط ذرة الكرب ��ون بذرة �أخرى ذات �سالبية كهربية تختلف عنه ��ا ,فت�ؤدي �إلى تغير في ال�صفات الفيزيائية والكيميائية للمركب الع�ضوي وت�صبح مركز الن�شاط والفاعلية في التفاعالت الكيميائية للمركب وت�سمى بالمجموعات الفعالة �أو الوظيفية .
المجموعة الفعالة : جزء من المركب قد تكون رابطة �أو ذرة �أو مجموعة من الذرات تحدد الخوا�ص الفيزيائية والكيميائية للمركب.
23
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الأول
�صنف المركبات الهيدروكربونية الآتية :
الروابط والخوا�ص في المركبات الع�ضوية
الف�صل الأول
ويو�ضح الجدول التالي �أمثلة لبع�ض المجموعات الفعالة - : ا�سم المجموعة الفعالة
ال�صيغة البنائية للمجموعة الفعالة
ا�سم العائلة
مثال
الرابطة الثنائية
�ألكينات
الرابطة الثالثية
�ألكاينات
�أ�ستيلين
هيدروك�سيل
�أغوال
�إيثانول
�إيثر
�إيثرات
ثنائي ميثيل �إيثر
كربونيل
�ألدهيد �أو كيتون
كربوك�سيل
�أحما�ض كربوك�سيلية
�إ�ستر
�إ�سترات
�أمين
�أمينات
�أميد
�أميدات
هاليد
مقرر الكيمياء ()3
هاليدات �ألكيل
()I,Br,Cl, F =X
24
�إيثيلين
�أ�سيتالدهيد �أ�سيتون حم�ض الخل �أ�سيتات الميثيل
ميثيل �أمين � ِأ�سيتاميد كلوريد ميثيل
الروابط والخوا�ص في المركبات الع�ضوية
الف�صل الأول
تفح� ��ص المل�صق ��ات على بع�ض الأ�صن ��اف التجارية للمواد المبيدة للح�ش ��رات المنزلية و�ضع ج ��دو ًال بالمواد الفعالة التي تدخ ��ل في تركيب هذه الأ�صناف .وتعرف عل ��ى المجموعات الوظيفية الداخلة في هذه المكونات الفعالة .
حدد المجموعة الوظيفية والعائلة التي تنتمى �إليها المركبات التالية: المجموعة الوظيفية
ال�صيغة
العائلة
H3C – CO – H CH2 = CH – CH3 CH3CH2NH2 CH3CH2O – CH3 CH3 – CH2 – CH2 – CO – OH
الروابط في ذرة الكربون :
25
2px 2Py 2Pz 2S
ازدياد الطاقه
يقع عن�صر الكربون في المجموعة (�4أ) والدورة الثانية من الجدول الدوري,وي�شيرالعددالذريللكربون �إلىوجود�ستة�إلكتروناتحولالنواة تتوزع كما يلي 1S2 2S2 2P2 :وبما �أن م�ستوى التكاف�ؤ للكربون يحتوي عل ��ى �أربعة �إلكترونات تتوزع ح�سب قاعدة ُهند كما في ال�شكل المقابل
مقرر الكيمياء ()3
الروابط والخوا�ص في المركبات الع�ضوية
الف�صل الأول
ونالحظ �أن ذرة الكربون تحتوى على �إلكترونين منفردين في المجال الفرعي ( ) 2px , 2pyوهذا يعني �أن ذرة الكرب ��ون لديه ��ا القدرة على تكوين رابطتين ت�ساهميتين ,ولكن الواق ��ع والدرا�سات ت�شير �إلى �أن ذرة الكربون ذات تكاف�ؤ رباعي �أي �أنها تك ِّون دائم ًا �أربع روابط ت�ساهمية في مركباتها ,فكيف تف�سر ذلك ؟
�أو ًال :تف�سير تكوين الرابطة الأحادية في الهيدروكربونات الم�شبعة:
تزداد الطاقه
لدرا�س ��ة كيفية تكوين الرابط ��ة الأحادية ف ��ي الهيدروكربونات الم�شبعة ن�أخذ مركب الميثان CH4ك�أب�سط مثال للألكانات. عرف ��ت �سابق ��ا �أن ذرة الكربون تحتوي على �أربع ��ة �إلكترونات في مجال التكاف�ؤ تتوزع(ح�سب قاعدة هند) كما يلي : الميثان ماعدد المجاالت ن�صف الممتلئة في مجال التكاف�ؤ لذرة الكربون ؟ ماعدد الروابط الت�ساهمية التي يمكن �أن تكونها ذرة الكربون ؟2px 2Py 2Pz �إذا اتحد الكربون مع الهيدروجين ,فما هي المجاالت الداخلة فيتكوين الروابط ؟ 2S ما ال�صيغة الجزيئية للمركب الناتج ؟ ,وهل تتفق هذه ال�صيغة مع �صيغة �أب�سط �ألكان (الميثان) ؟الب ��د �أنك تو�صلت �إلى �أن ذرة الكربون وفق هذا التوزي ��ع الإلكتروني يمكنها تكوين رابطتين ت�ساهميتين فقط مع ذرتي هيدروجين عن طريق تداخل مجالي 2pن�صف الممتلئة من ذرة الكربون مع مجالى 1sمن ذرتي الهيدروجين لتكوين ( CH2كربين ) Carbeneوهو �شديد الن�شاط وله وجود لحظي (غير ثابت) ولكنن ��ا نع ��رف �أن ال�صيغة الجزيئية للميثان CH4و�أن الكربون رباع ��ي التكاف�ؤ في معظم مركباته .فكيف تف�سر ذلك ؟ لتف�سير ذلك نتبع الخطوات التالية :
تزداد الطاقه
الخطوة الأولى :
عن ��د اتحاد ذرة الكربون مع العنا�ص ��ر الأخرى ف�إنها تكت�سب قدرا من الطاق ��ة يكف ��ي النتقال �إلكترون من المجال 2Sالأق ��ل في الطاقة �إلى 2S المج ��ال 2pالأعلى ف ��ي الطاقة في�صب ��ح لدى ذرة الكرب ��ون �أربعة z مج ��االت ن�صف ممتلئ ��ة (�أي �أربعة �إلكترونات منفردة ) وتو�صف ب�أنه ��ا ذرة مثارة Excitedوت�أخذ التوزيع ()C : 1S2 2S 1 2P3وهذا يف�سر التكاف�ؤ الرباعي لذرة الكربون. الإلكتروني 2px 2Py 2Pz
مقرر الكيمياء ()3
26
الروابط والخوا�ص في المركبات الع�ضوية
الف�صل الأول
لماذا ال ينتقل الإلكترون من المجال � 1Sإلى 2P؟
ولكن: هل هذه المجاالت الأربعة ال�سابقة متكافئة في ال�شكل واالتجاه ,لماذا ؟ قارن بين الروابط الأربعة التي تكونها ذرة الكربون من حيث الطاقة والطول واالتجاه . مامقدار الزاوية المتوقعة بين الروابط في جزئي الميثان ؟�أثبتت الدرا�سات العلمية على جزيء الميثان والجزيئات الع�ضوية الم�شابهة مايلي : � -1أن الرواب ��ط الأربع ��ة ( الأحادية ) التي يكونها الكربون ف ��ي جزيء الميثان تماثلة في طاقتها ويبلغ طول الرابطة (� 1.1 ) C Hأنج�ستروم . � -2أن زوايا الروابط مت�ساوية وت�ساوي زاوية هرم رباعي ال�سطوح � Tetra hedralأي 109.5
O
فكيف نوفق بين تلك النتائج العملية والتوزيع الإلكتروني المعدل لذرة الكربون المثارة ؟
الخطوة الثانية : لتف�سي ��ر نتائ ��ج الدرا�س ��ات العلمية ت ��م افترا�ض �أن المج ��االت الأربعة الت ��ي ت�ستخدمه ��ا ذرة الكربون لتكوي ��ن الروابط في جزيء الميث ��ان البد �أن تكون متماثلة و يتم الح�صول عليه ��ا عن طريق عملية التهجين Hyberdisation؛ حي ��ث يت ��م دم ��ج �أو تداخل بين مج ��االت 2pالثالثة ومج ��ال 2sالمتقاربة في طاقتها ويح ��دث تعديل ف ��ي �أ�شكالها واتجاهاته ��ا الفراغية لتتكون منه ��ا �أربعة مجاالت مهجن ��ة متماثلة في ال�شكل والطاقة يرمز لها بالرمز ( sp3للداللة على عدد المجاالت الداخلة في التهجين ونوعها)
sp3 sp3 sp3 sp3
27
مقرر الكيمياء ()3
الروابط والخوا�ص في المركبات الع�ضوية
الف�صل الأول
وه ��ذه المجاالت متجه ��ة من المركز نحو ر�ؤو�س هرم رباعي ال�سطوح لتقلي ��ل التنافر بين �إلكتروناتها وتكون الزاوية بين �أي مجالين , 109.5وال�شكل التالي يو�ضح عملية التهجين : O
Z
Z
Z
109.5 o
1S
C
X
X Y
المجاالت المهجنة sp3
Y
2PZ
X
2PY
Y 2S
2PX
�شكل ( )14-1التهجين في ذرة الكربون في جزيء الميثان
تكوين الروابط في الميثان
بن ��اء عل ��ى ما �سبق يمكننا تو�ضيح تكوين الروابط الأحادية في ج ��زئ الميثان حيث يتداخل كل مجال من المجاالت الأربعة المهجنة sp3من ذرة الكربون مع مجال 1sلأربع ذرات هيدروجين تداخال ر�أ�سيا لتكون �أربع روابط( ) C - Hمن نوع �سجما ( ) ويكون �شكل الجزيء هرم رباعي ال�سطوح ويمكن تو�ضيح ذلك كما يلي : 1S sp3
sp3
109.5 o
C sp3 1S
sp3 1S
تداخل ر�أ�سي
1S
sp3
+4
1S
جزئ الميثان (هرم رباعي ال�سطوح )
4مجاالت من نوع 1sلأربع ذرات
H
C sp3
sp3
sp3
�أربعة مجاالت مهجنة من نوعsp3
�شكل ( )15 -1تداخل المجاالت بين الذران في جزئ الميثان
تكوين الرابطة ()C - C يمك ��ن �أن يتداخ ��ل المج ��ال المهجن sp3ل ��ذرة الكربون مع المج ��ال المهجن sp3لــ ��ذرة الكـربون الأخرى تداخ�ل ً�ا ر�أ�سي� � ًا لمجالي ( ) sp3 - sp3وتتك ��ون رابطة من نوع �سجما ( ) كما في جزىء الإيثان �أو بقية جزيئات الألكانات (الهيدروكربونات الم�شبعة).
مقرر الكيمياء ()3
28
الروابط والخوا�ص في المركبات الع�ضوية
ثانياً :تف�سير تكوين الرابطة الثنائية في الهيدروكربونات غير الم�شبعة: �سوف ن�أخذ االيثين C2H4ك�أب�سط �ألكين للتعرف على نوع المجاالت المهجنة لذرتي الكربون المرتبطة برابطة ثنائية ومعرفة كيفية تكوين هذه الرابطة . ما نوع المجاالت المهجنة لذرة الكربون الداخلة في تكوينالرابطة الأحادية في الألكانات ؟ �شكل( )16 - 1ال�صيغة البنائية لجزيء الإيثين ما عدد الذرات المرتبطة بكل ذرة كربون في جزيء الإيثين ؟ ما المجاالت التي يتم خلطها( تهجينها) للح�صول على مجاالت متماثلة لذرة الكربون في جزيء الإيثين ؟ -كيف تتكون الرابطة الثنائية في جزيء الإيثين ؟ ,وهل الرابطتان من نوع
؟
نجد �أن كل ذرة كربون في جزيء الإيثين ترتبط مع ثالث ذرات �أخرى كما �أن القيا�سات التجريبية �أثبتت �أن تلك الذرات تقع في م�ستوى واحد و�أن الزوايا بين الروابط الثالث مت�ساوية حيث تبلغ 120تقريبا ,وهذا يتطلب �أن توفر ذرة الكربون ثالث مجاالت متماثلة . o
29
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الأول
و�ضح بالر�سم التداخل بين المجاالت الداخلة في تكوين الروابط بين الذرات في جزيء الإيثان ؟
الروابط والخوا�ص في المركبات الع�ضوية
الف�صل الأول
ولتف�سي ��ر نتائ ��ج القيا�س ��ات ال�سابقة نفتر�ض نوعا جديد ًا م ��ن التهجين لذرة الكرب ��ون ,فبعد �إثارة ذرة الكربون يتم تهجين مجال واحد من ( )2sومجالين فقط من ( )2pكمايلي .:
2px 2Py 2Pz
sp2 sp2 sP2
2px 2Py 2Pz 2S
ذرة Cمهجنة ()SP2
ازدياد الطاقه
تهجين 2Pz
�إثارة
2S
ذرة Cم�ستقرة
ذرة Cمثارة
وينتج عند هذا التهجين ثالث مجاالت مهجنة من sp2تقع في م�ستوى فراغي واحد وتتوجه نحو بع�ضها بزاوي ��ة ت�ساوي زاوي ��ة المثلث مت�ساوي الأ�ضالع ( ,) 120بينما يتبقى مج ��ال 2pzغير المهجن متعامد مع الم�ستوى الذي تقع فيه المجاالت الثالث المهجنة . o
120 o
Z
sp2 sp2
Z
Z
Z
2pz
C 2pz
sp2
1S
تهجين X
X Y 2PZ
XY 2PY
مجاالن sp2المتماثلة ومجال 2PZالمتعامد مع مجاالت sp2
X Y 2PX
Y 2S
دمج
�شكل ( )17-1تهجين المجاالت الإلكترونية في ذرة الكربون في جزيء الإيثيلين
تكوين الروابط في الإيثين : بناء على ما �سبق يمكننا تو�ضيح كيف تتكون الرابطة الثنائية والروابط الأخرى في جزيء الإيثين حيث تقت ��رب ذرت ��ا الكرب ��ون الهجينتان ( ) sp2من بع�ضهم ��ا فيتداخل مجاال () sp2لذرت ��ي الكربون تداخال ر�أ�سيا وينتج عنه رابطة من نوع �سيجما( ) وفي نف�س الوقت يتداخل مجاال ( ) 2pzغير المهجنين لذرتي الكربون تداخال جانبيا وينتج رابطة من نوع باي ( ) حيث تمتد هذه الرابطة على هيئة �سحابة �إلكترونية فوق وتحت روابط �سجما( ) ,كما يتداخل مجاال sp2لكل ذرة كربون مع مجال 1sلأربع ذرات هيدروجين مقرر الكيمياء ()3
30
الروابط والخوا�ص في المركبات الع�ضوية
1S
sp2
sp2
1S
spz
C
تداخل جانبي رابطة تداخل را�سي رابطة
sp2
sp2
spz spz
C
1S
sp2
sp
2
1S
sp
2
1S
+4
4ذرات هيدروجين
sp2
spz 2pz
C
spz 2pz sp2
+
sp2
C
2pz
2pz
ذرة كربون 2
ذرة كربون 1
sp2 sp
2
�شكل ( )18-1تداخل مجاالت الكربون المهجنة في جزيء الإيثلين
مما �سبق ن�ستنتج �أن المجاالت المهجنة لذرتي الكربون المرتبطتين برابطة ثنائية في الألكينات من نوع sp2كم ��ا �أن الرابط ��ة الثنائي ��ة تتكون من نوعين من الروابط �إحداهم ��ا ( ) ناتجة عن التداخل الر�أ�سي للمجاالت والرابطة ( )ناتجة عن التداخل الجانبي للمجاالت ,وتجدر الإ�شارة �إلى �أن طاقة الرابطة باي ( ) ( 64كيل ��و �سع ��ر /م ��ول ) �أقل من طاقة الرابط ��ة �سجما ( )( 82كليو �سعر /م ��ول ) �أي �أن الرابطة ( ) �أ�ضعف من الرابطة ( ) وبالتالي ي�سهل ك�سرها �أثناء التفاعل . كم ��ا �أن ط ��ول الرابطة الثنائية بين ذرتي كربون (� 1.34أنج�ست ��روم ) �أق�صر من الرابطة الأحادية بين ذرت ��ي الكرب ��ون ( 1.54انج�ستروم) ,وكذلك نجد �أن الرابطة ( ) C – Hفي الميثان (� 1.10أنج�ستروم) �أطول من الرابطة ( )C – Hفي الإيثين (� 1.08أنج�ستروم ).
لديك الجزيء الآتي ,و�ضح عليه ما يلي : 1ـ نوع التهجين على ذرات الكربون . 2ـ نوع الروابط بين الذرات ونوع التداخل . 3ـ مقدار الزوايا بين الروابط .
31
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الأول
تداخال ر�أ�سيا لتكوين 4روابط من نوع �سجما( ) ,ويمكن تو�ضيح ذلك في ال�شكل التالي :
الروابط والخوا�ص في المركبات الع�ضوية
الف�صل الأول
ثالثاً:تف�سير تكوين الرابطة الثالثية في الهيدروكربونات غير الم�شبعة(الألكاينات): لن�أخ ��ذ الإيثاين C2H2ك�أب�سط �ألكاين للتعرف على نوع المجاالت المهجنة لذرتي الكربون المرتبطتين برابطة ثالثية ومعرفة كيفية تكوين الرابطة الثالثية . نج ��د �أن كل ذرة كرب ��ون في جزئ الإيثاين ترتبط م ��ع ذرة هيدروجين وذرة كرب ��ون ,كما �أن القيا�سات التجريبية �أثبتت �أن تلك الذرات تقع على خط واحد ( م�ستقيم ) و�أن الزوايا بين الروابط 180وهذا يتطلب �أن توفر ذرة الكربون مجالين متماثلين . ويمكن تف�سير نتائج القيا�سات التجريبية بنوع �آخر من التهجين لذرة الكربون ,فبعد �إثارة ذرة الكربون, يتم تهجين مجال ( )2Sمع مجال واحد فقط من ( )2Pكما يلي : o
تهجين 2px 2Py 2Pz
2Py 2Pz
2px 2Py 2Pz 2S
SP SP
2S
ذرة Cمثارة
ذرة Cمهجنة ()SP
تزداد الطاقه
�إثارة
ذرة Cم�ستقرة
وينتج عن هذا التهجين مجاالن مهجنان متماثالن من نوع SPيقعان على خط واحد م�ستقيم تف�صلهما زاوية , 180ويتبقى مجاالن غير مهجنان 2Pyو 2Pzمتعامدان على بع�ضهما البع�ض o
2pz
2py
C
sp 2py
Z
sp 2pz
مجاالن spمتماثالن ومجاالن ,2Py
Z
Z
تهجين
1S X Y
X 2PZ
XY 2PY
Y 2PX
2PZمتعامدان مع مجاالت sp دمج �شكل ()19-1تهجين المجاالت الإلكترونية لذرة الكربون في جزيء الإيثاين
مقرر الكيمياء ()3
32
2S
الروابط والخوا�ص في المركبات الع�ضوية
تداخل جانبي تداخل ر�أ�سي sp 1S
2pz
2py
تداخل جانبي
تداخل ر�أ�سي sp sp
2pz
2py
تداخل ر�أ�سي
1S sp
2pz
تداخل
2 1S
2ذرة هيدروجين
2py
sp
2pz
sp
ذرة كربون 2
2py
sp
sp
ذرة كربون 1
�شكل ( )20-1دمج المجاالت الإلكترونية المهجنة في جزيء الإيثاين
مما �سبق ن�ستنتج �أن المجاالت المهجنة لذرتي الكربون المرتبطتين برابطة ثالثية في الألكاينات من نوع SPكما �أن الرابطة الثالثية مكونة من رابطة ( ) ناتجة عن التداخل الر�أ�سي للمجاالت ,ورابطتين ( ) ناتجة عن التداخل الجانبي للمجاالت؛ وتجدر الإ�شارة �إلى �أن طول الرابطة الثالثية بين ذرتي كربون ي�ساوي (� 1.20أنج�ست ��روم ) فه ��ي �أق�صر و�أقوى من الرابطة الثنائية والأحادية ,وكذلك طول الرابطة ()C – H في الإيثاين ي�ساوي (� 1.06أنج�ستروم) 0
بع���د درا�ست���ك لأن���واع التهجين في ذرة الكرب���ون .البد �أنك تو�صلت �إل���ى �أن عملية التهجين لها �شروط ,ناق�ش مع زمالئك هذه ال�شروط.
33
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الأول
بن ��اء على ما �سب ��ق يمكننا تو�ضيح تكوين الرابط ��ة الثالثية والروابط الأخرى في ج ��زيء الإيثاين حيث تلتقي ذرتا الكربون على محور م�شترك ي�صل بين نواتي الذرتين فيتداخل مجاال SPلذرتي الكربون تداخال ر�أ�سي ��ا وينت ��ج عنه رابطة �سجما ( ) ,ويواكب هذا االرتباط ارتباط �آخر ينتج من تداخل جانبي للمجالين المتوازيين 2Pyو 2Pzغير المهجنين لذرتي الكربون وينتج عنه رابطتان من نوع باي ( ) �إحداهما فوق محور الجزيء وتحته والأخرى على جانبية من الأمام والخلف لذا ف�إن الكثافة الإلكترونية لرابطتي ( ) تتخذ �ش ��كال ا�سطوانيا حول المحور الوا�صل بي ��ن ذرتي الكربون ,كما يتداخل كل مجال من مجاالت SPلكل ذرة كربون مع مجال 1Sلذرة هيدروجين تداخال ر�أ�سيا لتكوين رابطة من نوع ( ) ويمكن تو�ضيح ذلك كالآتي :
الروابط والخوا�ص في المركبات الع�ضوية
الف�صل الأول
ق���ارن بي���ن الروابط الآتية في كل من الإيثان والإيثي���ن والإيثاين ,ح�سب ماهو مطلوب في الجدول الأتي : وجه المقارنة
C–C
طول الرابطة (�أنج�ستروم)
C C
رابطة رابطة
نوع الرابطة المجاالت الداخلة في تكوينها
C
=
C – H C
=C–H
)(SP3 –SP3
)( SP-1S 1.2
1.08
طاقة الرابطة
ما ال�سبب في كون الرابطة الثالثية �أق�صر من الرابطة الأحادية والثنائية؟
مقرر الكيمياء ()3
C–H
34
الروابط والخوا�ص في المركبات الع�ضوية
الف�صل الأول
ت�سمية الهيدروكربونات : �أ -ت�سمية الهيدروكربونات غير المتفرعة: ت�سم ��ى الهيدروكربونات غير المتفرعة ب�أ�سماء التينية تت�ألف من مقطعين الأول يبين عدد ذرات الكربون والأخير يدل على �صنف الهيدروكربون ( �آن ,ين � ,آين ) كما في الجدول التالي : عدد ذرات الكربون
الألكانات(�آن) اال�سم
ال�صيغة
1
ميث
ميثان
CH4
الألكينات (ين) اال�سم
ال�صيغة
الألكاينات(�آين) اال�سم
ال�صيغة
2
�إيث
�إيثان
C2H6
�إيثين
C2H4
�إيثاين
C2H2
3
بروب
بروبان
C3H8
بروبين
C3H6
بروباين
C3H4
4
بيوت
بيوتان
C4H10
بيوتين
C4H8
بيوتاين
C4H6
5
بنت
بنتان
C5H12
بنتين
C5H10
بنتاين
C5H8
6
هك�س
هك�سان
C6H14
هك�سين
C6H12هك�ساين C6H10
7
هبت
هبتان
C7H16
هبتين
C7H14
هبتاين
C7H12
8
�أوكت
�أوكتان
C8H18
اوكتين
C8H16
اوكتاين
C8H14
9
نون
نونان
C9H20
نونين
C9H18
نوناين
C9H16
10
ديك
ديكان
C10H22
ديكين
C10H20
ديكاين
C10H18
35
مقرر الكيمياء ()3
الروابط والخوا�ص في المركبات الع�ضوية
الف�صل الأول
ب -ت�سمية الهيدروكربونات المتفرعة : كم ��ا ذكرنا �سابق ��ا �أن الألكانات قد تكون �سال�سل مت�صلة �أو متفرع ��ة وبذلك يح�صل ما �سبق �أن تحدثنا عن ��ه وه ��و ظاهرة الت�شكل وقد لج�أ الكيميائيون �إلى تمييز المت�ش ��كالت ب�إ�ضافة مقاطع �إلى �إ�سم الألكان مثل (�آيزو–نيو) كما في الأمثلة التالية :
عـ -بيوتان �أيزو – بيوتان �أيزو – بنتان نيو – بنتان
عـ – بنتان
�إال �أن ازدياد عدد التفرعات في المت�شكالت جعل اال�ستمرار في هذه الطريقة �أمرا متعذر ًا ,وبات �ضروري ًا البحث عن طريقة منظمة لت�سمية المركبات الع�ضوية .وقد قام االتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية الأيوب���اك )The International Union of pure and Applied chemistry (IUPAC ف ��ي جنيف بو�ضع �أنظم ��ة وقواعد محددة لت�سمية المركبات الع�ضوية .وباتب ��اع هذا النظام الدولي للت�سمية �سيكون لكل مركب ا�سم واحد يميزه عن بقية المركبات حيث يعطي هذا النظام �أ�سماء مختلفة لما يزيد عن مليونين مركب ع�ضوي كما ُيم ِّكن من �صياغة �أ�سماء لماليين المركبات الع�ضوية التي قد تكت�شف �أو ت�صطنع ف ��ي الم�ستقب ��ل ,وهو نظام ب�سيط �إلى ح ��د �أن الكيميائي المطلع على قواعده يتمك ��ن من و�ضع ا�سم لمركب جدي ��د ي�صادفه� ,أو يكتب ال�صيغة البنائية لمركب ما من االطالع على اال�سم النظامي له .و�سنبد�أ بالتعرف عل ��ى بع� ��ض القواعد الأ�سا�سية لت�سمية الألكان والتي �ستكون الأ�سا� ��س الذي ن�ستند �إليه في ت�سمية المركبات الع�ضوية الأخرى كما �سيتبين لك في المقبل من الكتاب .ولكن قبل �أن نتعرف على هذه القواعد من الأن�سب �أن نتع ��رف عل ��ى ما ي�سمى بالج ��ذور الألكيلية �أو المجموع ��ات الألكيلية التي ت�ساعدنا ف ��ي ت�سمية المركبات الع�ضوية المختلفة. مقرر الكيمياء ()3
36
الروابط والخوا�ص في المركبات الع�ضوية
�أ
الف�صل الأول
مجموعات الألكيل (الجذور االلكيليه) :Alkyl Groups ب
دقق النظر في ال�صيغتين ال�سابقتين ثم �أجب : -1اكتب ال�صيغة الجزيئية لل�صيغتين( �أ و ب) . -2ما الفرق بين ال�صيغتين ؟ -3ما ا�سم المركب �أ ؟ -4هل يمكن ا�شتقاق ا�سم لل�صيغة (ب) من ا�سم المركب(�أ) ؟ ت�شت ��ق من الألكانات مجموعات تدعى �ألكيل يرمز لها بالرمز ( )Rويتم ذلك بحذف ذرة هيدروجين منها, وت�سم ��ى ه ��ذه المجموعات ب�إب ��دال المقطع الأخي ��ر (�آن) من ا�س ��م الألكانات بالمقطع (ي ��ل) فمثال ميثان ( )CH4ي�صب ��ح مثي ��ل ()CH3-و�إذا كان ع ��دد ذرات الكربون ف ��ي الألكان �أكثر من ذرتي ��ن فمن الممكن ا�شتق ��اق �أكث ��ر من مجموعة واحدة منه كما في حالة البر وبان ( )CH3 – CH2 – CH2ف�إنه من الممكن 3 2 1 ا�شتق ��اق مجموعتين من ��ه وهي مجموعة بروبيل التي ت�شتق بح ��ذف ذرة هيدروجين طرفية من ذرة كربون1 �أوم ��ن ذرة كرب ��ون ,2ومجموعة اي ��زو بروبيل التي ت�شتق بح ��ذف ذرة هيدروجين م ��ن ذرة الكربون رقم ,2 وفيم ��ا يلي قائمة ب�أ�سماء �أهم المجموعات الم�شبعة من الألكانات الأربعة الأولى و�صيغها تكفي عادة لمعظم متطلبات الت�سمية في هذه المرحلة - :
نجد في �أ�سما المركبات �أن الرمز (عـ ) �إخت�صار لكلمة عادي normalي�ستخدم �إذا كان المركب غير متفرع كما في حالة ( عـ ـ بيوتان ,عـ ـ بنتان ) ,وي�ضاف قبل اال�سم المقطع �أيزو –Iso �إذا كان المركب متفرعا وترتبط ذرة الكربون الطرفية بمجموعة ميثيل ( )CH3-على الأقل كما في حالة( �أيزو بيوتان �أيزو بنتان) بينما ي�ضاف قبل اال�سم المقطع نيو –� neoإذا كان المركب متفرع وترتبط ذرة الكربون الطرفية بثالث مجموعات ميثيل ( )CH3-على الأقل كمافي حالة نيو بنتان .
37
مقرر الكيمياء ()3
الروابط والخوا�ص في المركبات الع�ضوية
الف�صل الأول
ا�سم الألكان
�صيغة الألكان
�صيغة مجموعة الألكيل الم�شتقة ا�سم مجموعة ) (R-الألكيل منه
ميثان
CH4
– CH3
ميثيل
�إيثان
CH3 – CH3
– CH3 – CH2
�إيثيل
بروبان
CH3 – CH2 – CH3
– CH3 – CH2 – CH2 CH3 – CH – CH3
بروبيل �آيزو بروبيل
– CH3 – CH2 – CH2 – CH2بيوتيل CH3 – CH2 – CH2 – CH3 CH3 –CH – CH2 – CH3ثا – بيوتيل
بيوتان
�آيزو بيوتان
CH3
CH3 – CH – CH3
–CH3 – CH – CH2
CH3
CH3 – C – CH3
�آيزو بيوتيل ثا -بيوتيل
CH3
-1ت�سمية الألكانات المتفرعة تبعاً لنظام الأيوباك (: )IUPAC انظر �إلى اال�سم النظامي للمركب الآتي : CH3 CH3 1
CH 2
CH3 CH
CH
3
4
CH3
– 4 , 3 , 2ثالثي ميثيل هك�سان مقرر الكيمياء ()3
38
CH2 5
CH3 6
الروابط والخوا�ص في المركبات الع�ضوية
7
6
5
4
2
3 1
-2ترقيم ذرات الكربون في �أطول �سل�سلة م�ستمرة ابتداء بالطرف الأقرب للتفرع بحيث ت�أخذ التفرعات (مجموعات الألكيل ) �أ�صغر عدد من الأرقام . فف ��ي المركب ال�سابق رقمن ��ا �سل�سلة الكربون المختارة م ��ن اليمين �إلى الي�سار فظه ��رت التفرعات على المواق ��ع ( � )4,3,2أم ��ا �إذا ت ��م الترقي ��م من الي�س ��ار �إلى اليمين ف�س ��وف تظهر التفرع ��ات على المواقع ( )5,4,3لذلك اعتمد الترقيم من اليمين �إلى الي�سار للح�صول على �أ�صغر مجموعة من الأرقام . -3تبد�أ عملية الت�سمية بكتابة �أرقام ذرات الكربون التى تحمل المجموعات المتفرعة و مع و�ضع فا�صلة ( ),بي���ن الأرق���ام وخط���اً ق�صي���راً ( )-بين الحروف الهجائي���ة وتنتهى با�سم الألكان لأط���ول �سل�سلة تم ترقيمها . فمث�ل�ا المركب ال�سابق يحتوي على ثالث مجموعات ميثي ��ل( )CH3-على المواقع ( )4,3,2في �سل�سلة الكربون 0 � -4إذا وج���د �أكث���ر م���ن مجموع���ة �ألكيل واحدة ُ ,يعط���ى كل منها رقما يحدد موقعها عل���ى �سل�سلة الكربون وترتب ح�سب الحروف الهجائية الإنجليزية .
39
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الأول
ما مدلول الأرقام التي كتبت �أمام اال�سم ؟ لماذا ن�سب المركب للهك�سان بالرغم من �أن مجموع عدد ذرات الكربون فيه ت�سع ذرات ؟كما ذكرنا �سابقا �أن هناك قواعد �أ�سا�سية و�ضعت لت�سمية الألكانات ح�سب نظام �أيوباك ( )IUPACوهذه القواعد هي .: -1البح���ث ع���ن �أطول �سل�سلة كربونية م�ستمرة ,وتحديد ا�سم الألكان وفق عدد ذرات الكربون الموجودة ف���ي ه���ذه ال�سل�سلة � .إذا احتوى المرك���ب على �سل�سلتين كربونية من نف�س الطول يتم اختيار ال�سل�سلة التي تحمل �أكبر عدد من التفرعات (مثل مجموعات الألكيل) . �أطول �سل�سلة م�ستمرة في المركب ال�سابق تحتوي على �ست ذرات كربون لذلك �سمي هك�سان ,ولي�س من ال�ض ��روري �أن تك ��ون ال�سل�سلة الم�ستمرة مكتوبة على �سطر �أفقي فف ��ي المركب التالي مثال تكون ال�سل�سلة الأطول من �سبع ذرات كربون (هبتان) لكن في ال�سل�سلة الأفقية �ست ذرات كربون فقط.
الروابط والخوا�ص في المركبات الع�ضوية
الف�صل الأول
ف�إذا وجد في المركب مجموعة ميثيل على الموقع 2ومجموعة �إيثيل على الموقع 3فترتب كما يلي: � -3إيثيل -2 -ميثيل .. -5عندم���ا يوج���د �أكثر م���ن مجموعة �ألكيل متماثلة ف���ي ال�سل�سلة ت�ستخدم الألف���اظ الدالة على عددها, ثنائ���ي للدالل���ة عل���ى مجموعتين وثالث���ي للداللة على ث�ل�اث مجموعات ورباعي للدالل���ة على �أربع مجموعات وهكذا .. ففي المركب ال�سابق توجد ثالث مجموعات �ألكيل متماثلة ( ميثيل )CH3لذلك �سمي ثالثي ميثيل. -6عندما توجد مجموعتان من مجموعات الألكيل على نف�س ذرة الكربون يكرر الرقم مع كل مجموعة. ف�إذا كان المركب يحتوي على مجموعتي ميثيل و �إيثيل على ذرة الكربون رقم ()3 فيكتب اال�سم هكذا � -3إيثيل – -3ميثيل ....و�إذا كان المركب يحتوي على مجموعتي ميثيل و على ذرة الكربون رقم ( )2فيكتب اال�سم هكذا - 2,2:ثنائي ميثيل ....
�إذا يكتب الألكان المتفرع كما يلي :
رقم ذرة الكربون الحاملة للتفرع ثم ا�سم مجموعة الألكيل المتفرعة ثم ا�سم الألكان الذي يمثل �أطول �سل�سلة م�ستمرة من ذرات الكربون؛ مع مراعاة و�ضع خط ( )-بين الرقم واال�سم.
�سم المركبات الآتية باتباع قواعد �أيوباك (. )IUPAC
الحل : - 4،2،2ثالثي ميثيل بنتان
6
� 4إيثيل 2,2-ثنائي ميثيل هك�سان مقرر الكيمياء ()3
40
5
4
3
2
1
5
4
3
2
1
الروابط والخوا�ص في المركبات الع�ضوية
4
- 4.3ثنائي ميثيل هبتان
8
7
1
6
5
الف�صل الأول
7
6
5
3 2
4
3
1
2
-4بروبيل -4-ميثيل �أوكتان
� -1سم المركبين الآتيين تبعاً لنظام : IUPAC
...........................
...........................
-2اكتب ال�صيغة البنائية للمركب ( � -5إيثيل -3 , 2-ثنائي ميثيل هبتان) .
-3اكت�شف الخط�أ في ا�سم الألكان الآتي ,ثم اكتب �صيغته البنائية ,و �س ِّمه بالطريقة النظامية : � -4إيثيل -4-ميثيل بنتان
41
مقرر الكيمياء ()3
الروابط والخوا�ص في المركبات الع�ضوية
الف�صل الأول
هن���اك ع���دة طرق ت�سمى بها المركبات الع�ضوية ويعرف اال�سم با�سم الطريقة التى ي�شتق منها كما يلي �أ�سم���اء من�سوب���ة �إل���ى الم�صدر :كل ا�سم منها يدل على م�صدر المرك ��ب �أو �صفة معينة فيه فمث ًال HCOOHي�سمى حم�ض النمل (الفورميك) ن�سبة �إلى النمل وتعني باللغة الالتينية فورما . �أ�سماء من�سوبة �إلى العائلة :ويدل كل ا�سم من هذه الأ�سماء على العائلة التى ينتمي �إليها المركب مثل CH3OHينتمي �إلى عائلة الأغوال ولذلك ي�سمى غول ميثيلي . �أ�سم���اء نظامي���ة :وهي التى و�ضع قواع ��د �إ�شتقاقها الإتحاد الدولي للكيمي ��اء البحتة �أو التطبيقية . IUPAC
-2ت�سمية الألكينات والألكاينات تبعاً لنظام الأيوباك (:)IUPAC تتبع في ت�سمية الألكينات والألكاينات المتفرعة نف�س القواعد الم�ستخدمة في ت�سمية الألكانات بالإ�ضافة �إلى ما يدل على وجود الرابطة الثنائية �أو الثالثية ويمكن تلخي�ص القواعد كما يلي : -1البحث عن �أطول �سل�سلة م�ستمرة تحوي الرابطة الثنائية �أو الثالثية ,وتحديد ا�سم الألكين �أو الألكاين وفق عدد ذرات الكربون الموجودة في هذه ال�سل�سلة . -2نرق ��م ال�سل�سلة من الطرف القريب للرابطة الثنائية �أو الثالثية بغ�ض النظر عن تفرعات مجموعات االلكيل ,حتى ت�أخذ ذرتا الكربون المرتبطتان بالرابطة الثنائية �أو الثالثية �أقل عدد ممكن من الأرقام . -3ي�ش ��ار �إل ��ى مو�ضع الرابطة الثنائي ��ة �أو الثالثية با�ستخ ��دام الرقم الأ�صغر من رقم ��ي ذرتي الكربون المرتبطتين بالرابطة الثنائية �أو الثالثية ,فمث ًال في المركب – – C – C = C – C – Cتقع 1 2 3 4 5 الرابط ��ة الثنائي ��ة بين ذرتي كربون( )3-2ولك ��ن عند كتابة ا�سم المركب ي�ش ��ار �إلى مو�ضع الرابطة با�ستخدام الرقم (.)2 -4ت�سمى المجموعات الألكيلية المتفرعة كالمعتاد وي�شار �إلى موا�ضعها ب�أرقام ذرات الكربون التي ت�صل بها هذه المجموعات مع مراعاة ترتيبها هجائيا . مقرر الكيمياء ()3
42
الروابط والخوا�ص في المركبات الع�ضوية
�إذن يكتب �أ�سم الألكين �أو الألكاين كما يلي :
رق���م ذرة الكرب���ون الحاملة للتفرع (�إن وجد) ثم ا�سم المجموعات المتفرعة ثم رقم ذرة الكربون ال���ذي ي�شي���ر �إلى مو�ضع الرابطة الثنائية �أو الثالثية ثم ا�سم الألكين �أو الألكاين الممثل لأطول �سل�سل���ة م���ع مراع���اة و�ضع خط ق�صير ( )-بين رق���م وا�سم التفرع �أو الرابط���ة الثنائية والثالثية. �سم الألكينات والألكاينات التالية ح�سب قواعد �أيوباك (:)IUPAC
الحل : الألكاينات
الألكينات CH3 – CH2 – CH = CH2
CH3 – CH2 – C C – CH3
- 1بيوتين
-2بنتاين
2
1
3
1
4
2
1
- 2بيوتين
7
CH3 CH3 – CH – CH2 – CH2 – CH = CH2 1
2
4
3
-5ميثيل هك�سين
6
CH3 CH3 – C = C - CH3 2
1
CH3 5
6
3
4
1
2
-6.4ثنائي ميثيل – -2هبتاين CH3
CH3 – C – CH2 – C CH 1
3
2
5
4
CH3 -4,4ثنائي ميثيل بنتاين
CH3– C C – CH – CH2-CH3
3
6
CH2 – CH3 5
4
CH3 – C C – CH CH2 – CH CH3
4
5
2
CH3
CH3 – CH = CH – CH3 3
3
5
4
5
4
CH2– CH3
3
2
1
� -4إيثيل -2 -هك�ساين
- 3,2ثنائي ميثيل - 2-بنتين
43
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الأول
-5يمي ��ز ا�سم الألكين بمقطع (ين) مح ��ل (ان) من الألكان ,كما يميز ا�س ��م الألكاين بمقطع (اين) محل (ان) من الألكان.
الروابط والخوا�ص في المركبات الع�ضوية
الف�صل الأول
مالحظة :ت�سمى تفرعات عنا�صر مجموعة الهالوجينات ب�إ�ضافة حرف الواو �إلى ا�سم العن�صر فمثال :كلورو ,برومو....... ,
-1اكتب ال�صيغة البنائية لكل مما يلي : (�أ) -4ايثيل -2 -ميثيل -2 -هك�سين (ب) -5ميثيل -3 -هبتاين -2اكتب �أ�سماء المركبات التاليةتبعاً لنظام (: )IUPAC CH3 CH3
CH3
CH3 - C = C - CH3 ,
CH3-CH-C CH
CHBr=CHBr
C -CH2-CH2-CHCl –CH3 ,
CH3- C
-3بين وجه الخط�أ في ت�سمية المركبين الآتيين ,ثم �أعد ت�سميتهما ح�سب نظام(:)IUPAC H CH3 – CH – CH2 – CH2 – C = CH CH3
-2ميثيل -5-هك�ساين
CH3 CH3 – C – CH2 – C CH CH3
مقرر الكيمياء ()3
44
-4،4ثنائي ميثيل -2-بنتاين
�أ�سئلة الف�صل الأول �س� : 1ضع عالمة �صح ( ✓ ) �أمام العبارة ال�صحيحة وعالمة خط�أ ( ✗ ) �أمام العبارة الخاطئة مع ت�صحيح الخط�أ : �أ -ترتبط ذرات الهيدروجين مع ذرات الكربون دائم ًا بروابط �أحادية. ب -تتكون المركبات الع�ضوية في الخاليا الحية بت�أثير القوة الحيوية. جـ -كل مركب يحتوي على عن�صر الكربون �ضمن عنا�صرة يعتبر مركب ع�ضوي. د -تذوب معظم المواد الع�ضوية في البنزين. هـ -يمكن تح�ضير مواد ع�ضوية ذات خوا�ص محددة في المختبرات. و -المجاالت الإلكترونية لذرة الكربون الداخلة في الأ�ستيلين من نوع .SP3
�س� : 2إختر الإجابة ال�صحيحة فيما يلي :
-1جميع ال�صيغ التالية تمثل مركباً هيدروكربونياً ما عدا: ب)
�أ ) )CH3)3CH
ج ) CH4
CH3CH3
د)
CH3OH
-2الحلقة غير المتجان�سة من بين الحلقات التالية هي: �أ )
جـ )
ب)
د)
-3جميع محاليل المركبات التالية ال تو�صل الكهرباء ما عدا: �أ ) NaCl
جـ ) C2H2
ب ) C2H5
د)C2H4
-4العالم الذى ق�سم المواد �إلى ثالثة �أق�سام ح�سب م�صدرها هو: �أ ) �شيل
جـ ) لمري
ب ) فوهلر
-5ال�صيغة C - (CH3)3تمثل جذر: �أ ) ثل – بيوتيل
ب ) -ثا – بيوتيل
جـ ) عـ -بيوتيل
د) برزيليو�س د) �آيزوبيوتيل
-6المركب غير الع�ضوى من بين المركبات التالية هو: �أ )
CO2
جـ ) C2H6
ب) C2H5OH
د) CH3NH2
-7الجزيء الذي لة �شكل م�ستقيم مما يلي هو: �أ ) C3H8
جـ ) C3H4
ب) C3H6
45
د) C2H6
)
�س :3اكتب �أكبر عدد من المت�شكالت لل�صيغة C4H10O؟ ثم حدد نوع الت�شكل (بنائي ,وظيفي) �س :4اذكر المفهوم �أو الم�صطلح العلمي الذى تدل عليه كل عبارة مما يلي: �أ -اتفاق مركبات ع�ضوية في �صيغة جزيئية واحدة واختالفها في ال�صيغة البنائية . ب -الطريقة الحديثة لت�سمية المركبات الع�ضوية . جـ مركبات هيدروكربونية تحتوى جزيئاتها على روابط ثنائية . د -ت�شتق من الألكانات بنزع ذرة هيدروجين .
�س� :5أي من التفاعلين التاليين �أ�سرع ؟ ولماذا ؟ 2CH3ONa + H2
2NaOH + H2
CH3OH + 2Na
2H2O + 2Na
�س :6اكتب �صيغ المجموعات الوظيفية التالية : �أ ) الهيدروك�سيل
جـ) كربونيل
ب) الكربوك�سيل
د) الأمينات
�س:7ك���م يبل���غ عدد رواب���ط �سيجما وروابط باي في كل م���ن المركبات التالية مع بيان نوع المجاالت الداخلة في تكوين هذه الروابط : �أ) C - CH2 - CH3
ب ) CH3 - CH = CH2
HC
�س�:8صنف المركبات التالية �إلى مركبات قطبية و غير قطبية؛ مع تف�سير ذلك؟ �أ)
ب) CH3 NH2
CH3CH2F
جـ) CH3OH
د) CH3 CH3
�س: 9اكتب �صيغ و�أ�سماء الجذور الم�شتقة من البنتان . �س : 10اكتب �أ�سماء المركبات التالية تبعاً لنظام - : IUPAC –
Br �أ) CH3-C =CH2
ب) CH2Cl-CH2Cl
جـ) CH3 – C =C –CHBr- CH3
– –
د)
H CH3
�س : 11اكتب ال�صيغة البنائية لكل من المركبات التالية :
ج ) –4,3,3ثالثي ميثيل -بنتاين ب) – 2,2ثنائي ميثيل بيوتان �أ ) – 2ميثيل بنتان و ) – 7،7،7ثالثي كلورو – – 3ميثيل – – 3هبتين د ) �إيثيل بنزين هـ ) بيوتان حلقي
46
�س:12و�ضح الفرق بين ٍّ كل من: �أ � -سل�سلة م�ستمرة ومتفرعة مع ذكر مثال . ب -هبتين ,هبتاين ,هبتان من حيث �شكل الجزيء . جـ -ال�صيغة الجزيئية وال�صيغة البنائية مع ذكر مثال .
�س:13كل من الأ�سماء التالية خاطئ؛ بين وجه الخط�أ و�أعط اال�سم ال�صحيح: �أ ) - 2,2,1,1رباعى ميثيل �إيثاين ب ) - 1ميثيل -1 -هبتين جـ ) -3ميثيل -2 -بيوتين د) -2ميثيل -3-ميثيل بنتان
�س�:14ص ِّن���ف المركب���ات الهيدروكربونية الممثله بال�صي���غ الآتية�إلى المجموعة التي تنتمي �إليها: CH3C=C-CH3
CH3-CH2-CH3
CH3-CH=CH2
�س:15م���ا ع���دد المجاالت المهجنة الناتجة من تهجين المجاالت الذرية التالية؟ مع ذكر رمز كل منها والزاويةالمح�صورة بينها في كل حالة. �أ -مدار واحد Sمع مدارين P ب -مدار واحد Sمع مدار واحد P جـ -مدار واحد Sمع ثالثة مدارات P
47
الهيدروكربونات الأليفاتية والأروماتية
الأهداف ُيتوقع منك في نهاية هذا الف�صل �أن : -1تميز بين �أ�صناف الهيدروكربونات و�صيغها العامة . -2تقارن بين �أ�صناف الهيدروكربونات من خالل خوا�صها الفيزيائية والكيميائية . -3تو�ضح طرق تح�ضير ٍّ كل من الميثان والإيثيلين والأ�سيتيلين . -4تذكر �أهم ا�ستعماالت الهيدروكربونات الأليفاتية . -5تكتب ال�صيغة العامة للهيدروكربونات الأروماتية ( العطرية ) مع ذكر �أمثلة . -6تو�ضح طريقة تح�ضير البنزين و�أهم خوا�صه الفيزيائية والكيميائية .
48
المقدمة الألكانات (: )The Alkanes ت�سمى المركبات التي تت�ألف منها مجموعة الهيدروكربونات الم�شبعة الألكانات � alkanesأو البرافينات ,paraffinتحتوي هذه المركبات با�ستثناء الميثان على �سال�سل من ذرات الكربون مت�صلة ببع�ضها البع�ض بوا�سط ��ة روابط �أحادي ��ة ,و�أب�سط هذه المركبات تل ��ك التي تقع كافة ذرات الكربون فيه ��ا في �سل�سلة واحد تع ��رف با�سم الألكانات م�ستقيم ��ة ال�سل�سلة (العادية � ,)normalأما الألكان ��ات الأكثر تعقيدا فتحتوي على �سال�سل متفرعة ويطلق عليها الألكانات متفرعة ال�سل�سلة .Branched Chain والج ��دول التال ��ي يو�ضح الأ�سماء وال�صيغ الجزيئية والتف�صيلية للمركب ��ات الع�شرة الأولى من الألكانات العادية (غير المتفرعة)تم ترتيبها بموجب تزايد عدد ذرات الكربون : ال�صيغة التف�صيلية
ال�صيغة الجزيئية
CH4
CH4
CH3CH3
C2H6
CH3CH2CH3
C3H8
CH3(CH2)2CH3
C4H10
CH3(CH2)3CH3
C5H12
CH3(CH2)4CH3
C6H14
CH3(CH2)5CH3
C7H16
CH3(CH2)6CH3
C8H18
CH3(CH2)7CH3
C9H20
CH3(CH2)8CH3
C10H22
جدول ( � ) 1-2أ�سماء و�صيغ الألكانات الع�شرة الأولى
49
اال�سم ميثان �إيثان بروبان بيوتان بنتان هك�سان هبتان اوكتان نونان ديكان
الهيدروكربونات الأليفاتية والأروماتية من خالل النظر �إلى الجدول ال�سابق �أجب عما يلي :
الف�صل الثاني
ما العالقة بين عدد ذرات الكربون والهيدروجين في تلك المركبات ؟ ما الفرق بين عدد الذرات لأي مركبين متتاليين ,وهل يتغير هذا الفرق ؟لعل ��ك الحظت �أن هناك عالقة بين ع ��دد ذرات الكربون والهيدروجين في كل م ��ن المركبات الموجودة في الجدول ,ف�إذا رمزنا �إلى عدد ذرات الكربون بالرمز (� )nسنجد �أن عدد ذرات الهيدروجين يزيد على مثلي( )nبمقدار (� )2أي ( )2n +2وبذلك يمكن ا�شتقاق �صيغة عامة للألكانات وهي ( ,)CnH2n+2كما �أن كل مركب يختلف عن المركب الذي يليه بمقدار ثابت من الذرات وهو (� )CH2إن مثل هذه ال�سل�سلة من المركبات التي تمثلها �صيغة عامة ,وتختلف كل مركباتها عن المركب الذي يليه �أو ي�سبقه بمقدار ثابت من الذرات تعرف ب�سل�سلة مقارنة ,وهي ت�شترك في معظم خوا�صها الكيميائية وتتدرج في خوا�صها الفيزيائية . ويج ��در بنا التنبيه هنا �إلى �أن هذه ال�صيغة العام ��ة (� )CnH2n+2إنما هي للألكانات المفتوحة �أما �إذا كانت الألكانات حلقية ف�ستختلف تلك ال�صيغة قلي ًال.
( )1 - 2بناء نموذج فراغي للألكانات. با�ستخ���دام نم���اذج ال���ذرات؛ اعم���ل نم���اذج فراغي���ة لجزيئ���ات مخت���ارة للألكان���ات كم���ا ف���ي الأ�شكال التالية :
مقرر الكيمياء ()3
50
الهيدروكربونات الأليفاتية والأروماتية
� )1أوجد ال�صيغة الجزيئية لألكان يحتوي على 12ذرة كربون ؟ ار�سم ثالث �صيغ بنائية ثم �سمها وفق نظام IUPAC
� )3أي ال�صيغ الآتية تمثل �ألكاناً.لماذا ؟ C20H38 , C11H22 , C9H18 , C15H32
م�صادر الألكانات : يعتبر النفط والغاز الطبيعي من �أهم م�صادر الألكانات كما يعتبر الفحم الحجري الم�صدر الثاني م ��ن حي ��ث الأهمية .يتكون الغاز الطبيعي من الألكانات التي له ��ا درجات غليان منخف�ضة حيث يوجد الميثان ب�شكل رئي�سي يليه الإيثان والبر وبان والبيوتان ب�شكل �أقل وتتغير ن�سبة وجود تلك المركبات في الغ ��از الطبيعي من حقل لآخر ويمكن ف�صل ه ��ذه الغازات بالتبريد وتحويل بع�ضها �إلى الحالة ال�سائلة نظ ��را لالخت�ل�اف الكبير في درج ��ة غليانها �.أما النفط فيمك ��ن ف�صله �إلى �أج ��زاء بوا�سطة التقطير التجزيئي .هذه الأجزاء مكونة من خليط معقد من الألكانات ي�صعب ف�صلها لتقارب درجات غليانها. وتجدر الإ�شارة �إلى �أن النفط يحتوي عاد ًة على مكونات الغاز الطبيعي مذابة فيه ,بينما الغاز الطبيعي توجد مكوناته على �شكل غازات جافة غير مختلطة بالنفط .
51
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الثاني
)2ما عدد ذرات الهيدروجين في �ألكان ذي �سل�سلةمفتوحة يحتوي على 100ذرة كربون ؟
الهيدروكربونات الأليفاتية والأروماتية الخوا�ص الفيزيائية للألكانات Physical Properties of Alkanes
الف�صل الثاني
عرف ��ت �سابق ��ا �أن الألكانات تمث ��ل �سل�سلة مقارنة حيث يختل ��ف كل مركب فيها ع ��ن المركب الذي يليه بمق ��دار ثاب ��ت من الذرات ه ��و ( )CH2ونتيجة لذلك تختلف ف ��ي خوا�صها الفيزيائية مث ��ل :درجة الغليان ودرجة االن�صهار ,والكثافة ,والذائبية . والجدول التالي يو�ضح بع�ض الخوا�ص الفيزيائية للألكانات الثمانية الأولى غير المتفرعة . الحالة الفيزيائية غاز
ال�صيغة الجزيئية CH4
درجة الغليان( ْم) 161.5-
درجة االن�صهار( ْم) 182-
الكثافة (جم�/سم)3 0.4
�إيثـان
غاز
C2H6
88.9-
183-
0.57
بروبـان
غاز
C3H8
42-
190-
0.59
بيوتـان
غاز
C4H10
0.5 -
138-
0.60
بنتـان
�سائل
C5H12
36
126-
0.63
هك�سـان
�سائل
C6H14
69
95-
0.66
هبتـان
�سائل
C7H16
98
91-
0.68
�أوكتـان
�سائل
C8H18
126
57-
0.70
ا�سم الألكان ميثـان
جدول ( ) 2-2درجات غليان وان�صهار الألكانات الثمانية الأولى
-1درجات الغليان واالن�صهار : من خالل الجدول ال�سابق �أجب على مايلي : ماذا تالحظ على درجات غليان وان�صهار الألكانات ,مع ذكر ال�سبب ؟ ما العالقة بين عدد ذرات الكربون في جزيء الألكان ودرجة غليانه ؟ ما هي توقعاتك حول درجات غليان وان�صهار الألكانات المتفرعة ؟مقرر الكيمياء ()3
52
الهيدروكربونات الأليفاتية والأروماتية
لماذا بر�أيك يكون الإيثان في الحالة الغازية C2H6بينما الأوكتان C8H18في الحالة ال�سائلة�أما �أيكو�سان C20H42في الحالة ال�صلبة ؟
-1تعل���م �أن درج���ة غليان الم���اء (◦100م) �أما درجة غليان الميث���ان (◦161.5-م) بالرغم من �أن الكتلة الجزيئية لهما متقاربة .كيف تف�سر هذا االختالف؟
-2رتب الألكانات التالية ت�صاعدياً ح�سب درجة غليانها معل ً ال ال�سبب C3H8 . C8H18 . C2H6 . C7H16
53
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الثاني
لعلك الحظت �أن درجات غليان وان�صهار الألكانات ب�شكل عام منخف�ضة ويرجع ال�سبب في ذلك �إلى �أنها جزيئات غير قطبية فتكون قوى التجاذب بينها �ضعيفة فال يلزم �إال القليل من الطاقة لإبعاد الجزيئات عن بع�ضها البع�ض عند التحول من حالة �إلى �أخرى . كم ��ا الحظن ��ا �أن هناك عالق ��ة طردية بين عدد ذرات الكرب ��ون (الكتلة الجزيئية ) ف ��ي الألكان ودرجة غليان ��ه فكلما ازدادت الكتل ��ة الجزيئية للألكان تزداد الطاقة الالزمة للتغل ��ب على قوى التجاذب ال�ضعيفة بي ��ن الجزيئات لتحريكها و�إبعادها عن بع�ضها البع�ض .وتجدر الإ�شارة �إلى �أن درجة الغليان واالن�صهار تقل كلما زاد عدد التفرعات في ال�سل�سلة الأ�سا�سية لذرات الكربون .
الهيدروكربونات الأليفاتية والأروماتية -2الكثافة : الحظن ��ا من الج ��دول (� )2-2أن الألكان ��ات تمتاز بانخفا�ض كثافته ��ا ,وبالرغم م ��ن �أن الكثافة تزداد بازدياد عدد ذرات الكربون �إال �أنها دائما �أقل من الواحد(�أي �أقل من كثافة الماء).
الف�صل الثاني
لماذا يطفو النفط فوق �سطح الماء ؟
-3الذائبية : تعتمد ذائبية المواد في بع�ضها البع�ض على وجود تجاذب بين جزيئات المذاب والمذيب ,لذا ف�إن الألكانات ال تذوب في المذيبات القطبية مثل الماء نظرا لكونها غير قطبية والماء كما هو معلوم قطبي ,ولكنها تذوب في مذيبات غير قطبية �أو ذات قطبية منخف�ضة مثل :الزيوت والدهون والبنزين ورابع كلوريد الكربون والكلوروفورم والهيدروكربونات الأخرى .
لماذا ال تظهر ال�صيغة القطبية في الألكانات ؟
الخوا�ص الكيميائية للألكانات :Chemical Properties of Alkanes ماهي الروابط المميزة للألكانات ؟ ما �أثر هذه الروابط على الخوا�ص الكيميائية للألكانات ؟تمت ��از الألكان ��ات بوج ��ود الرواب ��ط – C – C – – C – Hوهي روابط ت�ساهمي ��ة قوية غير قطبية م ��ن ن ��وع �سيجما( ) ,لذلك تمتاز ب�أنها مركبات غير ن�شطة كيميائي ًا وتتفاعل مع مواد محدودة كما تحتاج �إل ��ى ظروف غير عادية لتفاعلها وعموم ًا تت�شابه الألكانات ف ��ي خوا�صها الكيميائية نظر ًا لت�شابهها في �أنواع الذرات والروابط المكونة لها. مقرر الكيمياء ()3
54
الهيدروكربونات الأليفاتية والأروماتية ومن �أهم التفاعالت التي تميز الألكانات ما يلي : -1تفاعل االحتراق:
لهب
CO2 + 2H2O + Energy
CH4 + 2O2
-2تفاعل الهلجنة :Halogenation تتفاعل الألكانات مع البروم والكلور في وجود ال�ضوء �أو الحرارة كم�صدر للطاقة لينتج بروميد �أو كلوريد الألكيل على التوالي ,ويمكن تو�ضيح ذلك من خالل المثال التالي :
+ HCl
C2H5Cl
كلوريد الهيدروجين كلوريد الإيثيل
حرارة �ضوء
C2H6 + Cl2 كلور
�إيثان
من خالل التفاعل ال�سابق تك�سرت ؟ ما الروابط التى تكونت ؟ ما الروابط التى َّ ا�ستخدم نماذج الذرات لتمثيل التفاعل ال�سابق .ما نوع التفاعل ؟نالح ��ظ �أن ��ه خ�ل�ال التفاعل ُك�س ��رت رابطة بين الكرب ��ون والهيدروجين في الإيث ��ان ورابطة بين الكلور والكلور في جزيء غاز الكلور بفعل الطاقة ال�ضوئية (�ضوء ال�شم�س) �أو الحرارة .وتكونت رابطة بين الكربون والكل ��ور ورابطة �أخرى بين الكل ��ور والهيدروجين � .أي حدث تفاعل ا�ستبدال بين ذرة هيدروجين في الألكان وذرة كلور في جزيء الكلور. ويمك ��ن �أن ي�ستم ��ر هذا التفاع ��ل حتى ت�ستبدل جمي ��ع ذرات الهيدروجي ��ن وتتكون العديد م ��ن النواتج ذات اال�ستعماالت المتعددة كما نرى ذلك عند درا�سة تفاعالت الميثان .
55
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الثاني
تتفاع ��ل الألكان ��ات مع كمي ��ة وافرة من الأك�سجين حي ��ث تنك�سر رواب ��ط ( )C – Hوروابط ()C – C ويتح ��ول الكرب ��ون �إلى ثاني �أك�سيد الكرب ��ون ويتحول الهيدروجين �إلى ماء ,وتنطل ��ق كمية كبيرة من الطاقة الحرارية التي ي�ستفاد منها في احتراق �أنواع الوقود المختلفة �إما للتدفئة �أو لتحريك الآالت �أو توليد الكهرباء �أو ت�شغيل ال�سيارات والقطارات والم�صانع المختلفة ,ويمكن تمثيل تفاعل احتراق الألكانات بالمعادلة الآتية :
الهيدروكربونات الأليفاتية والأروماتية
لماذا ال يتفاعل ك ٌّل من الفلور واليود مع الألكانات عند درجات الحرارة العادية ؟
الف�صل الثاني
-1م ِّثل لتفاعلي االحتراق واال�ستبدال بمعادالت عامة .
-2اكت���ب تعريف���اً علمياً لتفاعل اال�ستبدال ثم اكتب كاف���ة النواتج التي يمكن الح�صول عليها من تفاعل الكلور مع البروبان مع ت�سمية النواتج .
الطرق العامة لتح�ضير الألكانات : هناك الكثير من الطرق العامة لتح�ضير الألكانات نذكر منها ما يلي : -1هدرجة الألكينات :Hydrogination حي ��ث يتم �إ�ضاف ��ة الهيدروجين �إلى الألكينات في وجود حفَّاز فلزي مثل البالتي ��ن �أو النيكل �أو الكاديوم و�ضغط منا�سب لتعطي الألكانات المقابلة . Ni/pt CH3-HC = CH2 + H2 CH3-H2C – CH3 �ضغط بروبان
مقرر الكيمياء ()3
بروبين
56
الهيدروكربونات الأليفاتية والأروماتية -2من هاليدات الألكيل: ويتم ذلك بطريقتين:
2CH3 – CH3 + ZnCl2
كلوريد الخار�صين
H+
�إيثان
2CH3 – CH2 –Cl + Zn كلوريد الإيثيل
خار �صين
ب -تفاعل هاليد الألكيل مع ال�صوديوم (تفاعل فورتز:) WURTZ Reaction: يتفاع ��ل ال�صوديوم م ��ع هاليدات الألكيل حيث ينت ��زع ال�صوديوم الهالوجين م ��ن جزيئين من هاليد الألكيل ثم يتحد �شقا الألكيل الناتجين بعد النزع لتكوين الألكان .كما في المثال التالي:
كلوريد ال�صوديوم
�صوديوم
�إيثان
CH3 –Cl كلوريد الميثيل
لماذا ال ت�صلح طريقة فورتز لتح�ضير ٍّ كل من CH4 . C7H16؟ لخِّ �ص طرق تح�ضير الألكانات بمعادالت عامة با�ستخدام المخطط التالي:
57
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الثاني
�أ -تفاعل هاليد الألكيل مع الخار�صين: تتفاع ��ل معظم هاليدات الألكيل م ��ع الخار�صين في وجود حم�ض الكبريت لتكوي ��ن الألكان المقابل , حيث يحل الهيدروجين الأقل �سالبية كهربائية محل الهالوجين الأكثر �سالبية كما في المثال التالي .
الهيدروكربونات الأليفاتية والأروماتية
� -1أكمل المعادالت التالية : ..........................
pt �ضغط
CH3
CH3 – CH – CH2Cl + Zn
.......................... -2با�ستخدام تفاعل فورتز ,اكتب معادلة كيميائية موزونة لتح�ضير البيوتان؟
..................................................................................
ومن الطرق الأخرى لتح�ضير الألكانات : تفاعل جرينيارد :Grignard Reaction يتفاع ��ل فلز المغن�سيوم مع هاليدات الألكيل في وجود الإيثر الجاف كمذيب ليعطي كوا�شف جرينيارد (مركب قطبي ) التي تتفاعل مع الماء �أو �أي مركب يحمل ذرة هيدروجين حم�ضية ليعطي الألكان المقابل R – X + Mg R+ Mg - x كا�شف جرينيارد
+
R – H Mg(OH)X
�إثير
مغن�سيوم هاليد �ألكيل
+ H2O
+
-
R Mg x
-
تفاعل كوري – هاو�س : ي�ستخدم لتح�ضير الألكانات غير المتماثلة عن طريق اقتران (ازدواج ) بين ليثيوم ثنائي �ألكيل نحا�س مع هاليدات الألكيل R2CuLi + R - X R – R + R – Cu + Lix هاليد �ألكيل �ألكان مثال : CH3– CH2 – CH3 + CH3 – CH2 – Cu + LiBr
مقرر الكيمياء ()3
58
-
الف�صل الثاني
+
H
CH3 – CH CH - CH3 + H2
(CH3 – CH2 )2CuLi + CH3–Br
الهيدروكربونات الأليفاتية والأروماتية الميث ــان :The Methane
o
�شكل ( )1-2جزئ الميثان
وجوده في الطبيعة : ُ -1يك ِّون هذا الغاز حوالي %90من غاز الم�ستنقعات المت�صاعد نتيجة لتحلل المواد الع�ضوية فيها. -2يوجد بن�سبة %40في غاز اال�ست�صباح ( غاز الفحم ) الناتج من التقطير الإتالفي للفحم. -3يتكون �أي�ض ًا �أثناء تخمر ال�سليلوز تحت الماء. � -4أحد المكونات الرئي�سية للغاز الطبيعي المت�صاعد من �آبار النفط كما ينتج في كثير من المزارع نتيجة تحلل المخلفات النباتية مع روث الحيوان .
كان الميث ��ان �أحد مكونات كوكب الأر� ��ض الرئي�سية � ,إال �أنه يوجد حالي ًا في الجو ولكن بكميات قليل ��ة ج ��د ًا ,ولكن الميثان مكون رئي�سي للجو في ٍّ كل من عطارد وزحل و�أوران�س ونبتون .وقد ك�شف حديث� � ًا ع ��ن وجوده في الف�ضاء الفا�ص ��ل بين ال�شمو�س .والم�ستقبل يخفي ف ��ي ثناياه �أكثر و�أعظم , (الإ�سراء) ف�سبحان القائل جل في عاله :
تح�ضير غاز الميثان : هن ��اك العديد من الطرق الخا�صة لتح�ضير الميثان �سواء في ال�صناعة �أو في المختبر ,يمكنك التعرف على �أحدها خالل قيامك بالن�شاط الآتي في المختبر ,و�ستتعرف خاللها �أي�ض ًا على بع�ض خوا�صه .
59
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الثاني
يعتب ��ر الميثان من �أب�سط الألكان ��ات ,وقد در�ست ب�شيء م ��ن التف�صيل كيفية تركيب ��ه و�أنه ي�أخذ �شكل هرم رباع ��ي ال�سطوح تقع ذرات الهيدروجين على �أركانه, كما �أن زوايا الروابط مت�ساوية ( ) 109.5و�أن �أطوال الروابط ( )C – Hمت�ساوية (� 1.10أنج�ستروم ).
الهيدروكربونات الأليفاتية والأروماتية
( ) 2 - 2تح�ضير الميثان في المختبر
الف�صل الثاني
خطوات العمل -1ركب الجهاز كما هو مبين في ال�شكل (.)2-2 � -2ضع ف ��ي الهاون 8جم من خالت �صوديوم المائية و 10جم من الجير ال�صودي ,واطحنهما ثم اخلطهما جيد ًا ثم �أدخل الخليط ب�سرعة في �أنبوبة اختبار كبيرة و�سدها بال�سدادة . � -3سخن الأنبوبة ,ماذا تالحظ؟ ................................................. -4اجم ��ع الغ ��از في ع ��دة مخابي ��ر و�أغلقه ��ا ,ما ل ��ون الغاز؟ وما رائحته ؟ ................................................. -5بحذر َق ِّرب عود ثقاب م�شتعل من الغاز في �أحد المخابير, ماذا تالحظ؟
الأدوات والمواد المطلوبة: خ�ل�ات ال�صوديوم المائيه ,جير �صودى ( مخل ��وط من NaOH و ,)CaOمحل ��ول برمنجن ��ات البوتا�سيوم,محل ��ول البروم في الم ��اء ,عود ثقاب ,هاون �صغير, 4مخابي ��ر لجم ��ع الغ ��از ,قعب, حو�ض ب ��ه ماء� ,أنب ��وب تو�صيل, �أنبوبة اختبار كبيرة� ,سدادة بها ثقب ,لهب بنزن ,حامل معدني. خليط من خالت ال�صوديوم الالمائية و الجير ال�صودي
................................................. � -6ض ��ع ف ��ي المخبارالآخ ��ر 2م ��ل من محل ��ول مخفف م ��ن برمنجنات ميثان البوتا�سيوم ماذا يحدث؟ ........................................... � -7ض ��ع 5-4نق ��ط م ��ن محل ��ول الب ��روم ف ��ي المخباري ��ن المتبقيي ��ن وغطهم ��ا ب�س ��داد ب�سرعة � ,ضع �أحدهما في الظالم والآخر في �ضوء ال�شم� ��س ال�ساطع ثم افح�ص الوعاءين بعد ب�ضع دقائق و�سجل مالحظاتك ؟ قعب
مقرر الكيمياء ()3
60
ماء
�شكل ( )2-2تح�ضير غاز الميثان في المختبر
الهيدروكربونات الأليفاتية والأروماتية خالل قيامك بالن�شاط ال�سابق الحظت �أنه عند ت�سخين مزيج من خالت ال�صوديوم الالمائيه مع الجير ال�صودي يت�صاعد غاز الميثان حيث يتم جمعه فوق الماء وفق المعادلة التالية: CH4 + Na2CO3
كربونات �صوديوم ميثان
CaO
CH3COONa + NaOH
هيدروك�سيد �صوديوم
خالت �صوديوم
لعلك الحظت ف ��ي الن�شاط ال�سابق بع� ��ض الخوا�ص الفيزيائية لغاز الميثان التي يمكن بيانها في الآتي: ا�سطوانة من غاز الميثان الم�ضغوط -1غاز عديم اللون والرائحة. � -2أقل كثافة من الهواء الجوي . قارورة تحوي � -3شحيح الذوبان في الماء ولكنه يذوب في المذيبات الع�ضوية بع�ض البروم ( البرومين ) غير القطبية . مذاب ًا في الماء ◦ ◦ -4درجة غليانه ( 161-م) ودرجة ان�صهاره ( 182 -م)� .شكل( )3-2ال يزيل الميثان لون ماء البروم
الخوا�ص الكيميائية لغاز الميثان : الخوا� ��ص الكيميائي ��ة للميث ��ان هي نف�سه ��ا الخوا� ��ص الكيميائية للألكان ��ات فهو يتفاعل م ��ع الأك�سجين والهالوجينات .وال يتفاعل مع العوامل الم�ؤك�سدة مثل برمنجنات البوتا�سيوم �أوالعوامل المختزلة.
لخ�ص تفاعالت الميثان في ال�شكل التالي :
احتراق في الهواء CH4
� / Cl2ضوء ال�شم�س
61
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الثاني
الخوا�ص الفيزيائية لغاز الميثان :
الهيدروكربونات الأليفاتية والأروماتية
�أهمية الألكانات
الف�صل الثاني
تلعب الألكانات دوراً هاما في مجال ال�صناعة ولها ا�ستخدامات متعددة كما يلي : ا�ستخدامات الميثان ومركباته : -1ي�شكل الميثان %80من الغاز الم�ستخدم في التدفئة . -2ي�ستخدم كم�صدر للطاقة حيث �أن احتراق كليو جرام منه يعطي 13300كليو �سعر . -3يح�ض ��ر منه �أ�س ��ود الكربون الذي ي�ستخدم ف ��ي حبر الطباعة . -4يح�ض ��ر من ��ه النيتروميث ��ان الم�ستخدم في العقاقي ��ر الطبيعية والمبيدات الح�شرية والمفرقعات . �شكل( )4-2الأ�سمدة -5تح�ضر منه الكثير من المركبات الع�ضوية ,فمث ًال عند هلجنة الميث ��ان تتكون نواتج عديدة ذات ا�ستعماالت متعددة ,فكلوريد الميثيل ي�ستخدم كمبرد وكمذيب ,وثنائي كلوريد الميثيل ي�ستخدم كمذي ��ب ,والكلوروف ��ورم ي�ستخ ��دم كمذيب ومخ ��در للأغرا�ض الطبية ,ورابع كلوريد الكربون في �إطفاء الحرائق وكمذيب �أي�ض ًا .
ا�ستخدامات البروبان :
يتميع غاز البروب ��ان تحت �ضغوط مرتفعة ن�سبي� � ًا وي�ستخدم كوقود لأغرا�ض الطبخ في المناطق النائية(عبوات الرحالت).
�شكل()5-2 ا�ستخدام البروبان كوقود
ا�ستخدامات البيوتان :
ي�ستخدم في غاز الطبخ (البوتوغاز ) ويتميع ب�سهولة �أكثر من البروبان
ا�ستخدامات الأوكتان :
يوج ��د في وقود الجازولين الم�ستخدم في ال�سيارات وفي �آالت االحتراق الداخلي . • �أم ��ا الألكان ��ات الأثق ��ل كتلة توجد ف ��ي الكيرو�سي ��ن والديزل وزيوت الت�شحيم وفي ال�شمع البارافيني الم�ستخدم في �صناعة ال�شموع .
مقرر الكيمياء ()3
62
�شكل( )6-2ال�شموع
الهيدروكربونات الأليفاتية والأروماتية الألكينات The Alkenes :
الحظت في الجدول ال�سابق �أن �أب�سط �ألكين يحتوي على ذرتي كربون (�إيثين)؛ لماذا لم تبد�أ �سل�سلة الألكينات بمركب يحتوي على ذرة كربون واحدة ؟
63
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الثاني
دقق النظر في المركبين (�أ) و (ب): ما نوع الرابطة بين ذرتي الكربون في المركبين ؟ هل للمركبين نف�س العدد من ذرات الهيدروجين ,ما الفرق بينهما ؟( �أ ) �إل ��ى �أي �صنف من الهيدروكربونات ينتمي المركب رقم (ب) ,ماذا ت�سميH H العائلة التي ينتمي �إليها ؟ C C الألكينات مركبات هيدروكربونية تحتوي جزيئاتها على مجموعة وظيفية H H ه ��ي الرابطة الثنائية بي ��ن ذرتي كربون فيقل ع ��دد ذرات الهيدروجين فيها (ب) ع ��ن الألكان ��ات المناظرة لها بمق ��دار ذرتي ��ن فت�صبح غي ��ر م�شبعة بذرات الهيدروجي ��ن ,وقد ترتبط ذرات الكربون فيها عل ��ى �شكل �سال�سل م�ستقيمة الألكين ال�صيغة الجزيئية �أو متفرعة .ولمعرفة المزيد عن الألكينات انظر الجدول( )3-2التالي الذي C2H4 �إيثين يو�ضح �أ�سماء الألكينات الثالثة الأولى و�صيغها الجزيئية. C3H6 م ��ا العالقة بين عدد ذرات الكربون والهيدروجين في الألكينات ال�سابقة ؟ بروبينC4H8 بيوتين هل يمكنك كتابه ال�صيغة العامة للأكينات ؟لعل ��ك الحظت �أن جمي ��ع الألكينات ال�سابقة ت�شترك ف ��ي ال�صيغة العامة جدول ( ) 3-2 الألكينات الثالثة الأولى CnH2nحي ��ث �أن عدد ذرات الهيدروجين فيها �ضعف عدد ذرات الكربون, وهذه ال�صيغة هي ال�صيغة العامة للألكينات المفتوحة (غير الحلقية)كما تالحظ �أن الفرق بين �أي مركبين متتاليين هو مقدار ثابت ( )CH2لذا ف�إن الألكينات �أي�ض ًا تمثل �سل�سلة مقارنة.
الهيدروكربونات الأليفاتية والأروماتية
( )3-2بناء نموذج فراغي للألكينات.
الف�صل الثاني
با�ستخدام نماذج الذرات اعمل نماذج فراغية لجزيئات مختارة من الألكينات كما في ال�شكل التالي :
ما ال�صيغة الجزيئية لألكين يحتوي على 10ذرات كربون ,ار�سم ثالث �صيغ بنائية ممكنة له مع كتابة اال�سم النظامي (نظام )IUPACلكل منها ؟
الخوا�ص الفيزيائية للألكينات Physical Properties of Alkanes تت�شاب ��ه الخوا�ص الفيزيائية للألكينات مع الألكانات المناظ ��رة لها وذلك لكونها مثل الألكانات مركب ��ات غير قطبية .والجدول التالي يو�ضح بع�ض الخوا� ��ص الفيزيائية للألكينات الخم�سة الأولى غي ��رالمتفرع ��ة.
مقرر الكيمياء ()3
64
الهيدروكربونات الأليفاتية والأروماتية الحالة ا�سم الألكين الفيزيائية
ال�صيغة البنائية CH2 = CH2
درجة
( ◦م)
الغليان ( ◦م)
104 -
169 -
-
48 -
185 -
-
بروبين
غاز
8.1
122 -
0.69
بيوتين
غاز
CH2 = CH - CH2 – CH3
138 -
0.64
بنتين
�سائل
CH2 = CH – (CH2)2 – CH3
20
139 -
0.67
هك�سين
�سائل
CH2 = CH – (CH2)3 – CH3
63
جدول ( ) 4 - 2الخوا�ص الفيزيائية للخم�سة الأولى من الألكينات
-1درجات الغليان واالن�صهار :
تمتاز الألكينات ب�أنها ذات درجات غليان وان�صهار منخف�ضة مقاربة بالألكانات المماثلة لها في عدد ذرات الكربون وتزداد درجات غليانها بازدياد عدد ذرات الكربون (الكتلة الجزيئية) .
-2الذائبية :
ذائبيتها في الماء مثل ذائبية الألكانات ولكنها تظهر تفوقا ب�سيطا جدا في الذائبية عن الألكانات ويعود ال�سب ��ب ف ��ي ذل ��ك �إلى الرابطة ( ) التي ت�ضف ��ي قلي ًال من القطبية على الج ��زيء ولكنها تذوب ب�شكل وا�ضح في المذيبات غير القطبية مثل البنزين والكلورفورم ورابع كلوريد الكربون وغيرها .
-3الكثافة :
تمتاز الألكينات ب�أن كثافتها منخف�ضة ,وهي �أقل دائما من كثافة الماء .
رتب المركبات الآتية ت�صاعديا ح�سب ازدياد درجات الغليان مع ذكر ال�سبب . CH2 = CH2 , CH3CH = CH - CH2 - CH3 , CH2 = CH - CH3
65
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الثاني
�إيثين
غاز
CH2 = CH – CH3
درجة االن�صهار
الكثافة (جم�/سم)3
الهيدروكربونات الأليفاتية والأروماتية الخوا�ص الكيميائية للألكينات Chemical Properties of Alkenes
الف�صل الثاني
عرف ��ت �سابقا �أن الألكينات تحتوي على مجموعة وظيفية وهي الرابطة الثنائية التي ت�ش ��كل مركز ن�ش ��اط كيميائي لهذه المركب ��ات ,فالرابطة الثنائية مكون ��ة من رابطتين �أحدهم ��ا رابطة ب ��اي ( ) ال�ضعيفة التي ي�سهل ك�سرها �أثن ��اء التفاعل الكيميائي ,لذا تعتبر الألكينات �أكثر ن�شاطا وتفاعال من الألكانات ,ومن �أهم تفاعالتها :
-1تفاعل االحتراق.:
تحترق الألكينات مثل احتراق الألكانات كما في المثال التالي. 2CO2 + 2H2O + Energy
-2تفاعل الهدرجة :Hydrogenation
لهب
C2H4 + 3O2
يتفاع ��ل الهيدروجي ��ن ( )H2م ��ع الألكينات في وج ��ود عامل م�ساع ��د مثل الني ��كل �أو البالديوم �أو البالتين ويحدث التفاعل كما في المثال التالي : Ni
H3C – CH2 – CH2 – CH3
�ضغط
بيوتان
H2C = CH-CH2-CH3 + H2 بيوتين
ما نوع الروابط التي ُك�سرت في التفاعل ؟ ما نوع الروابط التي تكونت ؟ قارن بين تفاعل الهيدروجين مع الألكانات و الألكينات ؟ ما نوع التفاعل ؟�شكل ( )7-2تحول الزيوت �إلى دهن الألكين ��ات مركب ��ات غير م�شبع ��ة ولهذا تتفاعل م ��ع الهيدروجين بالإ�ضافة في وج ��ود العوامل الحفازة. وي�ستخ ��دم هذا التفاعل في تكثيف الزيوت الم�ستخرجة من م�صادرها النباتية والحيوانية ,فالزيوت مكونة من مركبات غير م�شبعة تحتوي على روابط ثنائية وتكون هذه الزيوت �سائلة في درجة حرارة العادية في�صعب نقله ��ا وتخزينها كما �أنه ��ا عر�ضة للتفاعالت الكيميائية مع الهواء نظرا الحتوائها على روابط ثنائية لذا يتم تحويلها �إلىمركبات م�شبعة(دهون �صلبة) ب�إ�ضافة الهيدروجين �إليها : دهن �صلب ( م�شبع ) مقرر الكيمياء ()3
+ H2زيت �سائل ( غير م�شبع )
Ni
�ضغط
66
الهيدروكربونات الأليفاتية والأروماتية -3الهلجنة : Halogenation
تتفاعل الألكينات بالإ�ضافة مع الهالوجينات .فعند �إ�ضافة البروم (المذاب في � CCl4أو الماء) �إلى الألكي ��ن يختفي �أو يزول اللون الأحمر للبروم ويتكون مركبا عديم اللون نتيجة لإ�ضافة ذرتي البروم على ذرتي كربون الرابطة الثنائية .
الف�صل الثاني
CCl4
وي�ستخ ��دم تفاعل �إ�ضافة الب ��روم �إلى الألكين ف ��ي الك�شف عن حالة عدم الإ�شباع (الروابط الثنائية) في المركبات الع�ضوية .
-4التفاعل مع هاليد الهيدروجين (: )HCl , HBr
�شكل ( )8-2يزيل الإيثلين لون ماء البروم
تتفاعل هاليدات الهيدروجين مع الألكينات بالإ�ضافة ولمعرفة كيف تتم �إ�ضافة هاليدات الهيدروجين الألكينات �أدر�س التفاعلين الآتيين : HCl l
الإيثين
�إيثان
3
H Cl
2
1
l
بروبين
2-كلورو بروبان
قارن بين ذرتي الكربون المرتبطتين بالرابطة الثنائية في الإيثيين والبروبين من حيث نوع الذراتالمرتبطة بذرات الكربون ؟ لماذا �أ�ضيفت ذرة الكلور �إلى ذرة الكربون رقم 2؟ -هل يمكن �أن ت�ضاف الكلور �إلى ذرة الكربون رقم 1؟
67
مقرر الكيمياء ()3
الهيدروكربونات الأليفاتية والأروماتية
الف�صل الثاني
تختلف �إ�ضافة هاليد الهيدروجين �إلى الألكين ح�سب اختالف نوع الألكين : • �إذا كان الألكي ��ن متماث ��ل مثل الإيثين فلي�س هناك �أي �إ�ش ��كال في الإ�ضافة حيث ي�ضاف الهيدروجين على �إحدى ذرتي كربون والهاليد على الذرة الأخرى . • �أما �إذا كان الألكين غير متماثل مثل البروبين ف�إن الإ�ضافة تتم تبعا للقاعدة التي و�ضعها ماركونيكوف والت ��ي تن� ��ص على �أن ��ه(( :عن����د �إ�ضاف����ة هالي����دات الهيدروجين �إل����ى �ألكي����ن غي����ر متماثل ت�ض����اف ذرة الهيدروجين �إلى ذرة الكربون الحاملة للعدد الأكبر من ذرات الهيدروجين بينما ي�ضاف الهالوجين �إلى ذرة الكربون الأخرى ))
هل تنطبق قاعدة ماركونيكوف على �إ�ضافة الهالوجينات للألكينات لماذا ؟
-5الهيدرة :
يت ��م ف ��ي هذا التفاعل �إ�ضافة الماء �إلى الألكينات في وجود حم�ض الكبريت المركز كعامل م�ساعد ويتم في خطوتين كما في المثال التالي : - + الخط���وة الأول���ى :تت ��م �إ�ضاف ��ة �شق ��ي حم� ��ض الكبري ��ت ) � (HSO4 ,Hإل ��ى الإيثين ح�سب قاعدة ماركونيكوف حيث تتكون كبريتات الإيثيل الهيدروجينية :
-
O SO3H كبريتات الإيثيل الهيدروجينية
+
H
الخط���وة الثاني���ة :تحل ��ل كبريت ��ات الإيثيل الهيدروجيني ��ة مائيا في لتعطي الغ ��ول الإيثيلى(حيث ت�ستبدل HSO4بمجموعة OH -من الماء).مقرر الكيمياء ()3
68
الهيدروكربونات الأليفاتية والأروماتية
-
غول �إيثيلى
+
H
تت�أك�س ��د الألكينات بفع ��ل العوامل الم�ؤك�سدة ,مثل برمنجنات البوتا�سي ��وم في الو�سط القاعدي �إلى جليك ��والت (�أغوال ثنائي ��ة الهيدروك�سيل ) عن طريق �إ�ضافة مجموعت ��ي (� ) OH-إلى الألكين كما في المثال التالي : و�سط مائي قاعدي
ثاني �أك�سيد المنجنيز جاليكول الإيثليين
�إيثين
حي ��ث يزول اللون الأرجواني لبرمنجنات البوتا�سي ��وم نتيجة الأك�سدة ويتكون را�سب بني من ثاني �أك�سيد المنجنيز وي�سمى هذا التفاعل اختبار باير ( ) Bayer Testوي�ستخدم في الك�شف عن حالة عدم الإ�شباع ( الرابطة الثنائية ) في الألكينات .
-7البلمرة :Polymerisation
من خوا�ص الألكينات �أن جزيئاتها قابلة للتبلمر؛ حيث يمكن لجزيئين �أو �أكثر �أن تتجمع تحت ظروف خا�ص ��ة م ��ن ال�ضغط ودرجة الح ��رارة لتكون مركب ��ات لها م�ضاعف ��ات الكتلة الجزيئي ��ة للألكين ت�سمى بوليمرات وي�سمى التفاعل بالبلمرة . +
+ جزيئات البروبين
عوامل م�ساعدة حرارة
مبلمرالبروبين
69
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الثاني
-6الأك�سدة :
الهيدروكربونات الأليفاتية والأروماتية
الف�صل الثاني
بما �أن الألكينات تحتوي �أي�ضا على روابط �أحادية بين ذرتي الكربون ,فهل من المتوقع �أن تحدث فيها تفاعالت اال�ستبدال .تتوقع �أي ذرة من ذرات الهيدروجين ت�ستبدل و�ضح �إجابتك على مركب البروبين .
لخِّ �ص تفاعالت الألكينات ال�سابقة بمعادالت عامة في ال�شكل التالي
HCl
)1اختلطت عليك عينتان في المختبر؛ �إحداهما تحتوي على �ألكان , C6H14والأخرى تحتوي على �ألكين . C6H12فما التفاعالت التي يمكنك �إجرا�ؤها في المختبر للتمييز بين العينتين, اكتب المعادالت الكيميائية للتفاعالت ؟
مقرر الكيمياء ()3
70
الهيدروكربونات الأليفاتية والأروماتية
� )2أكمل المعادالت الكيميائية التي تمثل التفاعالت الآتية مع كتابة الأ�سماء تبعاً لنظام IUPAC
للمتفاعالت والنواتج �إن �أمكن ؟
............................
2)H2O
الف�صل الثاني
................................................
1)H2SO4
CH3 – CH = CH2
عوامل م�ساعدة
............................................
الطرق العامة لتح�ضير الألكينات : هناك العديد من الطرق العامة لتح�ضير الألكينات ,نذكر منها مايلي : -1انتزاع الماء من ال َغ ْول:
تعتبر هذه الطريقة من �أكثر الطرق ال�شائعة مخبريا لتح�ضير الألكينات ,ويتم هذا التفاعل في وجود حم�ض الكبريت المركز � H2SO4أو حم�ض الف�سفور H3PO4كعامل م�ساعد عند درجة حرارة (o180-160م) حي ��ث تنت ��زع ( )OH -م ��ن ذرة كربون و ( ) H +من ذرة الكربون المجاورة له ��ا وتكون رابطة ( ). كما في المثال التالي : o180-160م بروبانول
بروبين
71
مقرر الكيمياء ()3
الهيدروكربونات الأليفاتية والأروماتية
الف�صل الثاني
وفي حالة وجود �أكثر من ذرة كربون مجاورة لذرة الكربون التي تنزع منها (� ( )OH -أي في حالة الأغوال الثانوي ��ة �أو الثالثية ) ف� ��إن عملية النزع تتم تبعا للقاعدة التي و�ضعها �ساينزف وتن�ص على �أنه(( :عند نزع HXمن الغول ف�إنه يتم نزع ( )X-من ذرة الكربون الحاملة لها ونزع ( )H+من ذرة الكربون المجاورة لها والتي لها �أقل عدد من ذرات الهيدروجين ) (.حيث HXت�شمل :الماء HOHهاليد الهيدروجين HCl , ) HBrويمكن تو�ضيح ذلك في المثال التالي : مركز
H2O
-2بيوتانول
-2بيوتين
-2انتزاع هاليد الهيدروجين من هاليدا �ألكيل :
عند معالجة هاليد الألكيل ( ) R – Cl , R – Brبقاعدة قوية مذابة في غول يتم نزع هاليد الهيدروجين HX
ويتكون الألكين .و�أكثر القواعد ا�ستخداما هي هيدروك�سيد البوتا�سيوم المذابة في الغول الإيثيلي(�إيثانول), وعملية النزع هذه �أي�ضا تخ�ضع لقاعدة �ساينزف كما في المثال التالي : -
l
+ �إيثانول l
-2بيوتين
-2كلورو بيوتان
�أكمل الفراغات في المعادالت الآتية : ....................... ..................
مقرر الكيمياء ()3
72
H2SO4مركز
o180-160م
الهيدروكربونات الأليفاتية والأروماتية
.............. ............
KOH �إيثانول
H2SO4مركز
CH3–C=CH–CH2–CH3+H2O
o180-160م
.....................
ومن الطرق الأخرى لتح�ضير الألكينات : من ثنائي الهاليد المتجاور :يتم فقد جزئ من البروم من المركبات ثنائية البروميد المتجاورة�إذا ما عوملت بمحلول يوديد ال�صوديوم في الأ�سيتون �أو بم�سحوق الخار�صين في حم�ض الخل. �أ�سيتون
I2
حم�ض الخل
وهن ��اك ط ��رق �أخرى لتح�ضي ��ر الألكينات مثل :تفاعل ح ��ذف هوفمان ,وتفاع ��ل فيتيغ ,التحللالحراري للأ�سيتات � ,سوف نتعرف عليها في المراحل العليا من الدرا�سة �إن �شاء اهلل .
73
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الثاني
CH3
الهيدروكربونات الأليفاتية والأروماتية
الإيثين ( الإيثيلين)
(The Ethene (Ethelne
الف�صل الثاني
الإيثي ��ن هو �أب�س ��ط الألكين ��ات �إذ يحتوي الجزيء من ��ه على ذرتي كرب ��ون بينهم ��ا رابط ��ة ثنائية (من ن ��وع ) ,وقد عرف ��ت �أنه ي�أخذ �شكل مثلث مت�ساوي الأ�ضالع تبلغ الزوايا بين روابط ()H – C – H o120ويعتب ��ر من �أكثر المواد الع�ضوية الأولية ا�ستخداما في ال�صناعة �شكل()9 - 2ذرات الهيدروجين الكيميائي ��ة الع�ضوية وهو ينتج من التك�سي ��ر الحراري للهيدروكربونات وذرات الكربون تقع في م�ستوى واحد في جزيءالإيثين الم�ستمدة من النفط(كما �سترى ذلك في الف�صول القادمة �إن �شاء اهلل).
تح�ضير الإيثين : يمك ��ن تح�ضير الإيثين �صناعي ��ا �أو مخبريا بعدة طرق ,و�سنقت�صر على طريق ��ة واحدة يمكنك التعرف عليها �أثناء قيامك بالن�شاط التالي في المختبر و�ستتعرف من خاللها �أي�ضا على بع�ض خوا�صه . ( )4-2تح�ضير الإيثين في المختبر. الخطوات -1ركب الجهاز كما هو مبين في ال�شكل (.)10-2 � -2أ�ض ��ف في الدورق 15مل من الغ ��ول الإيثيلي و30مل من حم� ��ض الكبريت المركز بوا�سطة القمع على دفعات كلما �أ�ضفت كمية من الحام�ض برد الدورق . � -3ضع كمية من هيدروك�سيد ال�صوديوم في الزجاجة . -4ق ��م بت�سخي ��ن ال ��دورق حت ��ى (o170-160م) وراق ��ب التفاعل ,ماذا تالحظ؟ ................................................ -5قم بجمع الغاز في عدة مخابير .
مقرر الكيمياء ()3
74
الأدوات والمواد المطلوبة : غول �إيثيلي ,حم�ض الكبريت المركز, محل ��ول هيدروك�سي ��د ال�صودي ��وم, حو� ��ض م ��اء ,محل ��ول برمنجن ��ات البوتا�سي ��وم مخفف ,محلول البروم, مخابي ��ر لجم ��ع الغاز م ��ع �أغطيتها, قع ��ب� ,أنابي ��ب تو�صي ��ل ,زجاج ��ة ب�س ��دادة ذات ثقبي ��ن ,دورق ك ��روي ب�س ��دادة ذات ثقبي ��ن ,قم ��ع ,موق ��د بنزن,ترمومت ��ر م ��درج �إل ��ى o200م
الهيدروكربونات الأليفاتية والأروماتية
حم�ض كبريت مركز
ترمومتر
انبوبة امن غاز �إيثيلين
غول �إيثيلي
...................................... �أ�ضف ب�ضع قطرات من محلول البروم ,ورجالمخبار جيدا ,ماذا تالحظ ؟ حو�ض به ماء ...................................... �شكل ( )10-2تح�ضير الإيثيلين
موقد بنزين محلول هيدروك�سيد ال�صوديوم
لعل ��ك الحظ ��ت من خالل الن�ش ��اط ال�سابق �أن ��ه تم تح�ضير غ ��از الإيثين بنزع ج ��زيء ماء من الغ ��ول الإيثيلي (الإيثانول)بت�سخي ��ن الإيثانول مع كمية وافرة من حم�ض الكبري ��ت المركز عند درجة(o170 -160م) ,وي�ستخدم محلول هيدروك�سيد ال�صوديوم لتنقية الغاز من �شوائب غازي ,CO2 . SO2ثم يجمع الغاز فوق الماء. ويمكن و�صف ما حدث بالمعادلة التالية: H H O 2
+
H
H
H C
C
H2SO4مركز 160م o180 -م
H
H
H
C
C
OH
H
H
الخوا�ص الفيزيائية للإيثين : -1غاز عديم اللون ذو رائحة عطرية مقبولة ,و�أخف من الهواء . -2ذو ت�أثير مخدر ب�سيط . � -3شحيح الذوبان في الماء ولكنه يذوب ب�سهولة في المذيبات الع�ضوية . -4درجة غليانه ( 104-م) ودرجة ان�صهاره ( 169-م) o
o
75
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الثاني
-6قرب ع ��ود ثقاب م�شتعل م ��ن الغاز في �أحد المخابير ماذا تالحظ؟ ...................................... � -7أ�ضف ب�ض ��ع قطرات من محلول برمنجنات البوتا�سيوم �إلى مخبار �آخر ,ماذا تالحظ ؟
الهيدروكربونات الأليفاتية والأروماتية الخوا�ص الكيميائية للإيثين :
الف�صل الثاني
يتمي ��ز الإيثي ��ن ب�أن ��ه ن�شيط كيميائيا الحتوائ ��ه على الرابط ��ة ( )ال�ضعيفة ن�سبي ًا بي ��ن ذرتي الكربون, فيتفاع ��ل م ��ع العديد من العنا�صر والمركبات حيث تتحول الرابطة الثنائية �إلى �أحادية وقد تعرفنا على هذه التفاعالت عند الحديث عن تفاعالت الألكينات وهي: -1تفاعل االحتراق :يحترق الإيثيلين في الهواء كما الحظت في الن�شاط بلهب م�ضيء مدخن قليال . -2تفاع���ل الإ�ضاف���ة :يتفاعل بالإ�ضافة م ��ع الكثير من العنا�صر والمركبات حيث تتحول الرابطة الثنائية �إلى �أحادية ومن هذه التفاعالت : �أ� -إ�ضافة الهيدروجين ( الهدرجة) . ب� -إ�ضافة الهالوجين (الهلجنة ) ( .) Br2 . Cl2 جـ� -إ�ضافة هاليد الهيدروجين ( . ) HBr .HCl د� -إ�ضافة الماء ( ) H2Oفي وجود حم�ض الكبريت المركز . هـ -الأك�سدة بوا�سطة محلول برمنجنات البوتا�سيوم . و -البلمرة الإ�ضافية لإنتاج بولي �إيثيلين .
اكت���ب مع���ادالت كيميائي���ة تو�ضح تفاع�ل�ات الإيثين ال�سابقة م���ع تحديد ظ���روف التفاعل ثم �سم النواتج الع�ضوية للتفاعل تبعاً لنظام :IUPAC -1احتراق الإيثيلين . -2التفاعل مع الهيدروجين . -3التفاعل مع البروم . -4التفاعل مع كلوريد الهيدروجين .
مقرر الكيمياء ()3
76
الهيدروكربونات الأليفاتية والأروماتية
-5التفاعل مع الماء في وجود حم�ض الكبريت المركز. -6الأك�سدة بوا�سطة محلول برمنجنات البوتا�سيوم .
الف�صل الثاني
-7البلمرة.
ا�ستخدامات الإيثيلين: -1ي�ستخ ��دم الإيثيلي ��ن ف ��ي تح�ضي ��ر كثير م ��ن المركب ��ات الهامة مث ��ل الإيثان ��ول وحم�ض الخل والأ�سيتالدهيد . -2ي�ستخدم في �إن�ضاج الفواكه. -3ي�ستخدم في �إنتاج الإيثيلين جاليكول الم�ستخدم في مبردات ال�سيارات كمادة مانعة للتجمد . -4ي�ستخدم في تح�ضير ثنائي كلوريد الإيثان وهو مذيب لكثير من المركبات الع�ضوية . -5ي�ستخدم في تح�ضير مبلمر الإيثيلين الم�ستخدم في �صنع العديد من المنتجات البال�ستيكية مثل: �أكيا�س تعبئة الخ�ضروات وخراطيم المياه و�أكيا�س النفايات والأدوات المنزلية ,وفي تغليف الأ�سالك الكهربية. ا�ستخدامات البروبلين ( البروبين): ي�ستخ ��دم البروبلي ��ن ف ��ي تح�ضي ��ر مبلمر بروبلي ��ن الذي ي�ستخ ��دم في الأغرا�ض التي ي�ستخدم فيها مبلمر �إيثيلين, �شكل ( )11-2بع�ض المواد ويدخل �أي�ضا في �صناعة الحبال وال�سجاد والمن�سوجات 0 الم�صنعة من الإيثيلين
77
مقرر الكيمياء ()3
الهيدروكربونات الأليفاتية والأروماتية
الألكاينات (الأ�ستيلينات) : The Alkyenes
الف�صل الثاني
من خالل ما مر معك عرفت ب�أن المركبات غير الم�شبعة ال تقت�صر على تلك التي تحتوى روابط ثنائية بي ��ن ذرتي كربون و�إنما ت�شمل مركبات �أخرى تحتوى جزيئاتها على روابط ثالثية بين ذرتي الكربون ويطلق على هذه المركبات الألكاينات (�أو الأ�ستيلينات ن�سبة لأب�سط ع�ضو فيها الأ�ستيلين). كيف تختلف الألكاينات عن ٍّ كل من الألكانات والألكينات ؟ للإجابة على هذا ال�س�ؤال ت�أمل ال�صيغ التالية : H H ق ��ارن عدد ذرات الهيدروجين المرتبطة بذرت ��ي الكربون ماذا تالحظ ؟ لعل ��ك تو�صلت �إل ��ى �أن الألكاينات يقل فيها ع ��دد ذرات الهيدروجين H H C C بمق ��دار ذرتي ��ن ع ��ن الألكين ��ات المماثل ��ة لها ف ��ي ع ��دد ذرات الكربون H H وبمقدار �أربع ذرات هيدروجين عن الألكانات المماثلة لها في عدد ذرات H H الكربون. C C �إذن يمك ��ن الق ��ول �أن الألكاين ��ات مركب ��ات هيدروكربوني ��ة تحت ��وي H H جزيئاته ��ا عل ��ى مجموعة وظيفية هي الرابطة الثالثي ��ة بين ذرتي كربون H–C C–H متجاورتين ,لذلك فهي مركبات غير م�شبعة ,وترتبط فيها ذرات الكربون عل ��ى �شكل �سال�سل م�ستقيمة �أو متفرعة .ويو�ضح الجدول (� )5-2أ�سماء الألكاينات الثالثة الأولى و�صيغها الجزيئية والبنائية : ا�سم الألكاين
ال�صيغة الجزيئية
ال�صيغة البنائية
ايثاين
C2H2
CH CH
بروباين
C3H4
CH C – CH3
-1بيوتاين
C4H6
CH C – CH2 – CH3
جدول(� )5-2أ�سماء الألكاينات الثالثة الأولى و�صيغها مقرر الكيمياء ()3
78
الهيدروكربونات الأليفاتية والأروماتية �إذا دققنا في الجدول ال�سابق ,نالحظ �أن الفرق بين �أي مركبين متتالين هو مقدار ثابت ( )CH2لذا ف�إن الألكاينات �أي�ضا تمثل �سل�سلة مقارنة وت�شترك في ال�صيغة العامة( .)CnH2n-2
با�ستخ���دام نم���اذج الذرات اعمل نماذج فراغية لجزيئات مختارة للألكاينات كما في الأ�شكال التالية
180
O
H
C
C
H
قارن بين الألكانات والألكينات والألكاينات ح�سب ماهو مطلوب في الجدول: وجه المقارنة عدد ذرات ا�سم الكربون المركب
عدد ذرات الهيدروجين
ال�صيغة البنائية
ال�صيغة الجزيئية
نوع الرابطة بين ال�صيغة العامة المقطع الذري ذرتي كربون التي يخ�ضع لها ينتهي به ا�سمه
الإيثان الإيثين الإيثاين
79
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الثاني
( )5 -2بناء نموذج فراغي للألكاينات
الهيدروكربونات الأليفاتية والأروماتية
م���ا ع���دد ذرات الهيدروجي���ن في الألكاين ال���ذي يحتوي ثمان ذرات كربون ,م���ا ا�سمه ,اكتب �صيغته الجزيئية ؟ ار�سم ثالث �صيغ مختارة له ثم �سمها تبعاً لنظام . IUPAC
الف�صل الثاني الخوا�ص الفيزيائية للألكاينات : Physical Properties of Alkenes الألكاين ��ات مركبات غير قطبية �أي�ضا ,فدرجات غليانه ��ا وان�صهارها ت�شبه الألكينات المقاربة لها في الكتلة الجزيئية ,وتزداد درجات غليانها �أي�ضا بازدياد عدد ذرات الكربون (الكتلة الجزيئية) . وت ��ذوب الألكاين ��ات في المذيبات غي ��ر القطبية (�أو ذات القطبية المنخف�ض ��ة ) ,وال تذوب في الماء �إال بقدر �ضئيل �إال �أن ذائبيتها �أعلى من ذائبية الألكينات والألكانات (لماذا ؟) وكثافتها منخف�ضة وهي �أقل من كثافة الماء .والجدول ( )6-2يو�ضح الخوا�ص الفيزيائية لبع�ض الألكاينات غير المتفرعة : ا�سم الألكين �إيثاين بروباين -1بيوتاين -2بيوتاين -1بنتاين -2بنتاين
الكثافة درجة درجة الغليان (م ) االن�صهار (م ) (جم�/سم) 3 8475-
ال�صيغة البنائية
o
CH CH C – CH3
CH
C – CH2 – CH3 C – CH3
23-
101.5-
-
8.1
122.5-
-
27
32.3-
0.69
CH
39.3
90-
0.70
CH3 – C
55.5
101-
0.71
CH
CH3 – C
C – CH2 – CH2 – CH3 C – CH2 – CH3
o
جدول ( )6-2الخوا�ص الفيزيائية لبع�ض الألكاينات مقرر الكيمياء ()3
80
الهيدروكربونات الأليفاتية والأروماتية الخوا�ص الكيميائية للألكاينات : Chemical Properties of Alkenes
-1تفاعالت االحتراق :
تحت ��رق الألكاينات كغيرها من الهيدروكربون ��ات (الألكانات والألكينات) بطريقة مماثلة كما في المثال التالي الذى يمثل احتراق البروباين:
-2تفاعل الإ�ضافة :
طاقة 3CO2 + 2H2O +
لهب
C3H4 + 4O2
ت�شبه الألكاينات الألكينات في هذا النوع من التفاعل ,غير �أنه يلزم �إ�ضافة 2مول من المادة المتفاعلة لتحويل الألكاين (غير الم�شبع ) �إلى مركب م�شبع (�ألكان) ,وفي حاالت كثير يمكن وقف التفاعل بعد �إ�ضافة م ��ول واحد من المادة المتفاعلة وهذا يعتمد على الظ ��روف التي يجري فيها التفاعل ونوع المواد الم�ساعدة الم�ستخدمة .وهناك العديد من العنا�صر والمركبات التي يمكن �إ�ضافتها للألكاينات نذكر منها ما يلي: -1الهدرجة: تتفاع ��ل الألكاين ��ات عادة مع مولين من الهيدروجين في وجود عام ��ل م�ساعد (البالتين �أو النيكل �أو البالديوم) لتنتج الألكانات المقابلة : CH3 –CH2 - CH3 بروبان
Pt
CH3- CH=CH2 + H2 بروبين
Pt
CH3- C CH + H2 بروباين
-2الهلجنة: ي�ضاف البروم المذاب في رابع كلوريد الكربون �إلى الألكاينات كما في المثال التالي : Br Br CCl4 /Br2 CH3– C = C –CH2-CH3 -3،2ثنائي برومو – 2 -بنتين
CCl4 /Br2
CH3- C C –CH2-CH3 + Br2
-3،3،2،2رباعي برومو بنتان
81
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الثاني
الألكاين ��ات مركب ��ات ن�شطة كيميائيا الحتوائه ��ا على مجموعة وظيفية هي الرابط ��ة الثالثية بين ذرتي كرب ��ون الت ��ي تتك ��ون من رابطت ��ي ( ) ورابطة من نوع �سيجما ( ) ,لذا ف ��ان تفاعالتها تت�شابه �إلى حد كبير مع تفاعالت الألكينات ومن �أهم هذه التفاعالت ما يلي:
الهيدروكربونات الأليفاتية والأروماتية -3التفاعل مع هاليد الهيدروجين (:)HBr . HCl تتفاعل الألكاينات مع كلوريد الهيدروجين �أو بروميد الهيدروجين ب�إ�ضافة مول واحد �أو مولين منها ,وفي الحالتين تتبع الإ�ضافة قاعدة ماركينيكوف :
الف�صل الثاني
Cl H CH3– C –C-H Cl H - 2،2ثنائي كلورو بروبان
Cl H CH3- C = C + HCl H - 2كلورو بروبين
CH3– C
CH + HCl
بروباين
-4الهيدرة الحفزية :Hydration ت�ضيف الألكاينات الماء في وجود حم�ض قوي (حم�ض الكبريت)و�أيونات الزئبق (Hg++)IIكعامل م�ساع ��د ,وعادة ي�ستخ ��دم محلول مائي يحتوي عل ��ى حام�ض الكبريت وكبريت ��ات الزئبق( ,)IIفيتكون مبدئي ��ا غول فينيل (�إينول) وهو مركب غي ��ر ثابت ,لذا تح�صل فيه �إعادة ترتيب (زوج بروتوني) ليتكون الألدهيد �أو الكيتون المطابق وتخ�ضع �أي�ضا هذه الإ�ضافة لقاعدة ماركونيكوف : H ––C–C H O �ألدهيد �أو كيتون
H2SO4
زوج بروتوني
–– C =C H OH كحول فينيلي (�إيثول) (غير ثابت)
HgSO4
O CH3-C-H �أ�سيتالدهيد
H2SO4 HgSO4
C – + H2O
–C
�ألكاين
C2H2 + H2O الأ�ستلين
-1اكتب نواتج �إ�ضافة 2مول من المادة المتفاعلة �إلى كل مما يلي ,ثم َ�س ِّم نواتج التفاعل تبعاً لنظام IUPAC؟ • �إ�ضافة البروم �إلى -2بيوتاين . • �إ�ضافة كلوريد الهيدروجين �إلى -4ميثيل -1-هك�ساين . -2و�ضح بالمعادلة �إ�ضافة الماء �إلى البروباين .
مقرر الكيمياء ()3
82
الهيدروكربونات الأليفاتية والأروماتية
الطرق العامة لتح�ضير الألكاينات :
(قاعدة قلوية) - 2,1ثنائي برومو بروبان
حم�ضية الألكانات الطرفية : تت�ص ��ف ذرة هيدروجين الأ�سيتلي ��ن �أو الأ�ستيلينات الطرفية بحم�ضي ��ة عاليه �إذاما قورنت بذرة هيدروجين الإيثيلين والتي بدورها �أكثر حم�ضية من ذرة هيدروجين الألكانات .ويف�سر ذلك وفقا لحاله تهجي ��ن ذرة الكربون .فال�سالبية الكهربية العالية لذرة الكربون غيرالم�شبعه تجعل ذرة الهيدروجين المرتبطة بها تت�صف بال�صفة الحم�ضية �إذا ماقورنت بذرة هيدروجين مرتبطة بذره كربون م�شبعة ( ) sp3كم ��ا ف ��ي الألكانات حيث �أن مجاالت تهجين الذرة تحوي %25من �صفات ( )sبينما تحتوي مجاالت تهجين( ) sp2في الألكينات %33.3من �صفات ( ) sوتحوي مجاالت تهجين ( )spفي الألكاينات % 50من �صفات ( ) sو�إذا احتوى مجال تهجين على ن�سبة �أعلى من ( ) sفهذا يعني �أن الإلكترون ��ات �ستك ��ون �أقرب لنواة ذرة الكربون فت�صبح ذرة كربون (� )spأكثر �سالبيه �أي �أكثر قدرة عل ��ى ا�ستيع ��اب وتحمل الزوج الإلكترون ��ي مما يجعل ذرة الهيدروجين المرتبط ��ة بها �أكثر حم�ضية,
83
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الثاني
من الطرق الم�ستخدمة على نطاق وا�سع لتح�ضير الألكاينات في المختبر ,تح�ضيرها من ثنائي الهاليدات المتج ��اورة الت ��ي تح�ضر بمعالجة الألكين بالبروم ,ثم يزال منها جزيئان من بروميد الهيدروجين بالتفاعل مع قاعدة قوية : تح�ضير بروباين: H H CH3- C – C-H + 2NaNH2 CH3 – C CH + 2NaBr + 2NH3 بروباين �أمين ال�صوديوم Br Br
الهيدروكربونات الأليفاتية والأروماتية وخا�صية الحم�ضية هذه ت�ساعد كثيرا في تمييز مركبات الألكاينات بع�ضها عن بع�ض وخا�صة الألكاينات غي ��ر الطرفي ��ة ,وفي تح�ضير �ألكاينات مختلفة م ��ن �ألكاينات طرفية ,ويمك ��ن تو�ضيح ذلك كالآتي : CH3 – C C – Na+ + NH3
CH3 – C CH + NaNH2 بروباين
الف�صل الثاني
CH3 – C C – Na+ + CH3CH2Cl
CH3– C C – CH2– CH3+NaCl -2بنتاين
الإيثاين(الأ�سيتيلين)(:The Ethyene (Acetylene الإيثاين من �أب�سط االلكاينات؛ حيث يحتوي على ذرتي كربون بينهما رابطة ثالثية متنوع ( ) ,2وله �أهمية �صناعية كبيرة باال�ضافة �إلى �أنه مادة مهمة لتح�ضير العديد من المركبات الع�ضوية المفيدة.
تح�ضير الإيثاين :
H
C
C
H
�شكل ( )12-2جزيء الأ�سيتيلين
يح�ضر من مواد رخي�صة ن�سبيا بطرق متعددة,وللتعرف على �إحدى هذه الطرق,قم بالن�شاط الآتي في المختبر: ( )6-2تح�ضير الإيثاين (الأ�سيتيلين). خطوات العمل : -1ركب الجهاز كما هو مبين في ال�شكل (. )13-2 � -2ض ��ع 10جم من كربيد الكال�سيوم في ال ��دورق المخروطي ثم �ضع عليه كمية قليلة من الرمل لتهدئة التفاعل . � -3ضع 20مللتر ًا من الماء المقطر في القمع. �-4ضع كمية من كبريتات النحا�س ( )IIفي الزجاجة. -5ابد�أ تنقيط الماء ببطء على كربيد الكال�سيوم ماذا تالحظ؟. -6اجم ��ع الغاز في ثالث مخابير ,مالون الغاز الناتج وما رائحة؟
مقرر الكيمياء ()3
84
الأدوات والم���واد المطلوبة : كربيد كال�سيوم ,ماء مقطر, محل ��ول كبريتات نحا�س(.)II دورق مخروط ��ي ,قم ��ع ذي محب� ��س� ,س ��دادة بثقبي ��ن، �أنبوب ��ة تو�صي ��ل ,حو� ��ض م ��اء ,قع ��ب ,ع ��دة مخابير, زجاج ��ة ب�سدادة ذات ثقبين , رم ��ل ,محلول ب ��روم ,محلول برمنجنات البوتا�سيوم .
الهيدروكربونات الأليفاتية والأروماتية
�شكل ( )13-2تح�ضير الإيثاين
-1عن���د االنته���اء من جمع الغاز ينقل الدورق المخروطي �إلى خزانة الأبخرة ,وي�ضاف �إليه بحذر كمية كبيرة من الماء لإنهاء التفاعل ,ثم ي�ضاف بحذر محلول حم�ض الكلور HClلإذابة المتبقي, ثم ينظف الدورق بالماء . -2يف�ضل �أن تجرى جميع التجارب على الإيثاين في خزانة الأبخرة لتجنب انطالق الغاز في جو الغرفة لأنه �سام .
خ�ل�ال الن�شاط ال�سابق الحظت �أن الإيثاين يح�ضر بتنقيط الماء عل ��ى كربيد الكال�سيوم ,ثم ينقى الغاز من ال�شوائب ب�إمراره في محلول كبريتات النحا�س ( CuSO4 (IIويجمع فوق الماء . CaC2 + 2H2O
C2H2 + Ca(OH)2
الخوا�ص الفيزيائية للإيثاين :
-1غاز عديم اللون ,له رائحة ت�شبه رائحة الإيثر �إذا كان نقيا. -2غاز �سام وهو �أقل كثافة من الهواء الجوي . � -3شحيح الذوبان في الماء ,لكنة يذوب ب�سهولة في المذيبات الع�ضوية .
الخوا�ص الكيميائية للإيثاين :
الخوا�ص الكيميائية للإيثاين هي خوا�ص الألكاينات فهو يحترق في الهواء بلهب م�ضي م�صحوب ًا بدخان نظر ًا الرتفاع ن�سبة الكربون فيه وعند خلطه بالأك�سجين يحترق احتراقا تام ًا ويعطي لهب ًا ت�صل حرارته �إلى o 3300م وي�سم ��ى لهب الأك�سي �أ�سيتيلين الذي ي�ستخدم في لح ��ام المعادن .كذلك يتفاعل مع الهالوجينات وهاليدات الألكيل بالإ�ضافة .
85
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الثاني
-7قرب عود ثقاب م�شتعل للغاز في �أحد المخابير ,ماذا تالحظ؟ � -8أ�ض ��ف لمخبار �آخ ��ر ب�ضع قطرات من محل ��ول برمنجنات البوتا�سي ��وم ,م ��اذا يح ��دث � ,أفح� ��ص النات ��ج ب ��ورق تباع ال�شم�س ,ماذا تالحظ ؟ � -9أ�ض ��ف للمخب ��ار الأخير نقطتين من محل ��ول البروم ,ماذا تالحظ ؟ احتياطات ال�سالمة :
الهيدروكربونات الأليفاتية والأروماتية
�أكمل الفراغات في المخطط الآتي الذى ُيم ِّثل ملخ�صاً لتفاعالت الأ�سيتيلين :
+
الف�صل الثاني
+ O2
Br2
Br2
احتراق تام
CH CH H2O
HCl
HCl
H+/Hg++
زوج بروتوني
�أهمية الألكاينات : • ا�ستخدامات الإيثاين (الأ�سيتيلين): -1ي�ستخ ��دم في الح�ص ��ول على لهب الأوك�سي �أ�سيتيلين الذي ي�ستعمل ف ��ي لحام المعادن وقطعها . -2تح�ضر منه مركبات هامة مثل الإيثانول والأ�سيتون والبنزين العطري وغيرها . -3ي�ستخدم في تح�ضير مركبات الفينيل التي ت�ستخدم في �صناعة المطاط ال�صناعي المعروف با�سم النيوبري ��ن وهو �أغلى م ��ن المطاط الطبيعي ويفوقه في ا�ستخداماته لأن ��ه �أكثر مقاومة للأك�سدة ومقاومة للمذيبات الع�ضوية . -4ي�ستخدم في �إن�ضاج الفاكهة النيئة.
مقرر الكيمياء ()3
86
الهيدروكربونات الأليفاتية والأروماتية
الهيدروكربونات الحلقية :Cyclic Hydrocabons
الألكانات الحلقية :Cyclo Alkenes ت�شت ��رك مركبات الألكانات الحلقية في ال�صيغ ��ة العامة , CnH2nوهي ت�شبه الألكانات المفتوحة (غير الحلقي ��ة) م ��ن حيث الخوا�ص الفيزيائية � ,أما بالن�سبة للخوا�ص الكيميائي ��ة ف�إنها ت�شبه الألكانات المفتوحة في عدم ن�شاطها فيما عدا الألكانات الحلقية التي تتكون من ثالث �أو �أربع ذرات كربون ف�إنها ن�شطة كيميائيا وه ��ذا يرج ��ع �إلى التوتر ال ��زاوي لهذين المركبين نتيجة ل�صغ ��ر زوايا الروابط بي ��ن ذرات الكربون .ويمكن ت�سمية االلكانات الحلقية كما في حالة الألكانات المفتوحة ولكن ب�إ�ضافة المقطع حلقي بعد ا�سم الألكان . �ش 2
2
2
2 2
2 2
بروبان حلقي
2
2
بيوتان حلقي
87
2
2
2
2
2
2
2
2 2
بنتان حلقي
هك�سان حلقي
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الثاني
عرف ��ت �سابق ��ا �أن ذرات الكربون ممك ��ن �أن تت�صل مع بع�ضها البع�ض على �ش ��كل حلقات لتكون مركبات تعرف بالهيدروكربونات الحلقية ,و�أن هذه المركبات ت�صنف �إلى : �أ) الهيدروكربونات الحلقيه الم�شبعه (�ألكانات حلقية ) ب) هيدروكربونات الحلقية غير الم�شبعة (�ألكينات حلقية و�ألكاينات حلقية ). نظ ��را للت�شابه الكبير بين الهيدروكربون ��ات الحلقية والهيدروكربونات غير الحلقي ��ة التي تعرفت عليها �سابقا ,ف�إننا لن ندر�س الهيدروكربونات الحلقية بالتف�صيل و�إنما �سنقت�صر على التعرف على بع�ض مركباتها وكيفية ت�سميتها .
الهيدروكربونات الأليفاتية والأروماتية
الف�صل الثاني
كم ��ا �أن الروابط ف ��ي الألكانات الحلقية ت�شبه الروابط في الألكانات المفتوحة ,فهي من نوع �سيجما ( ) ناتجة من التداخل الر�أ�سي بين ( )SP3 – SP3للرابطة( )- C – C -و( ) SP3 – 1Sللرابطة ()- C - H وتتم ت�سمية الألكانات الحلقية التي تحتوي على مجموعات �ألكيليه باعتبار تلك المجموعات م�شتقات �ألكيل للألكانات الحلقية ,و�إذا كان هناك �أكثر من مجموعة �ألكيليه فترقم الحلقة ابتداء ب�إحدى المجموعات بحيث ت�أخذ هذه المجموعات �أقل رقم ممكن وترتب ح�سب الحروف الهجائية كما يت�ضح من المثال الآتي:
ميثيل بيوتان حلقي
�إيثيل بروبان حلقي
– 3,1ثنائي ميثيل بنتان حلقي
� -1إيثيل – - 4,3ثنائي ميثيل هك�سان حلقي
الألكينات والألكاينات الحلقية :Cclo Alkenes and Alkenes الألكينات والألكاينات الحلقية ت�شبه الألكينات والألكاينات المفتوحة في خوا�صها وت�سميتها حيث يعطي الرقم ��ان ( )2.1لذرتي كربون الرابطة الثنائي ��ة �أو الثالثية واال�ستمرار في الترقيم ب�شكل ي�ؤدي �إلى �إعطاء المجموعات البديلة �أ�صغر الأرقام ,ولي�س من ال�ضروري �أن يعين في اال�سم موقع الرابطة الثنائية �أو الثالثية حيث �أنها �ستكون دائما على ذرة الكربون رقم ()1
-4,3ثنائي ميثيل بيوتين حلقي
مقرر الكيمياء ()3
� -3إيثيل -3-ميثيل بروبين حلقي
88
بنتين حلقي � -3إيثيل هك�سين حلقي
الهيدروكربونات الأليفاتية والأروماتية
اكتب ال�صيغ البنائية للمركبات الآتية : – 4,1ثنائي ميثيل هبتان حلقي - 3كلورو -4-ميثيل هك�سان حلقي -3برومو – – 3ايثيل بنتاين حلقي
الهيدروكربونات الأروماتيه (العطرية) The Aromatic Hydrocaٌ bons كان يطل ��ق عل ��ى البنزي ��ن والمركب ��ات الم�شابهة ل ��ه ا�سم المركب ��ات العطرية لأن لأغلبه ��ا روائ ��ح عطرية ممي ��زة ,وقد ا�شتق ه ��ذا اال�سم من الكلم ��ة الإغريقية ( )Aromaوه ��ي تعن ��ي الرائح ��ة العطرية لذا �سمي ��ت بالمركب ��ات الأروماتية�,إن المركبات الأروماتية (العطرية) �أ�صبحت ت�ضم كل المركبات الحلقية التي ت�شارك البنزين في خوا�صه الكيميائية وتنق�سم المركبات الأروماتية �إلى ق�سمين :
89
�شكل ( )12-2 هيدروكربونات عطرية مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الثاني
بيوتاين حلقي
-3ميثيل بروباين حلقي
�-5إيثيل -3-ميثيل هك�ساين حلقي
الهيدروكربونات الأليفاتية والأروماتية
الف�صل الثاني
-1هيدروكربونات �أروماتيه تحتوي على حلقة واحدة – مثل البنزين. -2هيدروكربونات �أروماتية تحتوي على �أكثر من حلقه مثل :النفتالين والإنثرا�سين و�س ��وف نقوم بدرا�سة الع�ض ��و الأ�سا�سي في هذه المركبات وهو البنزين لأن ��ه يزودنا بمفتاح لتفهم هذا النوع من الهيدروكربونات.
البـنزيـن :Benzene يعتبر البنزين �أب�سط المركبات الهيدروكربونية الأروماتية ,وكان (دافي) �أول من ح�صل عليه من الغاز الناتج من التحلل الحراري للزيوت الم�ستخل�صة من الأ�سماك . �أم ��ا العالم (فارادي) فكان �أول من قام بتح�ضيره في المختبر عام 1825م بالتقطير التجزيئي لقطران الفحم الناتج من التقطير الإتالفي للفحم الحجري . وف ��ي عام 1834م تتبي ��ن �أن ال�صيغة الأولية للبنزي ��ن هي ( ,)CH2وبعد ذلك ُعين ��ت �صيغته الجزيئية وكان ��ت , C6H6وت�شي ��ر هذه ال�صيغة �إل ��ى �أن الن�سبة بي ��ن ذرات الهيدروجين والكرب ��ون منخف�ضة مقارنة بالمركب ��ات الهيدروكربونية المعروفة ,وهذا ُيظهر درجة مرتفعة من عدم الإ�شباع حيث يحتوي على روابط م�ضاعفة متعددة ,ومع ذلك ف�إن التجارب العملية على البنزين تبين �أنه ال يتفاعل بالإ�ضافة حيث �أنه ال يزيل ل ��ون البروم وال لون برمنجنات البوتا�سيوم و�إنما يتفاعل ع ��ن طريق اال�ستبدال بدل الإ�ضافة وهذا يدل على ثبات الروابط الم�ضاعفة في البنزين . ولكن كيف يمكن تف�سير نتائج التجارب العملية ال�سابقة على البنزين ؟ال �شك �أن ذلك يتطلب معرفة التركيب البنائي للبنزين لمعرفة �سبب ثبات الروابط الم�ضاعفة فيه .
التركيب البنائي للبنزين: �أثار التركيب البنائي للبنزين كثيرا من الجدل بين علماء الكيمياء لفترة طويلة �إلى �إن اقترح (كيكولة) ع ��ام 1865م �أن البنزي ��ن عبارة عن حلقة �سدا�سية الأ�ضالع تتكون من �ست ذرات هيدروجين كل واحدة من ذرات الهيدروجي ��ن مت�صلة بذرة كرب ��ون واقترح كيكولة كذلك �أن البنزين يحت ��وي على ثالث روابط ثنائية مقرر الكيمياء ()3
90
الهيدروكربونات الأليفاتية والأروماتية (حت ��ى يكتم ��ل التكاف�ؤ الرباعي للكربون) و�أن تلك الروابط تتح ��رك �إلى الأمام والى الخلف ب�شكل �سريع كي تكون الأ�شكال الآتية التي ال يمكن ف�صلها:
الف�صل الثاني
ق�صة طريفة الكت�شاف ال�صيغة البنائية للبنزين: يروي كيكولة ق�صة طريفة الكت�شافه بناء البنزين ,وهي �أنه كان م�شغول الذهن بمع�ضلة البنزين دون جدوى فغفا �أمام المدفئة ولكن طوال غفوته الم�ضطربة كان خياله يموج بالذرات والروابط و�سال�سل الكربون التي تتلوى كالأفاعي ,وفج�أة ر�أى �أن �إحدى الأفاعي قد �أم�سكت ذيلها ب�أ�سنانها و�أخذت تتراق�ص �أمام عينيه فا�ستيقظ بغتة ,وبد�أ ذهنه يعمل في نظريته عن تركيب البنزين وقدم ال�صيغة البنائية الحلقية وفي هذا يقول كيكولة
�شكل ( )14-2تخيل كيكولة لتركيب الهيدروكربونات العطرية (البنزين)
على الرغم من �إن اقتراح كيكولة ين�سجم مع كثير من نتائج التجارب الخا�صة بالبنزين �إال �أنه لم يف�سر عدم تفاعله مع البروم في الظروف العادية بالإ�ضافة نتيجة للثبات غير العادي للروابط الثنائية. فكيف يمكن تف�سير الثبات غير العادي للروابط الثنائية في البنزين؟�إن البنزي ��ن عب ��ارة ع ��ن هجين رنيني لجمي ��ع �أ�شكال الرنين ناتج ع ��ن وجود روابط ثنائي ��ة متبادلة في الج ��زيء؛ تن� ��ص نظرية الرني ��ن الإلكتروني (الت�أرجح) على �أن ��ه حين يكون بالإمكان كتاب ��ة بناءين �أو �أكثر لج ��زيء م ��ا بحي ��ث يختلفان فقط في موق ��ع الإلكترونات ( الروابط) ف� ��إن الجزيء الأ�صل ��ي ال يمثل �أيا من هذي ��ن البناءي ��ن و�إنما مزيج منهما وبن ��اء على ذلك ف�إن ال�شكلي ��ن ال�سابقين لج ��زيء البنزين ال يتماثالن
91
مقرر الكيمياء ()3
الهيدروكربونات الأليفاتية والأروماتية ويكون ال�شكل الحقيقي للجزيء عبارة عن هجين رنيني لهذين ال�شكلين وهو �أكثر ثباتا وا�ستقرارا. رنين
الف�صل الثاني
ونتيج ��ة ح ��دوث الرنين في حلقة البنزين ت�صبح روابط باي ( πالرواب ��ط الثنائية) ثابتة جدا وم�ستقرة لدرجة �أنها تقاوم الك�سر عك�س ما هو موجود في الألكينات ,وهذا يف�سر عدم ميل البنزين للتفاعل بالإ�ضافة .
ما العالقة بين مركب البنزين والبنزين الم�ستخدم في وقود ال�سيارات ؟
ت�سمية م�شتقات البنزين الهيدروكربونية: ق ��د تحمل حلقة البنزين مجموعة بديل ��ة او �أكثر فعند ا�ستبدال �إحدى ذرات الهيدروجين بمجموعة ما , يذكر ا�سم المجموعة المرتبطة بحلقة البنزين �أوال ثم يختتم اال�سم بكلمة بنزين.
ميثيل بنزين (تولوين )
مقرر الكيمياء ()3
�إيثيل بنزين
92
بروبيل بنزين
�أيزو بروبيل بنزين (كيومين)
الهيدروكربونات الأليفاتية والأروماتية وعندما تحمل حلقة البنزين مجموعتين بديلتين ,فيطلق على المجموعتين المتجاورتين المقطع �أورثو, وعلى المجموعتين اللتين تف�صلهما ذرة كربون واحدة المقطع .ميتا� ,إما المجموعتين المتقابلتين المقطع ب ��ارا ,وترت ��ب المجموعتين ح�سب الحروف الهجائي ��ة ثم يختتم اال�سم بكلمة بنزي ��ن ,او قد تذكر مجموعة واحدة ويختتم اال�سم باال�سم ال�شائع للبنزين .
الف�صل الثاني
�أورثو – ميثيل تولوين (�أورثو – زايلين)
ميتا� -إيثيل تولوين
بارا -ميثيل تولوين
�إما �إذا كانت هناك ثالث مجاميع بديلة او �أكثر فعندئذ نرقم حلقة البنزين .
-4.2.1ثالثي ميثيل بنزين
-5.3ثنائي ايثيل تولوين
ار�سم ال�صيغ البنائية لكل مما يلي: اورثو �أيزو بروبيل تولوين -2بروبيل � -4-إيثيل تولوين
93
مقرر الكيمياء ()3
الهيدروكربونات الأليفاتية والأروماتية تح�ضير البنزين: يمكن الح�صول على عينة من البنزين بت�سخين ملح بنزوات ال�صوديوم مع الجير ال�صودي حيث يتم نزع مجموعة الكربوك�سيل من حلقة البنزين لتحل محلها ذرة الهيدروجين:
الف�صل الثاني
COONa
CaO
+ Na2CO3 بنزين
NaOH
+ بنزوات �صوديوم
الخوا�ص الفيزيائية للبنزين: �-1سائل عديم اللون ذو رائحة عطرية مميزة ,وبخاره �سام ,ويمكن �أن يمت�ص من خالل الجلد. -2يغلي عند °80م و�إذا ُبرد تحول �إلى بلورات �شفافة تن�صهر عند °4.5م. �-3شحي ��ح الذوبان في الم ��اء لكنه يمتزج مع معظم المذيبات الع�ضوية حيث يعتبر جزيئ ًا غير قطبي لأنه مك ��ون من هيدروجين وكربون فقط �إال �أنه ن�سبي ��ا �أعلى قطبية من الهيدروكربونات الم�شبعة الحتوائه على الكترونات باي (.)π
الخوا�ص الكيميائية للبنزين: نظرا لحدوث ظاهرة الرنين في حلقة البنزين فان معظم تفاعالته تتم باال�ستبدال وال تحدث تفاعالت الإ�ضافة �إال ب�صعوبة وفي ظروف خا�صة ويمكن تو�ضيح هذه التفاعالت كما يلي:
-1تفاعل االحتراق:
ي�شتعل البنزين العطري بلهب �ساطع مدخن ,وتتوقف نواتج التفاعل على كمية الأك�سجين؛ فعندما يكون االحتراق تام ًا يتم ذلك وفق المعادلة التالية: حرارة 6H2O + 12CO2 +
مقرر الكيمياء ()3
94
2C6H6 + 15O2
الهيدروكربونات الأليفاتية والأروماتية -2تفاعالت اال�ستبدال (الإحالل):
Br FeBr3
+ HBr
Br2
+ بنزين
برومو بنزين
ب -ال�سلفنة : Sulphonation يتفاع ��ل البنزين مع حم�ض الكبريت المركز الم�شب ��ع بثالث �أك�سيد الكبريت ويتم فيه �إحالل مجموعة ال�سلفونيك ()HSO3محل الهيدروجين SO3H
SO3
+ H SO 2
4
بنزين
حام�ض بنزين �سلفونيك
جـ -النترتة : Nitration يتفاع ��ل البنزي ��ن مع حم� ��ض النيتروجين في وجود حم� ��ض الكبريت كعامل م�ساع ��د حيث يتم �إحالل مجموعة النيترو ( )NO2محل ذرة الهيدروجين: NO2
H2SO4
+ HNO
3
بنزين
نتيرو بنزين
95
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الثاني
تعتبر من �أهم التفاعالت التي تتم على حلقة البنزين حيث ت�ستبدل ذرة هيدروجين بمجموعة او ذرة �أحادية لإنتاج م�شتقات البنزين وفي كثير من الأحيان تتم هذه التفاعالت في وجود عوامل م�ساعده؛ وفيما يلي عدد من تفاعالت اال�ستبدال في البنزين: �أ -الهلجنة :Haloganation يتفاع ��ل الب ��روم او الكل ��ور مع البنزين ف ��ي وجود عامل م�ساعد مث ��ل هاليد الحدي ��د الثالثي ويتم فيه ا�ستبدال ذرة هيدروجين بذرة بهالوجين
الهيدروكربونات الأليفاتية والأروماتية د-الألكلة: يتفاع ��ل هاليد الألكي ��ل مع البنزين في وجود كلوري ��د الألومينيوم كعامل م�ساع ��د حيث تحل مجموعة �ألكيل محل ذرة الهيدروجين:
الف�صل الثاني
CH2CH3 HCl
AlCl3
+
+ CH CH Cl 2
3
بنزين
�إيثيل بنزين
- 3تفاعالت الإ�ضافة: بالرغم من �أن تفاعالت البنزين بالإ�ضافة �صعبة �إال �أن بع�ضها يحدث في ظروف خا�صة من �أهمها: �أ -الهدرجة: وتتم في وجود عوامل م�ساعدة وحرارة و�ضغط ليتكون الهك�سان الحلقي . عامل م�ساعد حرارة و�ضغط
+ 3H
2
بنزين
هك�سان حلقي
ب� -إ�ضافة الكلور �أو البروم: يتم ت�سخين الكلور �أو البروم مع بخار البنزين لإنتاج �سدا�سي كلورو �أو برومو هك�سان حلقي . H Br Br
Br
H
+ 3Br
H
2
بنزين
Br H
H Br Br H
�سدا�سي برومو هك�سان حلقي
مقرر الكيمياء ()3
96
الهيدروكربونات الأليفاتية والأروماتية
كيف يمكنك �إجراء التحويالت التالية: -1بنزوات ال�صوديوم �إلى �سدا�سي كلورو هك�سان حلقي .
الف�صل الثاني
-2البنزين �إلى كل من :تولوين ,نيتروبنزين .
�أهمية المركبات العطري: المركب ��ات العطرية هامة ج ��دا من نواحي متعددة؛ فغالبا ما نجدها ف ��ي مختلف �أنواع المذيبات والم ��واد البال�ستيكية كما توجد حلقة البنزين �أي�ضا ف ��ي العديد من المركبات البيولوجية الهامة مثل الفيتامين ��ات والبروتين ��ات والهرمونات ,وج�سم الإن�سان غير قادر عل ��ى تح�ضير حلقة البنزين لإنتاج م�شتقاتها ذات الأهمية الكبيرة للج�سم وبالتالي يجب علينا �أن نح�صل على المواد الحاوية لها لتغطية احتياج ��ات الج�سم من م�صادر �أخ ��رى خارجية ,بعك�س النباتات القادرة عل ��ى �إنتاج بع�ض المركبات العطرية ,ولهذا فهي هامة جدا من الناحية الغذائية .والمركبات العطرية لي�ست كلها مفيدة بل بع�ضها �ضار للغاية مثل 2-1بنزوبايرين والمكون من خم�س حلقات بنزين من�صهرة مع بع�ضها والموجود في دخان ال�سجائر والغاز العادم لل�سيارات وفي اللحم الم�شوي على الفحم وهو من م�سببات ال�سرطان. �أهمية البنزين: -1ي�ستخ ��دم ف ��ي �إذابة الده ��ون والزيوت وغيرها من الم ��واد الع�ضوية التي ال ت ��ذوب في الماء ولهذا ي�ستخدم على نطاق وا�سع في التنظيف الجاف. -2يح�ض ��ر من ��ه النيتروبنزي ��ن والتولوي ��ن والذي ي�ستخدم ف ��ي تح�ضير العقاقي ��ر الطبية والمفرقع ��ات والأ�صباغ. -3ي�ستخدم في تح�ضير المبيدات الح�شرية مثل الجامك�سان(�سدا�سي كلوروهك�سان الحلقي) وم�سحوق (د.د.ت).
97
مقرر الكيمياء ()3
�أ�سئلة الف�صل الثاني �س�:1ضع عالمة �صح (✓) �أو خط�أ ( ✗ ) �أمام العبارات التالية مع ت�صحيح الخط�أ : -1الروابط �سيجما( ) في المركبات الع�ضوية �سهلة الك�سر مقارنة بالروابط باي( ). -2البنزين من الهيدروكربونات الحلقية الم�شبعة. -3تحويل الزيت �إلى دهن من تفاعالت الهلجنة . -4الألكانات خاملة ن�سبي ًا �إذا ما قورنت بالألكينات . -5يمكن �إنتاج مبلمر للميثان . -6عند ت�سخين خالت ال�صوديوم مع الجير ال�صودي ينتج الإيثان . -7نح�صل على الإيثيلين جاليكول من تفاعل الإيثيلين مع فوق �أك�سيد الهيدروجين . -8يتفاعل البنزين مع حم�ض الكبريت المركز بالإ�ضافة .
�س : 2اختر الإجابة ال�صحيحة: -1المركب الذى �صيغتة C3H6ينتمي �إلى مجموعة: �أ) الألكانات
ب) الألكينات
جـ) الألكاينات
د) الجذور الألكيلية
-2يمكن التمييز بين الإيثان والإيثيلين با�ستخدام تفاعل: �أ) الهدرجة
ب) الأك�سدة
جـ) الهلجنة
د) الإجابتين (�أ) (ب)
-3المركب الأعلى في درجة الغليان: �أ) C2H6
ب) C3H8
جـ) C6H14
د) C4H8
-4جميع ال�صفات التالية تنطبق على البروبان ما عدا: �أ) هيدروكربون م�شبع
ب) يتفاعل باال�ستبدال
جـ) له �أكثر من �صيغة بنائية
د) �صيغته الجزيئية C3H8
-5المركب الذى يحتوى على رابطتين من نوع باي: �أ) C5H12
ب) C2H4
جـ) C3H4
98
د) C4H8
=
-6عند تفاعل CH3-CH CH2+HClيكون الناتج: �أ) CH3-CH2-CH2Cl
ب) CH3-CHCl-CH3
جـ) CH3-CCl –CH2
د) CH3-CH CHCl
=
-7هلجنة البنزين تنتج: �أ) هاليد البنزين
جـ) �ألكيل البنزين
ب) هك�سان
د) نيترو بنزين
-8ال�شكل الهند�سي للمركب C5H10
�أ) هرم رباعي الأوجة
ب) مثلث م�ستو
جـ) م�ستقيم
د) ا�سطواني
�س :3ما ال�صيغ الجزيئية لكل من �ألكان� ,ألكين� ,ألكاين عدد ذرات الكربون فيه 3ذرات. ف�سر ما ي�أتي علمياً: �سِّ :4 �أ -تو�صف الألكاينات ب�أنها مركبات غير م�شبعة . ب -يتفاعل البروبان مع الهيدروجين بالإ�ستبدال. جـ -ت�ضاف هاليدات الهيدروجين �إلى الألكينات تبعاً لقاعدة ماركونيكوف. د -يعتبرالمركب C5H10م�شبع . هـ المركب � C2H2أكثر ن�شاطا من المركب .C2H6
�س : 5و�ضح المق�صود بالتفاعالت التالية: اال�ستبدال ,الإ�ضافة ,الهدرجة .الهلجنة ,الهيدرة
�س:6كيف يمكنك �إجراء التحويالت الآتية: �أ -بيوتين �إلى بيوتان. ب -كربيد كال�سيوم الى �أ�ستالدهيد. جـ -كلوريد ميثيل �إلى رابع كلوريد الكربون. د� -أ�ستيلين �إلى -1,1ثنائي كلور �إيثان .
99
����س� :7ض���ع عالمة �صح (✓) في الفراغ المقابل لكل جزئ يت�صف بال�صفة المذكورة في العمود الأيمن : الجزئ
الت�أكيد
C3H4
C3H6
C3H8
C6H6
يحتوي على رابطة ثنائية واحدة الجزيء م�ستقيم يتفاعل مع الهالوجينات باال�ستبدال يتفاعل مع الأك�سجين يح�ضر بهدرجة الألكينات يتفاعل مع الهيدروجين بالإ�ضافة
�س:8و�ضح (بالمعادالت ) ماذا يحدث في الحاالت التالية: �أ� -إ�ضافه الماء لكربيد الكال�سيوم. ب -تفاعل الماء مع البيوتين في وجود حم�ض الكبريت المركز. جـ -تفاعل الأ�سيتيلين مع يوديد الهيدروجين. د -تفاعل البنزين مع حم�ض الكبريت المركز.
�س� :9أكمل المعادالت التالية: 1) CH3-CH2-CH=CH2 + HI
........................................ ................................................... ................................................... ................................................... ...................................................
100
H2O H2SO4 H2SO4 HgSO4 AlCl3
2) CH3CH=CH2 3) C3H4 + H2O 4) C6H6 + CH3Cl 5) C4H8 + 6O2
المجموعات الوظيفية في المركبات الع�ضوية
المركبات الع�ضوية الأليفاتية
الأهداف ُيتوقع منك في نهاية هذا الف�صل �أن : -1تميز بين المجموعات الوظيفية من خالل ال�صيغ البنائية للمركبات . -2تطبق نظام الت�سمية الدولي IUPACلت�سمية المركبات الع�ضوية ذات المجموعات الوظيفية . -3تتع ��رف بع� ��ض الخ�صائ� ��ص الفيزيائي ��ة لكل من هالي ��دات الألكيل ,الأغ ��وال الإيث ��رات ,الألدهيدات والكيتونات ,الإ�سترات ,الأحما�ض الكربوك�سيلية ,الأمينات . -4تميز بين المجموعات ال�سابقة من خالل خوا�صها الكيميائية . -5تعرف الطرق العامة لتح�ضير المجموعات الوظيفية المختلفة . -6تذكر �أهم التطبيقات الحياتية وال�صناعية للمجموعات الوظيفية المختلفة.
102
المقدمة اعتمدنا في ت�صنيف المركبات الع�ضوية على ح�سب �أنواع العنا�صر .وقد تعرفنا في الوحدة ال�سابقة على مركبات الق�سم الأول الهيدروكربونات .و�سوف ندر�س فى هذه الوحدة مركبات الق�سم الثاني وهي :
الم�شتقات الع�ضوية الأليفاتية: وه ��ى مركب ��ات ع�ضوية تنتج من �إح�ل�ال ذرة �أو مجموعة ذري ��ة ( غير الكرب ��ون والهيدروجين قد تكون �أك�سجين �أو نيتروجين �أو كبريت �أو هالوجينات ) ,محل ذرة هيدروجين �أو �أكثر من المركب الهيدروكربوني. تعرف هذه الذرات �أو المجموعة الذرية بالمجموعات الوظيفية �أو الفعالة ,وقد �سبق التعرف على �أمثلة لهذه المجموعات في الف�صل الأول . حيث ت�ضفي هذه المجموعات الوظيفية �إلي المركب الع�ضوي خ�صائ�ص مميزه ,تجعل المركبات الع�ضوية المحتوي ��ة على نف�س المجموعة الوظيفية ت�سلك �سلوك ًا كيميائي� � ًا مت�شابه ًا .وقد ترتبط المجموعة الوظيفية ب�شق هيدروكربوني �أليفاتي (�ألكيل) وت�سمى الم�شتقات الهيدروكربونية الأليفاتية .وقد ترتبط المجموعة الوظيفية ب�شق هيدروكربوني �أورماتي ( عطري) وت�سمى الم�شتقات الهيدروكربونية الأروماتية ( العطرية ). وت�شتمل الم�شتقات الهيدروكربونية على عدة عائالت من �أهمها : الهالي ��دات الع�ضوي ��ة ,الأغ ��وال� ,إلإيثرات ,الألدهي ��دات ,الكيتون ��ات ,الأحما�ض الع�ضوي ��ة ,الإ�سترات, الأمينات ,الأميدات. و�سوف نقت�صر في درا�ستنا في هذا الف�صل على الم�شتقات الهيدروكربونية الإليفاتية.
103
المركبات الع�ضوية الأليفاتية
الهاليدات الع�ضوية (هاليدات الألكيل) :Organic Halide الهاليدات الع�ضوية هي جزيئات تم فيها �إحالل ذرة هالوجين �أو اكثر محل ذرة هيدروجين �أو اكثر وقد ت ��م التعرف على بع�ض االمثلة لهذه المركبات في الف�صل ال�ساب ��ق ,ويرمز للهالوجين بالحرف( )Xو يرمز لبمجموعة الكيل ( جذر الكيل ) بالحرف(. )R
ال�صيغة العامة :
الف�صل الثالث
()R – X
,
,
ت�سمية هاليدات الألكيل : نظرا لتعدد الهالوجينات (فلور ,كلور ,بروم ,يود) وتعدد ذرات الهيدروجين في جزيئات الألكانات ف�إن �أعداد هاليدات الألكيل الح�صر لها ولنميز بينها نطبق قواعد النظام الدولي IUPACفي ت�سميتها .كما يلي : -1نرقم ال�سل�سلة الكربونية الأطول من الجهة الأقرب �إلى ذرة الهالوجين . -2ي�ضاف المقطع (فلورو ,كلورو ,برومو ,يودو )�,إلى ا�سم الألكان المقابل لأطول �سل�سلة. -3تذك ��ر رق ��م ذرة الكرب ��ون المرتبطة بها ذرة الهالوجين ث ��م خط ثم ا�سم الهالوجي ��ن ثم نكتب ا�سم ال�سل�سة التي رقمناها (الأطول). مقرر الكيمياء ()3
104
المركبات الع�ضوية الأليفاتية
CH3 – Cl
كلورو ميثان (�أوكلوريد ميثيل)
CH3CH2Br
برومو ايثان (�أو بروميد ايثيل)
CH3CH2CH2Cl
-1كلورو بروبان (�أو كلوريد بروبيل)
الف�صل الثالث
– 2كلورو بروبان
CH2 – CH2
- 2,1ثنائي برومو �إيثان
- 1,1ثنائي برومو ايثان
-1كلورو -3ميثيل بيوتان
كلورو بنتان حلقي
105
مقرر الكيمياء ()3
المركبات الع�ضوية الأليفاتية
-1ب�إتباع قواعد ( )IUPACللت�سمية؛ �س ِّم المركبات التالية: ,
الف�صل الثالث
-2اكتب ال�صيغة البنائية للمركبات الآتية: – 1كلورو – – 2ميثيل بروبان
,
- 2,1ثنائي كلورو بروبان
الطرق العامة لتح�ضير هاليدات االلكيل: يمكن تح�ضير هاليد الألكيل بطرق عامة �أهمها :
-1الإ�ستبدال المبا�شر (الإحالل المبا�شر): �أ -من الألكانات:
يتم احالل ذرة هالوجين محل ذرة هيدروجين كما ذكر �سابق ًا في حالة اال�ستبدال في الألكانات تحت �ضوء ال�شم�س.
-1تح�ضير كلوريد الميثيل CH3Cl +HCl
-2تح�ضير بروميد البيوتيل
CH3CH2CH2CH2Br+HBr
�ضوء �أو حرارة
�ضوء �أو حرارة
CH4 + Cl2
CH3CH2CH2CH3+Br2
مالحظة : ق ��د يحدث اال�ستبدال على �أي ذرة من ذرات الكرب ��ون مما ي�ؤدي �إلى ظهور خليط من هاليدات الألكيل وذلك في حالة الألكانات عديدة الذرات ( �أكثر من ذرتي كربون)
مقرر الكيمياء ()3
106
المركبات الع�ضوية الأليفاتية ب– من الأغوال:
حي ��ث يتم احالل ذرة هالوجين الحم�ض الهالوجيني ( )HXمحل مجوعة OH-من الغول في وجود الحرارة ومادة نازعة للماء من و�سط التفاعل ( حيث )X=I ,Cl ,Br
من الكحوالت :تح�ضير كلورو هك�سان CH3(CH2)5Cl + H2O
CH3(CH2)5 – OH+ HCl
الف�صل الثالث
-1كلورو هك�سان
-2اال�ضافة
يمكن الح�صول على هاليدات الألكيل ب�إ�ضافة الأحما�ض الهالوجينية �إلى الألكينات:
�أ -تح�ضير كلوريد الإيثيل: Cl CH
2
H H2C
HCl
+
CH2
H2C
ب -تح�ضير -2بروموبيوتان CH2 + HBr
CH3 – CH2 – CHBr – CH3
107
CH3 – CH2 CH
مقرر الكيمياء ()3
المركبات الع�ضوية الأليفاتية
لماذا و�ضعت ذرة البروم على ذرة الكربون الثانية ولي�ست الأولى في البيوتين في المثال ال�سابق ؟
الف�صل الثالث
اكتب نواتج التفاعالت التالية: ................................................................. ...........................................
حرارة �أو �ضوء
حرارة �أو �ضوء
+
CH3 – CH = CH2 HCl
ما الألكان والغول المنا�سب لتح�ضير كل من المركبات التالية مع كتابة المعادالت: �أ) -2,2ثنائي برومو بنتان
ب) -3كلورو هك�سان
مقرر الكيمياء ()3
108
+
C2H6 Br2
المركبات الع�ضوية الأليفاتية
( )1 -3تح�ضير بروميد البيوتيل خطوات العمل :
الأدوات والمواد المطلوبة :
� -1ض ��ع 270جم من بروميد ال�صوديوم و 30مل من الماء المقطر و 20مل من الغول البيوتيلي. -2برد المخلوط في الماء والثلج .
-4ق ��م بتدوي ��ر الق ��اروره لت�ضم ��ن اخت�ل�اط المواد المتفاعلة. -5ركب الجهاز . � -6سخن لمدة ن�صف �ساعة . -7راقب حتـى تنتهي عملية التقطير . -8اغ�س ��ل الف�ص ��ل النات ��ج ب�إ�ضافة 2م ��ل من الماء الم�ضاف �إليه قليل من كبريتات ال�صوديوم لإزالة البروم المتطاير . اكت���ب معادل���ة التح�ضي���ر الت���ي تعب���ر ع���ن ه���ذا التفاعل؟
109
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الثالث
� -3أ�ض ��ف 23م ��ل م ��ن حم�ض الكبري ��ت المركز من القمع .
م ��اء مقطر ,غ ��ول البيوتيل ��ي ,بروميد ال�صوديوم مع حم�ض الكبريت المركز ( �أو HClالمرك ��ز) ,دورق م�ستدي ��ر القاع ��دة �سع ��ة 250مل ,مكث ��ف راد , دورق ا�ستقب ��ال ,له ��ب ,حامل معدني, قمع � ,شبك ��ة ,حامل ثالث ��ي ,كبريتات ال�صودي ��وم الهيدروجينية NaHSO4 حو�ض به ماء ،وثلج.
المركبات الع�ضوية الأليفاتية
هاليدات الألكيل الثنائية: يمكن الح�صول على هاليدات الألكيل الثنائية ب�إ�ضافة الهالوجينات مبا�شرة �إلى الألكينات فتك�سر الرابطة باي( ) وت�ضاف ذرتا الهالوجين �إلى ذرتي كربون الرابطة الثنائية ويتكون �ألكيل ثنائي الهاليد مثال
H2C – CH2
CCl4
= CH2 + Br2
�أحمر اللون
الف�صل الثالث
Br Br
2,1ثنائي برومو �إيثان
�أ) لخ�ص طرق تح�ضير هاليدات الألكيل بمعادالت عامة؟
ب) اكتب الأ�سماء وال�صيغ البنائية للمركبات C ,B ,Aفي المخطط التالي:
مقرر الكيمياء ()3
110
H2C �إيثيلين
المركبات الع�ضوية الأليفاتية الخوا�ص الفيزيائية لهاليدات الألكيل : بالرغ ��م من �أن هاليدات الألكيل م�شتقة من الهيدروكربون ��ات �إال �أن خوا�صها الفيزيائية تختلف جذري ًا عن الهيدروكربونات؛ لماذا ؟ يتكون جزيء هاليد الألكيل من جزء هيدروكربوني ( )Rوجزء يحوي ذرة الهالوجين التي ت�ضفي على المرك ��ب بع�ض ال�صفات الت ��ي تجعلة يختلف عن الهيدروكربونات المماثلة له ��ا ولعل �أبرز هذه التغيرات ما يتعلق بالقطبية ,ودرجة الغليان ,والذائبية.
القطبية :
X
C
�أي من الروابط التالية �أعلى قطبية و�أيها �أقل قطبية ؟ ولماذا ؟ C – F , C – Br , C – I , C – Cl
درجة الغليان :
ت�ؤثر القطبية على درجة الغليان فنجد �أن درجة غليان هاليدات الألكيل �أعلى مقارنة بالألكانات المماثلة لها في الكتلة الجزيئية. درجة الغليان ( ºم) هاليد �ألكيل درجة الغليان ( ºم) الألكان ال�صيغة CH3Cl C3H8 2442البروبان CH3Br C4H10 5 �صفر البيوتان CH3I C5H12 43 36 بنتان جدول ( )2-3درجات غليان بع�ض الألكانات وهاليدات الألكيل
111
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الثالث
نظرا لوجود فرق في ال�سالبية الكهربية بين بع�ض الهالوجينات وذرة الكرب ��ون ف� ��إن �صف ��ة القطبية تظه ��ر في الرابط ��ة بين ذرة الهالوجي ��ن وذرة الكرب ��ون .وتختل ��ف ق ��وة القطبي ��ة بح�س ��ب نوع الهالوجي ��ن وعموم ًا تعتبر هالي ��دات الألكيل مركبات ذات قطبية منخف�ضة مقارنة بالم�شتقات الهيدروكربونية الأخرى.
المركبات الع�ضوية الأليفاتية
درجة غليان � CH3Clأقل من درجة غليان CH3Br
الذائبية:
ال تذوب هاليدات الألكيل في الماء ويعزى ذلك �إلى قطبيتها المنخف�ضة �إال �أنها تذوب في المذيبات الع�ضوية.
الف�صل الثالث
خوا�ص �أخرى لهاليدات الألكيل : لهاليدات الألكيل ذات الكتل الجزيئية ال�صغيرة روائح حلوة وت�شتعل بلهب �أخ�ضر. لي�س لها لون �إذا كانت حديثة التقطير ,و يتغير لونها مع الزمن . معظمها مركبات �سامة �إال �أن مركبات الفلور لم يعرف عنها �سمية بعد لذلك �صارت ت�ستعمل في مجاالت كثيرة؛ مثل �أنابيب تبريد الثالجات والمكيفات .
الخوا�ص الكيميائية لهاليدات االلكيل : تتميزهاليدات الألكيل بوجود الرابطة ) (C - Xالقطبية فهي المركز الفعال في تفاعل هاليدات الألكيل مع غيرها من المواد؛ وفيما يلي بع�ض تفاعالتها الهامة .
تفاعل اال�ستبدال (االحالل) : تتفاع ��ل هاليدات الألكيل مع هيدروك�سيدات الفلزات القلوية مثل LiOH , KOH , NaOH :بطريقة اال�ستبدال معطية الغول المقابل: مقرر الكيمياء ()3
112
المركبات الع�ضوية الأليفاتية
-1تفاعل كلوريد الإيثيل مع هيدروك�سيد ال�صوديوم .
+ NaCl
+
CH3CH2Cl NaOH
CH3CH2OH
-2تفاعل( -2برومو بيوتان) مع هيدروك�سيد الليثيوم .
+ LiOH
+
CH3– CH – CH2 - CH3 LiBr
CH3 – CH – CH2 – CH3
الف�صل الثالث
-1مثل لتفاعل الإ�ستبدال بمعادلة عامة
-2ما نواتج التفاعالت التالية؟ و�ضح ذلك بالمعادالت الكيميائية: �أ) -1برومو -2,2 -ثنائي ميثيل بروبان مع هيدروك�سيد البوتا�سيوم . ب) -2كلورو �-3-إيثيل بنتان مع هيدروك�سيد ال�صوديوم . -3كيف يمكنك الح�صول على الغول الميثيلي من الميثان و�ضح ذلك بالمعادالت
113
مقرر الكيمياء ()3
المركبات الع�ضوية الأليفاتية
الف�صل الثالث
لهاليدات الألكيل تطبيقات �صناعية وتجارية هامة: ت�ستخدم مركبات الفلور وكلور والكربون الم�سماة (الكلوروفلور وكربون ) في الفريونات كمواد مبردة وكذلك في علب ر�ش ال�سوائل العطرية المتطايرة . تحت ��وي العديد من المبيدات الح�شرية على مركبات هالوجينية مثل (بارا – ثاني كلورو البنزين ) الم�ستخ ��دم في مكافحة ح�شرة العث ,وخام�س كلوروالفينول الم�ستخدم في حفظ الأخ�شاب ب�سبب ت�أثيره ال�سام على الح�شرات التي تنخر الخ�شب . وي�ستخ ��دم راب ��ع كلوريد الكربون CCl4في �إطفاء الحرائ ��ق وفي تنظيف المالب�س ولكن نظرا النه مركب �سام لم يعد ي�ستخدم في ذلك. وي�ستخدم الكلورفوروم CHCl3كمخدر ب�سيط في العمليات الجراحية . كذلك ت�ستخدم بع�ض مركبات هاليدات الألكيل في مجال طب الأ�سنان .
�أ -الأغوال(الكحوالت) :Alchohols هن ��اك م�شتقات هيدروكربوني ��ة يتم فيها ا�ستب ��دال ذرة الهيدروجين �أو �أكثرمن المرك ��ب الهيدروكربوني بمجموعه وظيفية تحتوي على الأك�سجين وتعرف هذة الم�شتقات الع�ضوية با�سم مركبات الع�ضوية الأك�سجينية ومنها الأغوال ,الألدهيد ,الكيتونات ,الأحما�ض الع�ضوية ,الإ�سترات ,الإيثرات . الأغ ��وال هو اال�سم العربي لما تعارف الكثيرون على ت�سميته بـ:الكح ��ول Alcoholوهو اال�سم االنجليزي المترجم عن الأ�صل العربي (غول)و�سميت بهذا اال�سم لأنها تغول عقل �شاربها فتخرجه عن ر�شده. قال تعالى }:
مقرر الكيمياء ()3
} �سورة ال�صافات ،الآية .47 :
114
المركبات الع�ضوية الأليفاتية وتعرف الأغوال كيميائياً :ب�أنها مركبات ع�ضويه تحتوي على مجموعة الهيدروك�سيل ( )OH-الفعالة.
ال�صيغه العامه للأغوال: ترتبط مجموعة الهيدروك�سيل بمجموعة �ألكيل ( جذر �ألكيل ).
R – OH
ت�سمية الأغوال :
-1الت�سمية ال�شائعة للأغوال: وف ��ي ه ��ذه الطريقة تذكر كلمة غول (او كحول) ثم ا�سم الج ��ذر الألكيلي المرتبط بها .ون�ستخدم كلمة عادى في ال�سل�سلة الهيدروكربونية غير المتفرعة ,والمقطع ( �آيزو) في ال�سل�سة الهيدروكربونية المتفرعة ( في حالة ات�صال ذرة الكربون المرتبطة بمجموعة الهيدروك�سيل بذرتي كربون ) .
ال�صيغة الجزيئية
اال�سم بالطريقة ال�شائعة
CH3OH
غول ميثيلى (و ُيعرف بروح الخ�شب)
CH3CH2OH
غول �إيثيلى (ويعرف بغول الحبوب)
CH3CH2CH2OH
غول بروبيلي عادي
CH3CHOHCH3
غول �آيزو بروبيلي
CH2OHCH2OH
جاليكول الإيثيلين
115
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الثالث
يمك ��ن ت�سمية الأغوال بطريقتين وهما :الطريقه النظامية ( )IUPACوالطريقة ال�شائعة �إال �أن الطريقة ال�شائع ��ة لم ت�صمد كثيرا �أمام الك ��م الهائل من المركبات الع�ضوية المح�ضرة �أو المكت�شفة لذا كانت الطريقة النظامية للت�سمية قادرة على ا�ستيعاب العدد الكبير من هذه المركبات .
المركبات الع�ضوية الأليفاتية
� -1أكتب الأ�سماء ال�شائعة للأغوال التالية : ..........................................................
CH3CH2CH2CH2OH
H3C - CHOH CH2CH2CH3 ..................................................
-2اكتب ال�صيغة البنائية لـ :الغول الهك�سيلي العادي
الف�صل الثالث
-2الت�سمية بالطريقه النظاميه (:)IUPAC تقت�ضي قواعد االتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية ( )IUPACباتباع الخطوات التالية: -1نختار �أطول �سل�سلة هيدروكربونية تحوي مجموعة الهيدوك�سيل ونرقمها من الطرف الأقرب �إليها. -2ت�سمي التفرعات �إن وجدت كما �سبق درا�سته في ت�سمية الألكانات . -3ن�ضيف المقطع (ول) في نهاية ا�سم الأكان بعد كتابة الرقم الدال على موقع مجموعة الهيدروك�سيل. ثم نتبع الترتيب التالي في كتابة اال�سم : ا�سم الغول = رقم التفرع – ا�سم التفرع – رقم موقع الهيدروك�سيل – ا�سم �أطول �سل�سله +ول تو�ضيح :تو�ضع العالمة ( ) -بين موقع المجموعة وا�سمها . رقم التفرع :تكرر بح�سب التفرعات.
CH3
مقرر الكيمياء ()3
CH OH
CH2
116
CH3
– 2بيوتانول
المركبات الع�ضوية الأليفاتية
CH3
CH
CH
OH
CH3
CH2
OH
CH3
-3ميثيل - 2-بنتانول
هك�سانول حلقي
CH3CHOHCH2CH2CH3 ......................................................... CH3 –C(CH3)2 - OH .................................................................
-2اكتب ال�صيغة البنائية لـ : �أ) -3ميثيل-2-هك�سانول ب) -2بيوتانول جـ) -2كلورو – 3-هبتانول
ت�صنيف الأغوال : ت�صنف الأغوال تبع ًا لعدد مجموعات الهيدروك�سيل في جزيء الغول �إلى (كما في ال�شكل المقابل) - :
117
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الثالث
-1اكتب اال�سم تبعاً لنظام IUPCAللأغوال التالية :
المركبات الع�ضوية الأليفاتية �أنواع الأغوال �أحادية الهيدروك�سيل: ما �أوجه الت�شابه بين ال�صيغ الثالثة ؟ ما �أوجه االختالف بين ال�صيغ الثالثة ؟ ماذا ن�سمي هذه ال�صيغ الثالثة ؟CH3 OH
C
OH CH3
CH3
C
H CH2
CH3
OH
H
H
CH3
C
CH2
CH2
CH3
الف�صل الثالث
لعلك الحظت في ال�صيغة (�أ) �أن ذرة الكربون المت�صلة بمجموعة الهيدروك�سيل تت�صل بذرة كربون واحدة. وفي ال�صيغة (ب) تت�صل ذرة الكربون المت�صلة بمجموعة الهيدروك�سيل بذرتي كربون� ,أما في ال�صيغة (جـ) تت�صل ذرة الكربون المت�صلة بمجموعة الهيدروك�سيل تت�صل بثالث ذرات كربون . وتبع ًا لذلك تم ت�صنيف الأغوال تبع ًا لنوع ذرة الكربون التى ترتبط بها مجموعة الهيدروك�سيل كما يلي :
� -1أغوال �أحادية الدرجة �( 1أولية): o
حيث ترتبط مجموعة الهيدروكي�سل بذرة كربون طرفية ( �أولية) ترتبط بذرة كربون واحدة وذرتي هيدروجين H
H
ال�صيغة العامة - C - C - OH -:مثال H3C - C - OH -:غول �إيثيلى H
H
� -2أغوال ثنائية الدرجة ( 2ثانوية): o
حيث ترتبط مجموعه الهيدروك�سيل بذرة كربون يرتبط بها ذرتا كربون وذرة هيدروجين واحدة:
C
CH3
ال�صيغة العامة - C - C - OH :مثال - H3C - C - OH : H
مقرر الكيمياء ()3
H
118
�آيزو بربانول �أو -2بربانول
المركبات الع�ضوية الأليفاتية � -3أغوال ثالثية الدرجة ( 3ثالثيه): o
حيث ترتبط مجموعة الهيدروك�سيل بذرة كربون ترتبط بثالث ذرات كربون . C
CH3
C
CH3
غول بيوتيلى ثالثى �أو ال�صيغة العامة - C - C - OH :مثال - H3C - C - OH : -2ميثيل -2-بروبانول
OH
CH3 CH2 OH
CH
الف�صل الثالث
�صنف الأغوال التالية ح�سب الدرجة:
C
C3H7
CH3
H3C
C2H5
CH3 CH3 OH
CH3CHCH2OH
C
C
H
CH3 H
الطرق العامة لتح�ضيرالأغوال : يمكن تح�ضير الأغوال ب�إحدى طريقتين : -1ب�إ�ضافة الماء �إلى الألكينات (الإ�ضافة):
حيث تتم �إ�ضافة الماء �إلى الرابطة الثنائيه في الألكين المنا�سب المماثل للغول المرغوب في تح�ضيره في عدد ذرات الكربون ويتم ذلك في وجود حم�ض الكبريت المركز .وت�صلح هذه الطريقة لتح�ضير الأغوال الثانوية والثالثية ,حيث تتم الإ�ضافة ح�سب قاعدة ماركونيكوف .
119
مقرر الكيمياء ()3
المركبات الع�ضوية الأليفاتية تح�ضير -2 :بيوتانول CH3
H
H
C
CH3 C
H2SO4
H OH
H
+ H2O
C CH 3
H CH3 C
بيوتين
-2بيوتانول
-2من هاليدات الألكيل (اال�ستبدال):
الف�صل الثالث
تح�ضرالأغ ��وال بالتحلل المائى لهاليدات الألكيل في وجود مادة قلوية قوية مثل هيدروك�سيد ال�صوديوم �أو البوتا�سيوم والت�سخين حتى الغليان ,حيث تحل مجموعة الهيدروك�سيل محل ذرة الهالوجين.
ف�سر: ت�صلح هذه الطريقة لتح�ضير الأغوال الأولية والثانوية والثالثية (�أ) تح�ضير الغول الميثيلي (ب) تح�ضير -2بروبانول
+ KCl
CH3
CH3OH + NaBr ميثانول
CH3Br + NaOH بروميد الميثيل Cl
OH
+ KOH
CH3 C
H
CH3
C H
ناق�ش مع زمالئك :يوديدات الألكيل تتحلل مائياً �أ�سهل من البروميدات والكلوريدات ؟
مقرر الكيمياء ()3
120
CH3
المركبات الع�ضوية الأليفاتية
-1بالمعادالت اقترح طريقة لتح�ضير : (�أ) بيوتانول ثالثى (بالإ�ستبدال). (ب) -1بيوتانول (بالإ�ضافة). -2بالمعادالت اقترح طريقة لتح�ضير الأغوال التالية بطرق مختلفة :
الف�صل الثالث
(�أ) )CH3)2-CH-CH2-OH (ب) CH3-CH2-CH(OH)-CH(CH3)-CH2CH3
االيثانول :C2H5OH ي�شكل الإيثانول المكون الرئي�سي للم�شروب الخبيث الم�سمى بالخمر }. } المائ ��دة �آي ��ة . 90وكان ُيح�ض ��ر ع ��ن طري ��ق تخمر ال�سكريات (العنب ,التمر ,الزبيب ,ال�شعير ,الذرة ..وغيرها ) .وح�ضر لأول مره عام 1826م من غاز الإيثيلين بوا�سطة حم�ض الكبريتيك �إال �أن طريقة تخمر ال�سكريات بوجود �إنزيم الزيماز �أو الخميره ال تزال هي الطريقة المعتمدة في ال�صناعة حتى يومنا هذا ون�سبة الغول الإيثيلي الناتج من هذه الطريقة ال يتجاوز.%18 تح�ضي���ر الإيثان���ول بتخمر ال�سكريات :التخمر تفاعل كيميائ ��ي ي�ستخدم لإنتاج الغول الإيثيلي وثاني �أك�سيد الكربون في وجود الخميرة ,التي تنتج �إنزيمات ت�سرع من التفاعل.
+
+
2C2H5OH CO2 H2O �إيثانول
�إنزيم الزيمار �أو خميرة
C6H12O6 �سكر الجلوكوز
121
مقرر الكيمياء ()3
المركبات الع�ضوية الأليفاتية
-1بالمعادالت و�ضح طريقة تح�ضير الإيثانول من المركبات الآتية: (�أ) الأ�ستيلين: (ب) بروميد الإيثيل:
الف�صل الثالث
الغول المطلق : Absolut alcohol هو غول �إيثيلي يخلو من الماء تمام ًا ( �أي ن�سبته ) %100ونح�صل عليه بعدة طرق منها: غلي ��ان الغ ��ول الإيثيلي %96الناتج من تخم ��ر موال�س الق�صب مع �أك�سي ��د الكال�سيوم ( الجير الحي ) با�ستخدام مكثف راد فنح�صل على غول �إيثيلي تركيزه %99.5ثم يقطر الغول للتخل�ص من �آثار الماء المتبقي ��ة مع فل ��ز الكال�سيوم الذى يتحد مع �آثار الماء المتبق ��ي دون �أن يتفاعل مع الغول فينتج الغول بتركيزه ,%100وهو ما ي�سمى الغول المطلق. الغول المحول (ال�سبرتو الأحمر) :Converted alcohol لمنع ا�ستخدام الغول الإيثيلي النقى في ت�صنيع الم�شروبات الكحولية وحتى يمكن ا�ستخدامه كوقود �أو في �أغرا�ض ال�صناعة ت�ضاف �إليه مواد ملونة و�سامة متحو ًال �إلى ما يعرف بالغول المحول ويتكون من : %90غ ��ول �إيثيل ��ى 9.5 +غول ميثيلى والباقي ببريدين وقطران و�صبغ ��ات ملونة مثل �أحمر االيو�سين وهذه الإ�ضافة ال تفقدالغول الإيثيلي قيمته كوقود ف�ض ًال عن �صعوبة ف�صلها عنه و ي�ستخدم كوقود وفي دهان �أخ�شاب الموبيليا وكمذيب وال ي�صلح ل�صناعة العطور .
مقرر الكيمياء ()3
122
المركبات الع�ضوية الأليفاتية
123
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الثالث
الخمر داء �أم دواء ؟! ح ��رم الإ�سالم تعاطي الخمر واالتجار بها و�أمر ب�إقامة الح ��دود على �ساقيها و�شاربها والمتاجر بها ,لما لها من �آثار مدمرة بدنية وعقلية و�إجتماعية ونف�سية واقت�صادية . ال�س ْكر �سواء كان م�صدرها الفواكه والخم ��ر :ا�سم جامع لكل ما �أدى �إلى ُّ مثل العنب والتمر �أو الحبوب مثل ال�شعير والذرة . والم ��ادة الرئي�سي ��ة في الخمر ه ��ي الغول الإيثيلي وه ��و اال�سم العلمي للخم ��ر .ولق ��د �شاع �أن قلي ًال م ��ن الخمر يقوي القلب ويو�س ��ع ال�شرايين, �شكل ( ) 1-3ت�ضخم وه ��ذا القول خاط ��ئ ولي�س له �سند علمي ,ولكن بف�ض ��ل اهلل تتوالى الأدلة جدران حجرات القلب والبراهي ��ن لتك�شف هذا الزيف فمع تطور الأبحاث الطبية الحديثة بد�أت تتك�شف العالقة بين الخمر والإ�صابة ب�أمرا�ض القلب والكبد .وقد روى �أبو الدرداء ر�ضي اهلل عنه �أن النبي �صلى اهلل عليه و�سلم قال � ( :إن اهلل جعل لكل داء دواء فتداووا وال تداووا بحرام ) رواه �أبو داود ويمكن �إيجاز هذه الأمرا�ض في : -1اعتالل الع�ضلة القلبية الكحولي : Alcoholic cardiomyopathy وج ��د �أن تن ��اول الأغ ��وال ولو م ��رة واحدة ت�ؤدي �إلى زي ��ادة الجلي�سرين في خالي ��ا القلب الذى يم ��ر بمراح ��ل ت�ؤدي ف ��ي النهاية �إلى زي ��ادة مخزون القلب م ��ن الدهون الثالثية ف ��ي القلب ,كذلك ي�ساع ��د الغول على امت�صا�ص الدهون من الأمعاء فترتفع ن�سبتها في الدم وخ�صو�ص ًا الكولي�سترول . وي� ��ؤدي �إل ��ى نق�ص ��ان عن�ص ��ر البوتا�سوم والفو�سف ��ات والزنك ف ��ي خاليا القلب وزي ��ادة تركيز ال�صوديوم .وت�ؤثر مادة الأ�سيتالدهيد الناتجة عن �أك�سدة الغول الإيثيلي في الج�سم في البروتينات التى ت�ساعد في عملية انقبا�ض ع�ضلة القلب فت�ؤدي هذه المادة �إلى نق�ص البروتين .كل هذه الآثار ت� ��ؤدي �إلى الإ�ضرار بع�ضلة القل ��ب فت�سبب عدم انتظام في �ضربات القل ��ب والخفقان ال�شديد وتقلل م ��ن التو�صيل الكهربائي للقلب وخل ًال في ميكانيكية القلب وبم ��رور الزمن ي�ضعف القلب فتقل قدرة ع�ضل ��ة القلب على �ضخ الدم فتقل كميته التي يحتاجه ��ا كل ع�ضو من �أع�ضاء الج�سم .وعند ت�شريح قلوب الم�صابين بهذا المر�ض بعد الوفاة وجد �أن حجرات القلب كلها تت�سع و ظهرت زيادة في ُ�سمك البطين الأي�سر و لوحظ تكون جلطات على جدار القلب .
المركبات الع�ضوية الأليفاتية
الف�صل الثالث
-2الإلتهاب الكبدي الكحولي :Alcoholi chepatitis يعان ��ي ال�شخ� ��ص الم�صاب بهذا المر�ض من ارتفاع درجة الح ��رارة وت�ضخم الكبد وتك�سير في خاليا الدم البي�ضاء وخلل في وظائف الكبد وارتفاع في �ضغط الدم الذي ي�سبب اال�ست�سقاء ونزي ��ف في الأمعاء وت�شوي�ش عقلي ,وقد ي�صل الأم ��ر �إلى مرحلة تليف الكبد .وذلك لأن الغول الإيثيل ��ي يت�أك�س ��د في الج�س ��م �إلى الأ�سيتالدهي ��د وت�شارك �أن�سجة وع�ض�ل�ات الج�سم في هذا التح ��ول بوا�سط ��ة الإنزيمات الموجودة بها و�أهم موقع له ��ذا الت�أك�سد والتك�سير للغول هو الكبد فيعم ��ل الأ�سيتالدهيد على تدمير جدران خاليا الكب ��د وتدمير مادة glutathioneالتي تقاوم الجذور الحرة المدمرة للخاليا وحماية الكبد من التليف .وتليف الكبد يقلل من ت�أك�سد الدهون مما ير�سبها كحبيبات في الكبد ت�ؤدي �إلى �إلتهاب وتليف في الكبد في النهاية .ومن �أكثر ما يثير الده�شة �أن الغول ي�سري في �أجيال العائلة الواحدة ب�سبب الجينات.
عن �أم �سلمة ر�ضى اهلل عنها قالت( :نهى ر�سول اهلل �صلى اهلل عليه و�سلم عن كل م�سكر ومفتر). والمادة المفترة هي التي تورث ال�ضعف والإنك�سار والخدر في الأطراف .اكتب تقرير ًا علمي ًا عن المخدرات والآثار المترتبة على تناولها .اقترح حلو ًال للخال�ص من هذه الم�شكلة.
الخوا�ص الفيزيائيةللأغوال: -1الأغوال مركبات عديمة اللون ,والمركبات الأولى منها عبارة عن �سوائل خفيفة لها روائح مميزة �أما المركبات المتو�سطة زيتيةالقوام ,بينما المركبات العليا فهي مواد �صلبة . -2درجة الغليان .
مقرر الكيمياء ()3
124
المركبات الع�ضوية الأليفاتية يبين الجدول ( )2-3درجات الغليان لبع�ض الأغوال والألكانات المناظرة لها . ا�سم الغول
ال�صيغه البنائيM
درجة حالة الكتلة الغليان المادة الجزيئية (oم) عند o25م
ايثانول
CH3CH2OH
46
78
�سائل
ابروبانول
CH3CH2CH2OH
60
97
�سائل
74
118
�سائل
7.9
05 - C4H10
بيوتانول CH3CH2CH2CH2OH CH3(CH2)3CH2OH
88
138
�سائل
2.7
36 C5H12
هك�سانول CH3(CH2)4CH2OH
102
157
�سائل
0.59
68 C6H14
CH3(CH2)5CH2OH
116
176
�سائل
0.2
98 C7H16
بنتانول
هبتانول
جدول ( )2-3الخوا�ص الفيزيائية لبع�ض الأغوال
من خالل الجدول �أجب عن اال�سئلة التالية: �أ -ماذا تالحظ على درجة غليان الغول والألكان المقابل له؟ ب -ماذا تالحظ على درجات غليان الأغوال مقارنة بكتلتها الجزيئية ؟ لعلك الحظت �أن درجة غليان الأغوال �أعلى من درجة غليان الألكانات المقابلة لها( تحتوي على نف�س عدد الذرات ) فما ال�سبب في ذلك ؟ تختلف جزيئات الأغوال عن الألكانات بظهور ال�صفة القطبية ب�سبب احتوائها على مجموعة الهيدروك�سيل القطبية ,وهذه القطبية تزيد من تجاذب جزيئات الغول مع بع�ضها ,بالإ�ضافة �إلى قدرة جزيئات الغول علىالتجمع مع بع�ضها بوا�سطة الروابط الهيدروجينية.
125
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الثالث
ميثانول
CH3OH
32
65
�سائل
الذائبية في �صيغة درجة 100غرام الألكان الغليان من الماء .المقابل (oم) يذوب ب�أي 161 - CH4 ن�سبة يذوب ب�أي 89 - C2H6 ن�سبة يذوب ب�أي 42 - C3H8 ن�سبة
المركبات الع�ضوية الأليفاتية القطبي ��ة والرواب ��ط الهيدروجيني ��ة تزيد م ��ن الطاقة الالزم ��ة لف�ص ��ل ه ��ذه الجزيئ ��ات عن بع�ضه ��ا البع�ض مم ��ا ي� ��ؤدى �إل ��ى ارتف ��اع درج ��ة غلي ��ان الأغ ��وال ع ��ن الهيدروكربونات المقابلة لها .وبالطبع كلما زادت الكتلة الجزيئية للأغوال كلما ارتفعت درجة غليانها . R
غول
O
الف�صل الثالث
H
مجموعى الهيدروك�سيل -
+
غول
R
H
O
+
O
C
H غول
H
رابطه هيدروجينية تجمع جزيئات الأغوال بوا�سطة الروابط الهيدروجينية
O R
رتب المركبات التالية ت�صاعدياً ح�سب درجة الغليان مع بيان ال�سبب :
،
، الترتيب : ال�سبب :
-3الذائبية : من الوا�ضح �أن ات�صاف الأغوال بال�صفة القطبيه العالية يجعل الأغوال قابلة للذوبان في المذيبات القطبية التي تمكنها من التجاذب بين جزيئاتهما ب�شكل كبيرمثل الماء, مقرر الكيمياء ()3
126
المركبات الع�ضوية الأليفاتية بالإ�ضاف ��ة �إلى �إمكاني ��ة ارتباط جزيئات الغ ��ول والماء عن طريق الروابط الهيدروجينية . وبرجوعك للجدول ( )2-3نج ��د �أن الأغوال الثالثة الأولى تذوب في الماء ب�أي ن�سبة �إال �أن ذائبية الأغوال في الماء تقل بارتفاع الكتلة الجزيئية ل�ضع ��ف ت�أثير الجزء القطبي فيها بازدياد كتلتة الجزء غير القطبي.
الرابطة الهيدروجينية بين حزيئات الغول والماء -
-
+
+
جزئ غول
جزئ ماء
CH3-CH2-CH2-CH2 –CH2-CH2- CH2OH
�أ -قارن بين المركبات التالية من حيث : �أ -درجات الغليان
الف�صل الثالث
جزء قطبي
جزء غير قطبي
ب -الذائبيه في الماء
CH2 – CH2 ، CH3 – CH2 – Cl ، CH3 – CH2OH ، C3H7 OH
OH
ب -علل ذائبية الهك�سانول �أقل من ذائبية البيوتانول في الماء ؟
127
مقرر الكيمياء ()3
المركبات الع�ضوية الأليفاتية
الف�صل الثالث
تع���د الأغ���وال مواد هامة في كثير من ال�صناعات فبالإ�ضافه �إلى كونها مذيبات جيدة للكثيرمن المواد الع�ضوية �إال �أن لبع�ضها ا�ستخدامات �أخرى ومن ذلك ما يلي : الميثان���ول :ي�ستخ ��دم ف ��ي العديد من اللدائ ��ن التي تع ��د �أ�سا�سا ل�صناعة العدي ��د من المنتجات البال�ستيكية ال�صناعية . الإيثانول :ي�ستخدم في تدليك الج�سم والع�ضالت المت�ألمة وفي الكمادات لتخفي�ض حرارة الحمى . الجلي�س���رول (الجلي�سري���ن) :ت�ستخ ��دم كملي ��ن في مراهم الي ��د والج�سم وف ��ي �صناعة معجون الأ�سنان وفي تح�ضير الأدوية.
الخوا�ص الكيميائية للأغوال: تعتم ��د الخوا�ص الكيميائية للأغوال على وجود المجموعة الوظيفية ( الفعالة ) الهيدروك�سيل والمجموعة المت�صلة بها وبناء ًا على ذلك تتميز الأغوال بالتفاعالت التالية :
�أ – التفاعل مع الفلزات القلوية والقواعد القوية جداً : تتمي ��ز الأغ ��وال بال�صفة الحم�ضية غير �أن ه ��ذه ال�صفة �ضعيفة ويعزى ظهور ال�صف ��ة الحم�ضية فيها �إلى ارتب ��اط ذرة الهيدروجين وذرة الأك�سجي ��ن برابطة قطبية تجعل الزوج الإلكتروني ينزاح قليال نحو الأك�سجين مما ي�ضعف من الرابطة الت�ساهمية بين الهيدروجين والأك�سجين وي�سهل ك�سرها ومما ي�ؤكد �ضعف تلك ال�صفة الحم�ضية في الأغوال ظهورها فقط من خالل التفاعل مع الفلزات القلويه (المعروفة بالن�شاط ال�شديد) مثل K , Naوغيرها� ,أو من خالل التفاعل مع القواعد القوية جدا مثل �أمين ال�صوديوم NaNH2وينتج في الحالتين كوك�سيد ال�صوديوم كما في المثال التالي :
مقرر الكيمياء ()3
128
المركبات الع�ضوية الأليفاتية �أ-تفاعل الميثانول مع الليثيوم
2CH3 – O– Li+ + H2 ميثوك�سيدالليثيوم
2CH3 – OH + 2Li
ب-تفاعل الإيثانول مع �أمين ال�صوديوم : NaNH2 2CH3– CH2 – OH + 2NaNH2
2CH3–CH2– ONa+ + NH3 �إيثوك�سيدالليثيوم
( :)2 -3تفاعل الكحول مع الفلزات القلوية خطوات العمل � -1ضع 5مل من الغول في �أنبوبة اختبار. -2خ ��ذ بالملقط قطعة �صوديوم �صغيرة (حديثة القطع ) و�ضعها بحذر ورفق داخل �أنبوبة االختبار.راقب ما يحدث؟ -3قرب عود ثقاب م�شتعل من فوهة الأنبوبة بحذر؛ ماذا تالحظ ؟ ...................................................... ما المادة الناتجه من التفاعل ؟
الأدوات والمواد المطلوبة : �أنبوب ��ة �أختب ��ار �سع ��ة 10 م ��ل ,ما�س ��ك �أنابي ��ب ,طبق زجاج ��ي ,ملق ��ط ,م�شرط, غول �إيثيلي �أو بيوتانول ,فلز �صوديوم.
...................................................... اكتب معادلة التفاعل . ......................................................
129
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الثالث
وي�ستخدم هذا التفاعل عادة للتميز بين الأغوال والمركبات الع�ضوية التي ال تحتوى على ذرة هيدروجين حم�ضية.
المركبات الع�ضوية الأليفاتية
-1اكتب المعادالت الكيميائية للتفاعالت التالية: �أ -تفاعل الهك�سانول مع فلز البوتا�سيوم ب -تفاعل �آيزو بروبانول مع �أمين ال�صوديوم جـ -تح�ضير بيوتوك�سيد ال�صوديوم بطريقتين مختلفتين:
الف�صل الثالث
-2كيف يمكن التمييز بين (هبتان) و (هبتانول) بطريقة عملية ؟ اكتب المعادالت.
-2التفاعل مع الأحما�ض الهالوجينية ( هاليدات الهيدروجين : )HX تتفاع ��ل الأغ ��وال مع هالي ��دات الهيدروجين �سواء �أكانت غ ��ازات �أو محاليل مائية مرك ��زة حيث تحل ذرة الهالوجين محل مجموعة الهيدروك�سيل ويتكون هاليد �ألكيل . تفاعل الإيثانول مع حم�ض الكلور :
-
C2H5 OH + HCl
C2H5Cl + H2O كلوريد الإيثيل
مقرر الكيمياء ()3
حم�ض الكلور
130
�إيثانول
المركبات الع�ضوية الأليفاتية
و�ضح بالمعادالت مايلي : (�أ) مزج -2بروبانول مع يوديد هيدروجين. (ب) تفاعل بروبانول مع حم�ض الكلور.
تت�أك�سد الأغوال بتفاعلها مع العوامل الم�ؤك�سدة مثل : • برمنجنات البوتا�سيوم KMnO4 • ثانى كرومات البوتا�سيوم K2Cr2O7 وتت ��م الأك�سدة بن ��زع الهيدروجي ��ن المرتبطة بمجموعة الكاربين ��ول فتنتج على �ش ��كل جزيء م ��اء ويختلف ناتج الأك�سدة باختالف درجة الغول كما يلي :
تذكر �أن الأك�سدة تتم بطريقتين � -1إ�ضافة الأك�سجين -2نزع الهيدروجين مالحظة :المجموعة – C – OH ت�سمى مجموعة الكاربينول
�أ� -أك�سدة الأغوال الأولية: تت�أك�س ��د الأغ ��وال الأولي ��ة بفعل العوام ��ل الم�ؤك�س ��دة ال�ضعيفة حيث يتم ن ��زع ذرة هيدروجي ��ن بمجموعة الهيدروك�سيل وذرة هيدروجين من ذرة الكربون المجاورة (ذرة كربون مجموعة الكاربينول) لتعطى الألدهيد. ت�أك�سد الإيثانول
O
CH3 - C -H +H2O
)� (Oضعيفة H2O
�أ�سيتالدهيد
H CH3 – C – OH H �إيثانول
حي ��ث يرم ��ز الرمز (� )Oإل ��ى عملية الأك�س ��دة (وهو الح ��رف الأول من كلم ��ة oxidationالتي تعن ��ي �أك�سدة).
131
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الثالث
-3الأك�سدة :
المركبات الع�ضوية الأليفاتية ب � -أك�سدة الأغوال الثانوية : تت�أك�سد الأغوال الثانوية بفعل العوامل الم�ؤك�سدة وذلك بنزع ذرة هيدروجين الهيدروك�سيد وذرة هيدروجين من ذرة كربون مجموعة الكاربينول لتعطى الكيتون المقابل.
ت�أك�سد�آيزو بروبانول
O
)(O
CH3 - C -CH3 +H2O
-H2O
H CH3 – C – OH
الف�صل الثالث
�أ�سيتون
CH3
�آيزو بروبانول
علل :ال تت�أك�سد الأغوال الثالثية بفعل العوامل الم�ؤك�سدة ؟
و�ضح بالمعادالت الكيميائية كيف يمكن التمييز بين المركبات التالية: , CH3- CHOH- CH2- CH3 , C2H5OH
مقرر الكيمياء ()3
132
C2H6
المركبات الع�ضوية الأليفاتية -4نزع جزيء ماء: تتفاعل الأغوال مع حم�ض الكبريت المركز عند رفع درجة الحرارة فيتم نزع جزيء ماء من الغول؛ ويعتمد الناتج على مقدار درجة الحرارة كما يلي:
�أ– عند 145-140م :ينزع جزيء ماء من جزيئين من الغول ويتكون الإيثر (–)–C–O–C ب -عند 170- 160م :ينزع جزيء ماء من جزيء واحد من الغول ويتكون الألكين (– )–C=C o
o
عند n=1
+
الف�صل الثالث
نزع جزيء ماء من البروبانول o170-160م بروبين
(نزع جزيء الماء من جزيء واحد بروبانول؛ )n=1 o145-140م ثنائي بروبيل �إيثر
(نزع جزيء ماء من جزيئين بروبانول؛ )n=2
مثل لتفاعالت الأغوال ب�صيغة عامة على ال�شكل التالي: R - OH
غول
133
مقرر الكيمياء ()3
المركبات الع�ضوية الأليفاتية
-1اكتب معادالت كيميائية للتفاعالت التالية: (�أ) ت�سخين حم�ض الكبريت المركز مع بنتانول عادي �إلى درجة ْ 160م. (ب) نزع جزيء ماء من بيوتانول عادي عند درجة ْ 145م. -2اكتب �صيغ المركبات المعبر عنها برموز محاطة ب�إطار في المخطط التالي:
الف�صل الثالث ب -الإيثرات :Ethers ما �صيغة المركب الناتج من ا�ستبدال ذرتي هيدروجين الماء بمجموعتي �ألكيل ؟ ما �صيغة المركب الناتج من ا�ستبدال ذرة هيدروجين في مجموعة هيدروك�سيل الأغوال بمجموعة �ألكيل ؟R–O–R �إيثر R–O–R �إيثر مقرر الكيمياء ()3
134
-2H +2R -H +R
H–O–H ماء R–O–H غول
المركبات الع�ضوية الأليفاتية نالح ��ظ ف ��ي �صيغ المركبات الناتجة ارتب ��اط مجموعتي �ألكيل( )Rبذرة �أك�سجين مركزي ��ة وت�سمى هذه المركبات بالإيثرات .
ال�صيغة العامة للإيثرات: �أنواع االيثرات غير متماثلة الختالف المجموعتين المرتبطتين بالأك�سجين
متماثلة لت�شابه المجموعتين المرتبطتين بالأك�سجين
ت�سمية االيثرات : تخ�ضع بع�ض الإيثرات �إلى الت�سمية ال�شائعة مثلها في ذلك مثل �أي مركب ع�ضوي عرف قبل �أن تو�ضع قوانين الت�سمية IUPACولذلك ت�سمى الإيثرات بطريقتين .
�أ -الطريقة ال�شائعة:
لكي تكون قاد ًرا على ت�سمية الإيثرات بالطريقة ال�شائعة ادر�س الجدول التالي : �صيغة المركب CH3 – O – CH3 CH3 – O – CH2 CH3 CH3 – O – CH2CH2CH3
الت�سميه ال�شائعه ثنائي ميثيل �إيثر (الإيثر الميثيلي) ميثيل �إيثيل �إيثر ميثيل بروبيل �إيثر
جدول ( )3-3الأ�سماء ال�شائعة لبع�ض الإيثرات
من خالل الجدول نالحظ �أن ا�سم االيثر ي�شتق من �أ�سماء مجموعات الألكيل المت�صلة بذرة الأك�سجين المركزية م ��ع �إ�ضافة كلمة �إيثر ،و�إذا كانت المجموعتان مت�شابهتين اقت�صر على ا�سم �إحداهما م�سبوقة بكلمة ثنائي ثم كلمة �إيثر .
135
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الثالث
�صيغتها العامة R – O – R CH3 – O – CH3
�صيغتها العامة
R–O–R CH3 – O – C2H5
المركبات الع�ضوية الأليفاتية ب -الطريقة النظامية :IUPAC -1نختار �أطول �سل�سلة من جذري الإيثر ونعتبرها ال�سل�سله الأم ومنها ن�شتق اال�سم النهائي للمركب. -2نرقم ال�سل�سلة من الطرف الأقرب �إلى ذرة الكربون المت�صله بذرة الأك�سجين . -3نكتب موقع وا�سم التفرعات الأخرى �إن وجد كما تعلمت �سابقا . -4نعتبر الفرع ROالمت�صل بال�سل�سلة الأم تفرعا ي�أخذ اال�سم �ألكوك�سى .alkoxy (بح�سب نوع الجذر الألكيلي ) .كما في المثال التالي:
الف�صل الثالث
�صيغة المركب CH3 – O – CH3 CH3 – O – CH2 CH3 CH3 – O – CH2CH2CH3 اال�سم :ميثوك�سي بروبان
الت�سميه النظاميه ميثوك�سي ميثان ميثوك�سي �إيثان ميثوك�سي بروبان
جدول (� )4-3أ�سماء بع�ض الإيثرات بالطريقة النظامية
ا�س���م الإيث���ر = رقم التفرع – ا�سم التف���رع – رقم الكربون المت�صلة بمجموعة – ROا�سم المجموعة RO
ثم ا�سم الألكان وفق �أطول �سل�سلة . رقم التفرع :يكرر بح�سب التفرعات. المقطع� :ألكوك�سى alkoxyم�شتق من الكلمتين (�ألكيل و�أك�سيد) ولهذا ت�سمى مجموعة CH3Oميثوك�سي على اعتبار (ميث) من الميثايل و(اك�سي) من �أك�سيد كما ورد في المثال ال�سابق .
-1اكتب اال�سم ال�شائع والنظامي للإيثرات التالية: C3H7 – O – C2H5 , (CH3CH2CH2)2O , CH3 – CH 2 – O – CH(CH3)2
مقرر الكيمياء ()3
136
المركبات الع�ضوية الأليفاتية
-2اكتب �صيغ بنائية لما يلي: (�أ) ثنائى �إيثيل ,ميثوك�سى هك�سان
(ب) -2برومو -2 -ميثيل بروبوك�سى بنتان
الطرق العامة لتح�ضير االيثرات:
� اً أول :ت�سخين الأغوال :
تح�ضر الإيثرات من الأغوال بنزع جزيء ماء من جزيئي غول بوجود حم�ض الكبريت المركز والت�سخين �إلى ما بين 140م 145 -م. o
o
تح�ضير ثنائي �أيزو بروبيل �إيثر :
140م 145-م O
�آيزو بروبانول
O
ثانيا :طريقة وليم�سون : Synthesis’s Williamson اقترحالعالموليم�سون( )Williamsonطريقةلتح�ضيرالإيثراتوفيهذهالطريقةيحل�أيون �ألكوك�سيد من �ألكوك�سيد ال�صوديوم (الملح ال�صوديو مي للأغوال) محل الهاليد في هاليد �ألكيل منا�سب كما في المثال التالي:
137
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الثالث
كما ذكرنا �سابقا �أن هناك نوعان من الإيثرات (متماثلة وغير متماثلة) ولكل نوع طريقة يمكن اتباعها في التح�ضير .
المركبات الع�ضوية الأليفاتية تح�ضير �إيثيل – ميثيل – �إيثر CH3CH2OCH3 + NaCl �إيثل ميثيل �إيثر
CH3CH2O-Na+ + CH3Cl كلوريد الميثيل �إيثوك�سيد ال�صوديوم
با�ستخدام ال�صيغ العامة اكتب معادلة كيميائية تمثل تفاعل وليم�سون:
الف�صل الثالث
يف�ضل ا�ستخدام طريقة وليم�سون في تح�ضير �إيثيل ميثيل �إيثر .
-1اختر الطريقة المنا�سبة لتح�ضير الإيثرات التالية مع ذكر ال�سبب ثم اكتب معادلة التفاعل : (�أ) تح�ضير االيثرالميثيلي (ثنائي ميثيل �إيثر) (ب) �أيزو بروبيل �إيثيل �إيثر
-2اكتب �صيغ المركبات المعبر عنها برموز محاطة ب�إطار في المخطط التالي: OH-
C 145-140
O
H2SO4
مقرر الكيمياء ()3
B
CH3CH2 – O – CH2CH3
138
I2
A H2O +
المركبات الع�ضوية الأليفاتية الخوا�ص الفيزيائية لاليثرات :
مجموعة الإيثر
الغول
C2H5OH
C4H9OH
C6H13OH
االيثر
درجة الغليان o78.4م o117.7م o157م
C2H6O
C4H10O
C6H14O
درجة الغليان o24مo34.6م o 10.5م
جدول ()5-3
ف�سر: درجة غليان ثنائي هك�سيل �إيثر �أعلى من درجة غليان ثنائي �إيثيل �إيثر؟ الذائبية: بالرغ ��م م ��ن �أن الإيثرات جزيئات قطبية �إال �أن معظمها �شحيحة الذوبان في الماء ,وهذا يعود �إلى �ضعف قطبي ��ة الإيث ��رات مقارنة بقطبي ��ة الماء المرتفعة ولكنها تذوب ف ��ي الأغوال الأقل قطبية م ��ن الماء وفي �أغلب المذيبات الع�ضوية.
139
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الثالث
�إذا ت�أمل ��ت �صيغ ��ة الإيثرات تج ��د �أن الأك�سجي ��ن يرتبط بذرتي كرب ��ون ونظرا لأن ال�سالبية الكهربي ��ة للأك�سجين �أعلى من الكربون 110 ف�إن الرابطة ()C – Oتكون قطبية ومن ثم يكون الجزئ ككل قطبي وت�ؤث ��ر القطبية على درجة الغليان ,فبالنظر �إلى الجدول التالي الذي يبي ��ن درجة غليان بع�ض الإيث ��رات والأغوال الممثال ��ة لها في الكتلة مجموعة الهيدروك�سيل الجزيئية نجد �أن درجة غليان الإيثرات �أقل من درجة غليان الأغوال المماثلة لها ويعزى ذلك �إلى �أن قطبية الإيثرات �أقل من قطبية الأغوال الحتواء الأغوال على الرابطة ()O–H الأكثر قطبية من الرابطة ( )C –Oفي االيثرات وهذا �سي�ؤثر على قوى التحاذب فتكون في االيثرات �أقل من الأغ ��وال .بالإ�ضافة �إلى ذلك ف�إن الإيثرات غير قادرة على تكوين روابط هيدروجينية بين جزيئاتها مقارنة بالأغ ��وال .ونتيج ��ة للقطبية والروابط الهيدروجينية ف�إن الطاقة المبذول ��ة لف�صل الجزيئات عن بع�ضها في الإيثرات �أقل من الأغوال .ولكن درجة غليان الإيثرات �أعلى من درجة غليان الهيدروكربونات المناظرة لها.
المركبات الع�ضوية الأليفاتية
ف�سر: يذوب االيثر الميثيلي في الماء �إلى حد ما بينما ال يذوب الإيثر البنتلي في الماء؟
رتب المركبات االتية ت�صاعديا ح�سب درجة الغليان مع ذكر ال�سبب
الف�صل الثالث
CH3OH , CH3O CH3 , CH3CH2CH2OH , CH3CH2O CH3
الخوا�ص الكيميائية لاليثرات : تتميز الإيثرات بقلة ن�شاطها الكيميائي �إذا ما قورنت بالأغوال ويعزى ذلك �إلى �صعوبة ك�سر الرابطة �سيجما القوية بين ذرة الأك�سجين وذرتي الكربون ( – )– C – O – Cلذلك فهي : -1غير قابلة للأك�سدة . -2ال تتفاعل مع الفلزات القلوية . -3ال تتفاعل مع الماء �أو القلويات �أو الأحما�ض المخففة . �إال �أنه ��ا تتفاعل مع الأحما�ض المعدنية القوية المرك ��زة ( ) HCl , HBr , HIعند درجات حرارة عالية ن�سبيا لتعطي هاليد �ألكيل وغول �أو هاليد �ألكيل وماء وهذا يعتمد على كمية الأحما�ض المعدنية كما هو مو�ضح في المعادالت التالية :
�أ -تفاعل الإيثر مع كمية محدودة من (])HXمول واحد]
تفاعل الإيثر البروبيلي العادي مع كمية محدودة من يوديدالهيدروجين : 2CH3(CH2)2OH+CH3(CH2)2I بروبانول يوديد البروبيل
مقرر الكيمياء ()3
140
CH3(CH2)2–O–(CH2)2CH3+ HI الإيثر البروبيلي
المركبات الع�ضوية الأليفاتية ب -تفاعل الإيثر مع كمية وافرة من (2 ])HXمول ]
تفاعل الإيثر البروبيلي مع كمية وافره من يوديد الهيدروجين CH3(CH2)2 – O – (CH2)2 – CH3 +2HI
2CH3(CH2)2I+H2O جزيئان يوديد البروبيل
-1م�ستخدماً ال�صيغ العامة اكتب معادالت تمثل تفاعل الإيثرات مع يوديد الهيدروجين المركز .
-2و�ضح بالمعادالت ماذا يحدث عند ت�سخين كمية زائدة من يوديد الهيدروجين مع الإيثر الميثيلي .
-3حدد هوية المجهول ( )Xفي التفاعالت التالية: ( ) C2H5OCH3 + 2HI CH3I + X ( ) X +CH3I C2H5OCH3 + NaI
141
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الثالث
ف�سر: يتفاعل يوديد الهيدروجين مع الإيثرات ب�سرعة �أكثر عن بروميد �أو كلوريد الهيدروجين.
المركبات الع�ضوية الأليفاتية
الف�صل الثالث
الكيمياء والتخدير لم يكن التخدير معروف ًا في الما�ضى فقد كانت عمليات ا�ستئ�صال الأورام وبتر الأرجل وخلع الأ�سنان تجري على المر�ضى الم�ستيقظين وهم ي�صرخون من الألم �أو يت�صبرون عليه؛ ومن مالحظة الأثر الذى يحدثه الإيثر الإيثيلي عند ا�ستن�شاقة فا�ستخدمه طبيب الأ�سنان وليم مورتون كمخدر عام عند خلع الأ�سنان ثم �أجريت �أول عملية جراحية عام 1846م تحت ت�أثير المخدر العام على يد الطبيب وارن. ثم توالى بعد ذلك ا�ستخدام الإيثرات في التخدير فا�ستخدم �إيثيل �إيثر كمخدر عام ولكن تبين بعد ذلك �أن له �أثر ًا مهيج ًا �ضار ًا بالجهاز التنف�سي لذلك ا�ستبدل به ميثيل بروبيل �إيثر الذى يتميز بمفعوله الأقوى وم�ضاره الأقل؛ كما ا�ستخدم فينيل �إيثر للغر�ض نف�سه.
جـ -الألدهيدات والكيتونات: تتميز الألدهيد ات والكيتونات بوجود المجموعة الوظيفية (الكربونيل) لذلك ت�شترك الألدهيدات والكيتونات في بع�ض ال�صفات.
الدهيد
كيتون
Rجذر �ألكيل �أو H
R=R , R=R
فما الذي يميز الألدهيدات عن الكيتونات ؟ تمثل ال�صيغ التالية ال�صيغ العامة للألدهيدات والكيتونات
تتك���ون كلم���ة �ألدهيد م���ن �شقين Alاخت�ص���ار كلم���ة Alcohdوهي���د � dehydrogenationإلى الأغوال منزوعة الهيدروجين. من خالل ال�صيغة العامة للألدهيدات نجد �أن مجموعة الكاربونيل ترتبط بذرة هيدروجين ومجموعة �ألكيل ويطلق عليها في هذه الحالة مجموعة فورميل (�ألدهيد ) ( )CHOويمكن �أن ترتبط مجموعة الكربونيل بذرتي هيدروجين. مقرر الكيمياء ()3
142
المركبات الع�ضوية الأليفاتية �أما في الكيتونات ترتبط مجموعة الكاربونيل بمجموعتي �ألكيل ويمكن �أن تكون مجموعتا الألكيل مت�شابهتين (كيتونات متماثلة) �أو غير مت�شابهتين (كيتونات غير متماثلة).
ت�سمية الألدهيدات والكيتونات: للألدهيدات والكيتونات �أ�سماء �شائعة ال تزال تعرف بها بالإ�ضافة �إلى الت�سمية باتباع قواعد IUPAC
�أو ًال :الت�سمية بالطريقة ال�شائعة �أ -ت�سمية الألدهيدات :لبع�ض الألدهيدات �أ�سماء عرفت بها ن�سبه �إلى الم�صدر الذي ا�شتقت منه مثل
H–C–H CH3C–H
جدول ()6-3
ويمك ��ن ت�سمية الألدهيدات الب�سيطة عن طريق كتابة ا�س ��م الألكان الممثل لعدد ذرات الكربون يليها كلمة �ألدهيد كما في الأمثلة التالية :
ميثان �ألدهيد
�إيثان �ألدهيد
بروبان �ألدهيد
ب -ت�سمية الكيتونات : لبع� ��ض الكيتون ��ات �أ�سماء تعرف بها مث ��ل CH3 – C – CH3وي�سمى الأ�سيت ��ون؛ وت�شتق الأ�سماء ال�شائعة للكيتونات ب�إ�ضافة كلمة كيتون �إلى ا�سم كل من مجموعتي الألكيل المرتبطتين بمجموعة الكربونيل؛ و�إذا كانت مجموعتا الألكيل مت�شابهتين اقت�صر على ت�سمية �إحداهما م�سبوقة بكلمة ثنائي ثم كلمة كيتون.
143
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الثالث
المركب
اال�سم ح�سب الم�صدر �ألدهيد النمل �أو فورمالدهيد ن�سبة �إلى حم�ض النمل ( )Formicaالتي تعني (نمل) باللغة الالتينية �ألدهيد الخل �أو �أ�سيتالدهيد ن�سبة �إلى حم�ض الخل �أ�سيتيك ()acetum التي تعني (خل) باللغة الالتينية
المركبات الع�ضوية الأليفاتية
ميثيل بروبيل كيتون
ميثيل �إيثيل كيتون
ثنائي ميثيل كيتون
الف�صل الثالث
اكتب �صيغ بنائيه لـكل مما يلي: (�أ) بروبيل �إيثيل كيتون. (ب) هبتان �ألدهيد . (جـ) بروبيل فينيل كيتون .
ثانياً :الت�سمية بالطريقة النظامية IUPAC
�أ -االلدهيدات : -1نب ��د�أ بترقيم الألدهيد م ��ن ذرة الكربون مجموعة الكربونيل الألدهيدية حي ��ث ت�أخذ الرقم ( )1ون�ستمر باتجاة �أطول �سل�سلة من ذرات الكربون . -2ن�سمي التفرعات �إن وجدت كما تقدم في قواعد هذه الطريقة . -3نن�سب ا�سم الألدهيد�إلى ا�سم الألكان في ال�سل�سلة الأطول للمركب م�ضافا �إليها المقطع (ال) الدال على ا�سم مجموعة الكربونيل الألدهيدية. مقرر الكيمياء ()3
144
المركبات الع�ضوية الأليفاتية
اكتب �أ�سماء المركبات التالية تبع ًا لنظام IUPAC
-2ميثيل بروبانال
- 2ميثيل 3-كلورو بنتانال
الف�صل الثالث
�إيثانال
بيوتانال
اكتب �أ�سماء المركبات التالية تبعاً لنظام IUPCA
CH3 (CH2)4CHO
CH3CH2CH2CHO ,
CH3 – CO – CH2 – CH2 – CH2 – CH3
ب -الكيتونات: -1ترقم ال�سل�سة من الطرف الأقرب �إلى ذرة كربون مجموعة الكربونيل (الكيتونية) ون�ستمرباتجاه �أطول �سل�سلة من ذرات الكربون . -2ن�سمي التفرعات كما تقدم في قواعد هذه الطريقة . -3نن�س ��ب الكيتون �إلى ال�سل�سل ��ة الألكانية الأطول بعد تحديد موقع الكربوني ��ل ون�ضيف �إلى ا�سم االلكان المقطع (ون) الدال على مجموعة الكربونيل الكيتونية .
145
مقرر الكيمياء ()3
المركبات الع�ضوية الأليفاتية
CH3- CO- CH3
-2بروبانون
CH3- CH2- CO - CH2-CH2- CH3
-3هك�سانون
CH3- CH(CH3)- CO - CH2- CH3
-2ميثيل - 3-بنتانون
1
2
3
6
5
4
3
2
1
الف�صل الثالث
-1اكتب ا�سماء المركبات التالية بالطريقة النظامية IUPAC (�أ) CH3- CHCl - CH2- C - H بCH3- CH2- C - CH - CH3 - CH2 - CH3
-2ار�سم ال�صيغة البنائية لكل مما يلي: (�أ) – 4هبتانون (ب) -3ميثيل بيوتانال
الطرق العامة لتح�ضير الألدهيدات والكيتونات: تح�ضرالألدهي ��دات والكيتونات ب�أك�سدة الأغوال الأولية والثانوية (عل ��ى التوالي) بفعل العوامل الم�ؤك�سدة المنا�سبة وتتم الأك�سدة بنزع الهيدروجين .
مقرر الكيمياء ()3
146
المركبات الع�ضوية الأليفاتية �أك�ســدة الأغوال الدهيد �أك�سدة �ضعيفة غول �أولي R–C–H
()O
R – OH
كيتون
�أك�سدة
غول ثانوي
R–C–R
()O
R – C – OH
مالحظة :وتم درا�سة هذه التفاعالت عند درا�سة الخوا�ص الكيميائية للأغوال
..............................
()O
CH3- (CH2)2- CHOH - CH2- CH3
.............................................
()O
�ضعيفة CH3- CH2- CH2- OH
-2اكتب ا�سم و�صيغة الأغوال الم�ستخدمة في تح�ضير الألدهيدات والكيتونات التالية : ........................................................... (CH3)2- CH - CHO ............................................................. C3H7 - CO - C3H7 ............................................................. C4H9 - CO - C3H7 .................................................................... CH3 - CHO � -3أ -مبتدئاً ب�إيثر منا�سب و�ضح بالمعادالت كيف يمكن الح�صول على الأ�سيتون؟ ب -من الأ�سيتلين كيف يمكنك الح�صول على الأ�سيتالدهيد؟
147
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الثالث
-1اكمل المعادالت التالية :
المركبات الع�ضوية الأليفاتية
( )3 -3تح�ضير الأ�سيتالدهيد
الف�صل الثالث
خطوات العمل: -1ركب الجهاز كما هو مبين في ال�شكل(.)2-3 � -2ض ��ع ف ��ي دورق وا�سع الفوهة �50سم 3من الم ��اء و �17سم 3من حام� ��ض الكبريت ثم �سخن المحلول �إل ��ى �أن يبد�أ في الغليان . � -3ض ��ع ف ��ي قمع الف�صل كمي ��ة من محلول مكون م ��ن 50جم من بيكربون ��ات ال�صوديوم مذابة في �50سم 3م ��ن الماء و�40سم3 من الغول الإيثيلي. � -4أطف ��ئ الله ��ب الموجود تحت ال ��دورق ثم �أ�ض ��ف المحلول من قم ��ع الف�صل قطرة قط ��رة حتى ي�شتد التفاع ��ل ويكت�سب اللون الأخ�ضر .لماذا ؟ -5اجمع المحلول الناتج من التقطير (وهو مزيج من الأ�ستالدهيد قمع تنقيط والم ��اء وقليل من حم�ض الخل) في دورق مو�ضوع في حو�ض به ماء وثلج . حامل دورق التفاعل كمي ��ة محل ��ول الأ�ستالدهي ��د المتك ��ون في هذه مكثف ليبج التجربة قليلة؛ لماذا؟
الأدوات والمواد المطلوبة: غول �إيثيلــي ,بيكـــربونات ال�صوديوم ,حم�ض الكبريت, ماء ,ثلج ,لهب ,عود ثقاب, قمع تنقيط ,دورق كروي ال�شـكل ,دورق ا�ســتقبـال, مكثف ليبج .
حو�ض تبريد (ماء وثلج)
دورق م�ستقبل
موقد بنزن
�شكل ( )2-3
مقرر الكيمياء ()3
148
المركبات الع�ضوية الأليفاتية
الخوا�ص الفيزيائية للألدهيدات والكيتونات: تركيب مجموعة الكربونيل: ماهي الروابط الموجودة في مجموعة الكربونيل ؟ ترتب ��ط ذرة الأك�سجي ��ن ب ��ذرة الكرب ��ون ف ��ي مجموع ��ة الكربونيل برابطة ثنائية �أحدهما من النوع �سجما( )واالخرى من نوع( )وتترتب الذرات حول ذرة الكربون في �شكل مثلث (م�سطح) وتح�صر الروابط زوايا مقدارها. 120
C =O مجموعة الكربونيل
O
وبم ��ا �أن ال�سالبية الكهربية للأك�سجين �أعلى من الكربون ف�إن ال ��زوج الإلكتروني الرابط يقع �أقرب �إلى ذرة الأك�سجين منه �إل ��ى ذرة الكربون في مجموعة الكربونيل �أي �أن الرابطة بي ��ن الكرب ��ون والأك�سجي ��ن رابط ��ة قطبية ,ومم ��ا يزيد هذه القطبية الإ�ستقطاب الح ��ادث في مجموعة الكربونيل والذي يمكن تمثلية كما في ال�شكل .
O
C
C =O
وهذه القطبية لها ت�أثير على الخوا�ص الفيزيائية ٍّ لكل من الألدهيدات والكيتونات. �أيهما �أعلى قطبية الأغوال �أو الألدهيدات والكيتونات ؟ قطبي ��ة الألدهي ��دات والكيتونات �أقل م ��ن الأغوال لأن الرابطة ( )O – Hف ��ي الأغوال �أكثر قطبية من O الرابط ��ة Cوم ��ن ث ��م ف� ��إن ق ��وى التجاذب بي ��ن جزيئات الأغ ��وال �أقوى منه ��ا بين جزيئ ��ات الألدهيدات والكيتونات وهذا بدوره ي�ؤثر على درجة الغليان .
149
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الثالث
120
O
المركبات الع�ضوية الأليفاتية
رتب المركبات التالية ت�صاعديا ح�سب القطبية :
�ألدهيدات وكيتونات� ,أغوال ,هيدروكربونات� ,إيثرات.
درجة الغليان:
الف�صل الثالث
الحظ الجدول التالي الذي يبين درجات غليان بع�ض الألدهيدات والكيتونات وقارنها بالأغوال والإيثرات والهيدروكربونات المماثلة لها في الكتلة الجزيئية. من خالل الجدول نجد �أن : درج ��ة غليان الألدهيدات والكيتونات �أعلى من درجة غلي ��ان الهيدروكربونات والإيثرات المماثلة لها في الكتلة الجزيئية و�أقل من درجة غليان الأغوال المقابلة لها. درجة الغليان الذائبية في الماء ال�صيغة اال�سم (oم)
فورمالدهيد
HCHO
o21-م
عـالي الذائبية
�أ�سيتالدهيد
CH3CHO
o21م
عـالي الذائبية
بروبان �ألدهيد
CH3CH2CHO
o49م
عـالي الذائبية
بيوتان �ألدهيد
CH3(CH2)2CHO
o76م
قليل الذائبية
بنتان �ألدهيد
CH3(CH2)3CHO
o102م
قليل الذائبية
هك�سان �ألدهيد
CH3(CH2)4CHO
o128م
قليل الذائبية
�أ�سيتون
CH3COCH3
o56.1م
قليل الذائبية
بيوتانون
CH3COCH2CH3
o79.6م
عالي
جدول ()7-3
مقرر الكيمياء ()3
150
المركبات الع�ضوية الأليفاتية
اذكر ا�سباب ارتفاع درجة غليان الألدهيدات والكيتونات عن الهيدروكربونات والإيثرات المماثلة لها في الكتلة الجزيئية وانخفا�ضها عن درجة غليان الأغوال المقابلة
ت ��ذوب الألدهيدات والكيتونات في الماء نظ ��را ال�شتراكهما في ال�صفة القطبية ولإمكانية تكوين روابط هيدروجينية مع الماء . ماء H
H
�ألدهيد رابطة هيدروجينية
O
H C
O ماء H
H O
كيتون رابطة هيدروجينية
151
O
R R
C
R
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الثالث
الذائبية :
المركبات الع�ضوية الأليفاتية
�أيهما �أكثر ذائبية في الماء الألدهيدات والكيتونات �أم الأغوال؟ لماذا؟
الف�صل الثالث
-1حدد المركب الأعلى في درجة الغليان في كل مجموعة مع ذكر ال�سبب ؟
(�أ)
CH3CH2OH , CH3 – CHO
(ب)
CH3 – CO – CH3 , CH3 – O – CH3
(جـ)
CH3 – CO – CH3 , CH3 – CH2 – CO – CH3
-2رتب المركبات التالية تنازليا ح�سب الذائبية في الماء مع ذكر ال�سبب O
O
O
)�أ( CH3 – (CH2)4 – C – H , CH3 – CH2 – C – H , CH3 – C – H O
)ب( CH3 – O – CH3 , CH3 – CH2 – OH , CH3 – CH3 , CH3 – C – H
مقرر الكيمياء ()3
152
المركبات الع�ضوية الأليفاتية
(�أ) الألدهيدات: (*) لبع�ض الألدهيدات والكيتونات الأروماتية الم�ستخل�صة من م�صادر طبيعية روائح طيبة ومنها .
الم�سك
(*) الألدهيدات المكونة من 8-5ذرات كربون لها رائحة الأزهار ويوجد الكثير منها في الزيوت العطرية. (*) من ال�صناعات القائمة على الألدهيدات ما يلي: -1يدخل الفورمالدهيد في �صناعات كثيرة من �أهمها �صناعة الميالمين من خالل تكوين المبلمر له مع الفينول. -2ي�ستخدم محلول الفورمالين في حفظ الأن�سجة الحية من التعفن ويرجع ال�سبب لقدرتة على منع نمو البكتيريا وتكاثرها (هناك مخاطر من ا�ستخدامه على الإن�سان تتطلب الحذر عند التعامل معه)؛ والفورمالين هو المحلول المائي لغاز الفورمالدهيد بتركيز .%40 -3ت�ستعمل االلدهيدات ( )C8– C14ذات ال�سال�سل الم�ستقيمة في �صناعة العطور. -4ت�ستخدم م�شتقات �ألدهيد الخل المهلجنة في تح�ضير المبيدات والأ�صبغة والعقاقير. (ب) الكيتونات: ا�شتهر الأ�سيتون ب�إزالته طالء الأظافر لقدرتة الفائقة على �إذابة الأ�صباغ الكيميائية بالإ�ضافة �إلى �سرعة تطايره مما ي�سهل عليه التخل�ص منه�.إال �أن �شكوك ًا �أثيرت حول احتمال ت�سبب اال�ستون في الإ�صابة ببع�ض الأورام ال�سرطانية مما قلل من ا�ستخدامه في هذا المجال .
153
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الثالث
بنز الدهيد (من اللوز المر) �سالي الدهيد فانيلين (من قرون الفانيليا)
المركبات الع�ضوية الأليفاتية الخوا�ص الكيميائية للألدهيدات والكيتونات: تتمي ��ز الألدهيدات والكيتونات ب�أنه ��ا مركبات ن�شطة كيميائيا ب�سبب احتوائه ��ا على مجموعة الكربونيل القطبية مما ي�سهل تفاعلها مع المواد الأخرى .ومن هذه التفاعالت:
–1تفاعالت الإ�ضافة: تتكون من رابطتين �إحداهما �ضعيفة فمن نظ ��را لوج ��ود رابط ��ة مزدوج ��ة في مجموعة الكربوني ��ل المتوقع �أن ت�ستجيب تلك الرابطة لتفاعالت الإ�ضافة والتي من �أبرزها ما يلي:
الف�صل الثالث
�أ -تفاعل االختزال: اختزال(
)
غول �أو مجموعة هيدروك�سيل
كربونيل
ويتم االختزال بفعل العوامل المختزلة ب�إ�ضافة � H2إلى الجزئ مالحظة :ي�ستخدم الحرفان( )Reللداللة على عملية االختزال وهما الحرفان الأوالن من كلمة Reduction
والتي تعني اختزال. �إختزال الأ�ستون �إلى – 2بربانول OH CH3
C
CH3
H
-2بروبانول ( غول ثانوي)
مقرر الكيمياء ()3
154
H2
Re
O CH3
C
�أ�ستون
CH3
المركبات الع�ضوية الأليفاتية اختزال الفورمالدهيد �إلى الميثانول OH H ميثانول(غول �أولى) H
H2 Re
H
C
O C H فورمالدهيد
H
ب -التفاعل مع الهيدرازين وم�شتقاتة : وه ��و ما يع ��رف بتفاعل التكاث ��ف حيث تتفاع ��ل مجموعة الكربوني ��ل مع الهيدرازي ��نH2N-NH2
NO2 H
H
N
NO2
N
H2N
H2N
فينيل هيدرازين
-4,2ثنائي نيترو فينيل هيدرازين (�أ) تفاعل الإ�سيتالدهيد مع فينيل هيدرازين H
H
H
C N N
C O + H2N N
H
فينيل هيدرازين
�أ�سيتالدهيد فينيل هيدرازون
H H
ا�سيتالدهيد
(ب) تفاعل الأ�سيتون مع �سيانيد الهيدروجين H
N H+H O 2
N
�أ�سيتون هيدرازون
C
CH3
C O + H2N NH2
CH3
هيدرازين
155
CH3 CH3
�أ�سيتون
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الثالث
وم�شتقاته ويتم نزع جزئ ماء ويتكون روا�سب ملونه (�صفراء وبرتقالية) ,وفي م�شتقات الهيدرازين التي يحدث معها تفاعل م�شابه:
المركبات الع�ضوية الأليفاتية
-1و�ضح بالمعادالت الكيميائية تح�ضير المركبات التالية: (�أ) – 2بيتانول (ب) هك�سانول
الف�صل الثالث
-2اكتب ال�صيغة البنائية للمركبات التالية : (�أ) �إيثانال هيدرازون (ب) بيوتانون فينيل هيدرازون
-2تفاعالت الأك�سدة: ترتب ��ط مجموعة الكاربونيل في الألدهي ��دات بذرة هيدروجين بينما ال توج ��د هذه الرابطة في الكيتونات وه ��ذا ينتج عنه اختالف في بع�ض الخوا� ��ص الكيميائية بين الألدهيدات والكيتون ��ات .فتعتبر الألدهيدات مواد مختزلة قوية لذلك فهي تت�أك�سد ب�سهولة بالعوامل الم�ؤك�سدة المختلفة �إلى الحم�ض الع�ضوي (الكربوك�سيلي) المقابل ومن العوامل الم�ؤك�سدة: • العوامل الم�ؤك�سدة متو�سطة القوة K2Cr2O7 , H2SO4 , KMnO4 :
O
O
C
C H
الدهيد
C
C
كيتون
• العوامل الم�ؤك�سدة القوية مثل HNO3المركز ال�ساخن . • العوامل الم�ؤك�سدة ال�ضعيفة مثل :محلول تولن ,محلول فهلنج ,محلول بندكت . وت�ستخدم تفاعالت الأك�سدة للتمييز بين الألدهيدات والكيتونات و�سوف ندر�س ت�أثير العوامل الم�ؤك�سدة ال�ضعيفة على الألدهيدات والكيتونات. مقرر الكيمياء ()3
156
المركبات الع�ضوية الأليفاتية �أ– الأك�سدة با�ستخدام حملول تولن: يحتوي كا�شف تولن على �أمينات الف�ضة القاعدية Ag(NH3+)2والتي تتفاعل مع الألدهيد مر�سبة الف�ضة على جدران الوعاء ( على �شكل مر�آة ف�ضية ) بينما ال يتفاعل الكيتون معها . المعادلة العامة
+ H2O
O
O
R – C – OH + 2Ag
� R – C – H + 2Ag+ + 2OH -ألدهيد
مر�آة ف�ضة حم�ض ع�ضوي
ال لون له
O
اليحدث تفاعل
ال لون له
O
O
+ H2O
CH3– C – OH + 2Ag
مر�آة ف�ضة
حم�ض الخل
CH3– C – H + 2Ag + +2OH -
الأ�سيتالدهيد(�إيثانال)
ب – �أك�سدة با�ستخدام حملول فهلنج : حملول فهلنج �أزرق اللون يحتوي على ملح نرتات النحا�س ( ) القاعدية والتي تتفاعل بدورها مع الألدهيد منتجة �أك�سيد النحا�س ( )Iذي اللون الأحمر البني ,بينما ال يتفاعل الكيتون مع هذا املحلول . O
O
املعادلة العامة
++ R – C – H + 2Cu + 4OH
R – C – OH + Cu2O + 2H2O
را�سب �أحمر بني حم�ض ع�ضوي ال يحدث تفاعل
+
حملول �أزرق
O
�ألدهيد
++ R – C – R- 2Cu 4OH
حملول �أزرق
157
+
كيتون
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الثالث
R – C – R- +2Ag+ + 2OH -كيتون
المركبات الع�ضوية الأليفاتية
O
O H – C – OH + Cu2O + H2O
را�سب �أحمر بني حم�ضالفورميك (حم�ضالنمل)
H– C – H+ 2Cu++ + 4OH -
فورمالدهيد(ميثانال)
والآن هل يمكنك التمييز بين الألدهيد والكيتون عملي ًا؟ قم بالن�شاط العملي التالي:
الف�صل الثالث
( )4 -3ا�ستخدام كا�شف تولن .للتمييز بين اال�ستون والأ�ستالدهيد. خطوات العمل :
الأدوات والمواد المطلوبة :
� -1ضع 2مل من الأ�ستالدهيد في �أنبوبة اختبار. � -2أ�ضف 1مل من كا�شف تولن في الأنبوبة وامزج المادتين جيدا0 � -3ضع �أنبوبة االختبار في حمام مائي يغلي (بحذر)وراقب ما يحدث؛ ماذا تالحظ؟
�أنابيب اختبار ,محلول كا�شف تولن حديث التح�ضير، �أ�سيتون ,ما�سك �أنابيب وحامل � ,أ�سيتالدهيد ,حمام مائي �ساخن
..................................................... -4كرر الخطوات ال�سابقة مع الأ�سيتون؛ ماذا تالحظ ؟
.................................................................................. -5ماذا ت�ستنتج ؟ .................................................................................. -6اكتب معادلة التفاعل في حالة التغيري احلادث مع �إحدى الإنبوبتني. ..................................................................................
مقرر الكيمياء ()3
158
المركبات الع�ضوية الأليفاتية
( )5-3التميز بين اال�ستون والأ�ستالدهيد با�ستخدام كا�شف فهلنج.
� 3أنابي ��ب اختب ��ار ,محل ��ول فهلن ��ج (�أ) حديث التح�ضير, ما�سك �أنابيب وحامل ,محلول فهلنج (ب) حديث التح�ضير ا�ست ��ون ا�ستالدهي ��د ,حمام مائي �ساخن .
.................................................................................. -5كرر الخطوات ال�سابقة ولكن با�ستخدام الأ�سيتون بدال من اال�سيتالدهيد ,ماذا تالحظ؟ .................................................................................. -6ماذا ت�ستنتج ؟ .................................................................................. -7اكتب معادلة التغيير الحادث في التجربة. ..................................................................................
ار�سم مخطط ًا تلخ�ص فيه تفاعالت الألدهيدات والكيتونات بمعادالت عامة.
159
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الثالث
خطوات العمل : � -1ض ��ع 2م ��ل م ��ن كا�ش ��ف فهلن ��ج (�أ) م ��ع 2مل م ��ن كا�شف فهلنج(ب) واخلطها جيدا و�ضعهما في حمام دافئ . � -2ضع 2مل من الأ�سيتالدهيد في �أنبوبة اختبار . -3امزج 2مل من مزيج محلولي فهلنج مع الأ�ستالدهيد . -4بحذر �ضع الخليط في حمام مائي �ساخن وراقب ما يحدث. �سجل م�شاهداتك ؟
الأدوات والم���واد المطلوبة :
المركبات الع�ضوية الأليفاتية
-1طلب المعلم من �أحمد �إح�ضار �أنبوبي اختبار �إحداهما تحوي بروبالدهيد والأخرى تحوي بروبانون و�أثناء �إح�ضاره لالنبوبتين �سقطت عنها الأوراق الال�صقة الحاويه لال�سم . كيف يميز �أحمد بين المادتين .و�ضـح ذلك بالمعادالت ؟
الف�صل الثالث
-2اكتب �صيغ المركبات من � Aإلى Bفي المخطط التالي :
B
()O
A
+H2O
=
CH3 – CH CH2 H SO 2 4
اكتب مو�ضوعا لأهم الألدهيدات والكيتونات التي تدخل في مجال ال�صناعة مدعم ًا مو�ضوعك بال�صور ؟
مقرر الكيمياء ()3
160
المركبات الع�ضوية الأليفاتية
د -الأحما�ض الع�ضوية الكربوك�سيلية :
=
(وكلم���ة كربوك�سي���ل تتك���ون م���ن مقطعي���ن المقط���ع الأول ( كرب���و ) م�شتقة من كربونيل والمقطع الأخير (ك�سيل ) م�شتقة من هيدروك�سيل ).
O
H
C
O C
CH
3
O
الصيغة البنائية لألسبرين ( لألطالع فقط )
مجموعة الكربوكسيل تكتب بعدة صور
O
H
C
O COOH CO2H
ال�صيغة العامة للأحما�ض الأليفاتية : =
تت�صل مجموعة الكربوك�سيل بمجموعة �ألكيل لتكون الأحما�ض الأليفاتية ذات ال�صيغة العامة o R – C – O – Hحيث : Rجذر �ألكيل �أو ذرة هيدروجين .
ت�سمية الأحما�ض الع�ضوية : �أ -الطريقة ال�شائعة :
تعتبر الأحما�ض الع�ضوية من �أقدم المركبات التي عرفها الإن�سان لذلك ا�شتق لها �أ�سماء وفقا للم�صدر الذي عثر عليها فيه ف�صارت تعرف بهذا اال�سم .ومن هذه الأحما�ض :
161
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الثالث
قلم ��ا يخلو بيت م ��ن الخل الذي هو محلول مائ ��ي لحم�ض الخل؛ �أي�ض� � ًا يتن ��اول الإن�سان حم� ��ض الأ�سكوربيك وه ��و فيتامين جـ ()C والمتوف ��ر بكثرة في الليمون والبرتق ��ال .كذلك ال تخلو �صيدلية من �أقرا� ��ص الأ�سبرين التى ت�ستخدم كم�سكن وخاف�ض للحرارة حيث �إن هذه الم ��واد �أمثلة على المواد التي ت�صن ��ف �ضمن مجموعة ع�ضويه �ضخمه هي مجموعة الحمو� ��ض الع�ضوية (الكربو ك�سيلية).فما هي الحمو�ض الع�ضوية الكربوك�سيلية ؟ هي مركبات ع�ضوية تحتوي على المجموع ��ة الوظيفية (الكربوك�سيل) �سميت بهذا اال�سم لأنها تتكون من : o مجموعة الكربونيل Cومجموعة الهيدروك�سيل - OH
O
المركبات الع�ضوية الأليفاتية ال�صيغة
الإ�سم ال�شائع
H – COOH
حم�ض فورميك �أو حم�ض النمل ن�سبة �إلى وجوده في النمل الأحمر ( Formicaتعني نمل باللغة االتينية)
CH3 – COOH
حم�ض �أ�ستيك �أو حم�ض الخل ن�سبة �إلى الخل ( acetumباللغة االتينية)
CH3 – CH2 – CH2 – COOH
حم�ض بيوتيريك حم�ض الزبدة ( butyrunتعني زبدة بالالتينية).
HOOCCOOH
حم�ض �أوك�ساليك
ن�سبة �إلى نبات الحمي�ض Oxalis
الف�صل الثالث
جدول ()8-3
الأحما� ��ض الدهنية هي �أحما� ��ض �أليفاتية م�شبعة �أحادية الكربوك�سي ��ل ذات �سال�سل طويلة من ذرات الكربون ويوجد عدد كبير منها في الدهون على هيئة �إ�سترات باتحادها مع الجلي�سرين لذلك ت�سمى بالأحما�ض الدهنية .
ابحث عن �أ�سماء �شائعة لأحما�ض ع�ضوية مع بيان م�صدر اال�سم ال�شائع ؟
ب -الت�سمية بالطريقة النظاميه (:)IUPAC جميع الأحما�ض ال�سابقة متداولة بين النا�س ب�أ�سمائها ال�شائعة وال يعرفها �إال الكيميائي �إذا ما ذكرت وفقا لقواعد الت�سمية الكيميائية ,ولكي تكون قادرا على ذلك اتبع خطوات الت�سمية النظامية التالية : -1نرقم �أطول �سل�سلة كربونية ابتداء من ذرة الكربون الكربوك�سيلية. مقرر الكيمياء ()3
162
المركبات الع�ضوية الأليفاتية -2ن�سمي التفرعات �إن وجدت كما �سبق وفق النظام . IUPAC -3نكتب ا�سم االلكان الذي تدل عليه �أطول �سل�سلة من ذرات الكربون م�ضافا �إلى �آخر اال�سم المقطع (ويك) الدال على وجود مجموعة كربوك�سيل في المركب ومن االمثلة على ذلك ما يلي :
Br O OH
C
CH
3 3 2
OH
H
-2برومو -بروبانويك
C C COOH CH CH CH 3 4 3 3 2 2 1
�إيثانويك
CH3
– 2,2ثنائي ميثيل بيوتانويك
-1اكتب �أ�سماء الأحما�ض الع�ضوية التالية بالطريقة النظامية. O
O H – C – OH , CH3 – (CH2)5 – C – OH -2ار�سم ال�صيغة البنائية لكل من المركبات الآتية. (�أ) -2ميثيل � -3 -إيثيل هك�سانويك (ب) �أوكتانويك
163
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الثالث
1
C
O
CH3
المركبات الع�ضوية الأليفاتية
الف�صل الثالث
الأحما�ض الع�ضوية الطبيعية : تنت ��ج النباتات والحيونات مجموعة من الأحما�ض الع�ضوية ومعظ ��م هذة الأحما�ض عديمة ال�ضرر وقليل منها م�ؤذية .ومن الأمثلة علىالأحما�ض الع�ضوية الموجودة في الأغذية : -1حم�ض الليمون (ال�ستريك :)citric acid تكت�س ��ب الحم�ضي ��ات مث ��ل الليم ��ون والبرتقال طعم� � ًا محبب ًا نتيج ��ة لوجود حم� ��ض الليمون (ال�سيتري ��ك) وحم� ��ض الأ�سكوربي ��ك ( فيتامي ��ن ج ) فيه ��ا؛ وتختلف ن�سبة الحم� ��ض في ع�صير الحم�ضيات فنجدها في ع�صير الليمون �أعلى منها في ع�صير البرتقال. -2حم�ض الالكتيك :lactic acid يح�ض ��ر اللبن من تخمر الحلي ��ب حيث يتم تحويل �سكر الالكتوز بفعل الإنزيمات �أو البكتيريا �إل ��ى حم� ��ض الالكتيك( حم�ض اللب ��ن ) وهو الذى يك�سب اللبن الطع ��م الحام�ضي وكلما ا�شتدت حمو�ضة اللبن زادت ن�سبة الحم�ض فيه. -3حم�ض البيوتريك :Butryic acid عندما تتعر�ض الزبدة لبع�ض العوامل الجوية والبكتيرية تتحول �إلى مادة كريهة الرائحة تعرف بالتزنخ نتيجة لتحول المادة الدهنية الع�ضوية في الزبدة �إلى حم�ض البيوتريك (حم�ض الزبدة). -4حم�ض الأ�سيتك (acetic acidحم�ض الخل): عرف الخل الذي ن�ستخدمه في الغذاء منذ القدم ,والخل الذى ن�ستخدمه عبارة عن محلول مخف ��ف لحم� ��ض الأ�سيت ��ك ( حم�ض الخل ) حيث تبلغ ن�سبة الحم�ض في ��ه من % 6-5وهو �سائل ال ل ��ون ل ��ه في الأ�صل وه ��ذه الألوان التي نراها ف ��ي بع�ض �أنواعه ناتجة ع ��ن �إ�ضافة مواد اخرى, يتواف ��ر حم� ��ض الخل في الطبيعة حرا �أو على �شكل �إ�ستر وح�صل عليه قديما عند تقطير الخ�شب �إتالفيا ف�سمي بخل الخ�شب وال يزال يح�صل على الخل عن طريق تخمر ال�سكريات وهناك �أنواع مختلف ��ة من الخل الغذائ ��ى ذات النكهات والفوائد المختلفة التي تعتمد على نوع المادة ال�سكرية
مقرر الكيمياء ()3
164
المركبات الع�ضوية الأليفاتية الم�صنع منها؛ مثل :خل التفاح ,خل العنب . O H
O
C H2C
O C O H H
O
HO C
C
H
H2C
O
O
H
C
C
H
H
O
H
OH OH H O O C H C C H C C O H H O C
الف�صل الثالث
�شكل ( )3-3مجموعة من المواد الغذائية والأحما�ض الع�ضوية الموجودة فيها
الطرق العامة لتح�ضير الأحما�ض الع�ضوية : يتم تح�ضير الأحما�ض الع�ضوية بعدة طرق نذكر منها ما يلي : o
� -1أك�سدة الأغوال الأوليه (: ) 1 با�ستخدامالعواملالم�ؤك�سدةالقويةمثلبرمنجاتالبوتا�سيوم� KMnO4أوثانيكروماتالبوتا�سيوم)K2Cr2O7 املعادلة العامة
O R C OH
حم�ض ع�ضوي
)(O KMnO4
OH R C H H غول()o1
حيث R :جذر �ألكيل �أو ذرة هيدروجني
165
مقرر الكيمياء ()3
المركبات الع�ضوية الأليفاتية � -2أك�سدة االلدهيد : با�ستخدام �أي العوامل م�ؤك�سدة (مثل � KMnO4أو )K2Cr2O7 املعادلة العامة
O
)(O
R C OH
K Cr O
2 7
حم�ض ع�ضوي
الف�صل الثالث
ويمكن �إجمال الطريقتين معا كمايلي : حم�ض ع�ضوي
O
2
)(O
�ألدهيد
غول �أويل
قوية
)(O
R C H
)(O
الدهيد
�ضعيفة
اكتب معادالت تح�ضير حم�ض البروبانويك بطريقتين O OH
C
KMnO4
CH3 CH2
بروبانويك
K2Cr2O7 OH
CH3 CH2 CH2 OH
1-بروبانول
O C
CH3 CH2
K2Cr2O7
بروبانال (�ألدهيد)
حم�ض الخل: م ��ن �أق ��دم الأحما� ��ض و�أ�شهره ��ا حم�ض الخل ,وق ��د عرفت طريق ��ة تح�ضيره من ��ذ القدم .ويح�ضر ف ��ي المختبر بالطريقة ال�سابقة . مقرر الكيمياء ()3
166
المركبات الع�ضوية الأليفاتية
اكتب معادالت تح�ضير حم�ض الخل بطريقتين:
�أما في ال�صناعة ف�إنه يح�ضر بعده طرق منها :
+
H2O
حم�ض اخلل
O
) (Oهواء جوي بكترييا اخلل
CH3 C H )(O
CH3 CH2 OH
CH3COOH
ب – من الأ�ستيلين : يح�ض ��ر حم� ��ض الخل عل ��ى نطاق وا�س ��ع في ال�صناع ��ة عن طري ��ق الهي ��درة الحفزية للأ�ستيلي ��ن فينتج الأ�سيتالدهيد الذي يت�أك�سد بدوره �إلى الحم�ض الع�ضوي المقابل: O CH3 C OH
حم�ض اخلل
KMnO
4
H SO
4
2
O CH3 C H
�أ�سيتالدهيد
167
(%40) H2SO4 (%46) HgSO4
+
H C C H H2O
�أ�ستيلني
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الثالث
�أ -الطريقة الحيوية: حيث يتم �أك�سدة محلول مخفف من الغول الإيثيلي بوا�سطة �أك�سجين الهواء الجوي في وجود نوع خا�ص من البكتيريا ت�سمى بكتيريا الخل فتح�صل على حم�ض الخل تركيزة من %7-6يعرف بالخل؛كما يت�ضح من المعادلة التالية:
المركبات الع�ضوية الأليفاتية
-1ح�ضر الأحما�ض الع�ضوية التالية: • حم�ض بيوتانويك من كحول منا�سب . • حم�ض هك�سانويك من الدهيد منا�سب .
الف�صل الثالث
ا�ستنتج ال�صيغ البنائية للمركبات الع�ضوية A , B , C , D
B
OH-
K2Cr2O7
في المخطط التالي ؟ �ضوء
A
KMnO4
C
CH3-CH3 + Cl2
D
حم�ض الخل الثلجي :Glacial acetic acid يرك ��ز حم�ض الخل بعد تح�ضيره بالطرق ال�سابقة ثم يترك ليبرد عند 16م فتنف�صل بلورات حم� ��ض الخل بتركيز ( )%100ويع ��رف با�سم حم�ض الخل الثلجي حيث ت�شبه بلوراته بلورات الثلج في مظهرها وتن�صهر عند 16.6م وتغلي عند 118م . o
o
مقرر الكيمياء ()3
o
168
المركبات الع�ضوية الأليفاتية
( )6 -3تح�ضير حم�ض الخل
...................................................... � -5سخن الدورق بعد نهاية التفاعل في حمام مائي لمدة 15دقيقة. � -6ضع مكثف راد في و�ضع التقطير لتبد�أ عملية التقطير . مكثف -7ما هو ناتج التقطير ؟ مخبار ا�ستقبال ............................... ............................... ...............................
غ ��ول �إيثيل ��ي ,ثان ��ي كرومات ال�صوديوم ,حام�ض الكبريت المرك ��ز ,مكث ��ف راد ,دورق, حام ��ل ,قم ��ع تنقي ��ط ,له ��ب مخبار ,عود ثقاب .
دورق الغلي
ماء
�شكل ()4-3
169
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الثالث
خطوات العمل : � -1ض ��ع محلول ثاني كرومات ال�صودي ��وم الحام�ضي (المح�ضر بن�سبة � 50سم 3ماء �إلى � 33سم 3من حم�ض الكبريت المركز �إلى 35جم من ثان ��ي كرومات ال�صوديوم في الدورق المت�صل بالمكثف (مكثف راد). -2ك ��ون مزيج ًا من (� 15سم 3الغول و � 60سم 3من الماء) و�ضعه في قمع التنقيط . � -3أ�ضف قطرة قطرة من هذا المزيج �إلى الدورق . -4ماذا تالحظ ؟
الأدوات والمواد المطلوبة :
المركبات الع�ضوية الأليفاتية الخوا�ص الفيزيائية للأحما�ض الع�ضوية:
الف�صل الثالث
ومن خ�ل�ال الروابط الممي ��زة لمجموع ��ة الكربوك�سيل نالحظ �أن ��ه يتك ��ون بي ��ن كل جزيئي ��ن ف ��ي الأحما� ��ض الع�ضوي ��ة رابطت ��ان هيدروجينيت ��ان وه ��ذا يعط ��ي ثبات ًا �أكث ��ر للأحما� ��ض الع�ضوية من التجمع الع ��ادي للجزيئات كما في الأغ ��وال (.تعرف ظاهرة تجمع جزيئين بعملية الديمرة )Dimerisation
درجة الغليان:
..
O ..
H
O
H
..
تحت ��وي الأحما�ض الع�ضوية عل ��ى مجموع ��ة الكاربوك�سيل التي تتك ��ون م ��ن مجموعتي ��ن قطبيتي ��ن هم ��ا مجموع ��ة الهيدروك�سيل ومجموع ��ة الكربونيل ولهذا ف�إن لالحما� ��ض الع�ضوية قطبية عالية تفوق قطبية الأغوال والألدهيدات المناظرة لها.
..
O
C
R
O
C Rرابطة هيدروجينية R C O
O H
�شكل ( )5-3يو�ضح تجمع جزئيئن من الأحما�ض من خالل الروابط الهيروجينية
�إن درجة غليان الأحما�ض الع�ضوية �أعلى من درجة غليان جميع المواد الع�ضوية المماثلة ال�سابق درا�ستها ويرجع ال�سبب في ذلك �إلى قوى الروابط بين جزيئات الأحما�ض الع�ضوية كما تم ذكره �أعاله.
ما العالقة بين درجة غليان الحم�ض وكتلته الجزيئية ؟
الذائبية : تذوب الأحما�ض الع�ضوية في الماء وذلك ب�سبب قطبيتها العالية ولتكون روابط هيدروجينية بينها وبين جزيئات الماء. مقرر الكيمياء ()3
170
المركبات الع�ضوية الأليفاتية
-1ما العالقة بين الذائبية في الماء والكتلة الجزيئية للحم�ض ؟ � -2أيهما �أكثر ذوبان ًا في الماء الأحما�ض �أم الأغوال؟ ولماذا ؟ درجة الغليان
الذائبيه في الماء
ال�صيغة
اال�سم
(oم)
HCOOH
حم�ض فورميك
o100.5م
CH3COOH
حم�ض �أ�ستيك(الخل)
o118م
CH3CH2COOH
حم�ض بروبانويك �أو بروبيويك
o141م
CH3(CH2)2COOH
حم�ض بيوتريك
o164م
CH3(CH2)3COOH
حم�ض بنتانويك
o187م
4.97
CH3(CH2)4COOH
حم�ض هك�سانويك �أو كابرويك
o205م
1.08
CH3(CH2)6COOH
حم�ض الأوكتانويك
o239م
0.7
يذوب ب�أي ن�سبة
الف�صل الثالث
جدول ()9-3
-1رتب المركبات التاليه تنازلياً ح�سب:ازدياد القطبية .درجات الغليان. H3C - CO - CH3 , CH3COOH
,
171
CH3 - OH
,
C6H14 , C2H5Cl
مقرر الكيمياء ()3
المركبات الع�ضوية الأليفاتية
حم�ض النمل :
الف�صل الثالث
حم� ��ض الفورمي ��ك ويع ��رف بحم� ��ض النم ��ل لأن ��ه اكت�ش ��ف �أول مرة عام 1670م ف ��ي النمل الأحمر ف�أخذ ا�سمه منه وحم�ض النمل منت�شر على �شكل حم�ض وعلى �شكل �إ�ستر في عدد كبير من النباتات مثل �إبر ال�صنوبر ونب ��ات القرا�ص الال�سع وهو �أق ��وى الحمو�ض الع�ضوية �أحادية الكربوك�سيل ,بل �إنه يفوق بقوة الحم�ضية حم�ض �شكل ()6-3حم�ض النمل الخ ��ل نحو ع�شر م ��رات ,وي�ستعمل الحم�ض في مجال الن�سيج والمط ��اط ال�صناعي كما ي�ستعمل في �إنت ��اج الألي ��اف ال�صبغية كمذيب ,وفي �صناع ��ة الجلود وا�ستخال�ص ال�ص ��وف �أو ال�شعر من الفرو, وكذل ��ك حفظ الثم ��ار وع�صيرها كما ي�ضاف �إل ��ى علف الدواجن لتح�سي ��ن مظهرها كما يدخل في �صناعة بع�ض الأدويه والأ�صبغة وقد دخل حديثا في تح�ضير �سكر اللبن.
حم�ض الفينيك : عب ��ارة عن بلورات بي�ضاء متميهة �سهلة التطاير له رائحة نفاذة ي�ستعمل كمطهر لدورات المياه فه ��و �سائ ��ل �أ�سود غليظ الق ��وام زالق الملم�س وهو م ��ن الأحما�ض ال�سامة التى ت�سب ��ب تخثر المواد البروتينية في الخلية وي�ؤثر على الجهاز الع�صبي المركزي والقلب والكلى .
حم�ض الأك�ساليك : وي�ستخرج من نبات ال�صف�صاف ,وي�ستعمل في �إزالة البقع وخا�صة الحبر وي�ستخدم في الطباعة ر�سب الكال�سيوم من الدم مما ي�ؤدي �إلى �شلل المراكز المخية . ويعتبر من الأحما�ض ال�سامة حيث ُي ِّ
مقرر الكيمياء ()3
172
المركبات الع�ضوية الأليفاتية
اكتب تقرير ًا لبع�ض العقاقير الطبية التي تدخل الأحما�ض الع�ضوية في تركيبها مع ذكر ا�سم الحم�ض الع�ضوي و�صيغته البنائية.
الخوا�ص الكيميائية للأحما�ض الع�ضوية:
ال�صفة احلم�ضية: تحم ��ل الأحما�ض الع�ضوية ال�صفة الحم�ضية فتج ��د �أن محاليها تحمر ورق تباع ال�شم�س الأزرق وعندما ت ��ذوب في الماء تت�أي ��ن ت�أين ًا غيركامل �إلى �أيون الكربوك�سيالت والبروتون ��ات المائية (الهيدرونيوم) ويكون هناك اتزان بين الأيونات والجزيئات غير المت�أينة لذلك تعتبر الأحما�ض الع�ضوية جميعها �أحما�ض �ضعيفة تقل قوتها بدرجة كبيرة عن الأحما�ض غير الع�ضوية .يمكن التعبير عن ت�أينها بالمعادلة التالية:
+ H3O+
O O-
R C
H2O
�أيون الهيدرونيوم �أيون الكربوك�سيالت
173
+
O OH
R C
حم�ض ع�ضوي
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الثالث
هل ت�سلك الأحما�ض الع�ضوية �سلوك الأغوال في تفاعالتها الكيميائية ؟ لماذا ؟ هل ت�سلك االحما�ض الع�ضوية �سلوك االلدهيدات والكيتونات ؟ لماذا ؟ على الرغم من وجود مجموعتي الهيدروك�سيل والكربونيل �ضمن مجموعة كربوك�سيل الحم�ض �إال �أن خوا�صها الكيميائية تختلف عن خوا�ص الأغوال والألدهيدات والكيتونات فارتباط مجموعة الهيدروك�سيل مع مجموعة الكربونيل لتكوين مجموعة الكربوك�سيل يغير من �صفات كال المجموعتين لذلك ال تعطي الأحما�ض الع�ضوية تفاعالت الأك�سدة التي تتميز بها الأغوال �أو تفاعالت الإ�ضافة والتكاثف التي تتميز بها الألدهيدات والكيتونات .فما التفاعالت المميزة للأحما�ض الع�ضوية ؟
المركبات الع�ضوية الأليفاتية
-2قارن بين حم�ضية الأغوال والأحما�ض الكربوك�سيلية ؟
�أو ًال :التفاعل مع القواعد والفلزات القلوية : وتتعل ��ق ه ��ذه التفاع�ل�ات بالخا�صي ��ة الحم�ضي ��ة للأحما� ��ض م ��ن خ�ل�ال تفاعالته ��ا م ��ع الفل ��زات الن�شط ��ة وهيدروك�سيداته ��ا وكربوناته ��ا مما ي�ؤدي �إلى خ ��روج �أيون الهيدروجين وتتك ��ون الأمالح الع�ضوية كما ف ��ي المثال التالي:
الف�صل الثالث
+ H2 + H2O
CH3COOLi CH3COOK
2CH3 COOH Na2 + 2H2O + CO2
Li KOH
CH3COOH
2CH3 COOH + Na2CO3
ماذا يتكون من �إ�ضافة حم�ض غير ع�ضوي قوى �إلى الملح الناتج في التفاعالت ال�سابقة ؟
( )7-3تفاعل حم�ض الخليك مع هيدروك�سيد ال�صوديوم خطوات العمل : -1خ ��ذ قليال من حم�ض الخليك في ك�أ�س و�أ�ضف قطرة من دليل الفينولفثالين .ماذا تالحظ ؟
مقرر الكيمياء ()3
174
الأدوات والمواد المطلوبة : حم�ض الخليك ,محلول هيدروك�سيد ال�صوديوم, دليل الفينولفثالين ,لهب ,ك�أ�س ..
المركبات الع�ضوية الأليفاتية
�-2أ�ضف �إلى الحم�ض محلول NaOHقطرة قطرة �إلى �أن يبد�أ اللون الأحمر في الظهور. -3بخِّ ر المحلول بالت�سخين ثم اتركة ليبرد. ما لون البلورات المتكونة ؟ ................................................................................... اكتب ال�صيغة البنائية للمادة المتكونة :
-1و�ضح بالمعادالت تكون الأمالح التالية من الأحما�ض الع�ضوية. - + + CH3CH2CH2O Na , CH3COO NH4
-2و�ضح بالمعادالت كيف يمكن الح�صول على حم�ض الفورميك HCOOHمن ملحه؟
175
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الثالث
................................................................................... ................................................................................... .................................................................................
المركبات الع�ضوية الأليفاتية ثانياً :التفاعل مع الأغوال: وتت�ضمن هذه التفاعالت تفاعل الأحما�ض الع�ضوية مع الأغوال لإنتاج الإ�سترات و�سوف نتعرف على هذه المواد وتفاعالتها في در�س قادم بم�شيئة اهلل.
+ H2O
O H C O CH 3
O
H2SO4
CH3
الف�صل الثالث
فورمات الميثيل
+ HO
ميثانول
H C
OH
حم�ض الفورميك
ثالثاً :تفاعالت االختزال بفعل العوامل المختزلة : وت�شم ��ل ه ��ذه التفاع�ل�ات اخت ��زال الأحما� ��ض الع�ضوي ��ة بفع ��ل العوام ��ل المختزل ��ة (هيدري ��د ليثيوم والألمنيوم( )LiAlH4في وجود الحرارة �إلى الغول المقابل ويتم االختزال ب�إ�ضافة جزيء الهيدروجين �إلى الرابطة الثنائية في مجموعة الكربونيل و�إزالة ذرة �أك�سجين ليتكون الماء:
+ H2O
OH
+ 2H2
اختزال
R CH2
2H 2H
O OH
R C
حم�ض ع�ضوي
ويمكن ربط تحول الغول �إلى الدهيد و�إلى حم�ض كربوك�سيلي ثم �إلى غول مرة �أخرى بالمخطط التالي . غول �أولي
�أك�سدة �ضعيفة �إختزال
مقرر الكيمياء ()3
�ألدهيد �أك�سدة قوية اختزال
176
�أك�سدة
حم�ض كربوك�سيلي
المركبات الع�ضوية الأليفاتية
اختزال حم�ض البروبانويك اختزال حرارة
CH3 CH2CH2OH -1بروبانول
CH3CH2 – COOH + 2H2 حم�ض بروبانويك
-1و�ضح بالمعادالت كيف يمكن الح�صول على الغول الميثيلي من الأحما�ض الع�ضوية؟
الإيثانول – الإيثانال – الإيثانويك
-3علل :تعتبر الألدهيدات مركبات و�سطية بين الأغوال والأحما�ض الع�ضوية؟
ار�سم مخططاً تلخ�ص فيه تفاعالت الأحما�ض الع�ضوية بمعادالت عامة.
177
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الثالث
-2من خالل درا�ستك للخوا�ص الكيميائية للمركبات التالية كيف يمكنك �أن تميز عملياً بينها.
المركبات الع�ضوية الأليفاتية
هـ -اال�سترات :Esters ت�شتق الإ�سترات من الأحما�ض الع�ضوية ب�إ�ستبدال مجموعة الهيدروك�سيل في مجموعة كربوك�سيل الحم�ض الع�ضوي بمجموعة �ألكوك�سيد - ORمن الغول المنا�سب: املعادلة العامة
+ H2O
O
O OR
+ R-OH
R C
�إ�ستر
OH
R C
حم�ض ع�ضوى
الف�صل الثالث
ال�صيغة العامة للإ�سترات : O OR
R C
حيث �أنة يمكن � R= Rأو R= R
ويمكن �أن تكون ( )Rذرة هيدروجين خالف ًا لـ Rلماذا؟
ت�سمية اال�سترات : -1الطريقة ال�شائعة :
يتكون الإ�ستر من جزيئين جزء م�شتق من الحم�ض الع�ضوي والجزء الثاني جذر �ألكيلي في�سمى كما يلى: O ا�سم الحم�ض الم�شتق منه +المقطع (ات) +ا�سم الجذر الألكيليR – C – O R . جذر الكيل جزء م�شتق من الحم�ض
O CH3 – C – O CH3 خالت
مقرر الكيمياء ()3
178
الميثيل
المركبات الع�ضوية الأليفاتية �صيغة الإ�ستر
ال�شق الحم�ضي
الجذر الألكيلي
اال�سم ال�شائع للإ�ستر
HCOOCH3
فورمات )(HCOO-
ميثيل ()CH3-
فورمات الميثيل
CH3COOC3H7خ�ل�ات (�أ�سيت ��ات)()CH3COO -
بروبي ��ل()C 3 H 7 -
خالت البروبيل
C3H7COOC2H5بروبانات )(C3H7COO -
�إيثيل ()C2H5-
بروبانات الإيثيل
جدول ()10-3
الف�صل الثالث
-1اكتب اال�سم ال�شائع للمركب الآتيC2H5COOCH3 :
-2اكتب ال�صيغة البنائية للمركب بيوتانات البربوبيل ؟
-2الطريقة النظاميه (:)IUPAC -1نرقم ال�سل�سلة الكربونية من ذرة كربون مجموعة الإ�ستر ( )– COOباتجاه �أطول �سل�سلة من ذرات الكربون . -2نكتب اال�سم الدال على نوع الجذر الألكيلي -Rالمت�صل بمجموعة الإ�ستر - COO – R -3ن�سمي التفرعات الأخرى �إن وجدت كما تقدم . نكت ��ب ا�سم المرك ��ب ن�سبة ال�سم الألكان وفق �أط ��ول �سل�سلة كربونيه ونتبعة بالمقط ��ع (وات) الذي يدل وجود مجموعة الإ�ستر �ضمن المركب.
179
مقرر الكيمياء ()3
المركبات الع�ضوية الأليفاتية
O
O C2H5 ، CH3 C
O CH CH 2 3
O
Cl
CH3 CH C
�إيثيل – – 2كلوروبربانوات
�إيثيل �إيثانوات
الف�صل الثالث
-1اكتب اال�سم النظامي للمركبات التالية: (�أ) C3H7COOCH3 (ب) CH3CH(CH3)COOC3H7
-2اكتب ال�صيغة البنائية للمركب (بيوتيل - 4-ميثيل بنتانوات)
تح�ضير الإ�سترات : �إن الطريقة العامة التي تح�ضـر من خاللها الإ�ســترات تقوم علـى معاملة الحـم�ض العــ�ضوي بالغول والتفاع ��ل عك�س ��ي لذلك ال بد من �إ�ضافة مادة تنزع الماء من الط ��رف الأيمن توجيه التفاعل نحو الإ�ستر. وحم�ض الكبريت نازع منا�سب للماء من الو�سط كما يت�ضح ذلك بالمعادلة التالية : المعادلة العامة لتح�ضير اال�ستر O
+ H2O مقرر الكيمياء ()3
R
O
R C
H SO 2 4
180
R
O
+H
O OH
R C
المركبات الع�ضوية الأليفاتية
تح�ضير خالت االيثيل :
+
O
OC H H O 2 2 5 ماء
CH3 C
H SO 2 4
+ H O C2H3 �إيثانول
خالت الإيثيل
O CH3 C OH حم�ض(الخل)
C6H5COO18CH3 + H2O
HCl
بنزوات الميثل
C6H5COOH + HO18CH3 ميثانول
حم�ض بنزويك
-1ح�ضر بالمعادلة الكيميائية� :إ�ستر بروبانوات الميثيل . -2ما ا�سم و�صيغة الحم�ض الع�ضوي والغول الداخل في تكوين الإ�سترات التالية : (ب) CH3COOCH2CH2CH3 (�أ) C5H11COOCH3
181
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الثالث
م�صدر جزيء الماء في تفاعل الأ�سترة: كان االعتق ��اد ال�سائد عند تفاع ��ل الحم�ض الع�ضوي مع الغول لتكوين ا�ست ��ر وماء ف�إن مجموعة الهيدروك�سيل OHتنف�صل من الغول وتتحد مع هيدروجين الحم�ض لتكوين الماء ,ولكن �أثبت العالم يوري عام 1938م خط�أ هذا االعتقاد عن طريق تفاعل حم�ض البنزويك (حم�ض �أروماتي) مع الميثانول المحتوي على نظير الأك�سجين ( )18Oفي وجود كمية قليلة من غاز كلوريد الهيدروجين فالحظ عدم ظهور ( )18Oفي جزيئ الماء المتكون مما يدل على �أن م�صدر �أك�سجين الماء هو الحم�ض ولي�س الغول
المركبات الع�ضوية الأليفاتية الخوا�ص الفيزيائية : الإ�سترات ذات الكتلة الجزيئية ال�صغيرة ال لون لها .وتتميز برائحة مقبولة ت�شبه رائحة الفواكه الطازجة. �أما الإ�سترات الكبيرة في كتلتها الجزيئية فهي عديمة الرائحة.
الف�صل الثالث
�صيغة الإ�ستر
نوع الرائحة
CH3COOC2H5خالت الميثيل
رائحة الم�شم�ش
C3H7COOC2H5بروبانوات الإيثيل
رائحة الموز
CH3COOC8H17خالت الأوكتيل
رائحة البرتقال
جدول ()11-3
درجة الغليان :
قارن بين درجة غليان الإ�سترات ودرجة غليان الأحما�ض الع�ضوية . تحت ��وي الأحما�ض الع�ضوية على الرابطة – O-Hالأكثر قطبية من الرابطة – -O-Cالموجودة في الإ�سترات . وه ��ذا يجعل قطبية الأحما�ض الع�ضوي ��ة �أعلى من قطبية الإ�سترات كذلك ال تكون روابط هيدروجينية بين جزيئاتها . ه ��ذه العوامل مجتمعة تجعل درجة غلي ��ان الإ�سترات �أقل من الأحما�ض الع�ضوية المناظرة لها.
مقرر الكيمياء ()3
182
O
حم�ض ع�ضوي
H �إ�ستر
R C O O
R C O C
المركبات الع�ضوية الأليفاتية
1ـ قارن بين درجة غليان الإ�سترات والأغوال المناظرة لها . 2ـ ماذا يحدث لدرجة غليان الإ�سترات بزيادة الكتلة الجزيئية للإ�ستر ؟
CH3 – COOCH3
o57.5م
C2H5COOH
o141م
C4H9OH
o118م
CH3–COOC2H5
o77م
C3H7COOH
o164م
C5H11OH
o138م
الإ�سترات
درجة درجة الغليان الحم�ض الع�ضوي الغليان
الذائبية :
جدول ()12-3
ت ��ذوب الإ�ست ��رات ال�صغرى في الماء لبروز ال�صفة القطبية فيها وتك ��ون روابط هيدروجينية بينها وبين الم ��اء �إال �أن ه ��ذه الذائبية تقل بازدياد الكتل ��ة الجزيئية؛ وذلك ل�ضعف ت�أثيرالج ��زء القطبي وزيادة الجزء الهيدروكربوني غير القطبي .
الخوا�ص الكيميائية : ال�صفة الحم�ضية : تع ��د الإ�ست ��رات مركبات متعادلة فعلى الرغم من ا�شتقاق الإ�سترات م ��ن الحم�ض والغول وهما يت�صفان ب�صفات حم�ضية �إال �أن تلك ال�صفة تختفي في جزيئات الإ�ستر. هل تت�أثر الإ�سترات بالفلزات ؟ لماذا ؟
183
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الثالث
الغول
درجة الغليان
المركبات الع�ضوية الأليفاتية التحلل المائي : تعد الإ�سترات م�صدرا للأحما�ض الكربوك�سيلية والأغوال؛ حيث يتفكك الإ�ستر في و�سط قاعدي قوي �أو حم�ضي قوي �إلى الحمو�ض و الأغوال التي كونته كما يلي:
OH غول
+R
O R C OH حم�ض ع�ضوي
الف�صل الثالث
+
+ H
H2O
و�سط حم�ضي
O
+
NaOH
+ R C O- Na R OH �ألكانوات ال�صوديوم (ملح) غول O +HCl R C OH NaCl حم�ض ع�ضوي
و�سط قاعدي
O OR
R C O
OR
R C
+
وتعرف طريقة تفكك الإ�ستر في الو�سط القاعدي بالت�صبن ,نظر ًا ال�ستخدامها في �صناعة ال�صابون من الإ�سترات الموجودة في الزيوت والدهون . (�أ) حلل خالت الإيثيل في و�سط حم�ضي: CH3COOH + C2H5OH �إيثانول
حم�ض الخل
(ب) تحلل خالت الإيثيل في و�سط قاعدي: CH3COOK + C2H5OH �إيثانول
مقرر الكيمياء ()3
H2O/ H2SO4
خالت البوتا�سيوم
184
CH3COOC2H5 خالت �إيثيل
KOH
CH3COOC2H5 خالت �إيثيل
المركبات الع�ضوية الأليفاتية
( )8-3التعرف على الروائح المميزة لبع�ض الإ�سترات
� -1ضع 1مل من البنتانول في �أنبوبة اختبار .
� 3أنابي ��ب اختب ��ار ,حم ��ام مائي ,حم�ض الخ ��ل المركز, حم� ��ض بروبانوي ��ك ,زجاجة �ساع ��ة ,بنتان ��ول� ,أوكتان ��ول, حم� ��ض الكبري ��ت مخف ��ف.
-2خذ عينة من حم�ض الخل و�أ�ضف 1مل منه �إلى �أنبوبة الغول. � -3أ�ض ��ف بحذر خم�س قطرات من حم� ��ض الكبريتيك المخفف �إلى المزيج . -4حرك الخليط بحذر ورفق.
� -5ض ��ع الأنب ��وب في حمام مائي �ساخن لمدة 5دقائق (ال تجع ��ل الماء يغلى المواد الع�ضوية �سريعة اال�شتعال ). � -6صب محتويات الأنبوب في زجاجة �ساعة وتعرف رائحة الناتج . -7ك ��رر الخط ��وات ال�سابقة مع حم�ض بروبانويك وغول بنتانول وتعرف على رائحة الإ�ستر المتكون. � -8أع ��د الخطوات ال�سابقة �أي�ض ًا مع حم�ض الخل والأوكتانول وتعرف على رائحة الإ�ستر المتكون ثم لخ�ص النتائج في الجدول التالي: الرائحـة
�صيغة الإ�ست ــر -1 -2 -3
185
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الثالث
خطوات العمل :
الأدوات والمواد المطلوبة :
المركبات الع�ضوية الأليفاتية
تتميز معظم الإ�سترات بروائح عطرية طيبة ت�شبة الروائح الطبيعية للفواكة المختلفة �أو الأع�شاب الطبيعية .وقد ا�شتهر ا�ستخدامها كثير ا في �إ�ضفاء بع�ض النكهات ال�صناعية المرغوبة على بع�ض المنتجات الغذائية وغير الغذائية؛ �إن �صفة تميز الإ�سترات بالروائح المختلفة جعلت منها مواد مهمة في كثير من ال�صناعات خا�صة �صناعة العطور وحلويات الأطفال وبع�ض �أدواتهم مثل م�ساحات االقالم والألوان و�ألعابهم �إال �أن كثير ًا من التربويين ال يف�ضل ا�ستخدام هذا النوع من الأدوات لأ�ضرارها .كذلك تدخل الإ�سترات في ال�صناعات البال�ستيكية والألياف ال�صناعية مثل بولي �إ�ستر.
الف�صل الثالث اكت ��ب تقرير ًا عن الأ�ضرار الناتجة من ا�ستخ ��دام الإ�سترات لإعطاء نكهة الفواكهة في المواد الغذائية و�ألعاب الأطفال وغيرها .
و -مركبات النيتروجين الع�ضوية: يوج ��د في المركب ��ات الع�ضوية عدد من المجموع ��ات الوظيفية المحتوية على النيتروجين ,وفي الجدول المقابل بع�ض الأمثلة. و�س ��وف نقوم بدرا�سة �إح ��دى هذة المجموع ��ات وهى مجموعة �أمينو التى تتميز بها طائفة من المركبات الع�ضوية تعرف بالأمينات لما لها من مكانة مميزة بين المجموعات الأخرى .
ا�سم المجموعة
ال�صيغة
�أميد
O - C - N-
�آزو
-N2
نيتريل
-CN
نيتروز
-NO
�أمينو
NH2
جدول ()13-3
مقرر الكيمياء ()3
186
المركبات الع�ضوية الأليفاتية الأمينات : ادر�س �صيغ المركبات التالية ثم �أجب: R R H-N: R-N: R R
جـ
ب
R H-N: H
�أ
H H-N: H
ن�شادر
�أنواع الأمينات :
تنق�سم الأمينات �إلى ثالثة �أنواع تبع ًا لعدد مجموعات الألكيل المت�صلة بذرة الكربون يو�ضحها ال�شكل التالي: الأمينات
-
-
-
o o o ()1 �أمين �أولى ()2 �أمين ثانوى �أمين ثالثى ()3 يرتبط بذرة النيتروجين يرتبط بذرة النيتروجين يرتبط بذرة النيتروجين ثالث مجموعة �ألكيل واحدة مجموعتا �ألكيل . مجموعات �ألكيل. المجموعة الوظيفية –NRالمجموعة الوظيفية HNRالمجموعة الوظيفية H2NR ال�صيغة العامة H-N-R :ال�صيغة العامةH-N-R : ال�صيغة العامةR-N-R : H R R حيث R ,R ,Rجذور �ألكيلية متماثلة �أو غير متماثلة
نالحظ �أن مدلول الأو�صاف �أولي ،ثانوي ،ثالثي مختلف عما في الغول ففي الأغوال ت�شير �إلى بناء المجموعة التي تحمل مجموعة الهيدروك�سيل �أما في الأمينات فهي ت�شير �إلى عدد مجاميع الألكيل المرتبطة بالنيتروجين.
187
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الثالث
ما العالقة بين �صيغ المركبات ( �أ ,ب ,جـ ) ومركب الن�شادر؟�إن المركب ��ات ذات ال�صيغ ( �أ ,ب ,جـ ) عب ��ارة عن م�شتقات من مركب الن�شادر ب�إحالل مجموعة �ألكيل �أو �أكثر محل ذرة هيدروجين �أو �أكثر.
المركبات الع�ضوية الأليفاتية
هل يمكن �أن يكون هناك �أمين رباعي الدرجة ؟ لماذا ؟
ت�سمية الأمينات : ت�سمية الأمينات بالطريقة ال�شائعة:
الف�صل الثالث
تقت�صر هذه الت�سمية على المركبات الأمينية الب�سيطة ,وت�سمى الأمينات بهذه الطريقة بذكر ا�سم �أو �أ�سماء مجموعات الألكيل المرتبطة بذرة النيتروجين ثم ت�ضاف كلمة �أمين كما يتبين من الأمثله التالية: ال�صيغه
اال�سم
CH3 – NH2
ميثيل �أمين
H CH3 – N – CH3
ال�صيغه CH3
ثنائي ميثيل �أمين CH3 – CH2 – N – CH3
اال�سم �إيثيل ثنائي ميثيل �أمين
جدول ()14-3
الت�سمية بالطريقة النظاميه :IUPAC
قواعد الت�سمية النظامية للأمينات كما يلي : -1تقت�ضي هذه الطريقه النظر الى �أطول �سل�سلة تت�ألف من ذرات الكربون وترتبط بها مجموعة الأمين NH2على �أنها الأ�صل والمجموعة NH2على �أنها الفرع وت�أخذ عندها اللفظ �أمينو . � -2إذا كان على النيتروجين مجموعة �ألكيلية �سميت المجموعة م�سبوقة �أحيانا بالرمز (ن) �أو nوبقية ا�سم المجموعة باللفظ �أمينو كما يلي:
مقرر الكيمياء ()3
188
المركبات الع�ضوية الأليفاتية
1
2
1
3
CH3
CH3 –CH2 – CH2 – NH2
NH2
ن� -أمينو بروبان
2
3
4
CH3 CH2 CH
ن�-2-أمينو بيوتان
-1اكتب اال�سم ال�شائع للأمينات التالية : CH3
CH3
N
C2H5
C3H7
C2H5
N
C2H5
-2اكتب ال�صيغة البنائية للمركبات التالية : (�أ) بروبيل ميثيل �أمين (ب) �آيزو بروبيل �أمين
الطرق العامة لتح�ضير الأمينات : تعتم ��د الأمينات في تح�ضيرها عل ��ى مادة الن�شادر وذلك بت�سخين هاليد �ألكيل مع الن�شادر فيتكون مل ��ح �أمونيوم �إذا عومل بقاعدة قوية ينتج الأمين الأول ��ي ,ليتفاعل مع هاليد �ألكيل �آخر فيتكون الأمين الثانوي الذي يتفاعل مع جزيء �ألكيل �آخر لينتج الأمين الثالثي كما في المعادالت التالية:
189
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الثالث
H
CH3 N
H
المركبات الع�ضوية الأليفاتية
)1تح�ضير الأمين الميثيلي : CH3–NH2 + NaCl + H2O ميثيل �أمين
NaOH
CH3–NH3+Clملح �أمونيوم
NH3 + CH3Cl كلوريد الميثيل ن�شادر
)2تح�ضير �إيثيل ميثيل �أمين :
+
+
CH3 NH NaCl H2O
NaOH
CH3 NH2 Cl
الف�صل الثالث
C H
C H
2 5
2 5
ملح �أميني
�إيثل ميثيل �أمين
+
CH3-NH2 C2H5Cl
ميثيل �أمين
كلوريد الإيثيل
)3تح�ضير ثالثي ميثيل �أمين :
+
CH3
+
CH3 N NaCl H2O CH3
ثالثي ميثيل �أمين
CH
NaOH
3
Cl
CH3 NH CH
3
ملح �أميني
اكتب معادالت عامة تمثل تح�ضير الأمينات :
مقرر الكيمياء ()3
190
+
CH3 NH CH3Cl CH
3
كلوريد الميثيل ثنائي ميثيل �أمين
المركبات الع�ضوية الأليفاتية
مبتدئاً من ميثيل �أمين اكتب معادالت تح�ضير ما يلي: � )1إيثيل ميثيل �أمين :
� )1إيثيل ميثيل �أمين :
الف�صل الثالث
الخوا�ص الفيزيائية : تتمي ��ز الأمينات بوجود روابط بي ��ن النيتروجين والكرب ��ون ,والكربون والهيدروجي ��ن كما ف ��ي الأمين الأول ��ي والثانوي وروابط بي ��ن النيتروجين والكربون فقط كما في الأمين الثالثي .وبما �أن عن�صر النيتروجين يقع في ج ��دول ال�سالبية الكهربية في م�ستوى الكلور وبعد الأك�سجين وهذا يعني �أن الزوج الرابط بينه وبين ذرة الكربون والهيدروجين في المركبات الأمينية �أقرب �إلى النيتروجين منه �إلى ذرة الكربون �أو الهيدروجين وينتج عن ذلك قطبية في الرابط N – Hو الرابطة . C - N ت�ؤثر هذه القطبية على الخوا�ص الفيزيائيه للأمينات مثل درجة الغليان والذوبان ف ��ي المذيبات القطبية ي�ضاف �إلى ذلك وج ��ود الزوج الإلكتروني الحر على ذرة النيتروجين و�أثره في الخوا�ص الفيزيائية. فف ��ي الرابطة N – Hبالإ�ضافة �إلى القطبي ��ة وجود الزوج الإلكتروني الحر على ذرة النيتروجين ي�ؤديان �إلى تكون رابطة هيدروجينة بين جزيئات الأمينات الأولية والثانوية مما ي�سبب ارتفاع درجات الغليان.
191
C H N H
�أمين �أولي C H N C
�أمين ثانوي C C N C
�أمين ثالثي
مقرر الكيمياء ()3
المركبات الع�ضوية الأليفاتية
: N – H ……… : N – H ……… : N – H ……… : N – H
روابط هيدروجينية
الف�صل الثالث
قارن بين قطبيبة الأمينات الأولية والثانوية والثالثية .مع ذكر ال�سبب ؟
درجة الغليان : قارن بين درجة غليان الأمينات والأغوال. درجة غليان الأغوال �أعلى من درجة غليان الأمينات المماثلة لها في الكتلة الجزيئية وهذا يعود �إلى: �أ -قطبية الأغوال �أعلى من قطبية الأمينات لأن ال�سالبية الكهربائية للأك�سجين �أعلى من النيتروجين مما ي�ؤدي �إلى �أن تكون الروابط في الغول � - C+ -O- -H+أكثر قطبية من الروابط - C+ -N- -H+في الأمينات . ال�صيغة C3H8 (CH3)2O
ا�سم المركب الكتلة الجزيئية 44 بروبان 46 ثنائى ميثيل �إيثر
(CH3)2N
ثنائى ميثيل �أمين
45
o 7.5م
C2H5OH
�إيثانول
46
o 78م
جدول ()15-3
مقرر الكيمياء ()3
درجة الغليان o 42.2مo 24-م
192
المركبات الع�ضوية الأليفاتية ب -ه ��ذه القطبية ت�ؤثر على ق ��وة الرابطة الهيدروجينية بي ��ن الجزيئات فتك ��ون الرابط ��ة الهيدروجينية بين جزيئات الأغ ��وال �أقوى من الرابط ��ة الهيدروجينية بين جزيئات الأمينات.
ال�سالبية الكهربائية 3.5 3 2.5 2.1
العن�صر الأك�سجين النيتروجين الكربون الهيدروجين
جدول ()16-3
(ب) درجة غليان الأمينات الثالثية �أقل من درجة غليان الأمينات الأولية والثانوية. (جـ ) درجة غليان � )CH3)3Nأقل من درجة غليان .) CH3)2NC2H5 -2رتب المركبات التاليةت�صاعدياً ح�سب درجات الغليان .مع ذكر ال�سبب CH2CH2CH3 / CH3NHCH3 / CH3CH2OH / CH3OCH3
الذائبية:
ت ��ذوب الأمينات ذات الكتل الجزيئية المنخف�ضة في الماء للقطبية و�إمكانية تكوين روابط هيدروجينية, وتقل الذائبية بزيادة الكتلة الجزيئية للأمين ب�سب �ضعف ت�أثير الجزء القطبى وزيادة ت�أثير الجزء الغير قطبى . R H
O
H N: ……… : H H
روابط هيدروجينية بين الأمين الأولي والماء
193
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الثالث
-1ف�سر ما يلى علمياً: (�أ) ال تك ِّون الأمينات الثالثية روابط هيدروجينية بين جزيئاتها.
المركبات الع�ضوية الأليفاتية
-1رتب المركبات التالية ت�صاعدياً ح�سب الذائبية في الماء .مع ذكر ال�سبب (CH3)2O , C3H7COOH,C3H8 , (CH3)2NH , C2H5OH , (CH3)2CHO
-2علل ذائبية الأمين )CH3)3Nفي الماء �أقل من ذائبية الأمين . )CH3)2NH
الف�صل الثالث توجد الأمينات في كثير من المركبات الطبيعية ذات الأهمية العظمى في حياة الإن�سان والحيوان (الحمو�ض النوويه� ,أ�شباه القلويات ,البروتينات ,والحمو�ض الأمينية) كما تتوافر في بع�ض المركبات الطبية (الم�ضادات الحيوية وفي بع�ض الفيتامينات والهرمونات )وف�ضال عن ذلك فقد دخلت المجموعة االمينية منذ �أربعة عقود حقل �صناعة الخيوط الحريريه (النايلون – البرلون) وللأمين الإيثيلي رائحه الن�شادر �أما الأمين الميثيلي الثالثي والأمينات المتو�سطة الكبر فتمتاز بروائح ت�شبه رائحة ال�سمك مثل �سمك الرنجه والأمينات ذات الحلقه البنزولية ذات �سمية كبيرة في بع�ض الأحيان كما يمت�صها الجلد ب�سهوله وت�سبب الموت �أحيانا .
الخوا�ص الكيميائية : بم ��ا �أن الأمين ��ات من م�شتقات الن�شادر ذي ال�صف ��ة القاعديه فمن المتوقع �أن له ��ا خوا�ص قاعدية مثل الن�شادر لذلك تتفاعل مع الحم�ض وتكون �أمالح ت�سمى �أمالح �أمونيوم وهذا ب�سبب امتالك ذرة النيتروجين مقرر الكيمياء ()3
194
المركبات الع�ضوية الأليفاتية في الن�شادر والأمينات لزوج من الإلكترونات الحرة مما ي�سمح لها باكت�ساب بروتون الحم�ض �أو الماء وتعطي �أيون الهيدروك�سيل ال�سالب في المحلول ويت�ضح ذلك من خالل ما يلي:
+ OH-
تفاعل الن�شادر مع الماء
NH4+
�أيون هيدروك�سيد �أيون �أمونيوم
-
تفاعل الأمين مع الماء
OH
+
R N H
�أمين
+
RN : HOH H
+ - NaOH R N X
H
ملح �أميني
�أمين
H
+ HX
R N H
حم�ض الهيدروجين �أمين
تفاعل ثالثي �إيثيل �أمين مع حم�ض الكلور
+ NaCl + H2O
(C2H5)3 N
NaOH
+ -
C2H5
C2H5 N H Cl C2H5
تفاعل ميثيل �أمين مع حم�ض الكبريت
+
CH3NH2 NaHSO4
- NaOH
كلوريد ثالثى �إيثيل �أمونيوم
+
CH3NH3HSO4
ملح �أميني
195
C2H5 HCl
:+
N
C2H5
C2H5
حم�ض الكلور ثالثي �إيثيل �أمين H
: + H+HSO4-
CH3N
H
حم�ض الكبريت ميثيل �أمين
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الثالث
+
H
تر�سيب الأمين بقاعدة غير ع�ضوية قوية
H
ماء
تفاعل الأمين مع الأحما�ض القوية غير الع�ضوية
+
ماء
ن�شادر
H H
R NH2 NaX H2O
:NH3 + HOH
المركبات الع�ضوية الأليفاتية
الف�صل الثالث
قاعدية الأمينات الثالثية: لو حظ �أن الأمينات الثانوية �أقوى قاعدية من الأولية ومن الثالثية .بينما االمينات الثالثية �أ�ضعف في الغالب من الأولية .ويرجع ذلك لأ�سباب فراغية �إذا تحول المجموعات الألكيليه الثالث دون و�صول البرت ��ون ب�سهول ��ه �إلى ال ��زوج الإلكتروني الحر عل ��ى ذرة النيتروجين ف�ضال عن ذل ��ك نوع المجموعه الألكيلي ��ة ل ��ه �أثره في قاعدي ��ة الأمين .فالأمي ��ن الثانوي يحتوي عل ��ى مجموعتي ��ن �ألكيليتين (مانحة للإلكترونات) تمنح زخ ًما �إلكترون ًيا للنيتروجين فتعمل على تقوية ال�صفة القاعدية في الأمين .
-1و�ضح بالمعادالت ال�صفة القاعدية للمركب C2H5NHCH3 :
-2رتب المركبات التالية ت�صاعدياً تبعاً لل�صفة القاعدية .مع بيان ال�سبب .CH3OH , CH3NH2 , CH3F
� -3أكمل التفاعل التالي : ........... + ........... + ...........
مقرر الكيمياء ()3
.....
(CH3)2CHNH2+Cl-
196
........... +HCl
المركبات الع�ضوية الأليفاتية
�أ�سئلة الف�صل الثالث �س :1اختر الإجابة ال�صحيحة فيما يلي :
+
-1في التفاعل( CH3I X
) CH3OCH3 + HIتكون (: )X د) C2H5I
�أ) CH3Iب) C2H5OHجـ ) CH3OH
� -2أحد المركبات الآتية ُيعطي را�سباً �أحمر عند ت�سخينه مع محلول فهلنج : �أ) CH3OHب) CH3CHOجـ) CH3COCH3د) CH3OCH3
-3عند التحلل المائي لبروميد الإيثيل بهيدروك�سيد ال�صوديوم و�إ�ضافة قطعة �صوديوم للناتج يتكون : �أ) �إيثانول ب) �إيثيلين
ج) �إيثوك�سيد
د) (�أ +ب)
-4يمكن الح�صول على الف�ضة بتفاعل محلول نترات الف�ضة الن�شادرية مع : �أ� -أ�سيتون ب� -إيثانال
د -بيوتانون
جـ� -إيثانول
� - 5أحد المركبات التالية يحمر ورقة تباع ال�شم�س الزرقاء : �أ) بروبانون ب) بروبانال جـ) بروبانويك د) بروبانول -6المجموعة الوظيفية في الأمينات الأولية: -
�أ) Nب) NH3
جـ) - NHد) - NH2
-7عند تفاعل الإيثانويك مع الإيثانول يتكون: �أ) CH3COOCH3ب) CH3COOC2H5ج� �ـ) -8في التفاعل -X+ HCl CH3NH2+Cl-ف�إن ( )Xتكون :
CH3COOC3H7
�أ) ن�شادر
جـ) ميثيل �أمين
ب) ميثان
د)
C3H7COOCH3
د) ميثانول
-9جميع المركبات التالية تكون روابط هيدروجينية مع الماء ماعدا : �أ) CH3Cl
ب) CH3NH3
ج) CH3COOH
-10تُختزل الأحما�ض الكربوك�سيلية �إلى : �أ) كيتون
ب) �إ�ستر
جـ) �ألدهيد
د) �إيثر
197
د) CH3OH
المركبات الع�ضوية الأليفاتية -11الرابطة الهيدروجينية بين جزيئات الأمينات تكون بين : �أ) ذرة هيدروجين في جزئ مع ذرة نيتروجين في جزيء �آخر. ب) ذرة هيدروجين في جزئ مع ذرة هيدروجين في جزيء �آخر. جـ) ذرة هيدروجين في جزئ مع مجموعة �ألكيل في جزيء �آخر. د) ذرة نيتروجين في جزئ مع ذرة نيتروجين في جزيء �آخر.
�س� :2ضع عالمة �صح (✔) �أو خط�أ(✗) �أمام العبارات مع ت�صحيح الخط�أ : )1ي�سمى الأ�سيتالدهيد تبع ًا للت�سمية النظامية �إيثانون . )2ي�سمى تفاعل الأحما�ض الع�ضوية مع الأغوال بالت�صبن . ) 3تختلف الألدهيدات والكيتونات في تفاعالت الإ�ضافة . )4تتميز هاليدات الألكيل بروائحها الجميلة . )5يمك ��ن الح�صول على الإيثرات المتماثلة بتفاعل هاليدات الألكيل مع كوك�سيد ال�صوديوم. )6تتطابق الخوا�ص الفيزيائية للأمينات الأولية والثالثية . )7تعطي الأغوال الأولية الكيتونات عند �أك�سدتها . )8يمكن الح�صول على هاليدات الأكيل الأحادية الهاليد من �إ�ضافة الهالوجينات �إلى الألكينات . )9ي�صنف ( -2هبتانول) �ضمن الأغوال الأولية.
�س�: 3أعط تف�سيراً علمياً لما يلي: �أ) الإيثرات �شحيحة الذوبان في الماء. ب) ي�ضاف حم�ض الكبريت المركز في تفاعل الأ�سترة. جـ) ي�ستطيع الأ�سيتالدهيد اختزال محلول فهلنج بينما الأ�سيتون اليختزل محلول فهلنج . د) تحمل الأمينات ال�صفة القاعدية . هـ) درجة غليان الإيثانول �أقل من درجة غليان جليكول الإيثلين.
198
�سجل م�شاهداتك العملية لكل من التفاعالت الآتية بالمعادالت الكيميائية: �سِّ :4 �أ) �إ�ضافة 2جم من م�سحوق كربونات ال�صوديوم �إلى ع�صير الليمون. ب) و�ضع قطعة من فلز ال�صوديوم بحجم حبة العد�س مع (5مل) من البيوتانول العادي. جـ) الت�سخين الهادئ لمزيج البروبانون وفينيل هيدازين. د) �إ�ضافة حم�ض الكلور �إلى خالت ال�صوديوم. هـ) �إ�ضافة هيدروك�سيد ال�صوديوم �إلى ناتج تفاعل حم�ض الكلور مع الميثيل �أمين. و) تفاعل ( -2برومو -2-ميثيل بروبان) مع هيدروك�سيد ال�صوديوم . ي) ت�سخين (بروبيل �إيثل �إيثر) مع كمية فائ�ضة من يوديد الهيدروجين.
�س�:5صف اختباراً كيميائياً يمكن �أن ي�ستخدم للتمييز بين �أزواج المركبات التالية: �أ ) الإيثانول ,الإيثانال ب ) بروبانول ,بروبانون جـ) ثنائى ميثيل �إيثر � ,إيثان د) -1بيوتانول -2 ,بيوتانول هـ) �إيثانويك � ,أ�سيتات الإيثيل و ) �أ�سيتون ,ثنائى ميثيل �أمين ����س :6مرك���ب ع�ض���وي (� )Aصيغت���ه الجزئيي���ه C3H8Oبتفاع���ل م���ع ال�صودي���وم منتج���ا هيدروجين والمرك���ب ( )Bوبتفاع���ل المرك���ب ( )Aم���ع K2Cr2O7منتج���ا المركب ( )Cال���ذي يتفاعل مع محل���ول فهل���ج منتجا المركب ( )Dال���ذي يتفاعل مع الغول الإيثيلي لينتج المركب ( )Eالذي ال يذوب في الماء . -اكتب ال�صيغ البنائية للمركبات من (� )Aإلى (.)E
199
�س� :7أ) مبتدئاً بالإيثر المنا�سب كيف يمكن الح�صول على : �إيثانول � ,أ�سيتالدهيد ,خالت الإيثيل � ,أ�سيتون ,الأمين الإيثيلي ب) من الميثان كيف يمكن الح�صول على : فورمالدهيد ,فورمات الميثيل ,كلوريد الميثيل ,الإيثر الميثيلى ,الميثانويك
�س� :8أكمل الفراغات في المخطط التالي: NaOH
Cl2
�ضوء ال�شم�س
[[O
[[O
NaHCO3
�ضعيفة
�س� :9ضع ا�سماً منا�سباً للمركبات التالية طبقاً لنظام :IUPAC ( �أ ) CH3C(Cl)2CH3 (ب) CH2Cl –CH2-CH2OH
(جـ) )CH3)2CH-O-C4H9 ( د ) CH3 –CH2 C(CH3)Br-CHO (هـ) CH3-CH2CO-C3H7 ( و ) C5H11COOH
�س:10ار�سم ال�صيغة البنائية للمركبات الآتية: ( �أ ) ثالثي �آيزو بروبيل �أمين (ب) هك�سانات الإيثيل (جـ) 3-ميثيل �أوكتانويك ( د ) 3-برومو بيوتانون
200
C2H6
CO2 +H2O+
�س�:11ضع كلمة �صح في المربع المقابل لكل جزيء يت�صف بال�صفة الموجودة �أمامه: الجزئ
ال�صيغة يكون روابط هيدروجينية مع الماء ي�ؤثر على ورق تباع ال�شم�س الأزرق
CH3COOCH3 CH 3 COOH CH3COCH3 CH3OCH3 CH3CHO C2H5OH
يحتوي على رابطة ثنائية توجد روابط هيدروجينية بين جزيئاته يتفاعل مع بيكربونات ال�صوديوم يتفاعل مع ال�صوديوم يتفاعل مع يوديد الهيدروجين المركز يتفاعل مع الهيدرازين يت�أك�سد �إلى الأ�سيتالدهيد ُيختزل �إلى الإيثانول يح�ضر بتخمر ال�سكريات يتحلل �إلى حم�ض وغول يكون مر�آة ف�ضية مع محلول تولن
201
الك�شف عن المواد الع�ضوية وتحليلها
الأهداف ُيتوقع منك في نهاية هذا الف�صل �أن: -1تطبق العمليات الأ�سا�سية للتحليل النوعي لعنا�صر المادة الع�ضوية . -2تطبق العمليات الأ�سا�سية للتحليل الكمي لمكونات المادة الع�ضوية والح�سابات الالزمة لذلك . -3تبين عملي ًا طرق التمييز بين المجموعات الوظيفية في المادة الع�ضوية . -4ت�ستنتج ال�صيغة البنائية للمادة الع�ضوية بناء ًا على نتائج التحليل الكيميائي المختلفة . -5تتعرف على �أهم �أجهزة التحليل الآلي الع�ضوي وطرق ا�ستخدامها 0 -6تتعرف على الطرق الكروماتوجرافية .
202
المقدمة تعرفت خالل درا�ستك للف�صل ال�سابق على �أ�شهر المجموعات الوظيفية في المركبات الع�ضوية و�صفاتها وخوا�صها الكيميائية والك�شف عن كل مجموعة وظيفية ولكي تكتمل ال�صورة لدرا�سةالكيمياء الع�ضوية �سوف نتعر� ��ض في ه ��ذا الف�صل لدرا�سة بنية الجزيئ ��ات الع�ضوية وكيفية الو�صول �إلى �صيغته ��ا البنائية والتحليل الكيميائي الآلي للمادة الع�ضوية.
التحليل الكيميائي الع�ضوي : نظ ��ر ًا ل�ضخام ��ة �أعداد المركب ��ات الع�ضوية وما يكت�ش ��ف منها كل يوم فلي�س من ال�سه ��ل على الكيميائي درا�س ��ة ه ��ذه المركب ��ات ك ًال على حدة ,ولن ��ا �أن نت�صور الجهد الكبي ��ر الذى يبذلة الكيميائ ��ي للو�صول �إلى بني ��ة المرك ��ب الع�ضوي الواحد الذي قد ي�صادفه �سواء من م�ص ��در طبيعي �أو من تفاعل كيميائي يجريه في مختبره؛ وللتعرف على بنية المركب الع�ضوي المجهول ال بد من اتباع الخطوات التالية: �أوال :الت�أكد من نقاوة المادة الع�ضوية المجهولة. ثانيا :التحليل الكيفي �أو النوعي (معرفة نوع الذرات المكونة للجزئ) . ثالثا :التعيين الكمي (تقدير ن�سبة العنا�صر في المركب الع�ضوي ) . رابعا :تعيين ال�صيغة التجريبية وال�صيغة الجزيئية. خام�سا :تعيين المجموعة الوظيفية. �ساد�ساً :تعيين ال�صيغة البنائية للجزيء.
203
الك�شف عن المواد الع�ضوية وتحليلها �أوال :الت�أكد من نقاوة المواد الع�ضوية: قبل البدء في تحليل المادة الع�ضوية ال بد من معرفة مدى نقاوتها لأن وجود ال�شوائب فيها ي�ؤثر على نتائج التفاعالت والتحليالت ,ولمعرفة مدى النقاوة وتنقية المادة من ال�شوائب نتبع ما يلي:
ا�ستك�شاف مدى نقاوة المادة الع�ضوية:
يتم ذلك بتعيين درجة غليان المادة الع�ضوية �إن كانت �سائلة �أو درجة ان�صهارها �إن كانت �صلبة؛ حيث �أن ل ��كل مادة ع�ضوية �سائلة نقية درجة غلي ��ان ثابتة وكذلك لكل مادة ع�ضوية �صلبة نقية درجة ان�صهار ثابتة0 وال�شوائب ت�ؤثر على درجة غليان المواد الع�ضوية ال�سائلة وان�صهار المواد الع�ضوية ال�صلبة فتجعلها غير ثابتة, فمثال الأ�سيتون النقي يغلي عند درجة حراره 56م�أما �إذا وجد معه قليل من الغول ف�إن غليانه يبد�أ عند 50م. O
O
تنقية المواد الع�ضويه من ال�شوائب: �أ) في حالة المادة الع�ضويه ال�سائله:
الف�صل الرابع
ن�ستخ ��دم طريقة التقطير حي ��ث تنف�صل كل مادة من م ��واد الخليط عن ��د درجة حرارة معين ��ه مرتبة ح�سب درج ��ات غليانه ��ا وي�ستخ ��دم لذل ��ك �أجه ��زة التقطير الب�سيطة �أو التجزيئية كما في ال�شكل ()1-4
�شكل ( �1-4أ) جهاز تقطير ب�سيط
ب) في حالة المادة الع�ضويه ال�صلبه: نعتم ��د هن ��ا على عميل ��ة البلورة لتنقيته ��ا وتعتمد احدى طرق البلورة على فكرة �أن المواد ال�صلبه تتفاوت ذائبيته ��ا في مذيب معين عند درجات حراره مختلفة حيث يتم �إذابة المركب الع�ضوي ال�صلب المراد تنقيته ف ��ي كمي ��ة منا�سبه من مذي ��ب منا�س ��ب وي�سخن حتى يذوب بالكامل ثم يتم تبريد المحلول ببطء فتنف�صل �شكل ( 1-4ب) جهاز تقطير تجزيئي المادة الأقل قابلية للذوبان على �شكل را�سب ويتم تر�شيح المحلول وهو �ساخن لإزالة ال�شوائب غير الذائبة وتك ��رر العملي ��ة حتى يتم الح�صول على بلورات الم ��ادة الع�ضوية ال�صلبة ب�صورة نقي ��ة ثم يتم تجفيفها. مقرر الكيمياء ()3
204
الك�شف عن المواد الع�ضوية وتحليلها ثانيا:التحليل الكيفي �أو النوعي : gualitatative analysis • ما الذرات المتوقع وجودها في �أي مركب ع�ضوي ؟ • كيف تك�شف عن الذرات في جزيئات مادة ع�ضوية ؟
�إن التحليل الكيفي ( �أو النوعي) عملية يتم فيها الك�شف عن نوع الذرات المكونة للجزيء. بالإ�ضاف ��ة �إلى عن�صر الكربون الموجود في جزيئات المركبات الع�ضوية ف�إن العنا�صر الموجودة في الغالب في المركبات الع�ضوية هي :الهيدروجين ,الأك�سجين ,النيتروجين ,الكبريت ,الهالوجينات ,الف�سفور .
�أ – الك�شف عن الكربون والهيدروجين
للك�ش ��ف عن الكرب ��ون والهيدروجين ت�ؤك�س ��د المادة الع�ضوية حي ��ث يتحول الكربون �إل ��ى ثانى �أك�سيد الكربون ,CO2ويتحول الهيدروجين �إلى بخار الماء H2Oوالن�شاط التالي ي�ساعدنا على ا�ستك�شاف ذلك: ( )1-4الك�شف عن الكربون والهيدروجين في المركب الع�ضوي
..............................................................
205
مركب ع�ضوي ( �سكر مث ًال) � ,أك�سيد النحا�س الثنائي الأ�سود ,ماء الجير, كبريتات النحا�س الثنائي الالمائية, �أنبوبة اختبار ,لهب بنزن� ,أنبوبة تو�صيل بها انتفاخ � ,سدادة ,حامل ,دورق .
�شكل ( ) 2-4الك�شف عن الكربون والهيدروجين
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الرابع
خطوات العمل: -1ركب الجهاز كما هو مبين في ال�شكل المقابل. -2اخلط قلي ًال من المرك ��ب الع�ضوي مع كمية م�ضاعفة من �أك�سيد النحا�س الثنائي الأ�سود الجاف. � -3سخ ��ن المخلوط ف ��ي �أنبوب ��ة جاف ��ة(�أو دورق) م�سدودة ب�س ��دادة بحيث ينغم�س طرف �أنبوب ��ة التو�صيل البعيد في الأنبوبة المحتوية على ماء الجير. ماذا تالحظ على لون المادة الموجودة في االنتفاخ ؟ .............................................................. ماه ��و التغير الحادث على ماء الجير ف ��ي الأنبوبة الأخرى ؟ .............................................................. ماذا ت�ستنتج من الن�شاط ؟
الأدوات والمواد المطلوبة:
الك�شف عن المواد الع�ضوية وتحليلها ب -الك�شف عن الهالوجينات والنيتروجين والكبريت • مانوع الروابط بين ذرات N,S,Xو الكربون في المركب الع�ضوي ؟[حيث ( )Xهي ([)Cl,I,Br • هل يمكن الك�شف عن هذه العنا�صر في المركب الع�ضوي بطريقة مبا�شرة ؟ لماذا ؟ • اقترح طريقة للك�شف عن هذه العنا�صر في المركب الع�ضوي؟ � -1إذا احت ��وت المادة الع�ضوي ��ة على هالوجين ��ات ( )Cl,I,Brف�إنه ب�صهره ��ا م ��ع ال�صودي ��وم تتك�س ��ر جمي ��ع الروابط ف ��ي المركب الع�ضوي ويتحول جميع الهالوجين �إلى هاليد ال�صوديوم: NaX + ...............
�صهر
R – X + Na
�شكل ( )3-4التمييز بين الهاليدات
هاليد ال�صوديوم وب�إ�ضاف ��ة محل ��ول نترات الف�ض ��ة �إلى الناتج يتكون هالي ��د الف�ضة على �شكل را�س ��ب ,ومن خالل �صفات الرا�سب الناتج يمكن التعرف على نوع الهالوجين كما يت�ضح في الجدول التالي:
الف�صل الرابع
التفاعل مع الكا�شف
�أيون الهاليد
لون الرا�سب
الذائبية
�أبي�ض
يذوب في محلول الن�شادر المائي
)AgCl(s
)Ag+(aq) + Cl-(aq
بروميد AgBr(s) Br-
)Ag+(aq) + Br-(aq
�أ�صفر باهت قليل الذوبان في محلول الن�شادر
)Ag+(aq) + I- (aq
�أ�صفر فاتح ال يذوب في محلول الن�شادر المائي
كلوريد Cl-
يوديد I-
)AgI(s
جدول ()1-4
� -2إذا احتوت المادة الع�ضوية على الكبريت ف�إنه ب�صهرها مع ال�صوديوم يتحول جميع الكبريت �إلى كبريتيد ال�صوديوم: Na2S + ..........
�صهر
R-S + 2Na
ويتم الك�شف عن �أيون الكبريت بالتفاعل مع محلول خالت الر�صا�ص( )pb +2التي تعطي را�سب ًا �أ�سود من كبريتيد الر�صا�ص . )S-2 (aq) + Pb+2 (aq
PbS را�سب �أ�سود
مقرر الكيمياء ()3
206
الك�شف عن المواد الع�ضوية وتحليلها � -3إذا احت ��وت المادة الع�ضوية على ذرات نيتروجين ف�إنه ب�صهرها مع ال�صوديوم يتحول جميع النيتروجين �إلى �سيانيد ال�صوديوم: �صهر
NaCN + ..........
R – N + Na
�سيانيد ال�صوديوم ويت ��م الك�شف ع ��ن �أيونات ال�سياني ��د بالتفاعل مع محل ��ول الحديد الثنائي ( )Fe+2ث ��م محلول الحديد الثالثي ()Fe+3ليعطي لون ًا �أزق يعرف ب�أزرق برو�سيا كما يلي: حديدو�ساينيد
Fe+2 +2CN-
Fe(CN)2
Na+ + Fe+3 + Fe(CN)2 + 4CN-
�أزرق برو�سيا (�أزرق داكن) )(NaFe(Fe(CN)6
� -4إذا احتوت المادة الع�ضويه على ذرات �أك�سجين: لي�س هناك ك�شف محدد للأك�سجين في المركب الع�ضوي ويمكن اال�ستدالل عليه من ال�صفات الكيميائية للمرك ��ب� .أم ��ا �إذا احتوى المرك ��ب الع�ضوي على معدن ف�إنه يتخلف بعد ت�سخين ه ��ذا المركب را�سب هو في الغالب �أك�سيد المعدن وفي بع�ض الحاالت قد يكون المعدن حر ًا.
خطوات العمل: -1خذ قطعة �صغيرة من فلز ال�صوديوم(حديثة القطع) بحجم حب ��ة العد�س ثم جففه ��ا و�ضعها في �أنبوب ��ة الحرق الخا�صة بال�صهر. � -2أ�ضف(بح ��ذر) الم ��ادة الع�ضوي ��ة المجهول ��ة �إل ��ى الأنبوبة (حوالي 50ملغم لل�صلبة �أو 3-2قطرات لل�سائلة). � -3سخن المزيج حتى درجة الإحمرار . � -4ضع الأنبوبة ال�ساخنة في جفنة �أو ك�أ�س به 15مل ماء مقطر و ك�سرها �إلى قطع �صغير بوا�سطة �ساق زجاجية . � -5سخن المحلول في الك�أ�س �إلى �أن يغلي ثم ر�شح المحلول .
207
الأدوات والمواد المطلوبة : فلز ال�صودي ��وم� ,أنابي ��ب �أختبار, �أنبوبة �إحت ��راق ,ماء مقطر ,لهب, محل ��ول كبريت ��ات حدي ��د ثنائ ��ي تركيز %55محل ��ول كلوريد حديد ثالث ��ي تركيز ,%55محلول فلوريد بوتا�سي ��وم تركي ��ز ,% 10حام� ��ض خل ,محلول خالت ر�صا�ص ,نترات الف�ض ��ه ,حم� ��ض النيتروجي ��ن, هيدروك�سيد �أمونيوم ,مادة ع�ضوية
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الرابع
(()2-4اختبار ال�سين) للك�شف عن النيتروجين والكبريت والهالوجينات
الك�شف عن المواد الع�ضوية وتحليلها
مالحظة � :إذا كان الر�شيح ملون يدل على �أن الحرق غير كامل وي�ستح�سن �إعادة الخطوات ال�سابقة بعين ��ة جديدة�.أم ��ا �إذاكان الر�شيح غير ملون فهو �صالح للك�شف وي�سخ ��دم هذا الر�شيح للك�شف عن ذرات ( )N,S,Xحيث يق�سم الر�شيح �إلى ثالثة �أق�سام كما يلي: الق�سم الثاني (الك�شف عن)S -1خ ��ذ قليال م ��ن الر�شيح في �أنبوب ��ة اختب ��ار� .أ�ضف �إليه ع ��دة قط ��رات م ��ن حم�ض الخل ,ثم ع ��دة قطرات من خالت الر�صا�ص -2مـاذا تالحظ..؟
الف�صل الرابع
الق�سم الأول (الك�شف عن)N � -1أ�ضف �إلى الر�شيح قليال من محلول كبريت ��ات الحديدوز ث ��م �سخ ��ن الأنب ��وب حت ��ى الغليان ثم دعه حتى يبرد . � -2أ�ض ��ف �إليه عدة قطرات من حم� ��ض الكبري ��ت المخف ��ف حت ��ى ي ��ذوب هيدروك�سي ��د -4اكتب معادلة التفاعل �إن الحديدوز المتر�سب �-3أ�ض ��ف ع ��دة قط ��رات م ��ن حدث تفاعل محلول كلوري ��د الحديديك. مـاذا تالحظ؟
الق�سم الثالث (الك�شف عن)X -1ق�س ��م الر�شي ��ح ف ��ي ثالث ��ة �أنابيب اختبار � -2أ�ض ��ف �إل ��ى كل �أنب ��وب ع ��دة قط ��رات م ��ن حم� ��ض النيتروجين المخفف. -3ثم �أ�ضف �إل ��ى كل منها عدة قطرات م ��ن محل ��ول نترات الف�ضة. � -4سخن الأنابيب الثالثة بلطف. مـاذا تالحظ؟ -5كيف تميز نوع الهاليد؟
-4اكتب معادلة التفاعل �إن حدث تفاعل
-4اكتب معادلة التفاعل �إن حدث تفاعل احتياطات ال�سالمة :يجب الحذر عند ا�ستخدام ال�صوديوم فيجب عدم احتواء �أنبوبة االحتراق على �شيء من الماء لتفادي حدوث فرقعة �شديدة �أو ا�شتعال .وعدم غ�سل الأنبوب بالماء بعد انتهاء التجربة.
مقرر الكيمياء ()3
208
الك�شف عن المواد الع�ضوية وتحليلها ثالثا :التحليل الكمي :Quantitativ analysis : يتم في هذا التحليل تحديد ن�سب العنا�صر المكونه للمركب الع�ضوي للتو�صل �إلى �صيغة تجريبية للمركب وي�أت ��ي ذلك بعد معرفة �أنواع الذرات المكون ��ه للجزيئ (التحليل الكيفي �أو النوعي )؛ وكما عرفت �سابقا �أن �أي مركب ع�ضوي ال بد �أن يحتوي على الكربون والهيدروجين غالب ًا وقد يحتوي �أي�ض ًا على الأك�سجين والكلور والكبريت والنيتروجين وغيرها.
فكيف يمكن تحديد ن�سبة كل عن�صر من العنا�صر ال�سابقة في المركب الع�ضوي ؟ يمكن ذلك عن طريق �إيجاد الن�سبة المئوية لكل عن�صر كما يلي:
�أ) تقدير ن�سبة الكربون والهيدروجين في المركب الع�ضوي (الخالي من النيتروجين والكبريت والهالوجين):
…………+ .
NaCO3
NaOH
CO2
()O
المركب الع�ضوي
الناتج
وعلي���ه ف����إن كتل���ه ثاني �أك�سيد الكربون = كتلة الناتج من تفاعل ثان���ي �أك�سيد الكربون مع القاعدة –كتلة القاعدة قبل التفاعل ومن معرفة كتلة غاز CO2ن�ستنتج عدد الموالت من القانون عدد الموالت =
كتلة الماده بالجرام كتلة المول (الكتله الجزيئية)
عدد موالت ذرات الكربون في المادة الع�ضوية =عدد موالت ثاني �أك�سيد الكربون
209
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الرابع
يت ��م �أك�س ��دة المركب الع�ضوي ف ��ي �أجهزة دقيقة ومحكم ��ة الإغالق ليتحول جمي ��ع الكربون في المركب الع�ضوي �إلى غاز ثاني �أك�سيد الكربون ويتحول جميع الهيدروجين �إلى بخار الماء ,ويتم تقدير ن�سبة الكربون ف ��ي المركب الع�ضوي ب�إمرار غاز CO2الناتج عل ��ى قاعدة NaOHمعلومة الكتلة لتتفاعل معه ويتم تقدير كتلة الناتج.
الك�شف عن المواد الع�ضوية وتحليلها 1مول من CO2تحتوي على 1مول من ذرات الكربون لذلك ف�إن: عدد موالت ذرات الكربون = عدد موالت ثاني �أك�سيد الكربون ولمعرفة عدد موالت Cفي العينة يمكن ح�ساب كتلتها ون�سبتها المئوية في العينة من القانون : كتلة الكربون = عدد موالت الكربون كتلة المول الواحد من الكربون الن�سبة المئوي لعن�صر الكربون في العينه =
كتلة الكربون في العينة كتلة العينة
100
ولتقدير ن�سبة الهيدروجين في المركب الع�ضوي؛ يمرر بخار الماء الناتج من �أك�سدة المركب الع�ضوي على مادة مجففة معلومة الكتلة (مثل بيركلورات المغني�سيوم ) Mg(ClO4)2تمت�صة. ويتم ح�ساب كتلة بخار الماء كما يلي :
الف�صل الرابع
كتلة بخار الماء = كتلة المادة المجففه بعد تمرير بخار الماء عليها –كتلة المادة المجففه قبل تمرير بخار الماء عليها ولمعرفة كتلة بخار الماء يمكن ح�ساب عدد موالت الماء ثم معرفة عدد موالت الهيدروجين عدد موالت الهيدروجين = 2عدد موالت بخار الماء ثم نح�سب كتلة الهيدروجين ون�سبته المئوية في العينة الع�ضوية 1مول من H2Oيحتوى على 2مول من ذرات الهيدروجين لذا ف�إن عدد موالت الهيدروجين = 2عدد موالت بخار الماء H2O + .............. Mg(ClO4)2.H2O
مقرر الكيمياء ()3
Mg(ClO4)2
210
]]O
مركب الع�ضوي يحتوى على هيدروجين
الك�شف عن المواد الع�ضوية وتحليلها
م����ادة ع�ضوي����ة كتلتها 0.1934جم �أنتجت 0.531جم من ثاني �أك�سيد الكربون، و 0.4312جم من بخار الماء .ما الن�سبة المئوية لكل من الكربون والهيدروجين في المركب الع�ضوي؟ هل يحتوي المركب على عنا�صر �أخرى؟
كتلة بخار المـــاء = 0.024= 0.4312مول عدد موالت بخار الماء= 18 كتلة المول الواحد من بخار الماء ع ��دد م ��والت الهيدروجي ��ن = ع ��دد م ��والت بخ ��ار الم ��اء = 0.048 = 2 0.024جم كتلة الهيدروجين = 0.048 = 1 0.048جم 0.048 كتلة الهيدروجين = 100 الن�سبه المئوية للهيدروجين = 0.1934 كتلة العينة مجموع الن�سب = %99.28 = % 24.82 + % 74.46 ... %100التوجد عنا�صر �أخرى
24.82 = 100
211
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الرابع
الحل � -1:إيجاد ن�سبة الكربون في العينة : نح�سب عدد موالت CO2 0.531 كتلة CO2بالجرام = 0.012مو ًال = عدد موالت = CO2 CO من المول كتلة 44 2 كتلة المول من CO2 = (16 2) + 12 = 44 وبما �أن جزيء ثاني �أك�سيد الكربون يحتوي على ذرة كربون واحدة ف�إن: عدد موالت الكربون في العينة = عدد موالت CO2 = 0.012مول كتلة الكربون = عدد الموالت كتلة المول الواحد = 0.144 = 12 0.012جم 0.144 كتلة الكربون % 74.46 =100 = 100 الن�سبة المئوية للكربون = 0.1934 كتلة العينة � -2إيجاد ن�سبة الهيدروجين في العينة:
الك�شف عن المواد الع�ضوية وتحليلها
�أعطى الإحـتــراق الكـامل لعينة مـن مركـب ع�ضوي كتلتها 858جم 2.63 ،جـم مـ ــن و 1.28جم من � H2Oأوجد الن�سبة المئوية للعنا�صر المكونة لهذه العينة؟
CO2
ب -تقدير ن�سبة الكلور في المركب الع�ضوي : نتبع نف�س الخطوات في تقدير ن�سبة اليود والبروم في المركب الع�ضوي. يمكن تقدير ن�سبة الكلور في المركب الع�ضوي باتباع الخطوات التالية:
الف�صل الرابع
تحوي ��ل الكل ��ور في المرك ��ب الع�ضوي �إلى �أي ��ون كلوريد Clث ��م نر�سبه على هيئ ��ة كلوريد ف�ض ��ة AgClبا�ستخداممحلول نترات الف�ضة. يف�صل را�سب كلوريد الف�ضة با�ستخدام �أجهزة خا�صة مثل( جهاز الطرد المركزي ) ثم ُيجمع الرا�سب وتقا�س كتلته.نح�سب عدد موالت كلوريد الف�ضة ومنها نح�سب عدد موالت الكلور عدد موالت الكلور = عدد موالت كلوريد الف�ضة؛ لمـــاذا؟ وكما �سبق نح�سب كتلة الكلور ثم ن�سبته المئوية في المركب الع�ضوي عين���ة من مادة ع�ضوي���ة كتلتها 6جم تحتوي على الكلور �أنتجت 4.85جم من كلوريد الف�ضة ,ما الن�سبة المئوية للكلور في المركب الع�ضوي ؟ الحل :الكتلة المولية لــ 143.4 = )1 107.9( + )1 35.5(= AgClجم 4.85 143
كتلة كلوريد الف�ضة = عدد موالت كلوريد الف�ضة = كتلة المول من كلوريد الف�ضة عدد موالت الكلور = عدد موالت كلوريد الف�ضة = 0.0339مول كتلة الكلور بالجرام = عدد موالته الكتلة الذرية الجرامية = 1.2 = 35.5 0.0339جم الن�سبة المئوية للكلور =
مقرر الكيمياء ()3
كتلة الكــلور كتلتة العينة الع�ضوية
212
= 0.0339مو ًال
% 20 = 100 1.2 = 100 6
الك�شف عن المواد الع�ضوية وتحليلها
جهاز الطرد المركزي يتك ��ون من غ�ل�اف �أ�سطوانى مفرغ من اله ��واء يدور بداخل ��ة �أ�سطوانة ب�سرعة كبي ��رة بوا�سطة محرك كهربائى من �أ�سفل ومغناطي�س قوى من �أعلى حيث يتم ف�صل الرا�سب بفعل الدوران ال�سريع ويت ��م الف�صل بن ��اء ًا على الكثافة بحيث تكون الكتل الثقيلة بعيدة عن مركز الحركة والكتل الخفيفة قريبة من المركز .وذلك باالعتماد على مبادئ الطرد المركزي فعندما تدور الأج�سام ذات الكتل العالية ب�سرعة كبيرة وبحركة دائرية ف�إنه يتم توليد قوة ت�سمى قوة الطرد المركزي �أو القوة النابذة الت ��ي تعم ��ل على �إبعاد الج�سم بعيد ًا عن مركز الحركة � .أما الكتل الخفيفة فتبقى قريبة من المركز وت�ستخدم �أجهزة الطرد المركزي في ف�صل مكونات الجزيئات الكبيرة مثل الدم ,الروتين .
الف�صل الرابع
�شكل ( � ) 4-4أحد �أنواع �أجهزة الطرد المركزي
جـ -تقدير ن�سبة الكبريت في المركب الع�ضوي: نتبع الخطوات التالية لتقدير ن�سبة عن�صر الكبريت:
• نحول الكبريت بطريقة الأك�سدة �إلى �أيون الكبريتات=SO4 • تر�سب �أيون الكبريتات على هيئة كبريتات الباريوم BaSO4با�ستخدام كلوريد الباريوم BaCl2
213
مقرر الكيمياء ()3
الك�شف عن المواد الع�ضوية وتحليلها )BaSO4(S
Ba++
=SO4
را�سب ابي�ض
�أك�سدة
المركب الع�ضوي المحتوي على الكبريت
• نح�سب عدد موالت كبريتات الباريوم ومنها عدد موالت الكبريت . عدد موالت الكبريت = عدد موالت ,BaSO4لمـــاذا ؟ • نح�سب كتلة الكبريت ثم ن�سبته المئوية .
�شكل ( ) 5-4 كبريتات الباريوم
عن���د �أك�س���دة عينة م���ن مركب ع�ض���وي كتلته���ا 0.2242جم؛ ومفاعل���ة الناتج بكلوري���د الباري���وم تكون 0.2503جم من كبريت���ات الباريوم على هيئة را�سب . اح�سب الن�سبة المئوية للكبريت في العينة.
الحل :
الف�صل الرابع
عدد موالت = BaSO4
كتلة BaSO4 كتلة المول من BaSO4
كتلة المول من 233.5 = 137.5 + 32 + )16 4(= BaSO4جم 0.2503 3= 10 1.07 عدد موالت = BaSO4 233.5 -3 عدد موالت الكبريت = 10 1.07 كتلة الكبريت = عدد موالت الكبريت الكتلة الذرية للكبريت كتلة الكبريت = 0.034 = 32 × 3-10 1.07 الن�سبة المئوية للكبريت = % 15.17 = 100 0.034 0.2242
مقرر الكيمياء ()3
214
الك�شف عن المواد الع�ضوية وتحليلها د -تقدير ن�سبة النيتروجين في المركب الع�ضوي. يتم تقدير ن�سبة النيتروجين في المركب الع�ضوي ب�إحدى طريقتين : الطريقة الأولى : تحويل النيتروجين في المركب الع�ضوي �إلى ن�شادر ()NH3 ولتقدير ن�سبة النيتروجين في الن�شادر نقوم بالخطوات التالية : �شكل ( ) 6- 4 • نحدد تركيز الن�شادر الناتج بمعادلته مع حم�ض معلوم التركيز مثل حم�ض الكلور. معايرة الن�شادر بحم�ض وبتطبيق العالقة :التركيز × الحجم = HClالتركيز × الحجم NH3 تركيز الن�شادر =
( التركيز × الحجم ) للحم�ض حجم الن�شادر
الف�صل الرابع
عدد موالت الن�شادر = الحجم باللتر التركيز • بمعرفة عدد موالت الن�شادر نح�سب عدد موالت النيتروجين. عدد موالت الن�شادر = عدد موالت الحم�ض = عدد موالت النيتروجين؛ لماذا ؟ • نح�سب كتلة النيتروجين ثم نحدد ن�سبته المئوية.
الطريقة الثانية : تحويل النيتروجين في المركب الع�ضوي �إلى غاز النيتروجين : • نقي� ��س حج ��م و�ضغط و درجة حرارة غ ��از النيتروجين النات ��ج ,ثم نح�سب عدد موالت غ ��از النيتروجين من معادلة الحالة الغازية P.V = n .R .T : • نح�سب كتلة النيتروجين ثم ن�سبته المئوية.
215
مقرر الكيمياء ()3
الك�شف عن المواد الع�ضوية وتحليلها
عين���ة م���ن مركب ع�ض���وي كتلتها 0.0135ج���م تحتوي عل���ى النيتروجين �أنتجت � 2سم 3من غاز النيتروجين عند درجة حرارة 21م و �ضغط جوي 740 ملم زئبق .مالن�سبة المئوية للنيتروجين في المركب O
الحل :
حجم غاز النيتروجين باللتر= 0.002= 2لتر,ال�ضغط= � 0.974= 740ضغط جوي 760 1000 درجة الحرارة المطلقة = 294 = 273 + 21كالفن = n .R .T
بالتعوي�ض في معادلة الحاله الغازية 294 0.082 n = 0.974 0.002 24.11 n = 0.00195
P.V
0.00194 =n 24.11
= 5-10 8مو ًال
الف�صل الرابع
الكتلة المولية لـ 28= 2 14 = N2جم كتلة غاز N2بالجرام = عدد موالت غاز النيتروجين الكتلة المولية لغاز النيتروجين = 0.0022= 28 5-10 8جم 0.0022 = % 16.3 الن�سبه المئويه للنيتروجين = 0.0135
هـ -تقدير ن�سبة الأك�سجين في المركب الع�ضوي. للأك�سج ��ن طريقة ح�سابي ��ة خا�صة لتحديد ن�سبته تعتمد على ن�سب العنا�صر الأخ ��رى في المركب الع�ضوي بمعنى �أنه �إذا كان مجموع ن�سب العنا�صر في المركب ي�ساوي %100ف�إن المركب ال يحتوي على �أك�سجين � .أما �إذا كان مجموع ن�س ��ب العنا�ص ��ر في المركب �أقل من %100ف� ��إن الباقي هو �أك�سجين ما لم يذكر غير ذل ��ك �أو تدل االختبارات العملية على وجوده.
مقرر الكيمياء ()3
216
الك�شف عن المواد الع�ضوية وتحليلها
�أي من المركبات التالية يحتوي على عن�صر الأك�سجين -1مركب 1يحتوي على :كربون , % 71.6هيدروجين , % 7.5نيتروجين % 20.9 الحل :مجموع الن�سب = % 100 = % 20.9+ % 7.5 + % 71.6 �إذن المركب ال يتحوي على الأك�سجين -2مركب 2يحتوي على :كربون , % 38.3هيدروجين , % 4.8كلور % 56.8 الحل :مجموع الن�سب = % 99.9 =56.8 + %4.8+ 38.3 �إذن المركب ال يحتوي على الأك�سجين -3مركب3يحتوي على :كربون , % 33.6هيدروجين , % 5.6نيتروجين % 49.6 الحل :مجموع الن�سب % 88.8 = % 49.6+ % 5.6 + % 33.6 : �إذن المركب يحتوي على الأك�سجين ن�سبة الأك�سجين = % 11.2 = % 88.8 - %100
رابعاً :تعيين ال�صيغة التجريبية وال�صيغة الجزيئية: ت ��دل ال�صيغ ��ة التجريبية على �أب�سط ن�سبة عددية بين ذرات الجزئ ,فمث�ل ً�ا ال�صيغة الأولية ( )CH2تمثل �أب�سط ن�سبة عددية بين الذرات لعدد كبير من المركبات مثل .... , C3H6 ، C2H4والتي يمكن �أن تكتب لها ال�صيغة العامة )CH2)nحي ��ث( �) ...... 4 , 3 , 2 , 1 =nأي �أنه ��ا ت�س ��اوي عدد ًا �صحيح ًا موجب ًا .ولمعرفة ل�صيغة التجربية البد من معرفة الن�سبة المئوية للعنا�صر في المركب .
217
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الرابع
عينة من مادة ع�ضوية كتلتها 10جم �أنتجت 14جم من ,CO2و 11.5جم من بخار الماء.ما الن�سب���ة المئوي���ة لكل من الكربون والهيدروجين في هذه العينه ؟ هل توجد عنا�صر �أخرى في المركب ؟ اح�سب ن�سبتها المئويه �إن وجدت ؟
الك�شف عن المواد الع�ضوية وتحليلها ويتم ا�ستنتاج ال�صيغة التجريبية باتباع الخطوات التالية: • �إذا كان مجموع الن�سب المئوية لذرات العنا�صرالمختلفة في الجزئ �أقل من 100دل على �أن المادة ت�شتمل على �أك�سجين والفارق هو الن�سبة المئوية للأك�سجين. • تق�سم الن�سبة المئوية لكل عن�صر على كتلته الذرية. • لإيجاد الن�سبة الذرية للمركب وهو ما يعبر عنه بال�صيغة الأولية تق�سم الأعداد الناتجة من العملية ال�سابقة على �أ�صغر ناتج .ويمكن تو�ضيح ذلك من خالل المثال التالي .. مرك���ب ع�ض���وي يحتوي عل���ى %71.6كرب���ون % 6.7 ,هيدروجي���ن %4.9 , نيتروجين فما هي �صيغتة التجريبية .
الحل :
الف�صل الرابع
مجموع الن�سب = % 83.2 = %4.9 + % 6.7 + %71.6 المركب يحتوي على �أك�سجين الن�سبة المئوية للأك�سجين = %16.8 = % 83.2 - % 100 نفر�ض �أن كتلتة المركب 100جرام ومنه ف�إن كتلة الكربون = 71.6جم ,كتلة الهيدروجين = 6.7جم كتلة النيتروجين = 4.9جم ,كتلة الأك�سجين = 16.8جم نح�سب عدد الموالت كتلة الكربون 71.6 = عدد موالت الكربون = 12 الكتلة الذرية عدد موالت الهيدروجين =
مقرر الكيمياء ()3
6.7 1
218
= 5.97مول
= 6.7مول
الك�شف عن المواد الع�ضوية وتحليلها
عدد موالت النيتروجين = 0.35 = 4.9مول 14 عدد موالت الأك�سجين = 1.05 = 16.8مول 16 C
H
N
O
71.6 12
6.7 1
4.9 14
16.8 16
تق�سم على �أ�صغر 5.97 عدد من الموالت 0.35
6.7 0.35
0.35 0.35
1.05 0.35
19
1
3
17
�أم ��ا ال�صيغة الجزيئية فتو�ض ��ح النوع والعدد الحقيقي للذرات في الجزيء؛ ويت ��م ح�ساب ال�صيغة الجزيئية باتباع الخطوات التالية: -1نعين كتلة ال�صيغة الأولية. -2نعي ��ن الكتلة الجزيئي ��ة للمادة الع�ضوية بالطرق الفيزيائية مثل طريق ��ة كثافة البخار وطريقة انخفا�ض درجة التجمد وغيرها .ولعل �أف�ضل طريقة حديثة و�أكثرها دقة ا�ستخدام جهاز مطياف الكتلة . -3نق�سم الكتلة الجزيئية للمادة الع�ضوية على الكتلة الجزيئية لل�صيغة الأولية ينتج عنه عدد مرات احتواء ال�صيغة الجزيئية من ال�صيغة الأولية .ال�صيغه الجزيئيه= × nال�صيغة التجريبية ف� ��إذا كان ��ت ال�صيغ ��ة التجريبية لمرك ��ب ع�ضوي هي CH2ف� ��إن هذا يعن ��ي �أن الن�سبة بي ��ن ذرات الكربون والهيدروجين هي 1:2
219
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الرابع
ال�صيغة التجريبية C17 H19 NO3
الك�شف عن المواد الع�ضوية وتحليلها ف�إذا كانت 2= n ف�إن ال�صيغة الجزيئية = ( × )nال�صيغة التجريبية ال�صيغة الجزيئية =C2H4 = CH2 ×2 العدد الفعلي لذرات الكربون = 2وللهيدروجين = 4 ي���دل تحلي���ل مرك���ب ع�ضوي عل���ى �أن���ه يت�ألف م���ن العنا�ص���ر التالي���ة والن�سب المبينة:كرب���ون , % 67.95هيدورجي���ن , % 5.69نيتروجي���ن % 26.20حدد ال�صيغ���ة االولية لهذا المركب ثم �صيغته الجزيئية عل ًما ب�أن الكتلة الجزيئية للمركب ( 106.13جم/مول)
الحل :
الف�صل الرابع
نجد �أن مجموع الن�سب في المركب = � % 99.84إذن ال يحتوي المركب على �أك�سجين • نفر�ض �أن كتلة المركب = 100جم . كتلة الكربون = 67.95جم ,كتلة الهيدروجين = 5.69جم ,كتلة النيتروجين = 26.20جم • نح�سب عدد موالت كل عن�صر: عدد موالت الكربون = 67.95 5.69= 5.69مول = الهيدروجين موالت عدد , مول = 5.66 1 12 عدد موالت النيتروجين = 1.87 = 26.20مول 14 • نحول هذه الكميات �إلى �أعداد �صحيحة بالق�سمة على �أ�صغرها.
مقرر الكيمياء ()3
C
H
N
5.66 1.87 3
5.69 1.87 3
1.87 1.87 1
220
الك�شف عن المواد الع�ضوية وتحليلها
نكتب ال�صيغه الأولية ( التجريبية ) لهذا المركب وهي الكتلة الجزيئية رقم التكرار لل�صيغة الأولية = وزن ال�صيغة الأولية الكتلة الجزيئية لل�صيغة الأولية 53 =)12× 3(+)1× 3(+14 = C3H3Nجم/مول 106.13 =2 تكرار ال�صيغة (= )n 53 �أي �أن ال�صيغه الجزيئية هي م�ضاعف رقمي لل�صيغة الأولية بمعنى �أنها= )C6H6N2(= )C3H3N( ×2 C3H3N
221
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الرابع
البن�سلني �أحد امل�ضادات احليوية الوا�سعة االنت�شار ويدل حتليله على احتوائه على الن�سب التالية: %6.61= S , % 8.45 = N , % 5.40= H , %57.45= C ف�إن كانت كتلتة اجلزيئية «510جم/مول» اح�سب ال�صيغة الأولية واجلزيئية للمركب؟
الك�شف عن المواد الع�ضوية وتحليلها خام�ساً :تعيين ال�صيغة البنائية للجزئ: �إن معرف ��ة ال�صيغة الجزيئي ��ة للمركب الع�ضوي ال تعني بال�ضرورة معرفة �شي ٍء عن ��ه .فهناك الكثير من المركبات الع�ضوي ��ة التي ت�شترك ف ��ي ال�صيغة الجزيئية فمث ًال المركب الع�ضوي الذي �صيغته الجزيئيه C3H6Oيمكن تمثيله ب�إحدى ال�صيغ البنائية التالية : CH3 – CH2 – C – H (�أ ) CH2 = CH – O – CH3 (د)
CH3 - C – CH3 (ب) CH2
O
CH2 CH2 (هـ)
CH2 = CH – CH2 – OH (جـ) HO – CH – CH2 CH2 (و)
الف�صل الرابع
ماذا تحتاج لكي تت�أكد من ماهية المركب الع�ضوي ال�سابق ؟لمعرف ��ة ال�صيغ ��ة البنائي ��ة للمركب نق ��وم ب�إجراء بع� ��ض االختبارات الت ��ى نك�شف بها عن بع� ��ض �صفاته والمجموعات الوظيفية فيه وهذا الخطوات كما يلى:
� -1إختبار الذائبية:
يمكنن ��ا الح�صول على معلومات قيمة عن المجموعة الوظيفية المحتملة في مركب مجهول من خالل �إجراء �إختبارات الذائبية وتجرى هذه االختبارات ب�سهولة و�سرعة وي�ستخدم فيها المذيبات التالية: د -بيكربونات ال�صوديوم جـ -هيدروك�سيد ال�صوديوم ب – حم�ض الكلور �أ -الماء هـ -حم�ض الكبريت (تركيز)%96 والهدف من ا�ستخدام هذه المذيبات هو التعرف على الطوائف الع�ضوية التى يمكن �أن ينتمي �إليها المركب الع�ضوي.
�أ – الذوبان في الماء:
تذوب المركبات الع�ضوية القطبية ذات الكتل الجزيئية ال�صغيرة والمحتوية عادة في بنائها الجزيئي على الأك�سجي ��ن والنتيتروجي ��ن في الماء مثل :الأغوال ,الألدهيدات ,الكيتون ��ات ,الأحما�ض الع�ضوية ,الإيثرات , الأمين ��ات ,الإ�سترات؛ �أما المركبات التي ال تذوب في الماء فهي الهيدروكربونات ب�أنواعها وهاليدات الألكيل. مقرر الكيمياء ()3
222
الك�شف عن المواد الع�ضوية وتحليلها ب -الذوبان في هيدروك�سيد ال�صوديوم و بيكربونات ال�صوديوم:
وي�ستخدمان للتميز بين الأحما�ض القوية والأحما�ض ال�ضعيفة؛ فالمركبات الع�ضوية التى ال تذوب في الماء ولكن تذوب في هيدروك�سيد ال�صوديوم ( قاعدة قوية ) فهي مركبات حام�ضية قوية �أو �ضعيفة وللتمييز بينهما يجرى اختبار الذائبية في بيكربونات ال�صوديوم ( قاعدة �ضعيفة).
حيث تذوب الأحما�ض القوية ن�سبي ًا مثل الأحما�ض الع�ضوية . جـ -الذوبان في حم�ض الكلور وحم�ض الكبريت (تركيز :)%96
المركب ��ات الت ��ي ال تذوب ف ��ي المذيب ��ات ال�سابقة ولكنها تذوب ف ��ي حم�ض الكل ��ور ( المخفف) هى مركبات قاعدية مثل :الأمينات � .أما المركبات التي ال تذوب في جميع المذيبات ال�سابقة بما فيها حم�ض الكلور ,ولكنها تذوب في حم�ض الكبريت المركز فهي : الأغوال ,الإيثرات ,الألدهيدات ,الكيتونات ,الأمينات ,الألكينات ,الألكاينات . ما �سبب ذوبان المركبات ال�سابقة في حم�ض الكبريت المركز ؟
+
H
R - C - R + HSO4 ملح �أيوني
R - C - R + H2SO4 كيتون
�أم ��ا �إذا كان ��ت المادة الع�ضوية ال تذوب في جميع المذيب ��ات ال�سابقة بما في ذلك حم�ض الكبريت المركز فهي قد تكون �ألكان �أو هاليد �ألكيل.
223
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الرابع
يمن ��ح حم� ��ض الكبريت المرك ��ز بروتون ًا لجمي ��ع المركبات الع�ضوي ��ة المحتوية ف ��ي جزيئاتها على الأك�سجين �أو النيتروجين �أو روابط غير م�شبعة وتتكون �أمالح �أيونية تذوب في الحم�ض لأنه عالي القطبية كما في المعادلة التالية :
الك�شف عن المواد الع�ضوية وتحليلها
ويبين المخطط التالي ملخ�ص لذوبان المركبات الع�ضوية المختلفة في المذيبات ال�سابقة .
الإذابة في الماء المركب H2O
يغير ورقة تباع ال�شم�س الزرقاء �إلى حمراء يغير ورقة تباع ال�شم�س الحمراء �إلى زرقاء ال يغير ورقة تباع ال�شم�س
يذوب
ال يذوب
الف�صل الرابع
الذوبان في
NaOH
يذوب
ال يذوب الذوبان في
HCl
NaHCO3
يذوب
يذوب
H2SO4
ال يذوب مخطط اختبار الذائبية
مقرر الكيمياء ()3
224
قواعد
�أمينات
مواد �أغوال �ألدهيدات كيتونات متعادله �إيثرات �إ�سترات
�أحما�ض قوية ن�سبياً مركبات قاعدية
يذوب
ال يذوب الذوبان في
حم�ض
�أحما�ض كربوك�سيلية
مركبات متعادله
�أحما�ض كربوك�سيلية
�أمينات مواد هيدروكربونيه غير م�شبعه� ,أغوال ,كيتونات, �ألدهيدات� ,إ�سترات, �إيثرات
مركبات مواد هيدروكربونية م�شبعة خاملة هاليدات �ألكيل ,ومركبات �أروماتية
الك�شف عن المواد الع�ضوية وتحليلها -2الك�شف عن المجموعات الوظيفية في المركبات الع�ضوية : من خالل المعلومات التى نح�صل عليها من اختبارات الذوبان ف�إننا ن�ضيق االحتماالت فيما ع�سى �أن يك ��ون المرك ��ب الع�ضوي المجهول ,ولكن ال يمكننا االعتماد كلية على اختبار الذائبية؛ �إذ البد من �إجراء بع�ض الك�شوفات الكيميائية للت�أكد من المجموعة الوظيفية وتحديد نوع المركب . اختبارات المجموعات الوظيفية : �أ – الك�ش���ف ع���ن الأغ���وال :التفاعالت المميزة للأغوال هي تلك التي تتم عل ��ى مجموعة الهيدروك�سيل والكربون المت�صله بها مبا�شرة ومن هذه التفاعالت: التفاعل مع ال�صوديوم :تتفاعل الأغوال مع الفلزات القلوية مثل ال�صوديوم وينطلق غاز الهيدروجين +
2ROH + 2Na
2RO-Na + H2
-
-
)R OH + (ZnCl2 +HCl غول
R Cl + H2O هاليد �ألكيل غير ذائب في الماء
كيف تميز عملي ًا بين الأغوال الأولية والثانوية والثالثية ؟
225
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الرابع
تفاع���ل لوكا����س :وي�ستخ ��دم للك�شف عن الأغ ��وال التى تذوب في الم ��اء ,وهو عبارة عن محل ��ول من كلوريد الخار�صي ��ن الالمائي ()ZnCl2وحم�ض الكلور المركز ( .)HClحي ��ث تتحول الأغوال �إلى هاليدات �ألكيل حيث تنف�صل الهاليدات لعدم ذوبانها في الماء
الك�شف عن المواد الع�ضوية وتحليلها
( )3- 4الك�شف عن الأغوال الذائبة في الماء خطوات العمل : � -1أ�ض ��ف (1مل) من غ ��ول �إلى �أنبوبة اختبار �ضع كل نوع من الغول في �أنبوبة على حده. � -2أ�ضف (5مل ) من الكا�شف �إلى �أنابيب االختبار الثالثة. -3رج الأنابيب .ماذا تالحظ على الأنابيب الثالثة ؟ ...................................................... -4في �أي الأنابيب الثالث يتكون را�سب ؟ ......................................................
الأدوات والمواد المطلوبة: الكا�ش ��ف (يح�ضر م ��ن �إذابة كلوري ��د خار�صي ��ن ال مائ ��ي (16ج ��م )في حم� ��ض HCl مركز(10م ��ل) بالتبري ��د - �أنابي ��ب اختب ��ار ,غ ��ول �أولي , غول ثانوي ,غول ثالثي.
الف�صل الرابع
ب -الك�شف عن الإيثرات: ي�ستخدم تفاعل الإيثرات مع يوديد الهيدروجين المركز في الك�شف عن وجود مجموعة الإيثر. حيث تنتج هاليدات الكيل يمكنها تكوين نواتج ملونة بمفاعلتها مع نترات الزئبق الثنائي .كمايلي
R – O – R + 2HI
2RI + H2O Hg(NO3)2
+ HgI2 مادة ملونة (برتقالية )اللون وللك�شف عن الإيثرات بالطريقة ال�سابقة قم بالن�شاط التالي: ( )4-4الك�شف عن الإيثرات خطوات العمل � -1ضع (2مل ) من الإيثر الإيثيلي �أنبوبة اختبار. � -2أ�ضف (1مل) من محلول يوديد الهيدروجين �إلى �أنبوبة االختبار.
مقرر الكيمياء ()3
226
الك�شف عن المواد الع�ضوية وتحليلها
-3ح ��رك المزيج ثم �سخنه في حم ��ام مائي لمدة 3دقائق الأدوات والمواد المطلوبة : (مع الحذر) �أنبوب ��ة اختبار ,ما�س ��ك �أنابيب � -4أ�ض ��ف �إل ��ى المزيج برفق قط ��رات من محل ��ول نترات وحامل � ,إيثر �إيثيلي ,ماء مقطر, الزئب ��ق (الثنائ ��ي) المرك ��ز وراقب ما يح ��دث� .سجل محل ��ول يودي ��د الهيدروجي ��ن, م�شاهداتك. محل ��ول نترات الزئب ��ق الثنائي (المركز) ,حمام مائي �ساخن ................................................ -5اكتب معادلة التفاعل ؟ ...............................................................................
تتمي ��ز الألدهي ��دات والكيتونات بوجود مجموعة الكربونيل فيتم الك�شف �أو ًال ع ��ن وجود هذه المجموعة با�ستخدام الهيدرازين �أو م�شتقاتة مثل - 4,2 :ثنائي نيتروفينيل هيدازين حيث تتر�سب بلورات �صفراء ذات لون البرتقالي �أحيانا كما في المعادلة التالية :
O2N NO2
C = N – NH
- 4,2ثنائي نيتروفينيل هيدازين
R
+
+H - H2O R
O2N
NO2
O
R – C – R + H2N – NH
- 4,2ثنائي نيتروفينيل هيدازين
ويمكن تمييز الألدهيدات عن الكيتونات بالتفاعل مع كا�شف تولينز �أو فهلنج (انظر الف�صل الثالث)
227
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الرابع
جـ -الألدهيدات والكيتونات :
الك�شف عن المواد الع�ضوية وتحليلها
( )5- 4الك�شف عن مجموعة الكربونيل ثم التميز بين الألدهيد والكيتون
الف�صل الرابع
الأدوات والمواد المطلوبة : خطوات العمل : � -1أ�ضف ( 5قطرات) من محلول �أ�سيتالدهيد �إلى �أنبوب �أختبار� .أنابيب �أختب ��ار - 4,2 ,ثنائي نيت ��رو فيني ��ل هيدرازي ��ن, � -2أ�ضف ( 5قطرات)من محلول �أ�سيتون �إلى �أنبوب اختبار. � -3أ�ض ��ف ( 3قط ��رات) م ��ن كا�ش ��ف -4,2ثنائ ��ي نيتروفيني ��ل محلول تولن �أو محلول فهلنج, �أ�ستون �أ�ستالدهيد. هيدرازين �إلى كال الأنبوبين .ماذا تالحظ ؟ ............................................................................... -4خ ��ذ �أنبوبتي اختب ��ار نظيفين و�ضع في الأنبوب (�أ) كمية قليلة م ��ن الأ�سيتون وفي الأنبوب (ب) كمية قليلة من الأ�سيتالدهيد. � -5أ�ضف للأ�سيتون ( �أ ,ب) قطرات من كا�شف تولن . � -6سخن الأنبوبين في حمام مائي . * ماذا تالحظ على الأنبوبين ؟ ............................................................................... -7كرر الخطوات مع كا�شف فهلنج؟ * ماذا تالحظ ؟ ............................................................................... تح�ضي ��ر الكا�ش ��ف ( �إذابة 3جم م ��ن - 4,2ثنائي نيتروفينيل هيدرازي ��ن في 15مل من حم�ض الكبريت المركز ) ثم ي�ضاف المحلول بحر�ص ومع التحريك �إلى مخلوط من ( 20مل ماء و 70مل �إيثانول ) %95تخلط المكونات جيد ًا ثم ير�شح المحلول .
مقرر الكيمياء ()3
228
الك�شف عن المواد الع�ضوية وتحليلها د -الك�شف عن الأحما�ض الع�ضوية: يمكن التعرف على الحمو�ض الع�ضوية من خالل ذوبانها في هيدروك�سيد ال�صوديوم كما �أن محاليلها المائية تحمر ورق تب ��اع ال�شم�س الأزرق وم ��ن التفاعالت المميزة للأحما� ��ض الع�ضوية التفاعل مع الكربون ��ات �أو البيكربونات حيث يت�صاعد غاز ثاني �أك�سيد الكربون ( يحدث فوران ) .
( )6- 4الك�شف عن الحمو�ض الع�ضويه
غ ��ول �إيثلي ,حم� ��ض الخل, �إيثر� ,أنابيب اختبار ,ما�سك �أنابي ��ب ,ورق ال�صق لترقيم الأنابيــــ ��ب ,بيكربونــــ ��ات ال�صوديوم.
............................................................................... * �أي الأنابيب يحتوي على حم�ض الخل؟ ............................................................................... -5اكتب معادلة ت�صف ما حدث ؟ ...............................................................................
229
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الرابع
خطوات العمل : � -1ض ��ع في الأنابي ��ب الثالثة(2مل) من كال م ��ن حم�ض الخل– الغول الإيثيلي – الإيثر الإيثيلي (كل مادة في �أنبوبة). -2اخلط الأنابي ��ب الثالثة بدون مزج بحيث ت�ضيع هوية ٍّ كل منها ثم رقمها (.)3(,)2(, )1 � -3ضع (5جم) من م�سحوق بيكربونات ال�صوديوم في الأنبوب (.)1 -4كرر الخطوة ( )3على الأنبوبتين المتبقيتين. * ماذا تالحظ ؟
الأدوات والمواد المطلوبة :
الك�شف عن المواد الع�ضوية وتحليلها هـ -الأمينات : �سب ��ق ودر�س ��ت في هذه الفئة من المركبات الع�ضوية تفاعل مميز لها خا�ص ��ة ب�أنها تحمل ال�صفة القاعدية �أال وهو تفاعلها مع الأحما�ض لتكوين االمالح .وعليه يمكن اال�ستفادة من هذا التفاعل في الك�شف عن الأمينات لتحويلها �إلى �أمالح بتفاعلها مع حم�ض HClثم ا�سترجاع الأمين مرة �أخرى بالتفاعل مع قاعدة NaOHويتم �إجراء هذا الك�شف متى ثبت وجود عن�صر النيتروجين في المركب المجهول.
-1مرك���ب ع�ضوي �صيغت���ه الجزيئية C2H4Oحدد هوية المركب الع�ضوي ال�سابق بالك�شف عن المجموعات الوظيفية المميزه له .اكتب �صيغة بنائية له .
الف�صل الرابع
-2مركب ع�ضوي �صيغتة الجزيئية C3H6O
• اقترح �صيغ بنائية منا�سبة لهذا المركب ؟ • حدد المجموعة الوظيفية في كل �صيغة • �إذا علم���ت �أن المرك���ب يت�أك�س���د بمحل���ول فهلنج فما هو هذا المركب ؟ ثم علل �إ�ستحالة االحتماالت الأخرى .
مقرر الكيمياء ()3
230
الك�شف عن المواد الع�ضوية وتحليلها
الطرق الحديثة الم�ستخدمة في التعرف على بنية المركب الع�ضوي:
�أوال:طرق الف�صل اللونية(:الطرق الكروماتوجرافية :)Chromatograph وت�ستخ ��دم هذه الطرق لتنقي ��ة المركب الع�ضوي وف�صل مكوناته وكان عالم النبات الرو�سي Michael
� Tswettأول م ��ن ا�ستخدم ه ��ذه الطريقة عام 1906م في ف�صل مواد اليخ�ض ��ور ومواد �أخرى في ع�صارة النب ��ات حي ��ث تم ف�صل المواد �إلى مناطق لونية مختلفة وهكذا �أطلق على هذه الطريقة ا�سم طريقة الف�صل اللوني ��ة (الكروماتوجرافي ��ة ،)Chromatographوقد زاد ا�ستخدام هذه الطريقة في الف�صل وخ�ضعت �إلى تطورات هائلة حتى �أ�صبحت من �أكثر الطرق ا�ستخداما لمعرفة نقاوة المادة . و�أغل ��ب ا�ستخدامات الكروماتوجرافي ال تت�ضمن تك ��ون �ألوان ًا بالرغم من بقاء الت�سمية و�إنما تعتمد على اخت�ل�اف توزي ��ع مكونات الم ��ادة المراد ف�صلها بين طوري ��ن �أحدهما ثابت وهو �إما �أن يك ��ون �سائل �أو �صلب والآخر متحرك وهو �إما �سائل �أو غاز .
231
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الرابع
تعرفن ��ا فيم ��ا �سبق على الطرق الت ��ي ي�ستخدمها الكيميائي للتو�صل �إلى بني ��ة مركب ع�ضوي مجهول تم الح�صول عليه من م�صدر طبيعي �أو من خالل تفاعل كيميائي في المختبر ,والتي قد تحتاج �إلى جهد ووقت كبير قد ي�صل �إلى �شهور و�سنوات . �إال �أن ��ه م ��ع التق ��دم الهائل الذي �شهده مي ��دان العلوم التطبيقي ��ة و بخا�صة تقنية �إنت ��اج �أجهزة التحليل الكيميائ ��ي المختلفة �أ�صبح ب�إمكان الكيميائي الح�صول ب�سرعة ودقة عالية على معلومات ت�ساعد في تحديد الم ��ادة المجهول ��ة ,حيث �صممت هذه الأجهزة مزودة بحا�سبات �إلكتروني ��ة تخت�صر عملية الوزن والعمليات الح�سابية فهي تعمل بطريقة تعطي النتائج خالل دقائق �أو ثواني وب�صورة تلقائية ذاتية . وال ب ��د لدار�س الكيمياء �أن يلم ببع�ض هذه الطرق الحديث ��ة الم�ستخدمة للتعرف على بنية المركب الع�ضوي والتي ت�شمل : – 1طرق الف�صل اللونية ( الكروماتوجرافية ) – 2الطرق الطيفية
الك�شف عن المواد الع�ضوية وتحليلها وت�ستخدم في عملية الف�صل الكروماتوجرافي طرق مختلفة منها : • العمود وت�سمى كروماتوجرافي العمود • الورق وت�سمى كروماتوجرافي الورق • الطبقة الرقيقة وت�سمى كروماتوجرافي الطبقة الرقيقة . • كروماتوجرافي الغاز . و�س ��وف نتعرف على بع�ض ه ��ذه الطرق الم�ستخدم ��ة في تنقية المادة الع�ضوية كروماتوجرافي الورق (:)Paper Chromatographic
الف�صل الرابع
ف ��ي هذه الطريقة يكون الطور الثابت ال�سائل وهو الماء المحيط بال�سليل ��وز مثبت �أ�سا�س ًا على ورقة تر�شيح التي تعمل كدعامة فقط . تو�ضع كميات �صغيرة من العينات المختلفة على خط مر�سوم في بداية الورق كما في ال�شكل ( ,)8-4بحيث تبدو العينات على �شكل بقع على هذا الخ ��ط وبعد ذلك تغم�س بداية الورقة في المذيب المتحرك في جو مغلق(ك�أ�س مثال ) وذلك حتى ي�صبح محيط الك�أ�س م�شبع ببخار المذيب المتحرك .يتحرك المذيب �إلى �أعلى بفعل الخا�صية ال�شعرية �أو �إلى �أ�سفل بفعل الجاذبية ح�سب و�ضع المذيب كما في ال�شكل(,)8 -4 �أو �أفقيا بفعل االنت�شار �أثناء تحرك المذيب تتوزع مكونات العينة بين المذيب المتحرك والطور الثابت فهي ت�سير في �سرعات مختلفة عبر الورق ��ة .و هكذا يتم ف�صل المواد ع ��ن بع�ضها البع�ض على هيئة بقع ث ��م ت�أتي خطوة �إظهار البقع �إذا كانت الم ��واد المف�صولة ملونة ف�إنه يمكن مالحظتها عن ��د ف�صلها �أما �إذا كانت غير ملونة تر�ش الورقة بكا�ش ��ف طيف ��ي يك ِّون �ألوان� � ًا مع الم ��واد المف�صولة وذل ��ك لتو�ضيح م ��كان كل م ��ادة على الورقة مث ��ل اليود مع المركب ��ات الع�ضوية غير الم�شبع ��ة ويتم تقدير كل مادة كميا �إما على الورقة عن طريق قيا�س كمي ��ة ال�ضوء المنعك�س م ��ن كل بقعة �أو عن طريق قطع كل بقعة على ح ��دة ثم يتم تحليل كل مادة با�ستخدام طريق ��ة التحليل المنا�سبة . مقرر الكيمياء ()3
232
مقدمة المذيب
بقع العينة
�شكل ()7-4
المكونات المف�صولة
نقاط البداية المذيب مقدمة المذيب
نقاط البداية
مقدمة المذيب
المذيب
قطعة من الورق
�شكل ( )8 -4ف�صل المواد بالطرق الكروموماتوجرافية
�شكل (� )9-4أجهزة لإظهار البقع با�ستخدام الأ�شعة فوق البنف�سجية
الك�شف عن المواد الع�ضوية وتحليلها
اكتب تقريرا عن الكروماتوجرافي ذات الطبقة الرقيقة. للتعرف على طريقة الف�صل بكروماتوجرافيا الورق قم بالن�شاط العملي التالي : ( )7- 4ف�صل مخلوط من الأدلة(ال�صبغات الع�ضوية) با�ستخدام طريقة كروماتوجرافيه الورق .
233
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الرابع
خطوات العمل : � -1ضع 20مل من خليط (ميثانول– ماء ) بن�سبة حجمية 1 : 1 في ك�أ�س نظيف ثم غط الك�أ�س بزجاجة �ساعة. -2ار�س ��م بقلم ر�صا�ص خ ��ط البداية بحيث يكون موازي ًا لطرف بداية الورقة وعلى م�سافة تبعد �2سم منها . � -3ضع �أربع عالمات مميزة على خط البداية بين كل منها �3سم ثم اكت ��ب تحت كل عالمة بقلم ر�صا�ص عل ��ى التوالي ميثلين �أزرق ,ميثيل برتقالي ,مخلوط ,ميثيل �أحمر. -4با�ستخ ��دام �أنبوب ��ة �شعرية مفتوحة الطرفين �ضع كمية ب�سيطة جد ًا من المحاليل ال�سابقة كل في الم ��كان الخا� ��ص به بحيث ال يزيد ن�صف قطر كل منها ع ��ن 2مل(ا�ستخدم �أنبوبة نظيفة وجافة في كل مرة). -5بعد الت�أكد من جفاف البقع �ضع الورقة بالك�أ�س ثم غط الك�أ�س بزجاجة �ساعة ثم ا�سمح لل�سائل �أن يرتفع �إلى �أن ي�صل �إلىم�سافة �2سم قبل نهاية الطرف الآخر للورقة ثم �أخرج الورقة من الك�أ�س. -6جفف الورقة جيد ًا -7عين مواقع مراكز البقع ب�سرعة قبل �أن تختفي؛ تعرف على الدليل الموجود بمقارنته بالمرجع. الأدوات والمواد المطلوبة : ك�أ� ��س ,ورق كروماتوجرافيا, ميثانول ,ماء ,ميثيلين �أزرق, ميثيل برتقالي ,ميثيل �أحمر, انبوبه �شعرية ,زجاجة �ساعة, قلم ر�صا�ص ,م�سطرة
الك�شف عن المواد الع�ضوية وتحليلها الكروماتوجرافيه الغازية :Chromatographi Gas ن ��وع م ��ن الطرق الكروماتوجرافي ��ة يكون فيها الطور المتحرك عب ��ارة عن غاز خامل مث ��ل النيتروجين �أوالهيليوم وي�سمى بالغاز الحامل ( ) Carriergasلأنه يحمل معه �أبخرة المكونات المراد ف�صلها بينما الطور الثابت مادة �صلبة �أو �سائلة غير متطايرة مثبتة على دعامة �صلبة . وف ��ي هذه الطريق ��ة يتم ت�سخين المادة المراد ف�صله ��ا لتتحول �إلى بخار ويدفع للمرور خ�ل�ال العمود وي�ساعد في م ��روره ا�ستخ ��دام غ ��از خامل يحمله في تي ��اره ،وي�ؤدي التحكم في درج ��ة الحرارة وال�ضغط للغ ��از الحامل �إلى معدل منا�س ��ب لمرور مكون ��ات المخلوط .وكلما كان �أحد المكون ��ات �أكثر تطاير ًا �أو �أقل ذائبية ف ��ي ال�سائل الممتز كلما كان �أ�سرع في المرور �إلى نهاية العمود. م�سجل
عمود (�أنبوب) الف�صل
محقن مدخل
الف�صل الرابع
الأبخرة He +
الغاز الحامل �إلى عمود الف�صل
محقن �صغير (ميكرولتر)microliter syringe
�شكل ( )10-4الكروماتوجرافيه الغازية
تت���راوح ن�سب���ة الخط����أ لف�ص���ل الم���واد بالط���رق الكروماتوجرافي���ة م���ا بي���ن % 10 -5لذل���ك ال يف�ضل ا�ستخدامها في التحليل الكمي وي�ستخدم �شكل �أو�سع في التحليل الكيفي للتميز بين مزيج من المكونات ثانياً :الطرق الطيفية:
تتمي ��ز ه ��ذة الطرق ب�سهولتها و�سرعته ��ا ودقتها لذلك تعتبر من �أكث ��ر الطرق ا�ستخدام ًا ف ��ي التحليل الكيميائي . وتعتمد هذه الطرق على انبعاث �أو امت�صا�ص جزء من الأ�شعة الكهرومغناطي�سية من قبل المادة المراد تحليلها .حيث �أن �شدة الأ�شعة المنبعثة �أو الممت�صة تعبرعن تركيز المادة بينما طول موجتها يعطي فكرة عن نوع المادة المحللة لذا ت�ستخدم هذه الطرق للتحليل الكيفي والكمى مع ًا .وتختلف هذه الطرق عن بع�ضها البع�ض في نوع الأ�شعة الم�ستخدمة وبالتالي كيفية تفاعل المادة معها مما ي�ؤدي �إلى اختالف نوع المعلومات التي يمكن الح�صول عليها من كل طريقة . مقرر الكيمياء ()3
234
الك�شف عن المواد الع�ضوية وتحليلها المبد�أ العام لطرق التحليل الطيفي : عن ��د ت�سليط حزم ��ة من الأ�شعة على مادة ف�إن هذه الأ�شعة �سوف تتفاعل مع الم ��ادة بعدة طرق �إذا انتقل جزء من طاق ��ة الأ�شعة �إلى المادة ,هذه العملية ت�سمى امت�صا�ص (� . )absorptionأو يتحول جزء من الطاقة الداخلية للمادة �إلى طاقة �إ�شعاعية ت�سمى انبعاث( . ) emissionوجزء من الأ�شعة الم�سلطة على المادة بد ًال من �أن يمت�ص قد يبعثر �أو ينعك� ��س �أو ينك�س ��ر بالإ�ضافة �إلى تغيرات في ا�ستقطاب الأ�شعة � .إن درا�سة التغي ��رات التى تحدث للأ�شعة من جراء �سقوطها على المادة تمكننا من معرفة نوع وكمية المادة .
لماذا ال ي�ستخدم الكيميائي �أ�شعة جاما �أو الأ�شعة ال�سينية في التحليل الكيميائي الطيفي ؟
ل ��كل طريق ��ة من الطرق جهاز ًا خا�ص ًا بها يختلف عن الجهاز الم�ستعمل للط ��رق الأخرى �إال �أن المكونات الرئي�سية لهذه الأجهزة مت�شابه �إلى حد كبير ويتكون كما في ال�شكل التالي :
�شكل ( )11-4ر�سم تخطيطي لجهاز الطيف
235
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الرابع
مكونات جهاز الطيف :
الك�شف عن المواد الع�ضوية وتحليلها والمنطقة من الأ�شعة الكهرومغناطي�سية التي ي�ستخدمها الكيميائي في التحليل الكيميائي هي: � -1أطياف الأ�شعة فوق البنف�سجية ( ) UVوالأ�شعة المرئية . � -2أطياف الأ�شعة تحت الحمراء ( ) IR � -3أطياف الطنين النووي المغناطي�سي ( ) NMR -4طيف الكتلة ( ) MS
�أطياف الأ�شعة فوق البنف�سجية والمرئية()Ultraviolet-visibie-spectroscopy
الف�صل الرابع
يقع مجال الأ�شعة فوق البنف�سجية والأ�شعة المرئية بين طول موجة 200نانومتر وطول موجة 800نانومتر 18 وت�سم ��ى �أحيان ��ا بالأطياف الإلكتروني ��ة .عندما ت�سلط 15 الأ�شعة فوق البنف�سجية �أو المرئية على جزيء المركب 10 الع�ضوي ف� ��إن المركب يمت�ص جزء ًا م ��ن هذا الإ�شعاع 5 ويعتم ��د مق ��دار الج ��زء الممت� ��ص على بني ��ة المركب 200 240 280 320 max وعل ��ى طول الموجة ،مما ي�سبب �إث ��ارة �أحد �إلكترونات ج ��زيء المركب ( �إلكترونات الرابط ��ة �سيجما �أو باى �شكل (� )12 -4صيف الأ�شعة فوق �أو الإلكترون ��ات الحرة ) من م�ستوي ��ات طاقة دنيا �إلى البنف�سجية للأ�سيتون م�ستويات طاقة عليا ويظهر هذا االمت�صا�ص على هيئة حزم كما في ال�شكل المقابل . تفي ��د الأطي ��اف فوق البنف�سجية ف ��ي التعرف على جزيئ ��ات المركبات الع�ضوي ��ة التي تحتوي مجموع ��ة فعالة بها �إلكترون ��ات ح ��رة غير رابط ��ة �أو روابط م�ضاعف ��ة في حالة تب ��ادل .وت�ستخدم وح ��دة النانومتر لقيا� ��س طول الموجة الممت�صة كما في الجدول التالي :
مقرر الكيمياء ()3
236
الك�شف عن المواد الع�ضوية وتحليلها
الرابطة
CH3(CH=CH)2CH3 (CH3)2C=O
CH3(CH=CH)5CH3
طول الموجة بالنانومتر 227 270 342
جدول ()2-4
طيف الأ�شعة تحت الحمراء (:)Infrared Spectroscopy
237
�شكل ( )13-4جهاز الأ�شعة تحت الحمراء ( ا�ستر)
�شكل ( )14-4الأ�شعة تحت الحمراء لمرك ��ب هبتان ��وات ميثي ��ل (ا�ستر)
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الرابع
منطق ��ة الأ�شع ��ة تح ��ت الحمراء تل ��ي منطق ��ة الأ�شعة ف ��وق البنف�سجي ��ة والمرئي ��ة وتنح�صر بين طول ��ي الموجة 0.8ميك ��رون �إل ��ى 1000ميك ��رون .وت�ستطي ��ع جزيئ ��ات المركب ��ات الع�ضوي ��ة امت�صا� ��ص الأ�شع ��ة تح ��ت الحمراء الت ��ي تت�سبب في تذبذب �أو اهت ��زاز الذرات �أو المجموعات ح ��ول الروابط الت�ساهمية التي ت�صل بينها وبالتالي انتقال المركب من م�ستوى طاقة اهت ��زازي �إلى م�ستوى �آخر عند ت ��ردد وط ��ول موجي معي ��ن .ويعتم ��د االهت ��زاز على كتل الذرات وقوة الرابطة فالذرات الأخف تهتز بترددات �أعلى م ��ن الذرات الأثق ��ل ،والرابطة الثالثية تهت ��ز بتردد �أعلى م ��ن الرابطة الثنائي ��ة التي تهتز بتردد �أعل ��ى من الرابطة الأحادي ��ة .وعندما تهتز الذرات ف� ��إن الروابط ت�أخذ �شكل ال�ش ��د �أو الثن ��ي ولكل م ��ن هذه الأو�ض ��اع �أ�ش ��كال مختلفة يعتم ��د على عدد الذرات فنجد الميثان له ت�سعة �أ�شكال من االهتزازات في �شكل حزم يمكن الح�صول عليها با�ستخدام جهاز مطياف الأ�شعة تحت الحمراء كما في الجدول التالي :
الك�شف عن المواد الع�ضوية وتحليلها الرابطة
C-H
H
O
N-H
C=C C=C
O
C
C=O
منطقة التردد واالمت�صا�ص 3000-2800الألكانات 3600-3200الأغوال 3500-3306الأمينات والأميدات 2260-2100 1680-1620 1050-1200 1725-1700الأحما�ض الع�ضوية جدول ()3-4
غياب حزمة معينة في الطيف دليل على عدم وجود الرابطة التى تمت�ص في هذه المنطقة.
الف�صل الرابع
كي ��ف يمكن التمييز بي ��ن المركبي ��ن التاليين با�ستخ ��دام الأ�شعة تح ��ت الحمراء a) CH3-COO-CH3 b) CH3 –CO-NH-CH3
الحل :
طيف المركب ( )bال بد �أن ي�شتمل على حزمة طيفية نا�شئة عن اهتزاز مجموعة ( ) NH-عند �3300سم وال توجد هذه الحزمة في طيف المركب ()a
طيف الكتلة (:)Mass spectroscopy ي�ستخ ��دم طي ��ف الكتلة لتقدير الكتل الجزيئية للمواد الع�ضوية ويتم ذلك �آليا بوا�سطة جهاز يدعى مطياف الكتلة ، ومن خالل هذا المطياف يمكن قيا�س طيف الكتلة لمادة ع�ضوية في ب�ضع دقائق وب�صورة دقيقة .وللح�صول على طيف الكتلة يتم تحويل المادة الع�ضوية �سواء �أكانت �صلبة �أو �سائلة �إلى بخار عند �أي درجة حرارة ثم تعر�ض بعد ذلك الجزيئات الغازية للمادة تحت �ضغط منخف�ض ل�شعاع �إلكتروني ذي طاقة عالية ت�ؤدي لنزع �إلكترون من جزيء المادة حيث يتكون �أيون موجب (كاتيون) وهو في ذات الوقت جذر حر يتفكك هذا الكاتيون �إلى عدد كبير من ال�شظايا في عمليات متتابعة مقرر الكيمياء ()3
238
الك�شف عن المواد الع�ضوية وتحليلها ث ��م يقوم مطي ��اف الكتل ��ة عن طري ��ق �أح ��د �أجزائه (المحل ��ل) بف ��رز �أو ف�صل ه ��ذه الكاتيونات تح ��ت ت�أثير مج ��ال مغناطي�سي على �أ�سا�س ن�سب ��ة الكتلة �إلى ال�شحنة ( )m/ eحي ��ث �أن ��ه من الناحي ��ة العملية تك ��ون �شحنة جمي ��ع الكاتيونات ( )1 +ف� ��إن الفرز يكون بموجب الكتلة فتنح ��رف الأيون ��ات الثقيلة �أكث ��ر من الأيون ��ات الخفيفة وتظه ��ر النتائ ��ج �آليا (ع ��ن طريق الج ��زء الرا�سم) على هيئة �سل�سلة من الخطوط الطيفية مختلفة الكثافة يقابل كل خ ��ط منها �أيون ��ات بقيمة معينة ل� �ـ ( )m/ eوت�ؤلف هذه الخطوط الطيفية في مجملها طيف الكتلة . �شكل ( ) 15 – 4جهاز مطياف الكتلة
الف�صل الرابع
239
مقرر الكيمياء ()3
�أ�سئلة الف�صل الرابع �س�:1ضع عالمة �صح (✓ ) �أوخط�أ (✗) �أمام العبارات التالية مع التعليل : �أ) ذوبان المادة في كربونات ال�صوديوم يدل على وجود مجموعة الكربوك�سيل . ب) تذوب هاليدات الألكيل في حم�ض الكبريت المركز . جـ) تعمل الأ�شعة تحت الحمراء على انتقال الإلكترونات بين م�ستويات الطاقة . د) ت�ستخدم طرق الف�صل الكروماتوجرافية في ف�صل المواد بناءاً على اللون .
�س:2ماذا ن�ستنتج عن بنية الجزيئات ومجموعاتها الوظيفية من المعلومات المبينة في كل مما يلي: �أ) �أظه���ر التحلي���ل الكيميائ���ي الع�ضوي للمرك���ب ( )Aالذي كتلته الجزيئي���ة(� )44أنه يتفاعل مع الهيدرازين ويعطي را�سباً �أ�صفر برتقالي يتفاعل مع كا�شف تولن وتتر�سب الف�ضة على جدران الوعاء (مر�آه ف�ضية).
الف�صل الرابع
ب) مرك���ب ع�ض���وي (� )Bصيغت���ه التجريبي���ة CH2Oو�أظه���ر التحلي���ل الكيميائ���ي �أن���ه يتفاع���ل م���ع NaHCO3ويت�صاع���د غ���از ,H2ويتفاع���ل مع الإيثان���ول وينتج خ�ل�ات الإيثيل.وكتلته الجزيئية = .60 ج���ـ) مرك���ب ع�ضوي اليذوب ف���ي حم�ض الكبريت المرك���ز �إذا �صهرت عينة منه م���ع فلز ال�صوديوم فالناتج يعطي مع �أيونات الف�ضة را�سباً �أ�صفر اليذوب في محلول هيدروك�سيد الأمونيوم. د ) مرك���ب ع�ض���وي يحت���وي عل���ى ذرتي كربون ي���ذوب في حم����ض الكبريت المرك���ز واليتفاعل مع ال�صوديوم ولكنه يتفاعل مع جزيئين من يوديد الهيدروجين ليعطي مركباً اليذوب في الماء .
�س : 3الجا�سمون Jasmoneهو �أحد المواد العطرية وي�ستخل�ص من زهرة اليا�سمين وجد بتحليله �أن فيه % 80.7كربون % 9.7 ,هيدروجين و�أن كتلته الجزيئية164؛ ما ال�صيغة الجزيئية للجا�سمون ؟ 240
����س: 4املأ الفراعات في الج���دول التالي من خالل درا�ستك للك�شف عن المجموعات الوظيفية في المركب الع�ضوي. المجموعة الوظيفية
طريقة الك�شف
التغيرات الدالة
التفاعل مع عن�صر من المجموعة الأولى
ت�صاعد غاز الهيدروجين
المعادلة الكيميائية
التفاعل مع HI + Hg(NO3)2 الكربونيل تكون مر�آة ف�ضية
الف�صل الرابع
ظهور فقاعات ثاني �أك�سيد الكربون التمي�ؤ في و�سط قاعدي الك�شف عن الحم�ض و الغول تفاعلها مع الحمو�ض
����س :5تحت���وي عين���ة ع�ضوية كتلتها 4جم عل���ى الكبريت �أنتجت 2.2ج���م من كبريتات الباريوم .ما الن�سبة المئوية للكبريت في المركب الع�ضوي ؟ �س :6اختر الإجابة ال�صحيحة: -1مرك���ب ع�ض���وي كتلته 119جم وكتلة الرا�سب AgBrالمتكون 30.3جم؛ تكون الن�سبة المئوية للبروم: �أ %10.84 -
جـ % 0.841 -
ب% 84.1 -
241
د%0.1084 -
-2مرك���ب ع�ض���وي كتلت���ه 3.88ملجم وحجم حم�ض الكل���ور الالزم لمعايرة الن�ش���ادر الناتج منه 5.73 مللتراً وتركيزه 0.011مول/لتر؛تكون الن�سبة المئوية للنتروجين في المركب: �أ) %22.75
جـ) % 2.275
ب) % 75.22
د) % 7.522
-3مرك���ب هيدروكربون���ي تبين بعد تحليلة �أنه يحتوي على %14.29هيدروجين وكتلته الجزيئية 42 جم تكون �صيغتة الجزيئية: �أ) CH2
ج� �ـ) C2H6
ب) C3H6
د) C2H4
-4مركب ع�ضوي كتلته الجزيئية 24جم� ,صيغته الأولية C2H4Oيتفاعل مع الفينيل هيدرازين؛ هو: �أ) �أ�سيتون
جـ) �أ�سيتالدهيد
ب) �إيثانول
د) فورمالدهيد
-5عند حرق 6جم من مركب هيدروكربوني نتج 17.6جم من CO2و 10.8جم من بخار الماء تكون الن�سبة المئوية ٍّ لكل من الكربون والهيدروجين: �أ) % 40=H %60=C
ب ) % 60=H %40=C
جـ ) % 20=H %80=C
د) % 80=H %20=C
242
زيت النفط وم�شتقاته
النفط تكريره و�أهم منتجاته
الأهداف ُيتوقع منك في نهاية هذا الف�صل �أن: -1تتعرف النفط وكيفية اكت�شافة. -2تعرف الأنواع الأ�سا�سية للنفط الخام و�أهم مكوناته. -3ت�شرح مفهوم عملية تكرير النفط. -4تعدد �أهم منتجات التكرير. -5تر�سم مخطط برج تقطير النفط مو�ضح ًا عليه �أهم منتجات التقطير. -6ت�شرح عملية التك�سير الحراري والفوائد المترتبة عليه. -7تعرف مكونات و�أهمية الغاز الطبيعي. -8تذكر ا�ستعماالت النفط وم�شتقاته. -9تقدر نعمة اهلل عز وجل في �إمداد بالدنا بالثروات الطبيعية ومنها النفط.
244
المقدمة يعد زيت النفط (البترول )من �أهم الثروات الطبيعية التى حباها اهلل عز وجل للإن�سان ,وتكمن �أهميته في كونه م�صدر ًا رئي�س ًا للطاقة ,فمن النفط يمكن �إنتاج الكثير من الم�شتقات التي يمكن ا�ستخدامها كوقود مثل الجازولين والكيرو�سين والديزل .كما يعتبر النفط م�صدر ًا للعديد من المواد الم�ستخدمة في الكثير من ال�صناع ��ات الكيميائية المعروفة با�سم ال�صناعات البتروكيميائية ك�صناعة البال�ستيك والألياف ال�صناعية والأ�سمدة وغيرها و�سوف نتعرف من خالل هذا الف�صل على مكونات النفط وتكريره وا�ستخدامات منتجاته .
النفط وكيفية اكت�شافه: عرف الإن�سان النفط من الح�ضارات القديمة فقد ا�ستخدمه �س ��كان ما بي ��ن النهرين في البناء وطالء ال�سف ��ن وتعبيد الطرق وا�ستخدمه الم�صريون القدماء في تحنيط موتاهم كما ا�ستخدمه هن ��ود �أمريكا وال�صينيون في عالج مر�ضاه ��م و�إ�ضاءه منازلهم وا�ستخدم ��ه الع ��رب ف ��ي الإ�ضاءة وع�ل�اج الإبل وقد ت ��م �إنتاجه تجاري ��ا بع ��د اكت�شاف �أول بئر ع ��ام 1859م في والي ��ة بن�سلفانيا الأمريكي ��ة �أما ف ��ي منطقة ال�شرق الأو�سط فق ��د اكت�شف �أول بئر في جنوب �إيران عام 1908م وت�أخر اكت�شافه في المملكة العربية ال�سعودية �إلى العام 1938حيث اكت�شف �أول بئر منتج في منطقة الدم ��ام وهناك جهود تبذل للك�شف عن النفط في �صحراء الربع الخالي وعلى طول �ساحل البحر الأحمر.
245
�شكل ()1 – 5 اكت�شاف البترول في المملكة
النفط تكريره و�أهم منتجاته
اكت ��ب �أ�سم ��اء كاف ��ة الحق ��ول المنتجة للنفط ف ��ي المملكة ث ��م اكتب بحث ��ا عن �أحد ه ��ذه الحقول وقدرتها الإنتاجية ؟
الف�صل الخام�س
�أطل ��ق على النفط �أ�سم ��اء مختلفة �أهمها ا�سم بت ��رول petroleumوهذا اال�س ��م الم�شتق من كلمتي ��ن التينيتي ��ن هم ��ا بت ��رو( )petroوتعن ��ي الحجر وكلم ��ة �أولي ��وم ( )oleumوتعن ��ي الزيت وعندالعرب ي�سمى نفط ًا(الدهن)كما لقب حديثا بالذهب الأ�سود لقيمتة العالمية. كم ��ا ي�سمى النفط وم�شتقات ��ه بالهيدروكربونات وهذا الم�صطل ��ح الكيميائي يدل على مختلف المركبات البترولية في جميع حاالتها فيقال �إن النفط �سائل هيدروكربوني وقد عرف الإن�سان منذ م ��ا يزيد ع ��ن خم�سة �آالف �سنة وكانت البدايه بالغاز الطبيعي و�أبخ ��رة البترول التي ت�سربت خالل ال�شقوق الأر�ضية القريبة من �سطح الأر�ض ثم �أ�شعلتها ال�صواعق �أثناء العوا�صف والبرق ف�صنعت �أعمدة الغاز التي ال تنطفئ في فار�س القديمة. تكوين النفط و�أماكن وجودة : % 87 – 84 كربون �إن النفط مزيج من عدد كبير من المواد والتي تتكون % 14 – 11 هيدروجين معظم جزيئاتها م ��ن ذرات كربون وهيدروجين فالنفط % 0.5 – 0.4 كبريت �إذن خلي ��ط م ��ن م ��واد هيدروكربوني ��ة �إال ان هناك مواد % 0.5 – 0.1 نيتروجين �أخ ��رى بن�سبة قليل ��ة تحتوي على ذرات �أخ ��رى بالإ�ضافة %0.2 – 0.1 اك�سجين �إل ��ى الكرب ��ون والهيدروجي ��ن كالكبري ��ت والنيتروجي ��ن والأك�سجين بن�سب متفاوتة كما يو�ضحها الجدول المقابل : جدول ( )1 – 5يو�ضح ن�سب بع�ض العنا�صر المكونة للنفط �س – ما هو �أ�صل النفط ؟ توجد �آراء ونظريات عدة حول تكوين النفط في الطبيعة و�سادت نظريتان رئي�سيتان عن ماهية النفط :
مقرر الكيمياء ()3
246
النفط تكريره و�أهم منتجاته
247
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الخام�س
-1النظرية غير الع�ضوية: النظرية غير الع�ضوية (تكوين النفط من �أ�صل معدني ) عندما افتر�ض مندليف �أن المركبات الهيدروكربوني ��ة النفطية تكونت ف ��ي باطن الأر�ض من ت�أثير بخار الم ��اء ال�ساخن على كربيدات المعادن بت�أثير الحرارة والعوامل الم�ساعدة . �إال �أن ��ه لي�س هناك م ��ا ي�ؤيد هذه النظرية لعدم وجود �آثار الكربيدات وتلك المعادن بالإ�ضافة �إل ��ى وجود مواد كيميائي ��ة ع�ضوية معقدة التركيب ذات كتل جزيئية عالي ��ة ال يمكن �أن تتكون �إال بطريقة بيولوجية داخل ج�سم حيوان �أو نبات. -2النظرية الع�ضوية: وهي تفتر�ض �أن النفط يتكون من �أ�صل حيواني �أو نباتي وتفتر�ض �أن المواد الع�ضوية المتبقية من مخلفات النباتات والطحالب والحيوانات الدقيقة قد تحولت بعد دفنها �إلى مواد هيدروكربونية نتيج ��ة لل�ضغ ��ط والحرارة ال�شديدين في معزل عن الهواء وعب ��ر ماليين ال�سنين و�أن مكان تجمع ه ��ذه النفاي ��ات هو قيعان البح ��ار وبعد انجراف الحيوان ��ات والنباتات �إلى تل ��ك الأعماق تالهما انجراف تربة ورمال تر�سب فوق تلك البحار � .أما الحيوانات والنباتات الم�شتقة من الياب�سة فقد حملت �إلى داخل البحر بوا�سطة الأنهار والرياح. مراحل تكون النفط: طبقا للنظرية الع�ضوية يمكن تق�سيم المراحل التي تكون فيها النفط �إلى ثالث مراحل : �أ -مرحلة دفن المخلوقات الحية: يتم في هذة المرحلة دفن وطمر النباتات والحيونات البحرية والبرية التي و�صلت �إلى البحر. ب -مرحلة التفكك الحيوي: تتك ��ون النبات ��ات والحيوانات م ��ن مجموعات كيميائي ��ة ذات كتل جزيئي ��ة كبيرة(مبلمرات) (البروتينات– الكربوهيدات والدهنيات ) وبا�ستثناء البروتينات ف�إن هذة المواد تتكون من ثالثة عنا�صر وهي كربون وهيدروجين و�أك�سجين وبالن�سبة للبروتينات ف�إنها تحتوي �أي�ضا بالإ�ضافة �إلى تلك العنا�صر على النيتروجين والكبريت هذه المواد الع�ضوية تتحلل بفعل البكتيريا من جزيئات كبي ��رة �إل ��ى جزيئات �صغيرة حيث تتح ��ول الكربوهيدرات �إلى �سكريات �أحادي ��ة والبروتينات �إلى �أحما�ض �أمينية والدهون �إلى �أحما�ض دهنية .ثم تتك�سر هذه المركبات �إلى جزيئات �أب�سط.
النفط تكريره و�أهم منتجاته جـ -مرحلة التكثف : بع ��د العملي ��ات ال�سابقة تخ�ضع المواد لتفاع�ل�ات كيميائية تحولها �إلى م ��واد كثيفة �أو �صلبة غي ��ر قابلة للذوبان تعرف با�سم الكيروجين وتتحول هذه المادة �إلى نفط مع مرور الزمن ب�سبب الحرارة العالية وال�ضغط ال�شديد . كيروجين
حرارة �/ضغط
بتومين(غاز)
حرارة
نفط
�أنواع النفط الخام: تختل ��ف �أنواع النفط الخام من حيث خوا�صها الطبيعية باخت�ل�اف م�صدرها ويرجع هذا االختالف �إلى مكونات النفط من الهيدروكربونات المختلفة �إلى:
�أنواع النفط الخام
الف�صل الخام�س
نفط برافيني التركيب
نفط نفثيني الأ�صل
نفط مختلط التركيب
يت�أل ��ف هذا الن ��وع ب�صورة رئي�سي ��ة م ��ن هيدروكربونات برافيني ��ة ويحت ��وي على �شمع البارافي ��ن وه ��و خال ��ي �أو يكاد يك ��ون خاليا م ��ن المواد الإ�سفلتي ��ة ويعطي ه ��ذا النوع من النفط عادة �إنتاجا ح�سنا م ��ن �شم ��ع البرافي ��ن وزي ��وت التزييت الممتازة.
يت�أل ��ف هذا الن ��وع ب�صورة رئي�سية من النفثينات ويحتوي عل ��ى كمي ��ة قليل ��ة م ��ن �شم ��ع البارافين �أو يك ��ون خاليا منه �إال انه يحتوي على ن�سبة عالية من الم ��واد الإ�سفلتية ويعطي زي ��وت تزيي ��ت ذات لزوج ��ة �أكثر ت�أثرا بالحرارة من زيوت التزييت المنتج ��ة من النفط البارافيني.
يت�أل ��ف ه ��ذا الن ��وع م ��ن النفط من مزي ��ج البرافينات والنفثين ��ات ون�س ��ب قليل ��ة م ��ن العطري ��ات .ويحت ��وي عل ��ى مقادير وافي ��ة من �شمع البرافين والمواد الإ�سفلتية.
مقرر الكيمياء ()3
248
النفط تكريره و�أهم منتجاته
هن ��اك ت�صنيف ��ات �أخرى للنفط في�صنف �إل ��ى الزيت الحلو و الزيت الم ��ر و�إلى خفيف وثقيل .من خالل ما توفر لك من م�صادر المعلومات اكتب بحث ًا تتناول فيه هذه الأنواع. والجدير بالذكر �أنه يحدث تداخل بين هذه الأ�صناف من �أنواع النفط الخام ولكن الغالبية العظمى من �أن ��واع النفط الطبيعي ��ة هي من نوع النفط المختلط الأ�صل وتتحكم طبيعة النف ��ط الخام �إلى حد ما في نوع المنتجات الم�ستخل�صة منه ومالءمتها لال�ستعمال في مجاالت معينة فمثال النفط الخام النفثيني هو �أن�سب من غيره لإنتاج الإ�سفلت والبترول الخام البارافيني �أن�سب لإنتاج ال�شمع.
الخوا�ص العامة للنفط: ما لون النفط الخام ؟ هل له رائحة مميزة ؟النفط �سائل داكن اللون لزج قابل لالحتراق رائحته مقبولة �إذا كان يحتوي على ن�سبة �ضئيلة من مركبات الكبري ��ت والنيتروجي ��ن �أما �إذا احتوى على ن�سبة مرتفعة من هذي ��ن العن�صرين فتكون رائحته غير معقولة, وهو �أخف من الماء وتختلف كثافته باختالف �أنواعة.
خطوات العمل : -1تفح� ��ص عين ��ة النف ��ط الخ ��ام ودون مالحظاتك ع ��ن حالتها الفيزيائية في جدول . -2ا�سك ��ب كمية قليل ��ة من النفط الخ ��ام على �سط ��ع �سائل �أمل�س والحظ �سرعة الجريان (لزوجته).
249
الأدوات والمواد المطلوبة: عين ��ة م ��ن النف ��ط الخ ��ام , �أنبوبة اختبار ,زجاجة �ساعة, عينة من م�شتقات النفط مثل الكيرو�سين .
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الخام�س
( )1-5تعرف على �صفات النفط الفيزيائية
النفط تكريره و�أهم منتجاته - 3ج ��رب ا�شتع ��ال قطرتين من النفط الخ ��ام مو�ضوعتين في زجاجة �ساع ��ة بتقريب عود ثقاب م�شتعل منها. -4تفح� ��ص عينة الكيرو�سين ,و�أجر عليها االختبارات ال�سابقة التي �أجريتها على عينة النفط ثم دون مالحظاتك في جدول. الخوا�ص
النفظ الخام
الكيرو�سين
اللون الرائحة اللزوجة اال�شتعال
الف�صل الخام�س
لق ��د حب ��ى اهلل �سبحان ��ه وتعال ��ى �أر� ��ض المملك ��ة العربية ال�سعودي ��ة بمخزون كبي ��ر من النفط والغ ��از الطبيعي المرافق ال ��ذي تعتمد عليه طريقة حياة النا� ��س ب�شكل رئي�سي في البيت والم�صن ��ع وال�شارع فتبدلت حي ��اة النا�س م ��ن العناء .و�شظف العي�ش �إلى الرخاء والرفاهية وفتحت لهم هذه الثروات الطبيعية �أب ��واب التنمية في مختل ��ف مجاالت العل ��م وال�صحة والزراعة والعم ��ران وال�صناعة حتى عمت النه�ض ��ة البالد ف�سبحان من �سخر لنا هذا . �شكل () 2-5
مقرر الكيمياء ()3
250
النفط تكريره و�أهم منتجاته
التركيب الكيميائي للنفط: يترك ��ب النفط الخام �أ�سا�س ًا من المواد الهيدروكربونية وهي عب ��ارة عن خليط من مركبات كيميائي ��ة ع�ضوية (�صلبة�,سائلة, غازي ��ة) ويتك ��ون كل مرك ��ب من اتح ��اد عن�ص ��ري الهيدروجين والكرب ��ون ,وفي بع�ض الأحيان م ��ع عنا�صر �أخرى مثل الكبريت, الأك�سجي ��ن والنيتروجي ��ن لتكوي ��ن م�شتقات لمركب ��ات الكربون الهيدروجينية ويمكن تو�ضيح ن�سب هذه العنا�صر في الجدول ( ) 2 -5بالإ�ضافة�إلى ذلك يحتوي النفط على كميات مذابة من الغاز الطبيعي .
العن�صر كربون هيدروجين كبريت نيتروجين �أك�سجين
الن�سب 84 - 87 11 – 14 0.4 -, 5 0.1 - ,5 0.4- ,1
جدول ( ) 2 5-ن�سب العنا�صر الأ�سا�سية للنفط
اكتب بحثا مزودا بال�صور تتحدث فيه عن طرق التنقيب عن النفط و مراحل ا�ستخراجه ؟
ال يمكن اال�ستفادة م ��ن النفط ب�صورته الخام لأنه مزيج من عدد كبير من المواد ولكي يكون النفط �صالحا لال�ستعمال يجب ف�صله �إلى �أج ��زاء لكل منها خ�صائ�ص معينة ,تع ��رف هذه العملية بعملية تكرير النفط ويمكن ح�صر �صناعة تكرير النفط بثالث عمليات رئي�سية هي : -1الف�صل Separation -2التحويل Conuersion �شكل ( ) 3 – 5م�صانع تكرير النفط -3المعالجة �أو التنقية Treatment
251
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الخام�س
تكرير النفط :Refining Oil
النفط تكريره و�أهم منتجاته
�أوال :الف�صل : Separation وف ��ي هذه العملية يت ��م ف�صل مكونات الزيت الخ ��ام �إلى غازات ومقطرات خفيف ��ة ومقطرات ثقيلة فال ي�صحبها تغيير كيميائي ومن �أ�شهر عمليات الف�صل: التقطي ��ر التجزيئي واال�ستخال�ص بالمذيبات والتبريد و�سوف ندر� ��س �إحدى طرق الف�صل وهو التقطير التجزيئي كما يلي:
-1التقطير التجزيئي :Distillation تعتب ��ر ه ��ذه الطريقة هي الأ�سا�سي ��ة في عمليات الف�ص ��ل المختلفة حيث تف�ص ��ل الجزيئات الأخف بوا�سطة التبخير والتكثيف في �أبراج كبيرة للتجزئة حيث يمكن �سحب هذه المكونات من مناطق مختلفة من البرج وكلما كانت المكونات ذات درجات غليان �أقل كانت �أقرب �إلى �أعلى البرج . كيف يعمل برج التقطير في م�صافي النفط على ف�صل مكوناته ؟ تت�ضمن عملية تقطير النفط خطوتين �أ�سا�سيتين هما
الخطوة الأولى :التبخير:
الف�صل الخام�س
ي�سخن النف ��ط الخام في فرن خا�ص حيث تتحول معظم مكونات ��ه �إل ��ى �أبخ ��رة ويدخل المزي ��ج ال�ساخن �إل ��ى منطقة ف ��ي �أ�سفل برج التقطير فت�صعد الأبخ ��رة في البرج وتن�ساب البقايا �إلى �أ�سفل حيث تجمع على �شكل �إ�سفلت ومواد �شمعية غير متطايرة .
الخطوة الثانية :الف�صل:
�شكل (� ) 4 -5أعمدة التجزيئية
�أ – ف�ص���ل الغ���ازات :ت�ستمر الأبخرة في ال�صعود نتيجة ال�ستمرار عملية الت�سخين �إلى �أن ت�صل �إلى �أعلى الب ��رج غ ��ازات ال تتكاثف( وذلك ب�سبب عدم و�صول درجة التبريد في الب ��رج �إلى درجة تكثفها) و�أبخرة
مقرر الكيمياء ()3
252
النفط تكريره و�أهم منتجاته وم ��واد متطايرة ذات درجات غليان منخف�ضة فتف�صل الغازات تلقائي ًا وتجمع من �أعلى البرج وكذلك تكثف المواد المتطايرة بالتبريد وتجميع كمكونات نفطية خفيفة . ب -ف�ص���ل ال�سوائ���ل :تتكث ��ف �أبخ ��رة جمي ��ع ال�سوائل (غير المتطايرة) بمجرد �صعودها �إل ��ى �أعلى البرج فبع�ضها يبد�أ بالتكثف عند و�صوله ��ا �إل ��ى الغ ��رف ال�سفل ��ى ف ��ي البرج, فالمكون ��ات الت ��ي تك ��ون درج ��ات غليانه ��ا عالية تتكاث ��ف قبل غيرها ( نظر ًا لأن درجة الح ��رارة تنخف� ��ض كلم ��ا �صعدنا �إل ��ى �أعلى البرج)ويمك ��ن �إخراجها م ��ن تللك المنطقة من البرج وجمعها ك�سوائل ثقيلة ت�ستعمل في �صناعة زيوت الت�شحيم .
الأجزاء
برج التقطير
غازات جازولين (بنزين) كيرو�سين زيت ديزل نفط خام �سائل
نفط ثقيل التك�سير بالتقطير التفا�ضلي
بخار
�شكل ( ) 5 -5برج تقطير النفط
253
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الخام�س
�إن المكونات الت ��ي تجمع في �أية منطقة في برج التقطير تكون مزيجا من عدد من المواد �إال �أن مث ��ل هذا المزيج يحتوي على عدد �أقل بكثير من الم ��واد المكون ��ة للنفط الخ ��ام .فالتقطير التجزيئ ��ي الذي يح�صل في م�صفاه النفط �إذن ال يف�ص ��ل المكون ��ات �إلى مواد نقي ��ة .وعادة ال نحتاج �إل ��ى ف�صل المكونات �إلى م ��واد نقية لأن معظم ا�ستعماالت النفط المكرر ال يتطلب ذلك وخا�ص ًا ا�ستعماالته كوقود وم�صدر للطاقة .
النفط تكريره و�أهم منتجاته ويمكن �إجمال نواتج تكرير النفط في الجدول التالي : المواد الناتجة
عدد ذرات الكربون درجات الغليان
اال�ستخدامات
مواد غازية(ميثان, �إيثان ,بروبان ,بيوتان) يمكن تحويلها �إلى �سائل بال�ضغط والتبريد
4-1
ت�ستعم ��ل كوقود يع ��رف ع ��ادة بالبوتوجاز �أقل من 35م ن�سبة �إلى �أكثر مكوناته ن�سبة وهو البيوتان .
مقطرات خفيفة البنزين (جازولين)
10-5
وقود لل�سي ��ارات وتعتمد جودته كوقود على 35م 175-م ن�سب ��ة مرك ��ب �آي ��زو �أوكت ��ان ف ��ي الخليط المكون له وهو ما يعرف برقم الأوكتان.
مقطرات متو�سطة �أ -كيرو�سين ب -الديزل
18-10 25-12
وقود للمحركات النفاث ��ة ومكائن الحراثة ووق ��ود لال�ستخدام ��ات المنزلي ��ة ,ووق ��ود 150م 325-م لمح ��ركات الدي ��زل ( لل�شاحن ��ات وبع�ض 210م 360-م ال�سيارات ال�صغيرة) وفي �أغرا�ض التدفئة المنزلية.
الف�صل الخام�س
مقطرات ثقيلة �أ -زيوت للت�شحيم المازوت ب -ال�شموع جـ -الزفت(الإ�سفلت)
مقرر الكيمياء ()3
O
O
O
O
O
O
O
وقود ال�سفن – وزيوت لت�شحيم الآالت 50-23 170م 700-م �شمع البرافي ��ن �أو فازلين و�شموع الإ�ضاءة والورق الم�شمع 35م 560-م 40-20 �أكثر من � 40أعلى من 700م ولر�ص ��ف الط ��رق والم ��واد العازل ��ه للمياه و�أ�سطح المنازل. جدول ( ) 2 -5نواتج تكرير البترول O
O
O
O
O
254
النفط تكريره و�أهم منتجاته
�ضع حلو ًال مبتكرة لم�شكلة تلوث الهواء بالغازات المنبعثة من ال�سيارات والم�صانع .
( :)2-5ف�صل الخام �إلى مكوناتة في المختبر
O
مقيا�س حرارة �صوف �صخري م�شرب بالنفط
O
O
O
255
حامل
ك�أ�س ماء للتبريد
م�صدر حراري
�شكل ( ) 6 -5 جهاز ف�صل النفط في المختبر
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الخام�س
خطوات العمل : � -1ضع قطعة من ال�صوف ال�صخري في �أنبوبة الت�سخين . � -2ضع 5مل من النفط الخام في الأنبوبة حتى تت�شرب قطعة ال�صوف . -3ركب الجهاز كما في ال�شكل . � -4سخ ��ن بلط ��ف و�سجل درجة الح ��رارة التي يب ��د�أ عندها ال�سائل بالتكثيف في �أنبوبة االختبار . -5راق ��ب درجة الح ��رارة �أثناء عملية الت�سخي ��ن وتابع جمع ال�سائل حتى تقل درجة الحرارة �إلى 70م. -6ا�ستبدل الأنبوب ب�آخر بجمع ال�سائل المتكثف عند درجات حرارة( 120-70م). -7ك ��رر ه ��ذه العملية واجم ��ع ال�سائل المكث ��ف عند درجات حرارة ( 170-120م) 220-170( ,م) .تفح�ص ال�سوائل التي جمعتها و�سجل مالحظاتك في جدول كما يلي :
الأدوات والمواد المطلوبة: نفط خام � ,أنبوب ��ة اختبار � ,سدادة من الفلين لها ثقبان ,مقيا�س حرارة � ,ص ��وف �صخ ��ري � ,أرب ��ع �أنابي ��ب اختبار� ,أنبوبة تو�صيل زجاجي ,ك�أ�س زجاج ��ي ,حام ��ل ,ما�سك ,م�صدر حراري .
النفط تكريره و�أهم منتجاته اللون
درجة الحرارة 70م 120-70م 170-120م 220-170م
اال�شتعال
اللزوجة
O
O
O
O
ثانياً -التحويل :Conuersion ويتم فيها تحويل ال�سوائل المتكثفة الثقيلة �إلى مواد خفيفة �أقل في عدد ذرات الكربون وذلك با�ستخدام جـ -الألكلة ب -التك�سير بالعامل الحافز �أ -التك�سير الحراري
التك�سير الحراري :Thermal cracking
الف�صل الخام�س
نتيج ��ة لقلة المقطرات كالجازولين والنفثا والكيرو�سين الناتجة م ��ن عمليات التكرير وما �صاحب ذلك م ��ن ازدي ��اد الطلب عليها فق ��د لج�أ الكيميائي ��ون �إلى عملية التك�سي ��ر الحراري لال�ستف ��ادة من المقطرات الثقيلة ذات الكتل الجزيئية الكبيرة والتى يتم تحويلها �إلى جزيئات ذات كتل جزيئية �أ�صغر .ويتطلب تك�سير الجزيئ ��ات ك�سر الروابط بين ذرات الكربون وهذا يحتاج �إلى طاق ��ة عالية بوجود العوامل الم�ساعدة لي�سير التفاعل ب�سرعة �أكبر كما �أنها ت�ؤثر على �أماكن ك�سر الروابط ومن هذه العوامل ( )SiO2و (.)Al2O3 الم ��ادة الهيدروكربونية التالية تحتوي على 12ذرة كربون يمكن تحويلها �إلى عدد م ��ن المواد جزيئاتها تحتوي على �أقل م ��ن 12ذرة كربون (م�شبعة وغير م�شبعة ) ح�سب مواقع الك�سر التالية ––C–C–C–C–C–C–C–C–C–C–C–C
3
C2H4 + C10H22
2
C6H12 + C6H14
C2H6 + C10H20
مقرر الكيمياء ()3
1
C4H8 + C8H18 C4H10 + C8H16
256
النفط تكريره و�أهم منتجاته ومن �أبرز فوائد التك�سير الحراري ما يلي: -1زيادة كميات الجازولين الم�ستخدمة في وقود ال�سيارات . � -2إنت ��اج المواد الم�شبع ��ة التي ت�ستعمل لت�سيير الآالت �أو تح�ضير م ��واد كيميائية جديدة �أما المركبات غير الم�شبعة فهي ذات فوائد كبيرة وخا�ص ًا في مجال البتروكيميائيات. � -3إنتاج الهيدروجين الم�ستخدم في �صناعة الن�شادر. ولق ��د تط ��ورت عملي ��ة تك�سير النف ��ط حراري ًا نظ ��را لأهمي ��ة المركبات الناتج ��ة منها ويمك ��ن القول �إن تق ��دم ال�صناع ��ات البتروكيميائي ��ة والم�شتق ��ات ال�صناعية للنفط يعتم ��د ب�شكل رئي�سي عل ��ى عمل وحدات التك�سير الحراري.
�أكتب نواتج التك�سير الحراري للمادة الهيدروكربونية التالية مبينا الرابطة التي تك�سر في كل حالة ––C–C–C–C–C–C
ويت ��م فيه ��ا �إزالة ال�شوائب التى ت�ؤثر عل ��ى خ�صائ�صها و تح�سين موا�صفاته ��ا كمعامل اللزوجة ومقاومة االك�سدة ومنع ال�صد�أ ومنع الرغاوي ثم و�ضعها في عبوات الت�سويق .و يتم ذلك با�ستخدام:
�أ – المعالجة الكيميائية ب -الهدرجة 257
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الخام�س
ثالثاً المعالجة �أو التنقية :Treatment
النفط تكريره و�أهم منتجاته
الغاز الطبيعي :Natural gas يمكن العث ��ور على الغاز الطبيعي في مجمعات في باطن االر�ض �إما بمفرده �أو مذابا في النفط الواقع تحت �ضغط عالي والغاز الطبيعي خليط من مركبات هيدروكربونية عديمة الل ��ون؛ �أهمه ��ا و�أكثرها ن�سبة هو غ ��از الميثان �أم ��ا الغازات الأخ ��رى فت�صل ن�سبتها �إلى %30من حجم الغاز الطبيعي في بع�ض �أنواعه .ويو�ضح الجدول المقابل التركيب الغالب للغاز الطبيعي.وتعتم ��د ن�سبة الغ ��ازات عموما على م ��كان وطبيعة الروا�س ��ب الجيولوجية التي نتج منها وعلى هذا يمكن تق�سيم الغاز الطبيعي �إلى ق�سمين هما :
-1الغاز الحر (الجاف) : Nonassociated gas
الف�صل الخام�س
يتم ا�ستخراج هذا الن ��وع من حقول �أو مكامن غازية حي ��ث ال يرافق �إنت ��اج الزيت الخام؛ وي�ش ��كل الميثان فيه %90والن�سب ��ة المتبقي ��ة من ��ه غ ��از البيوت ��ان والبروبان وتنعدم فيه المكونات التي تتكاثف ب�سهولة كالجازولين.
الغاز
الن�سبة %
الميثان
90 -70
الإيثان
20-0
البروبان
20-0
البيوتان
20-0
ثاني �أك�سيد الكربون
8-0
�أك�سجين
0.2-0
نيتروجين
5-0
كبريتييد الهيدروجين
5-0
غازات نادرة
كميات �ضيلة
جدول ( )3 - 5مكونات الغاز الطبيعي
-2الغاز المرافق :Associated gas يراف ��ق �إنتاج البترول الخام قبل تقطي ��ره ويتكون من خليط من غ ��ازات هيدروكربونية مثل الميثان والبروب ��ان وبع� ��ض �أبخرة الجازولين مختلطة ببع�ض الغازات الأخ ��رى مثل CO2 , H2Sوكذلك يطلق على هذا النوع بالغاز الرطب .
مقرر الكيمياء ()3
258
النفط تكريره و�أهم منتجاته �أهمية الغاز الطبيعي : يعتبر الغاز الطبيعي م�صدرا هاما لتوليد الطاقة الحرارية لما يمتاز به من طاقة حرارية عالية ويناف�س �أن ��واع الوقود الأخرى وخا�صة في المناطق ال�صناعية التي تعاني من التلوث وذلك نتيجة ل�سهولة ا�ستخدامه وانخفا�ض ن�سبة الملوثات الناتجة عنه حيث ي�ستخدم الميثان والإيثان كم�صدر للطاقة في وحدات �صناعية كثي ��رة كوح ��دة �صناعة الحديد الإ�سفنجي و�صناع ��ة الزجاج والألمونيوم والفخ ��ار والإ�سمنت� .أما البروبان والبيوت ��ان في�ستخدم ��ان ب�شكل كبي ��ر كوقود للأغرا�ض المنزلي ��ة وي�ستخدم الغاز الطبيع ��ي كمادة مهمة في ا�ستخ ��راج النف ��ط وذلك من خالل حقنه في الآبار المنتجة ,وي�ضاف �إلى م ��ا �سبق �أنه يدخل كم�صدر مهم للم ��واد الأ�سا�سية التي تدخل في ال�صناعات البتروكيميائية والت ��ي �سي�أتي الحديث عنها في الف�صل القادم ب�إذن اهلل عز وجل.
ف�صل مكونات الغاز الطبيعي:
�شكل ( )7 -5
م ��ا توقعات ��ك حول طبيعة الحياة على الأر� ��ض في حالة ن�ضوب النفط؟ ما م�ص ��ادر الطاقة البديلة التي تقترحها ؟ كيف ت�ستمر ال�صناعات القائمة على النفط.
259
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الخام�س
يمك ��ن ف�ص ��ل المكون ��ات الهيدروكربوني ��ة للغ ��از الطبيع ��ي الم�صاحب بوا�سطة التقطي ��ر التجزيئي ثم التبريد والإ�سالة نظ ��را لالختالف الكبير في درجات الغليان .
النفط تكريره و�أهم منتجاته
�إن �أكثر من %95من الطاقة الم�ستهلكة من مختلف دول العالم م�أخوذة من م�صادر الغاز الطبيعي والنفط لذلك تزداد المحاوالت للبحث عن م�صادر جديدة وفي البالد الفقيرة التي ال ت�ستطيع �شراء النفط تظهر الحاجة للبحث عن بدائل لها ففي ال�صين والهند وهما دولتان غنيتان بثرواتها الحيوانية ي�ستخدم النا�س روث الحيوانات في �إنتاج غاز ي�سمى الغاز الحيوي لإنتاج الطاقة وهذا الغاز مزيج من عدة غازات �أهمها غاز الميثان حيث تبلغ ن�سبته فيه %50وي�ستخدم الغاز الحيوي لإنتاج الطاقة في الم�صانع وتوليد الكهرباء كما ي�ستخدم الغاز في البيوت لأغرا�ض الطبخ لت�سخين الماء والإنارة.
الف�صل الخام�س مقرر الكيمياء ()3
260
النفط تكريره و�أهم منتجاته
الف�صل أ�سئلة � الخام�س
�س� :2ضع عالمة �صح (✔) �أو خط�أ(✗) �أمام العبارات مع ت�صحيح الخط�أ : -1يتميز النفط ب�أن له رائحة مقبولة عند ارتفاع ن�سبة المواد الكبريتية والنتروجينية فيه. -2تف�صل المواد ذات درجات الغليان الأقل في �أ�سفل برج التقطير. � -3أول خطوة من خطوات تكرير النفط التنقية. -4يمكن الح�صول على الهيدروجين من عملية التقطير التجزيئي للنفط. -5ي�ستخدم البيوتان كم�صدر للطاقة في الأغرا�ض المنزلية. -6تف�صل زيوت الت�شحيم من النفط عند درجة حرارة بين 170م 700-م. O
O
:
�س :2للمادة الهيدروكربونية التالية
كيف يمكن الح�صول على C2H6 , C4H8مع كتابة النواتج المرافقة لكل منهما. �س : 3اكتب الم�صطلح العلمي الذي يتفق مع العبارات التالية :
�س : 4ما المبد�أ الذي تعتمد عليه عملية تكرير النفط ؟ ار�سم الجهاز الم�ستخدم مع كتابة البيانات على الر�سم. ����س : 5رت���ب الم���واد التالي���ة تبعاً النف�صاله���ا �أو ًال في ب���رج التقطير(جازولين ,زفت . كيرو�سين ,بروبان). �س :6ار�سم مخططاً يبين خطوات تكرير النفط والعمليات الم�ستخدمة في خطوة . 261
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل الخام�س
�أ – يحتوي على الهيدروكربونات البرافينية مثل �شمع البرافين . ب -عملية يتم بموجبها تحويل النفط �إلى مواد �صالحة لال�ستعمال . جـ -يوجد على هيئة غاز حر وغاز مرافق ويعد م�صدر ًا هام ًا لتوليد الطاقة الحرارية . د -تحويل الجزيئات الكبيرة �إلى جزيئات �صغيرة في وجود عوامل م�ساعدة .
ال�صناعات البتروكيميائية
الأهداف ُيتوقع منك في نهاية هذا الف�صل �أن: -1تو�ضح المق�صود بال�صناعات البتروكيميائية . -2ت�شرح بالمعادالت طرق �إنتاج المواد المعتمدة على الميثان كمادة �أ�سا�سية في �إنتاجها. -3ت�شرح بالمعادالت طرق �إنتاج المواد المعتمدة على الإيثان كمادة �أ�سا�سية في �إنتاجها. -4ت�شرح بالمعادالت طرق �إنتاج المواد المعتمدة على البروبان كمادة �أ�سا�سية في �إنتاجها. -5تبي ��ن جه ��ود المملكة في مجال ال�صناعات البتروكيميائية في �سبي ��ل التقدم العلمي والح�ضاري الذي ي�شهده العالم.
262
المقدمة من ��ذ �آالف ال�سنيي ��ن ا�ستخدم الإن�سان ما يج ��ده حوله من المواد والأ�شياء كالعظ ��ام والخ�شب وال�صوان والحج ��ارة ل�صنع كل م ��ا يحتاجه من الأ�شي ��اء كالم�سكن و�أدوات ال�صي ��د و�أدوات الطب ��خ .وتدريجي ًا �أ�صبح الإن�س ��ان �أكثر مه ��ارة في ا�ستخدام هذه المواد وخا�ص ��ة بعد اكت�شاف النار وتعلم ��ه ا�ستخدامها ل�صنع مواد �أخ ��رى �أكثر فائدة فقد وجد �أن ت�سخين بع�ض �أن ��واع ال�صل�صال على النار يك�سبها �صالبة فا�ستفاد من ذلك ف ��ي �صن ��ع عدد م ��ن المواد التي ي�ستخدمه ��ا في حياته ولم يع ��د يقت�صر على ماهو في متن ��اول اليد لق�ضاء حاجاته بل �أ�صبح يطور مواد معينة لتالئم حاجاته الخا�صة والمتجددة .فكان هذا االنتقال في �صنع الأ�شياء من الخ�شب �إلى الأحجار �إلى الحديد نتيجة الكت�شاف كيميائي. فن�ستطي ��ع �أن نق ��ول �أن لكل مرحل ��ة كيميا�ؤهاالخا�صة .وقد �أنعم اهلل �سبحان ��ه وتعالى على النا�س �أجمعين باكت�شاف النفط (البترول) ,ون�ستطيع �أن نتلم�س �أهميته �إذا نظرنا فيم ن�ستخدمه كل يوم فالمالب�س التى نرتديها ,وال�سجاجيد التى نجل�س عليها, والأث ��اث الذى ن�ستخدمه ,والأواني الم�ستخدمة لحفظ الأطعمة �أو ف ��ي الطب ��خ ,وو�سائ ��ل الموا�صالت التى نركبه ��ا والمنظفات والأ�صب ��اغ ,والأ�سمدة وغيرها كثير من المواد التى نتعامل معها في حياتن ��ا اليومي ��ة جميعها م�صنوع ��ة من مركب ��ات كيميائية �شكل ( )1 – 6الإن�سان حديث ًا المادة الأ�سا�سية ( الأولية ) في �صناعتها من النفط وم�شتقاته.
فكي���ف يت���م الح�صول على كل هذه المواد م���ن النفط وم�شتقاتة؟ ماذا ن�سمي هذه ال�صناعات؟
263
ال�صناعات البتروكيميائية
�أهمية النفط وم�شتقاتة : لق ��د ترك ��زت �صناع ��ة النفط في بدايته ��ا على الوق ��ود الهيدروكربوني وزي ��وت الت�شحي ��م ,وقد اكت�شف الكيميائي ��ون في بداية الق ��رن الع�شرين �أنه ب�إمكانهم ا�ستخدام المركب ��ات الهيدروكربونية (الم�شبعة وغير الم�شبعة) الناتجة عن التقطير التجزيئي �أو التك�سير الحراري ( البتروكيميائيات ) كمواد �أ�سا�سية(�أولية) ف ��ي �صناع ��ة المنتج ��ات اال�ستهالكية مثل :اللدائ ��ن ,الأ�سمدة ,الأ�صباغ ....الخ وتع ��رف هذه ال�صناعات المعتمدة على النفط وم�شتقاته بال�صناعات البتروكيميائية . يو�ضح الجدول التالي بع�ض المواد النفطية الأولية وا�ستخدامتها: المواد والمركبات النفطية الأولية الم�شتقات الناتجه من المواد الأولية البارافينات والمواد الحلقية
منتجات بتروكيميائية نهائية
�أمثلة :الحرير ال�صناعي ,المنظفات الأوليفينات� ,أ�سيتيلين ,العطريات ال�صناعية
الف�صل ال�ساد�س
الغاز الطبيعي
غاز الميثان ,وغاز ثاني كبريتيد الهيدروجين
الن�شادر ,واليوريا ,وحم�ض الكبريتيك ,الميثانول
غازات طبيعية م�صدها معامل التكرير
�أ�سيتيلين � ,أيزوبيوتان
اال�سيتات الأن�سجة ال�صناعية
غاز الإيثيان غاز البروبان غاز البيوتان
الإيثيلين البروبين البيوتين
المطاط ,البال�ستيك
الهك�سان ,الهبتان ,النافثا ,النافثين البنزين (العطري )
البنتادايئين الحلقي (�سيكلوبنتادايئين)
الأن�سجة الأ�ستيرين ,المطاط ,الفينول, اال�سيتون ,المنظفات ال�صناعية
مقرر الكيمياء ()3
264
ال�صناعات البتروكيميائية
ال�صناعات البتروكيميائية :
كيف يتم تحويل المنتجات البتروكيميائية �إلى منتجات ا�ستهالكية ؟
يمر ت�صنيع البتروكيميائيات بعدة مراحل وهي: -1مرحله �إنتاج البتروكيميائيات الأ�سا�سية(الأولية): حي ��ث يت ��م تحويل الم�شتق ��ات النفطية الخام مثل :الميث ��ان ,الإيثان ,البروبان �إل ��ى بتروكيماويات �أ�سا�سية مثل :الميثانول ,الن�شادر ,الإيثليين ,البروبلين . التى تتحول �إلى منجات �إ�ستهالكية مبا�شر ًة �أو تحول �إلى مركبات و�سطية .
-2مرحلة �إنتاج البتروكيميائيات الو�سطية: ويت ��م فيه تحوي ��ل البتروكيميائيات الأ�سا�سية �إلى منتجات و�سطية مث ��ل � :أك�سيد الإيثليين ,كلوريد الفينيل ...التى تحول مبا�شرة �إلى منتجات ا�ستهالكية �أو تحول �إلى بتروكيميائيات نهائية .
-3مرحلة �إنتاج البتروكيميائيات النهائية:
-4مرحلة �إنتاج المنتجات اال�ستهالكية:
و يت ��م فيها تحوي ��ل البتروكيماويات النهائية �إلى مواد ا�ستهالكية يمك ��ن ا�ستخدامها مبا�شرة في الحياة اليومية مثل :عبوات البال�ستيك ,الحقائب ,المالب�س .
265
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل ال�ساد�س
و يتم فيها تحويل البتروكيميائيات الو�سطية �إلى بتروكيميائيات نهائية مثل: مبلمر الإيثليين ,مبلمر البروبلين ,مبلمر كلوريد الفينيل .
ال�صناعات البتروكيميائية ويمكن ر�ؤية هذة المواد في الجدول التالي: مراحل ت�صنيع البتروكيميائيات
1
�إنتاج البتروكيميائيات الأ�سا�سية(�أولية)
2
�إنتاج البتروكيميائيات الو�سطية
3
�إنتاج البتروكيميائيات النهائية
4
�إنتاج المنتجات اال�ستهالكية ونتيج ��ة الزدياد عدد ال�س ��كان �أ�صبحت الحاجة ما�سة �إلى المنتجات البتروكيميائية وازداد الطلب عليها ودخلت في مختلف المجاالت التطبيقية كال�صناعة والطب والزراعة وحلت بن�سبة كبيرة جد ًا محل مثيالتها المنتج ��ة م ��ن م�صادر طبيعي ��ة كالمطاط ال�صناع ��ي الذى �أ�صبح بدي�ل ً�ا للمطاط الطبيع ��ي وحلت الأ�سمدة الكيميائي ��ة محل بع�ض الأ�سم ��دة الطبيعية والألياف ال�صناعية التي حلت مح ��ل الحرير والقطن وال�صوف, وحلت اللدائن محل الخ�شب والجلد والورق وال�صفيح والمعادن .
الف�صل ال�ساد�س
بد�أ اال�ستخ ��دام ال�صناعي للدائن عام 1907م بت�صنيع مبلمر الباكاليت .ابحث عن �سبب ت�سميته بهذا اال�سم والمادة االكيميائية الداخلة في تركيبه مو�ضح ًا بالمعادالت تركيبه البنائي.
مقرر الكيمياء ()3
266
ال�صناعات البتروكيميائية �أمثلة لبع�ض ال�صناعات البتروكيميائية : �أو ًال :اللدائن( البال�ستيك) : polymers اللدائ ��ن �أو ما يطلق عليها المبلمرات هي م ��واد ذات كتلة جزيئية عالية جد ًا ( �ضخمة جد ًا) .من �أ�صل ع�ض ��وي وتتحول هذه المواد عن ��د ت�سخينها �إلى الحالة اللدنة وتتخذ عند ال�ضغ ��ط عليها الأ�شكال المطلوبة للأجزاء المراد ت�صنيعها .وتتكون اللدائن من �سل�سلة طويلة من وحدات متكررة من المادة الأ�سا�سية ,ولهذا ال�سب ��ب يطلق عليها ا�س ��م مبلمرات ( )polymersويتكون هذا اال�سم م ��ن مقطعين المقطع الأول()poly يعني متعدد والمقطع الثاني (� )mersأ�صله من الكلمة الالتينية( )Monomerمونيمر �أي الجزئ الواحد �أو الوح ��دة لذل ��ك بوليمر تعنى متعدد الأج ��زاء .وي�سمى الجزء الطويل ال�ضخ ��م �أو ال�سل�سلة الطويلة مبلمر .ويع ��رف ب�أن ��ه :جزيء لمركب كيميائ ��ي ذي كتلة جزيئية كبيرة ج ��د ًا ( �10000إلى 10ملي ��ون ) والجزيء عل ��ى �شكل �سل�سلة مكون ��ة من جزيئات لمركب ب�سيط ( مونمر)ترتبط م ��ع بع�ضها البع�ض عن طريق روابط ت�ساهمي ��ة .ويت ��م ذلك بعملية يطل ��ق عليها ا�سم البلمرة :وهي عملية اتح ��اد كيميائية لعدة جزيئات �صغيرة بع�ضه ��ا ببع�ض بروابط كيميائية مكونة من �سال�س ��ل طويلة ت�ضم عدد ًا كبير ًا من الذرات (.تحتوي ال�سل�سلة الواحدة مابين �100إلى 20000ذرة كربون وهيدروجين ) المونمر هو مركب كيميائي ب�سيط ذو كتلة جزيئية �صغيرة له تركيب خا�ص يمكنه من التفاعل مع جزيء �آخر من نوعه �أو جزيء لمركب �آخر تحت ظروف منا�سبة لتكوين �سل�سلة البوليمر . لق ��د ازداد �إنت ��اج المبلمرات خالل العقود الأربعة الما�ضية بدرجة كبي ��رة فلي�س هناك �شيء من �أدوات اال�ستخدام �إال ودخلت المبلمرات في �صناعته من الخيام المقاومة للحريق �إلى هياكل الطائرات والج�سور . �إن التقدم الكبير في مجال ال�صناعات البتروكيميائية جعل البع�ض يطلق على هذا الع�صر ع�صر المبلمرات .
المبلمرات ال�صناعية :Synthehc polymers
267
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل ال�ساد�س
وه ��ي المح�ضرة حديث� � ًا �صناعي ًا مثل :البال�ستي ��ك ,المطاط ال�صناعي ,الألي ��اف ال�صناعية الأ�صباغ وغيره ��ا .وتعتبر المبلمرات ال�صناعية ب�سيطة ن�سبي ًا مقارنة بالمبلمرات الطبيعية و�أقل في التكلفة .ويمكن الح�صول على المبلمرات الطبيعية من م�صادر نباتية �أو حيوانية �أو من المواد الغذائية مثل الخ�شب .القطن , المطاط الطبيعي .الأ�صماغ .ال�صوف ,الجلود ,ال�شعر ,الوبر ,الحرير ال�صناعي ,الن�شا ,ال�سلولوز .البروتين .
ال�صناعات البتروكيميائية ل ��ذا حلت المبلم ��رات ال�صناعية محل المبلم ��رات الطبيعية بالإ�ضافة لما تتميز ب ��ه من خوا�ص فبع�ض �أنواع البال�ستيك لها من المتانة ما يجعلها ت�ستخدم في �صناعة �أحزمة الأمان في ال�سيارات وفي ال�صدريات الواقي ��ة من الر�صا�ص ومنها ما يمت ��از بقوة تحمل عالية مما يجعلها متميزة في �صنع الأقم�شة وال�سجاد وقد حل ��ت محل الورق في عمليات التغلي ��ف والتعبئة وفي كثير من المطاعم لحفظ الأغذية ولبع�ض منها مقاومة لالحتراق والبع�ض الآخر مقاوم للماء والتجعد . و ت�صن ��ف المبلم ��رات ال�صناعية �إما تبع ًا لطريقة اال�صطناع (التفاع ��ل) �أو تبع ًا للخوا�ص الفيزيائية �أو اال�ستخدام �أو التركيب الكيميائي .
تق�سي���م المبلمرات ال�صناعية تبعاً لأثر الحرارة عليها �إلى: -1اللدائن الحرارية ( Thermo plasticالمن�صهرة بالحرارة) : وه ��ي اللدائن الم�صنع ��ة والم�شكلة بالط ��رق الحرارية ولكنها قابل ��ة لل�صهر وا�ستعماله ��ا مجدد ًا� .أي �أنه ��ا تلين برفع درجة الح ��رارة �إلى نحو 20م لإعادة ت�شكيلها على ال�صورة الجديدة ث ��م تت�صلب عن ��د خف�ض درجة حرارتها وم ��ن �أمثلتها :مبلمر الإيثلي ��ن ,النايل ��ون ,البولي�ست ��ر .وف ��ي هذه اللدائ ��ن ال تكون �سال�س ��ل البوليمر مترابطة مع ًا كما ف ��ي �شكل (. )2-6فعند رف ��ع درجة الح ��رارة تنزل ��ق ال�سال�س ��ل على بع�ضه ��ا البع�ض فتن�صهر ثم تعود وتت�صلب . O
-2اللدائ���ن ال�صل���دة (Thermosets Plasticالثابتة حرارياً):
�شكل ( � ) 2-6سال�سل المبلمرات الحرارية
�شكل ( � ) 3-6سال�سل المبلمرات ال�صلدة
الف�صل ال�ساد�س
وهي اللدائن الم�صنعة والم�شكلة بالطرق الحرارية �أي �أنها تتحول �إلى مواد �صلبة بالت�سخين ولكنها غير قابلة لل�صهر و�إعادة الت�شكل واال�ستخدام مرة �أخرى .ومن �أمثلتها: مبلم ��ر الإ�ستر ,النايل ��ون ,الميالمين ,المطاط ال�صناع ��ي .ويعود مقاومتها لالن�صه ��ار �أنها تتكون من �سال�سل مترابطة مع بع�ضها البع�ض ب�شكل قوي كما في �شكل (.)3-6 مقرر الكيمياء ()3
268
ال�صناعات البتروكيميائية
ت�صنيفات �أخرى ت�صنف المبلمرات تبعاً لنوع تفاعل البلمرة (اال�صطناع) �إلى: -1بلم���رة �إ�ضاف���ة :وتنتج من تفاعل �إ�ضافة مت�سل�سل ومتتابع لعدد كبير من جزيئات �ألكين �صغير عن طريق الروابط الثنائية بين ذرات الكربون عبر روابط كيميائية لتكون جزئ البوليمر ال�ضخم. -2بلم���رة تكاث���ف :وهو تفاعل مت�سل�سل ومتتابع بين مركبي ��ن مختلفين كل منهما يحتوى مجموعتين وظيفيتين مع فقد ناتج ثانوي ( ماء �أو ميثانول ) .
تدريب :اذكر �أكبر عدد ممكن من المنتجات البتروكيميائية الموجودة في منزلك ؟
�أمثلة لبع�ض اللدائن ( البال�ستيك ) ال�صناعية : -1مبلمرات البال�ستيك المعتمدة على غاز الميثان:
269
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل ال�ساد�س
غ ��از الميث ��ان ( )CH4ه ��و �أحد مكونات الغ ��از الطبيعي ال ��ذى ي�ستفاد منه ف ��ي �إنتاج كل م ��ن الميثانول والن�ش ��ادر و�إيثي ��ل هك�سان ��ول و ع ��دد من المنتج ��ات الأخرى مث ��ل :الكرب ��ون الأ�س ��ود وكلوري ��دات الميثانول والأ�ستيلين .ولكل منها ا�ستخدامات في مجال ال�صناعات البتروكيميائية . فالن�شادر ي�ستخدم في �صناعة الأ�سمدة النيتروجينية مثل اليوريا, ونترات الأمونيوم وكبريتات الأمونيوم ,وال يقت�صر ا�ستعمال الن�شادر في ت�صني ��ع الأ�سمدة �إنما يعتبر مادة �أ�سا�سية في ت�صنيع الكثيرمن المواد الكيميائية واللدائن والنايلون والألياف ال�صناعية والمتفجرات وحم�ض النيتروجين ,الهيدرازين ,وفي ت�صنيع المعادن ,و�إنتاج علف الحيوانات . �شكل ( )4-6اليوريا
ال�صناعات البتروكيميائية
ق ��م بزيارة لأح ��د الم�صانع في المملكة والتي يتم فيها �إنتاج الن�شادر ثم اكتب تقريرا عما �شاهدته حول طريقة �إنتاج الن�شادر والمواد التى يدخل الن�شادر كمادة �أولية في �صناعتها .
الميلماك (الميالمين ) : Melmac يت ��م �إنتاج مادة الميلم ��اك Melmacالمعروفة تجاري ًا بالميالمين بتفاعل الن�ش ��ادر مع اليوريا فتتكون مادة و�سطية هي ال�سياناميد الذي تتكاثف جزيئاته فتتكون مادة المالمين . NH3
NH2CN + NH2COONH4 كربامات الأمونيوم
O
حرارة �/ضغط
�سياناميد NH2
N
N
NH2
NH2
تكاثف
2NH2 – C – NH2 يوريا
3NH2 – CN
N
ميالمين
الف�صل ال�ساد�س
وي�ستخ ��دم المالمي ��ن لإنت ��اج راتنج ��ات الميالمي ��ن فورمالدهي ��د .وت�ستخ ��دم معظم الراتنج ��ات الم�صنعة من الميالمي ��ن ف ��ي رقائ ��ق �أ�سطح الديك ��ور والزين ��ة ,والمواد الال�صق ��ة و لإنتاج �ألواح مقاومة للم ��اء ت�ستخدم في �صناعة المطابخ والطاوالت والأثاث والأر�ضيات و�أغطية الجدران . كما يدخل المالمين في �إنتاج �أواني الطعام وطالء ال�سيارات وال�صلب والمن�سوجات ,ف�ض ًال عن المواد الال�صقة المقاومة لال�شتعال ل�صناعة الرغوة الالزمة للأثاث والمراتب . مقرر الكيمياء ()3
270
�شكل ( )5-6 بع�ض منتجات الميالمين
ال�صناعات البتروكيميائية
اكتب بحثا عن ا�ستخدامات الميالمين والأ�ضرار الناتجة عن هذه المادة ؟
البتروكيميائيات من الميثان
Petro Chemical methane لالطالع فقط
ميثانول
يوريا
�إثيل هك�سانول هاليدات الميثان �أ�سود الكربون
ن�شادر
نترات الأمونيوم
حم�ض فورمالدهيد الخل
كبريتات الأمونيوم
كلورو ميثان
فو�سفات الأمونيوم
الأ�سمدة المركبة
الأ�سيتيلين
�ألكيالت الهيدرازين الأمين
�سيانيد ميثيل ثالثي �أمينات بيوتين �أحادي �إ�سترات الهيدروجين بيوتيل �إثير ميثيلية الخلية
271
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل ال�ساد�س
كيماويات �سدا�سي الميثيلين بنتا �إرثر ميالمين يوريا فينول بولي �أ�سيتال فورمالدهيد فورمالدهيد فورمالدهيد الأ�سيتلين رباعي الأمين يتول
ال�صناعات البتروكيميائية -2مبلمرات البال�ستيك المعتمدة على غاز الإيثان: يتحول الإيثان �إلى مركبات هامة هي الألكينات والمركبات الأورماتية ونظرا الحتواء الألكينات على روابط ثنائية جعل لها قابلية �شديدة للتفاعل مع بع�ضها �أو مع غيرها ومن هذه المركبات مبلمر الإيثيلين ,مبلمر كلوريد فينيل ,مبلمر �ستايرين
-1مبلمر الإيثيلين (:Polyethylene (PE هو مادة �صلبة تترواح درجة ان�صهارها ما بين 115م– 140م وهو على نوعين مبلمر �إيثيلين منخف�ض الكثافة ومبلمر �إيثيلين مرتفع الكثافة وهو ذو درجة ان�صهار �أعلى من �سابقه. وتت ��م عملية البلمرة عن طريق ك�سر الرابطة باي بي ��ن ذرتي كربون في جزيء الإيثلين وترتبط كل ذرة منهم ��ا بذرة كربون م ��ن جزيء �آخر وتتكرر ه ��ذه العملية حتى تترابط الآالف من جزيئ ��ات الإيثلين مكونة مركب �أكثر ثبات ًا ومختلف في خوا�صه عن مركب الإيثلين وهو مبلمر الإيثلين. كما في المعادالت التالية : O
-]] -- C-C-C-C-C-C ---- مبلمر الإيثلين المعادلة المخت�صرة
حرارة � /ضغط مواد حافزة
O
H2C=CH2 + H2C=CH2 + H2C=CH2 جزيئات الإيثلين حرارة � /ضغط
--] CH2 – CH2-]n
مواد حافزة
مبلمر �إيثيلين
)n (CH2 = CH2
ا�ستخدامات مبلمر الإيثيلين:
الف�صل ال�ساد�س
تمت ��از هذه اللدائن بمرونة عالية و�شفافي ��ة وت�ستخدم في �إنتاج �أغ�شية التغليف و�أكيا�س التعبئة القما�شية و�صناديق النقل و�صناعة القوارب و�إنتاج الأنابيب المرنة المقاومة للت�أكل وفي �صنع البراميل و�إنتاج القوارير الخا�صة بالمنظفات و �أدوات التجميل كما ي�ستخدم في طالء كراتين الألبان وتغطيته قنوات الري لمنع ت�سرب الماء للتربة وفي �صنع �أغطية الطاوالت وال�صحون وكمادة عازلة للأ�سالك الكهربي ��ة ولعب الأطفال والمفرو�شات المح�شوة . مقرر الكيمياء ()3
272
�شكل ( ) 6 -6 منتجات مبلمر الإيثلين
ال�صناعات البتروكيميائية -2مبلمر كلوريد الفينيل ): "Poly vinyl chloride" (PVC ه ��ي مادة �صلبة كتلتها الجزيئية ت�صل �إلى 1.500.000ويتم �إنتاجها من غاز الإيثيلين بعدة مراحل حي ��ث يتم في المرحلة الأولى معاملة الإيثيلين بغ ��از الكلور في وجود ثالثي كلوريد الحديد كمادة محفزة عن ��د درجة ح ��رارة 60م ويتحول �إلى �سائل عديم اللون هو ثنائي كلوري ��د الإيثان �أما في المرحلة الثانية فيتم انتزاع جزيء كلوريد هيدروجين في وحدة التك�سير الحراري في ظروف من ال�ضغط ودرجة الحرارة والعوامل الم�ساعدة فيتكون كلوريد الفينيل وهو على �صورة غاز O
CH2 = CH Cl
مواد حافزة
CH2 – CH2
500م � /ضغط O
Cl
كلوريد الفينيل الأحادى
Cl
Cl2/FeCl ) 30 - 60م (CH2Cl2 O
CH2=CH2 الإيثليين
ثنائى كلوريد الإيثان
مالحظ���ة :تع ��رف المركبات الكيميائية التى تحتوي عل ��ى ذرة �أو �أكثر من الهاليد مرتبطة بذرة كربون بها رابطة مزدوجة بمركبات الفينيل. وف ��ي المرحلة الأخي ��رة يتحول كلوريد الفينيل الأحادي �إلى كلوريد الفينيل المتعدد بعملية البلمرة وينتج المبلم ��ر على �شكل حبيبات ت�ضاف �إليه مواد �أخرى لتح�سين �صناعته قبل ا�ستخدامه ويعرف تجاري ًا بالرمز PVCكما في المعادلة التالية: H H H H H H
مواد حافزة
]--] C- C-C-C-C-C--
500م � /ضغط O
H Cl H Cl H Cl
CH2=CH + CH2=CH + CH2=CH Cl Cl Cl جزيئات كلوريد الفينيل الأحادى
مبلمركلوريد الفينيل
]n --] CH2 – CH --
500م � /ضغط O
Cl
مبلمر كلوريد الفينيل
)n (CH2 = CH Cl
كلوريد الفينيل الأحادى
273
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل ال�ساد�س
المعادلة المخت�صرة
مواد حافزة
ال�صناعات البتروكيميائية ا�ستخداماته: ي�ستخ ��دم في �إنتاج الم ��واد ال�صحية مث ��ل الأنابيب وتمدي ��دات المياه العذب ��ة ومياه المجاري وخراطي ��م المياه و�صنع �إط ��ارات ال�شبابيك و�إنتاج بالط الأر�ضيات والأحوا�ض والحوائط المقاومة لالحتكاك وال�صدمات وفي �صناعة الع ��وازل الكهربائية والمواد العازلة للم ��اء و�إنتاج الأدوية والزجاج وتعبئة المي ��اه و�أوعية المرطبات والمخلالت وزي ��وت الطعام بالإ�ضافة �إلى �صنع المعاطف والمالب�س الواقية من المطر ومقاعد ال�سيارات .
�شكل ( )7-6بع�ض منتجات مبلمر كلوريد الفينيل
-1لوجود الهالوجينات في جزيئات المبلمر �أثر في تغيير �صفات وخ�صائ�ص المبلمر ومن هذه المبلم���رات مبلم���ر رباعي فل���ورو �إيثين المعروف تجاري���اً بالتفلون (تيف���ال) ويتكون ببلمرة المرك���ب رباع���ي فل���ورو �إيثي���ن � . F2C = CF2إذا علم���ت �أن���ه يتك���ون بطريق���ة مماثلة لتكون مبلمر كلوريد الفينيل .فاكتب معادلة تو�ضح تكونه. -2ما مميزاته؟ اكتب �أهم ا�ستخدماته.
الف�صل ال�ساد�س
مخاطر مركب كلوريد الفينيل يوجد مركب كلوريد الفينيل على �شكل غاز�أو�سائل له رائحة زكية ويعتبر مادة خطرة فلديه قابلية �شديدة لال�شتعال عند تعر�ضه للحرارة �أو اللهب .مثير للعين والأنف والحنجرة وا�ستن�شاقة ي�ؤدى �إلى الدوار و�صعوبة في التنف�سوالإ�صابة بالأورام ال�سرطانية ( �إذ ي�سبب التعر�ض الب�سيط لأبخرتة للإ�صابة ب�سرطان الكبد لذلك حدد تركيز()1جزء بالمليون كحد �أق�صى لتعر�ض العمال له لمدة ثماني �ساعات) .وي�ستخدم كلوريد الفينيل لإنتاج مبلمر كلوريد الفينيل ( )PVCوفي �صناعة الكلوروفورم الميثيلي ,ونظر ًا لما يمتاز بة مبلمر كلوريد الفينيل من مقاومة للت�آكل الكيميائي ومقاومة البكتيريا مقرر الكيمياء ()3
274
ال�صناعات البتروكيميائية والفطريات فقد ا�ستخدم في �صناعة �أنابيب المياه والعبوات البال�ستيكية وبع�ض عبوات مياه ال�صحة . ويعتبر مبلمر كلوريد الفينيل مادة كيميائية غير خطرة ولكن �أثبتت الدرا�سات �أن الأنابيب والعبوات البال�ستكية الم�صنعة من مبلمر كلوريد الفينيل قد ت�صبح خطر ًا على ال�صحة عندما تكون درجة حرارة المياه مرتفعة وتكمن الخطورة في �إمكانية انبعاث مركب كلوريد الفينيل من هذه العبوات والأنابيب وو�صولها �إلى المياه وبالتالي �إلى الإن�سان كذلك بينت بع�ض الدرا�سات �إلى �أن التعر�ض الم�ستمر لمادة مبلمر كلوريد الفينيل ي�سبب ح�سا�سية والتهاب ًا في الجلد.
-3مبلمر ال�ستايرين : Poly styrene ه ��و مادة بي�ضاء �صلبة يت ��م �إنتاجها من الإيثيلين بعدة مراحل تبد�أ من تفاع ��ل الإيثيلين مع البنزين في وج ��ود عامل م�ساعد هو كلوريد الألومنيوم مع كلوريد الهيدروجين حيث يتحول �إلى �إيثيل بنزين بنزع جزيء هيدروجي ��ن من ��ه عند درجة حرارة عالية بوجود عامل م�ساعد مثل �أك�سيد الحديد (تقنية بادجر) �أو عوامل م�ساعدة �أخرى فينتج ال�ستايرين والذي يتم تحويله �إلى مبلمر �ستايرين بعملية البلمرة. CH2 = CH3
�ستايرين
CH2 – CH3 )Fe2O3 (1600oc
AlCl3/HCl
- H2
100c/CH3CH2Cl
= CH +
.
�إيثيل بنزين
2
بنزين
CH2
�إيثلين
ا�ستخداماته:
275
�شكل ( ) 8 -6 من ا�ستخدمات مبلمر �ستارين مقرر الكيمياء ()3
الف�صل ال�ساد�س
ي�ستخ ��دم مبلمر �ستايرين في �إنتاج عدد كبير من المنتجات ال�صناعية كالقطع الكهربائي ��ة والإلكترونية وتركيبات الإ�ضاءة والمواد المنزلية والأثاث ومواد التعبئة مثل �أوعية اللبن والكريمة والجبن ��ة والتم ��ر وفي �صناع ��ة �أم�شاط ال�شعر وفر� ��ش المالب�س والأدوات الريا�ضي ��ة و�ألع ��اب االطفال والم ��واد العازلة للحرارة الم�ستخدمة في جدران و�أ�سطح المباني وفي البرادات والثالجات وخزان ��ات المي ��اه كم ��ا ي�ستخدم في �إنت ��اج مط ��اط ال�ستايرين.
ال�صناعات البتروكيميائية
-1اكتب معادلة تبين تكوين مبلمر �ستارين بعملية الإ�ضافة. -2ما ت�أثير وجود حلقة البنزين على �صفات وخوا�ص مبلمر �ستايرين.
جاليكول �إيثيلين :Ethyene glycol ه ��و مادة �سائله عديم ��ة اللون درجة غليانه 197.6م وينتج من معاملة �أك�سيد الإيثيلين بالماء في وجود عامل حفز مثل حم�ض الكبريتيك تحت �ضغط ودرجة حرارة منا�سبة. o
-
CH2 CH2 OH OH جاليكول الإيثيلين
AlCl3/HCl o
)(50 -100 C
O
-
CH2 CH2 +H2O �أك�سيد الإيثيلين
ا�ستخداماته:
ي�ستخدم في مبردات ال�سيارات (الرديتر) لتخفيف درجة تجمد المياه في ال�شتاء وي�ستخدم في �إذابة الثلوج من مدرجات الطائرات وكمادة �أولية في تح�ضير بع�ض المركبات الع�ضوية مثل الدايوك�سان وفي �إنتاج الألياف ال�صناعية والمنظفات ال�صناعية والمفرقعات ومنتجات التجميل والمحاليل المطهرة ومبيدات الح�شرات .
الف�صل ال�ساد�س
�صمم عر�ض ًا بالحا�سب الآلي ي�شمل كل منتجات غاز الإيثان مزود ًا ,بال�صور في كافة المجاالت الحياتية.
مقرر الكيمياء ()3
276
ال�صناعات البتروكيميائية
البتروكيماويات الم�شتقة من الإيثيلين مبلمر الإيثيلين مبلمر كلوريد الفينيل مبلمر �ستيرين
�إيثيلين
Ethylene
مبلمر خالت الفينيل �إيثانول الأ�سيتالدهيد جليكول الإيثيلين �أك�سيد الإيثـيلين
�إيثانول �أمين
حم�ض الأكريلك
277
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل ال�ساد�س
�أكريلو نترايل
ال�صناعات البتروكيميائية
مبلمرات البال�ستيك المعتمدة على غاز البروبان: من �أهم المواد التي يتم �إنتاجها من غاز البروبان هي مادة البروبيلين وهو غاز عديم اللون وتبلغ درجة غليان ��ه 74.4م ويعتب ��ر من المواد الكيميائي ��ه ذات الأهمية الكبيرة في ال�صناع ��ات البتروكيميائية وينتج البروبيلين بعدة طرق منها : ن ��زع الهيدروجين من البروب ��ان با�ستخدام العامل الحفاز CrO3/Al2O3والح ��رارة وال�ضغط المنا�سبين o
H3C – HC = CH2 بروبلين
CrO3/Al2O3 حرارة و�ضغط H2/
H3C –H2C – CH3 بروبان
ومن ال�صناعات القائمه على البروبلين :
-1مبلمر بروبلين (:)poly propylene ويتك ��ون من اتحاد ع ��دد كبير من جزيئ ��ات البروبلين عن طريق الإ�ضافة في وجود عوامل حافزة .
�شكل ( )9 -6 ا�ستخدام مبلمر بروبلين
اكتب معادلة تكون مبلمر البروبلين:
الف�صل ال�ساد�س
ي�ستخ ��دم مبلمر البروبلين في مجاالت متعددة منها �إنت ��اج الألياف والخيوط الالزمة ل�صناعة الأكيا�س المن�سوجة ك�أكيا�س تعبئة المنتجات الزراعية والب�صل والحبوب وغيرها و�صناعة بع�ض �أنواع الأوراق وال�سجاد و�أكيا�س الأطعمة الخفيفة كال�شب�س والب�سكويت و�صناعة ال�سيارات والأجهزة الإلكترونية الكهربائية. مقرر الكيمياء ()3
278
ال�صناعات البتروكيميائية
-2المطاط ال�صناعي: ُع ��رف المط ��اط الطبيعي من ��ذ عدة ق ��رون وكان ي�سمى باللب ��ن ويت ��م ا�ستخراجة من �أ�شج ��ار المطاط (البارا .)paroوقد تم التعرف على بع�ض �صفاته ومنها �صفة المحو �أو الم�سح للكتابة ب�أقالم الر�صا�ص ومن ه ��ذه ال�صفة ا�ستم ��د ا�سمه الجديد (الممحاة )Rubberوهي ما نعرفها ف ��ي لغتنا العربية با�سم المطاط, ثم توالى بعد ذلك التعرف على �صفات �أخرى للمطاط ومن هذه ال�صفات المناعة �ضد نفاذ الماء والت�صلب ف ��ي الجو الب ��ارد وغيرها من ال�صفات المميزة له .لذلك ا�ستخدم المطاط ف ��ي العديد من ال�صناعات مثل �صناعة الأحذية الريا�ضية المعروفة با�سم (الأحذية الكاوت�شوك) والقفازات و�أغطية الر�أ�س .وبعد درا�سات طويل ��ة ا�ستطاع العلماء التعرف على التركيب الكيميائي للمطاط الطبيعي (يعتقد العلماء �أن المطاط عبارة ع ��ن �سل�سلة طويل ��ة ( مبلمر طبيعي ) من مركب الأيزوبرين ت�ضمن ع�ش ��رة الآف مجموعة منها مرتبطة مع بع�ضها البع�ض)مما مكنهم من تح�ضير �أنواع مختلفة من المطاط ال�صناعي ذات �صفات متباينة .
ومن �أمثلة المطاط ال�صناعي : مطاط �إيثيلين بروبلين Ethylene – propylene Rubber ينتج هذا المطاط والمع ��روف با�سم ( )EPDMمن المبلمر الم�شت ��رك بين الإيثيلي ��ن والبروبلين با�ستخ ��دام عوامل م�ساعدة وي�ستخدم هذا النوع من المطاط في �صناعة �إطارات ال�سيارات وفي تغليف الأ�سالك والأنابيب المطاطية والأحزمة والأحذية وغيرها.
فهل ت�ستطيع ذكر كل �أنواع البال�ستيك التي ا�ستطاع العلماء ت�صنيعها �إلى وقتنا الحا�ضر؟ ال تج���زع ! !!! لأن العلم ��اء �أنف�سهم عجزوا عن ا�ستيعاب جميع �أن ��واع البال�ستيك التى تزيد عن خم�سة �آالف نوع وما زال هناك المزيد.
279
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل ال�ساد�س
والآن بع ��د �أن تم التعرف على بع�ض �أنواع البال�ستيك وبع�ض طرق ت�صنيعها.
�شكل()10-6ا�ستخدام مبلمر �إيثيلين بروبليين
ال�صناعات البتروكيميائية
ت�ستخدم م�شتقات النفط في مجالين مهمين الأول كوقود والثاني في ال�صناعات البتروكيميائية من وجهة نظرك �أي اال�ستخدامين �أكثر �أهمية في حياتنا؟ علل وجهة نظرك بدالئل مقنعة.
الف�صل ال�ساد�س
اللدائن وج�سم الإن�سان لم تكن التقنيات الحديثة في الجراحة الترقيعية والتجميلية لت�صبح ممكنة لوال �أن مكن اهلل الإن�سان من اكت�شاف اللدائن؛ ف�أن�سجة الج�سم تتقبل بع�ض الأنواع من اللدائن ذات اال�ســـتقرار الكيميـــائي الف�ســـيولوجي ،والبيـــوكيميائي الكبير بدون �آثار �سرطانية �إذ يمكن تبديل قرنية العين ب�شريحة غ�ضروفية من ج�سم المري�ض حيث ي�ضع ثقب في هذه ال�شريحة ويملأبمادة �إكريلية �شفافة من البال�ستيك� .شكل ()12-6ا�ستخدام الداكرون في �صنع الأوعية الدموية كما ت�صنع الأ�سنان ال�صناعيه من البال�ستيك الأكريليك والأطراف اال�صطناعية من الإبيوك�سيد كما يمكن تركيب �آذان و�أنوف ا�صطناعية وي�ستخدم الداكرون (بولي �إ�ستر) في �صنع الأوعية الدموية و�صمامات القلب اال�صطناعية وبالنظر �إلى حا�ضنات الأطفال في الم�ست�شفيات نجد �أن :الر�ضيع في داخل غالف بال�ستيكي �شفاف غير قابل للك�سر م�صنوع من البولي كربونات ،والزجاجات والأطباق والأ�شياء الأخرى الم�صنوعة من هذه المادة غير قابلة للك�سر حتى لو طرقت بمطرقة ف�سبحان اهلل العظيم الذي مكن الإن�سان من ت�صنيع هذه المواد لخير الإن�سانية و�صالحها .
مقرر الكيمياء ()3
280
ال�صناعات البتروكيميائية
تدوي ��ر البال�ستيك �أحد الط ��رق الم�ستخدمة لال�ستفادة من المنتج ��ات البال�ستيكية بعد ا�ستخدامها اكتب مو�ضوع ًا تو�ضح فيه الطرق الم�ستخدمة في ذلك والأهمية االقت�صادية لذلك و�أثره على البيئة.
281
مقرر الكيمياء ()3
الف�صل ال�ساد�س
من الأمثلة على المبلمرات ال�صناعية الألياف ال�صناعية(الن�سيج): تزخ ��ر الطبيعة ب�أمثلة عديدة م ��ن الألياف الطبيعية التي ت�ستخل�ص م ��ن الحيوانات والنباتات وه ��ذه الألياف الطبيعية يمكن غزلها ل�صن ��ع الخيوط الخا�صة بالقما�ش حيث يعد ال�صوف والقطن والحرير المواد التقليدية التي اعتاد الإن�سان ا�ستخدامها في �صناعة الخيوط .وقد در�س الكيميائيون هذه المواد وعرفوا ب�أنها مبلمرات مما دفعهم �إلى تح�ضير مواد ت�شبهها وذلك بربط جزيئات �صغيرة من المونمرات معا لتكوين مبلمرات ذات �سال�سل طويلة لها �صفات تجعلها منا�سبة لال�ستخدام�.إن غالبية المواد الأ�سا�سية التي تدخل في تح�ضير هذه الألياف م�شتقات نفطية مما جعل النفط �أ�سا�سي ًا ل�صناع ��ة الألياف ال�صناعية التى تدخل في �صناعة الن�سي ��ج .ومن �أهم الخيوط ال�صناعية ما يلي: -1النايل����ون :ويدخل في �صناعته مادة كيميائية ت�سمى(الأميد)و ي�ستخدم في �صناعة الأقم�شة ,فر�ش الأ�سنان وخيوط الجراحة و�أكيا�س الطهي و الجوارب الن�سائية. -2الداك���رون :وي�سم ��ى اي�ض ًا التريلين ( في انجلترا) والتنرون (ف ��ي اليابان)وي�ستخ ��دم ف ��ي �صناع ��ة المالب� ��س القطني ��ة وال�صوفية وهو بذلك حل محل القطن وال�صوف . -2الأورل���ون ( الأكريالن ) :ي�ستخدم في �صناعة ال�ستائر وحل �شكل()11 -6 مح ��ل القطن في كثير م ��ن الأغرا�ض ال�صناعي ��ه مثل :الحبال بع�ض خيوط الن�سيج و�شباك ال�صيد والأقم�شة والمالب�س الواقية من المطر.
ال�صناعات البتروكيميائية
( )1-6ت�صنيع النايلون خطوات العمل :
الأدوات والمواد المطلوبة :
� -1ض ��ع كمي ��ة م ��ن محلول ثنائ ��ي �أمي ��ن ميثيل هك�سان في الك�أ�س . � -2أ�ضف كمية من حم�ض الأوبيك �إلى المحلول, الحظ ما يتكون في الك�أ�س ؟ -3ا�ستخ ��دم ال�س ��اق الزجاجي ��ة �أو ك�أ� ��س لرفع المادة المتبلمرة في الك�أ�س. ماذا تالحظ عليها؟
هك�سان داي �أمين (ثنائي �أمين هك�سان ) ,حام�ض �أوبيك ,ك�أ�س �سعة 250مللتر � ,ساق زجاجيه
............................................. ............................................. .............................................
�شكل ( )12-6ت�صنيع النايلون
ال�صناعات البتروكيميائية في المملكة:
الف�صل ال�ساد�س
لق ��د حب ��ى اهلل �سبحانه وتعال ��ى �أر�ض المملك ��ة العربية ال�سعودي ��ة بمخزون كبير م ��ن النفط والغاز الطبيعي ،ولقد �ساعد ا�ستثمار مكونات النفط والغاز الطبيعي وم�شتقاتهما في توفير المواد البتروكيميائية الالزمة لنمو وازدهار ال�صناعات المختلفة التى �سبق درا�ستها في هذا الف�صل وغيرها؛ وكان من الحكمة ا�ستغ�ل�ال الغاز الطبيعي في بالدن ��ا في تطوير �صناعات بتروكيميائية تعود عل ��ى البالد بعائد اقت�صادي جديد يقلل من االعتماد المبا�شر على النفط الخام كم�صدر لالقت�صاد ويفتح �آفاق ًا جديدة لنمو �صناعات بتروكيميائية متقدمة. مقرر الكيمياء ()3
282
ال�صناعات البتروكيميائية وف ��ي المملكة تم اال�ستف ��ادة من المخزون الهائل من الغاز الطبيعي والنف ��ط و�أ�س�ست ال�شركة ال�سعودية لل�صناع ��ات الأ�سا�سي ��ة (�سابك) ع ��ام 1396هـ في كل م ��ن مدينة الجبي ��ل ال�صناعيه عل ��ى الخليج العربي ومدين ��ة ينبع ال�صناعية عل ��ى البحر الأحمر وكان الـهدف م ��ن �إن�شائها هو تولي القي ��ام ب�إن�شاء ال�صناعات البتروكيميائية والمعدنية وغيرها من ال�صناعات المختلفة. وتع ��د �سابك من �أكبر منتجي مبلمرات الأوليفينات في العالم وتعمل عل ��ى زيادة طاقته ��ا الإنتاجي ��ة لتلبية الطلب ��ات المتزايدة عل ��ى هذه المنتجات في الأ�س ��واق الخارجية بعد الوفاء بمتطلبات �صناعة البال�ستيك في ال�سعودية . وت�ساع ��د مبلم ��رات الأوليفينات التى تنتجه ��ا �سابك م�صانع العال ��م على �إنتاج الم ��واد المبتكرة وتطوير تقني ��ات جديدة �أكثر فعالية لإعادة الت�صنيع.
�شكل ( )13 -6
ما توقعاتك لم�ستقبل ال�صناعات البتروكيميائية في المملكة العربية ال�سعودية ؟ وما �أثر ذلك على الناحية االقت�صادية ؟
الف�صل ال�ساد�س
283
مقرر الكيمياء ()3
�أ�سئلة الف�صل ال�ساد�س �س:1و�ضح المق�صود بكل من:
المونمر – البوليمر -البلمرة -اللدائن الحرارية -اللدائن ال�صلدة.
�س� :2ضع عالمة �صح (✔) �أو خط�أ (✗) �أمام العبارات التالية : �أ -وجود الهالوجينات في جزيئات البوليمر يح�سن من �صفاته. ب -يتميز المطاط بالنفاذية العالية للماء. ت -اللدائن الحرارية لها قابلية لل�صهر والت�شكيل. ثُ -يعد ال�سليلوز من البوليمرات الطبيعية.
�س:3ما النواتج المتوقع تكوينها من مبلمرة الجزيئات التالية: H2C = CH – CH2 – CH2 H2C = CH – CH = CH2 H2C = CH – CH = CH2 – C = CH2 H
�س�:4أكمل الجدول التالي ح�سب ماهو مطلوب: المونمر
البوليمر( ال�صيغة الكيميائية )
اال�سم
اال�ستخدام
CH2 = CH2 PVC �صناعة الفلين
284
المراجع القر�آن الكريم -1عادل �أحمد جرار 1990( .م ) �أ�صول الكيمياء الع�ضوية .مركز الكتب الأردني عمان – الأردن. -2محم ��د �إبراهي ��م ,عبا�س ح�سين ,لول ��وة الخليفة ,علي عبيد ,مدحت الزغب ��ي ,غانم الغانم , لولوة الجيدة 1997( . ،م) .الكيمياء . � -3أحم ��د الخطي ��ب ,يو�س ��ف خي ��ر اهلل . )2004( ،المو�سوعة العلمية المعا�ص ��رة .مكتبة لبنان نا�شرون ,بيروت ,لبنان . -4هرب ��ت ماي�سلي�شو و�آخرون . )2001( .الكيمي ��اء الع�ضوية .ترجمة� :أحمد مدحت �إ�سالم ,دار ماكجروهيل للن�شر. -5د.محم ��د الح�س ��ن ,د.ح�س ��ن الحازم ��ي 1986( .م) .الكيمي ��اء الع�ضوية .مكتب ��ة الخريجي. الريا�ض ,ال�سعودية . -6د�.أحم ��د مدح ��ت �إ�سالم 2000( .م) � .أ�س�س الكيمياء الع�ضوية الأروماتية ,دار الفكر العربي. القاهرة .م�صر . -7محمد كذلك 1981( .م) .فن �صناعة معطرات ال�صابون .مكتبة ابن �سينا . -8الخطيب ،خير اهلل 1998( .م) .المو�سوعة العلمية ال�شاملة .مكتبة لبنان نا�شرون ،بيروت ،لبنان . -9لي.ر�.سمرالي ,جيم�س ل � .إيلي ,االبن 1401 (.هـ ) .تجارب كيميائية.ترجمة :محمود من�شي. -10د .محم ��د الح�س ��ن 1989 ( ,م ) .تج ��ارب علمية في الكيمياء الع�ضوية .مكتبة الخريجي. الريا�ض ,ال�سعودية . – 11محم ��د ال�شنط ��ة ,طارق القماط ��ي 1998 (,م) تجارب في الكيمي ��اء الع�ضوية .دار الجيل , بيروت ,لبنان . -12د .ف ��اروق فهم ��ي � ,أ .ح�سن �أب ��و العينين 1997 (,م) .المعلم في الكيمي ��اء الحديثة.الم�ؤ�س�سة العربية الحديثة . -13يو�سف عبد المنعم ,مراد علي ,محمد را�شد ,المثالي في الكيمياء .مكتبة م�صر .
-14عبد الجواد عبد ال�سالم ,نبيل راتب � ,صبحي فهمي .الو�سام في الكيمياء .دار غريب للطباعة والن�شر والتوزيع . -15د .عب ��د اهلل حج ��ازي 1997( ,م) ,الكيمي ��اء الع�ضوي ��ة الأليفاتية .الن�شر العلم ��ي والمطابع , جامعة الملك �سعود . – 16جيم� ��س برادي و�آخر ,الكيمياء العامة؛ المب ��ادئ والبنية (الطبعة الخام�سة) ,ج 2ترجمة ,د. �سليمان �سع�سع ,د .م�أمون حلبي .جون وايلي ,نيويوريك. � -17سولومونر(م1983م ) ,ترجمة د .عادل جرار ,الكيمياء الع�ضوية ,جون وايلي ,نيويوريك . -18د .عبد ال�سالم الميلجي (2005م) � ,صناعة البال�ستيك ,دار الن�شر للجامعات ,القاهر ,م�صر . – 19محمد رفعت (1992م) ,االكت�شافات العلمية ,دار الفكر العربي ,بيروت ,لبنان . –20د.عادلجرار,د.زكريايافطة1985(,م),الكيمياءالع�ضويةالعملية,دارالفرقان,عمان,الأردن. -21خال ��د القري�شي ,نا�صر الدو�س ��ري ,عبد العزيز ال�سالم 2004( ,م ) ,الكيمياء لل�صف الثالث الثانوي ج ,2وزارة التربية والتعليم ال�سعودية . -22د�.أحمد العجلوني و�آخرون 2005(,م) ,الكيمياء لل�صف العا�شر ,وزارة التربية والتعليم ,الأردن . �-23أحم ��د بره ��م و�آخ ��رون 2004(,م) ,الكيمياء للمرحل ��ة الثانوية الفرع العلم ��ي ,وزارة التربية والتعليم ,الأردن . -24د .محمد دب�س و�آخرون2002(,م) المو�سوعة العلمية المي�سرة � .أكاديميا ,بيروت ,لبنان. -25د .محمد وا�صل2005(,م) � ,أ�س�س الكيمياء الع�ضوية .دار الفجر للن�شر والتوزيع ,القاهر ,م�صر . -26د .ح�س ��ن الحازمي ,د� .سالم ال�شويمان 1986(,م) ,المب ��ادئ الأ�سا�سية في �أطياف المركبات الع�ضوية .مكتبة الخريجي.الريا�ض ,ال�سعودية . -27د� .إبراهي ��م الزام ��ل1998(,م) ,الكيمياء التحليلية ( التحليل الآل ��ي) ,دار الخريجي للن�شر. الريا�ض ,ال�سعودية . -38د� .صالح �إزمرلي ,د� .أحمد �شوالي 1986(,م) ,الكيمياء الع�ضوية لعلوم الحياة .