الكيمياء – الهديروكربونات الحلقية للصف الثالث الثانوي 2016

الكيمياء – الهديروكربونات الحلقية للصف الثالث الثانوي 2016

أولاً: الحلقية المشبعة – الألكانات الحلقية Cycloalkane

هى هيدروكربونات أليفاتية حلقية مشبعة تحتوى جزيئاتها على ثلاثة ذرات كربون فأكثر مرتبطة مع بعضها بروابط أحادية فى شكل حلقى

صيغتها العامة:

C_nH_2n وهي نفس الصيغة العامة للألكينات الأليفاتية ولكنها تختلف عنها في الخواص لإختلافها في الصيغة البنائية

علل: تعتبر الألكانات الحلقية والأكينات أيزوميرات؟

علل: يجب أن نفرق بين الألكانات الحلقية والألكينات عند كتابة صيغتهما الجزيئية ؟

لأنهما يشتركان في صيغة جزيئية واحدة C_nH_2n ويختلفا في الخواص الكيميائية والفزيائية لإختلافهما في الصيغىة البنائية

 التسمية:

لها نفس إسم الألكان المقابل ولكن مسبوق بكلمة (سيكلو) أو متبوعاً بكلمة (حلقي)

علل: البروبان الحلقي نشط جداً عن الروبان العادي

لأن قيم الزوايا بين الروابط في البروبان الحلقي ^°60 فيكون التداخل بين الأوربيتالات ضعيف فتتكون روابط ضعيفة سهلة الكسر بينما في الزوايا في البروبان العادي ^°109,5 فيكون التداخل بين الأوربيتالات الذرية قوي فتتكون روابط بين ذرات الكربون قوية صعبة الكسر.

س: كيف تفرق عملياً بين كل من البروبان العادي والبروبان الحلقي؟

جـ: البروبان الخلقييكون مع الهواء خليط شديد الإحتراق بينما البروبان العادي أقل نشاطاً فإحتراقه يكون عادي

علل: السيكلوبنتان والسيكلوهكسان مركبات مستقران (ثابتان)

جـ: لأن الزوايا بين الروابط تقترب من ^°109,5 فيكون التداخل بين الأوربيتالات قوي فتتكون بين ذرات الكربون روابط قوية صعبة الكسر.

ثانياً: الحلقية غير المشبعة (المركبات الأروماتية- العطرية)

ميز الكيميائيون القدماء بين نوعين من المركبات العضوية هما المركبات الأليفاتية والمركبات الأروماتية كالآتي:

المركبات الأليفاتية (الدهنية)	المركبات الأروماتية (العطرية)
مشتقة من الأحماض الدهنية لذا تسمى أليفاتية أي دهنية ليس لها رائحة عطرية (عديمة الرائحة غالباً بها نسبة عالية من الهيدروجين يعتبر الميثان أول أفرادها	مشتقات بعض الراتنجات والمنتجات الطبيعية لها رائحة عطرية مميزة بها نسبة أقل من الهيدروجين (غير مشبعة) يعتبر البنزين العطري أول أفرادها وبقية المركبات الأروماتية تتكون من حلقتين بنزين أو أكثر

علل: تسمية المركبات الأروماتية بالمركبات العطرية؟

ملحوظة:

توجد المركبات العطرية في شكل حلقة بنزين واحدة أو حلقتين أو أكثر

وقود السيارات هو الجازولين الذي يختلف تركيبه تماماً عن البنزين العطري

  

الصيغة البنائية للبنزين

علل: إستغرق التعرف على الصيغة البنائية للبنزين سنوات عديدة

جـ: لأنه يتفاعل بغلإضافة والإحلال – طول الروابط بين ذرات الكربون وسط بين طول الرابطة الأحادية والمزدوجة وغيرها من الخواص التي حيرت العلماء مدة طويلة

العالم الألماني أوجستين كيكولي 1931م

توصل العالم كيكولي إلى صيغة  بنائية للبنزين العطري C₆H₆ وهي عبارة عن شكل حلقي سداسي منتظم تتبادل فيه الروابط الأحادية والثنائية وتوجد في كل زاوية من الشكل ذرة كربون متصل بها ذرة هيدروجين

وتدل الحلقة داخل الشكل السداسي على عدم تمركز الإلكترونات الستة المكونة للرابط باي عند ذرات كربون معينة

 

شق (مجموعة) الآريل   (-Aryl radical (Ar

هو الشق الناتج من نزع ذرة هيدروجين من الهيدروكربون الأروماتي

مثال: شق الآريل الناتج من البنزين العطري يسمى مجموعة الفينيل ( -phenyl (C₆H₅

 

س: أكتب الصيغ الجزيئية والبنائية للمركبات التالية ( نفثالين، ثنائي الفينيل ، 2- فينيل بروبان)

جـ:

ملاحظات:

الألكان المنزوع منه ذرة هيدروجين يسمى (ألكيل) وأول أفرادها مجموعة الميثيل( CH_3– ) .

المركبات الأروماتية المنزوع منها ذرة هيدروجين تسمى آريل وأول أفرادها مجموعة الفينيل( -phenyl (C₆H₅

مركب الإيثين المنزوع منه ذرة هيدروجين يسمى بمجموعة فينيل أو إيثينيل

(-Ethenyl or Vinyl( CH₂=CH

 

تحضير البنزين في الصناعة

1-              من التقطير التجزيئي لقطران الفحم

2-              من المشتقات البترولية الأليفاتية

أ‌-                 الهكسان العادي: يمرر الهكسان العادي في درجة حرارة مرتفعة على عامل حفاز يحتوي على البلاتين وتسمى هذه الطريقة بـ (إعادة التشكيل المحفزة)

س: ما هو الألكان الذي يمكن إستخدامه لتحضير الطولوين بطريقة إعادة التشكيل؟

جـ: الهبتان العادي أو 2- ميثيل هكسان

ب‌-            بلمرة الإيثاين( بلمرة حلقية):

بإمرار الإيثاين(الأسيتيلين) في أنبوبة من النيكل مسخنة لدرجة الإحمرار

3-              من الفينول بإمرار بخار الفينول على مسحوق الزنك الساخن (إختزال الفينول)

أجب بنفسك

س: من كربيد الكالسيوم كيف تحصل على البنزين العطري؟

 

تحضير البنزين في المختبر

بالتقطير الجاف لملح بنزوات الصوديوم من الجير الصودي (نفس طريقة تحضير الميثان)

س: ما الفرق بين التقطير الجاف / التقطير التجزيئي / القطير الإتلافي؟

س: وضح بالمعادلات تأثير التقطير الجاف في وجود الجير الصودي على كل من أسيتات الصوديوم ، بنزوات الصوديوم

 تسمية مشتقات البنزين

1-              أحادية الإحلال:

قد يوجد على حلقة البنزين مجموعة فعالة واحدة أو ذرة حلت محل الهيدروجين فنذكر إسم الذرة أو المجموعة مصححوبة بكلمة بنزين ويجب أن نعرف لأن الستة ذرات كربون متكتفئة تماماً

أمثلة: لآحظ أن بعض المركبات يكون لها أسماء خاصة (أسماء تجارية) مثل الطولوين

 

2-              ثنائية الإحلال:

كل ذرات كربون حلقة البنزين في الوضع العادي متماثلة ولكن إذا إرتبطت حلقة البنزين بمجموعة فعالة أو ذرة غير الهيدروجين تصبح ذرات الكربون الخمسة المتبقية مختلفة عن بعضها ويصبح لها مسميات لذلك يجب ذكر إسماء وأرقام لها لتميزها عن بعضها كما يلي:

 

يتوقف موضع الإستبدال الثاني على نوع المجموعة المستبدلة أولاً (A) فهي التي توجه إلى موضع الإستبدال الثاني وقد وجد أنها تنقسم إلى نوعين:

مجموعة توجه الإستبدال الثاني للموقعين أرثو وبارا

فعند إجراء تفاعلات الإستبدال(الإحلال) مثل الهلجنةفي غياب ضوء الشمسأو نيترةأو سلفنةأو ألكلة للبنزين الذي يحمل أي من هذه المجموعات السابقة فإن المجموعات الجديدة التي تدخل حلقة البنزين من هذا التفاعل تدخل في الموضعين أرثوأو بارا

ملحوظة: يكتب الموضع ثم إسم المجموعة البديلة ثم إسم المركب الأصلي

مثال: كلورة الطولوين

 

مجموعات موجهة للموقع ميتا مثل:

فعند إجراء تفاعلات الإستبدال(الإحلال) مثل الهلجنةفي غياب ضوء الشمسأو نيترةأو سلفنةأو ألكلة للبنزين الذي يحمل أي من هذه المجموعات السابقة فإن المجموعات الجديدة التي تدخل حلقة البنزين من هذا التفاعل تدخل في الموضعين ميتا فقط

مثال: كلورة نيترو بنزين

س: مبتدئاً بالنزين كيف تحصل على: 1- أرثو وبارا نيترو بنزين         2- ميتا كلورو نيترو بنزين

علل: نيترة الكلوروبنزين تعطي مركبين بينما كلورة النيتروبنزين تعطي مركب واحد

أكتب الإسم الكيميائي لكل من

3-  ثلاثية الإحلال:

لا تستخدم التعبيرات أورثو ومتا وبارا بل ترقم ذرات الكربون في الحلقة ونأخذ بأقل الأرقام كلما أمكن ذلك ثم ترتب التسمية حسب الحروف الأبجدية اللاتينية مع ملاحظة أن تسمية الأيوباك تأخذ بالتسمية عن طريق الأرقام

س: أكتب الإسم الكيميائي لكل من

الخواص الفيزيائية للبنزين العطري

1-              البنزين سائل شفاف لا يمتزج بالماء له رائحة مميزة يغلي عند ⁵80م

 

الخواص الكيميائية للبنزين العطري

يتفاعل البنزين بنوعين من التفاعلات هما الإضافة والإحلال

أولاً: تفاعلات الإضافة

بالرغم من إحتواء جزئ البنزين على روابط مزدوجة إلا أن تفاعلات الإضافة في البنزين في البنزين صعبة ولا تحدث إلا تحث ظروف خاصة (علل) بسبب تداخل السحابة الإلمترونية المكونة للروابط باي  مما يجعلها أكثر قوة فلا تفاعل في الظروف العادية

إضافة الهيدروجين (الهدرجة)

تتم الإضافة بالضغط والحرارة وفي وجود عامل حفاز لينتج الهكسان الحلقي

س: القانون العام C_nH_2n  يمثل نوعين من الهيدروكربونات A, B المركب  A يحضر من الإيثانول والمركب B يحضر من البنزين العطري .. أيهما اكثر نشاطاً – اكتب معادلة تحضير المركب الأقل نشاطاً في المعمل

إضافة هالوجين (الهلجنة في ضوء الشمس )

يتفاعل البنزين مع الكلور أو البروم في ضوء الشمس ويتكون سداسي هالو هكسان حلقي فمع الكلور يتكون المبيد الحشري المعروف الجامكسان (سداسي كلورو هكسان حلقي)

ثانياً: تفاعلات الإحلال

يتم فيها إستبدال ذرة هيدروجين أو أكثر بذرات أو مجموعات أخرى

علل: تفاعلات الإحلال من التفاعلات الهامة للبنزين

لأنها تمكننا من الحصول على مركبات لها قمية إقتصادية كبيرة

إضافة هالوجين (الهلجنة)

يتم تفاعل البنزين مع الكلور في وجود برادة الحديد أو كلوريد الحديد III كعامل حفاز مكوناً كلورو بنزين

كما يمكن إستبدال أكثر من ذرة هيدروجين من حلقة البنزين بذرات هالوجين في وجود عامل حفاز لينتج هاليدات الآريل بكميات كبيرة لإستخدامها كمبيدات حشرية ومن أكثرها إستخداماً مبيد (د د ت DDT)

مبيد (د د ت DDT)

هو ثنائي كلورو ثنائي فينيل ثلاثي كلورو إيثان DDT  Dichloro-Diphenyl-Trichloroethane

وترجع السمية الشديدة لهذا المركب إلى الجزء ( =CH-CCl₃) من الجزئ والذي يذوب في النسيج الدهني للحشرة فيقتلها

علل: إستخدام د د ت منذ تصنيعه عام 1939 قبل الحرب العالمية الثانية إستخدام كبير كمبيد حشري

لسميته الشديدة على جميع أنواع الحشرات وقد حرم إستخدامه في كثير من البلاد المتقدمة حيث أنه أقبح مركب كيميائي(علل) لما سببه من مشاكل بيئية ضارة.

الألكلة Alkylation  (تفاعل فريدل-كرافت)

هو تفاعل البنزين مع هاليدات الأكيل (R-X) في وجود مدة حفازة مثل كلوريد الألومنيوم AlCl₃اللامائي فتحل مجموعة الألكيل محل ذرة هيدروجين في حلقة البنزين ويتكون ألكيل بنزين

مثال: تفاعل البنزين مع كلوريد الميثيل لتكوين الطولوين

س: من كربيد الكالسيوم كيف تحصل على الجامكسان – الهكسان الحلقي- طولوين – كلوروبنزين

س: من الهكسان العادي كيف تحصل على الهكسان الحلقي – الجامكسان

 

النيترة Nitration

هي تفاعل البنزين مع حمض النيتريك المركز في وجود حمض الكبريتيك المركز فتحل مجموعة نيترو (-NO₂) محل ذرة هيدروجين في حلقة البنزين

علل: مركبات عديد النيترو العضوية مواد شديدة الإنفجار؟

يرجع ذلك إلى أن جزيئاتها تحتوي على وقودها الذاتي ( الكربون) والمادة المؤكسدة ( الأكسجين) فتحترق بسرعة وينتج عنها كمية كبيرة من الحرارة والغازات تحث إنفجار بسبب كسر الرابطة الضعيفة (N-O) وتكوين رابطتين قويتين بين (C, O) في جزئ ثاني أكسيد الكربون ، (N, N) في جزئ النتيروجين

من مركبان النيترو العضوية المتفجرة التي أنتج منها ملايين الأطنان خلال الحرب العالمية الثانية ومازال ينتج

تحضر بتفاعل خليط اليترة (حمض النيتريك، حمض الكبريتيك المركزين بنسبة 1:1) مع الطولوين

س:اكتب تسمية الأيوباك الصحيحة لـ: T.N.T وكيف تحصل عليه من كربيد الكالسيوم

س: عرف كلاً من TNT- خليط النيترة ؟

 

السلفنة

هي تفاعل البنزين مع حمض الكبريتيك المركز فتحل مجموعة السلفونيك (-SO₃H) محل ذرة الهيدروجين في حلقة البنزين ويتكون حمض بنزين سلفونيك

ملحوظة:

تقوم صناعة المنظفات الصناعية أساساً على معالجة مركبات حمض السلفونيك الآروماتية بالصودا الكاوية لنحصل على الملح الصوديومي القابل للذوبان في الماء

ويتضح أن جزئ المنظف الصناعي يتكون من جزيئين هما:

الذيل: عبارة عن السلسلة الكربونية الطويلة وهي كارهة للماء

الرأس: عبارة عن مجموعة متأينة وهي محبة للماء

 

 كيفية عمل المنظفات

لا يصلح الماء في إزالة البقع الدهنية من الأنسجة (علل) لأن البقع مواد عضوية بينما الماء مذيب قطبي ولهذا تستخدم المنظفات الصناعية في التنظيف.

علل: تستخدم المنظفات الصناعية في عملية تنظيف الأنسجة؟

لأن الماء لا يصلح في إزالة البقع نظراً لأن البقع مواد عضوية لا تذوب في الماء ( مذيب قطبي).

دور المنظف الصناعي في عملية التنظيف

1. ذوبان المنظف في الماء يقلل من التوتر السطحي للماء مما يزيد من قدرة الماء على تبليل (تندية) النسيج المراد تنظيفه

2. تترتب جزيئات المنظف بحيث يتجه:

• الذيل(الكاره للماء) نحو البقعة الدهنية ويلتصق بها

• الرأس(المحب للماء) نحو الماء

[list=3]
[*]

بذلك تتغطي البقعة الدهنية بجزيئات المنظف وند الغسيل يؤدي الإحتكاك الميكانيكي غلى طرد البقع الدهنية وتكسيرها إلى كرات صغيرة.

[*]

تنفصل هذه الكرات نتيجة تنافر رؤوس جزيئات المنظف (لأنها متشابهة الشحنة) وتتعلق في الماء على هيئة مستحلب ويتم التخلص مننها بعملبة الشطف.

[/list]

[url=http://cairodar.youm7.com/flashes/PDFfiles/chemistry arabic ch 5 l 4.pdf] لتحميل الدرس بصيغة PDF اضغط هنا..[/url]