الخواص الكيميائية للألكانات Chemical properties of Alkanes



الخواص الكيميائية للألكانات Chemical properties of Alkanes

– فى هذا الموضوع سيتم مناقشة الخواص الكيميائية للألكانات Chemical properties of Alkanes (تفاعلات الألكانات) وهي كما يلي:

  •  تفاعل الاحتراق Combustion reaction
  •  تفاعل التكسير Cracking reaction
  • تفاعل الهلجنة Halogenation reaction
  • هلجنة الألكانات العليا Halogenation of higher Alkanes
  • الفريونات Freons
  • تفاعلات الألكانات الحلقية Reactions of cycloalkanes

الألكانات مركبات خاملة كيميائياً نظراً للأسباب الآتية كما يلي:

(1) قوة الروابط C-C ، C-H التى لا تنكسر إلا عند درجات الحرارة العالية.

(2) ونظراً لتقارب ذرتي الكربون والهيدروجين فى قيم الكهروسالبية يجعل روابط C-H ذات قطبية منخفضة جداً وبناءاً عليه لا تتأثر الألكانات بالقواعد.

(3) ولعدم وجود إلكترونات حرة فى جزيئاتها فهي لا تتأثر بالأحماض المعدنية المركزة فى الظروف العادية.



(4) لا تتأثر بالعوامل المؤكسدة لذلك تستخدم الألكانات كمذيبات فى تفاعلات المجموعات الوظيفية الأخرى.

(5) تمتاز معظم تفاعلات الألكانات بهجوم متفاعل يحتوي على إلكترونات غير رابطة مثل الأكسجين والكلور على الألكان.
الخواص الكيميائية للألكانات Chemical properties of Alkanes(1) الخواص الكيميائية للألكانات: تفاعل الاحتراق Combustion reaction

هو تفاعل الألكانات مع الأكسجين ويعتبر من أهم تفاعلاتها نظراً لأستخدمها كوقود حيث أن جميع الألكانات قابلة للاشتعال.

(a) الاحتراق الكامل: 

يتم في وفرة من الأكسجين ويعطي غاز ثاني أكسيد الكربون وبخار ماء وتنطلق طاقة تسمي طاقة الاحتراق. 



الخواص الكيميائية للألكانات Chemical properties of Alkanes

(b) الاحتراق الغير الكامل:

يتم في نقص الأكسجين ويعطي أول ثاني أكسيد الكربون وبخار ماء وطاقة كما بالتفاعل التالي:

الخواص الكيميائية للألكانات Chemical properties of Alkanes

ملاحظات هامة:

إذا كان النقص كبيراً في الأكسجين يتم الحصول على الكربون فى صورة سناج (أسود الكربون Carbon black) وهو نقي ويستخدم في صناعة الحبر والطلاء.

يفضل الحصول على الطاقة من الأحتراق الكامل للألكان لأن كمية الطاقة المنبعثة من الاحتراق غير الكامل تكون أقل بكثير من تلك المنبعثة من الأحتراق الكامل بالإضافة لانبعاث غاز CO

(2) الخواص الكيميائية للألكانات: تفاعل التكسير Cracking reaction

 – هو عملية التكسير الحراري للألكانات التي تحتوي على 12 ذرة كربون أو أكثر في وجود عامل حفاز عند درجات حرارة عالية حيث تتكسر هذه السلسلة الكبيرة إلى ألكانات صغيرة وإلكينات وأحياناً غاز الهيدروجين.

– ولا تستخدم الألكينات الناتجة من هذه العملية كوقود وإنما ترسل كمواد خام لتصنيع البلاستيك. 

الخواص الكيميائية للألكانات Chemical properties of Alkanes

(3) الخواص الكيميائية للألكانات: تفاعل الهلجنة Halogenation reaction

هو عبارة عن استبدال ذرات الهيدروجين في الألكان بذرات هالوجين.

– وتختلف سرعة التفاعل من هالوجين لأخر حيث يتفاعل الفلور بشدة محدثاً انفجار بسبب شدة نشاطه لذلك يخلط الألكان والفلور بغاز خامل مثل الهيليوم ليقلل من شدة التفاعل.

– كما يجب أن يتم التفاعل في وعاء خاص مبطن بحبيبات النحاس التى تعمل على امتصاص الحرارة الناتجة من التفاعل.

يتفاعل كل من الكلور والبروم مع الألكان فى درجة حرارة الغرفة تفاعل متسلسل Chain reaction في وجود الأشعة البنفسجية Ultraviolet UV ويعطي خليط من النواتج حيث يتكون فى كل خطوة منتج يعمل كمتفاعل فى الخطوة التى تليها.

– ويمتاز هذا التفاعل بالاستبدال المتكرر لأن جميع ذرات الهيدروجين في الألكان قادرة على التفاعل.

لا يتفاعل اليود تحت الظروف العادية لذا يستخدم عامل مؤكسد مثل حمض الأيوديك Iodic acid HIO3 الذي يعمل علي تحويل يوديد الهيدروجين المتكون إلى يود وبالتالي يدفع التفاعل في إتجاة تكوين يوديد المثيل. 

الخواص الكيميائية للألكانات Chemical properties of Alkanes

مثال: كلورة الميثان Chlorination of methane كما بالتفاعلات الأتية كما يلي:

الخواص الكيميائية للألكانات Chemical properties of Alkanes

ملاحظة : يمكن التحكم في النواتج عن طريق التحكم في نسب المتفاعلات فعند استخدام زيادة من الميثان يتم الحصول على نسبة عالية من كلوروميثان وعند استخدام زيادة من الكلور يتم الحصول علي رباعي كلوروميثان بنسبة عالية.

(4) هلجنة الألكانات العليا Halogenation of higher Alkanes

أن الهلجنة الأحادية للألكانات العليا تؤدي إلى تكوين خليط من النواتج يتوقف عددها على عدد أنواع الهيدروجين بها.

عند كلورة ألكان يحتوي على خليط من هيدروجين أولي وثانوي تكون جميع ذرات الهيدروجين فى كل نوع متكافئة فأن الكلورة تتبع ثبات الجذر الحر free radical.

الخواص الكيميائية للألكانات Chemical properties of Alkanes

عند الكلورة الأحادية للألكانات التى تحتوي على خليط من أنواع مختلفة من الهيدروجين تتكون نواتج لا تتبع ثبات الجذر الحر.

– وتفسير ذلك هو أن الكلور يتميز تفاعله بالسرعة والشدة حيث يتفاعل على أساس طاقات تفكك الروابط .

– ونظراً لأن الفارق فى مقدار هذه الطاقات ليس كبيرا جداً فأن الكلور لا يستطيع التمييز بين أنواع الهيدروجين الثلاثة لذا يكون غير انتقائي Non-selective على العكس من البروم الذي يكون تفاعله ابطأ وأكثر انتقائية Selectivity من حيث التمييز بين أنواع الهيدروجين على الرغم من انه أقل فاعلية من الكلور.

– قيم الفاعلية النسبية عند الكلورة:

الخواص الكيميائية للألكانات Chemical properties of Alkanes

أمثلة محلولة:
الخواص الكيميائية للألكانات Chemical properties of Alkanes
الخواص الكيميائية للألكانات Chemical properties of Alkanes
الخواص الكيميائية للألكانات Chemical properties of Alkanes

(5) الفريونات Freons

– عبارة عن غازات أو سوائل ذات درجات غليان منخفضة تعرف بمركبات Chloro fluoro carbons CFC

– ولها استعمالات واسعة فى الصناعة حيث تستخدم كمواد دافعة في علب الرش وتستعمل فى المبردات والمجمدات ومكيفات الهواء.

الخواص الكيميائية للألكانات Chemical properties of Alkanes
الخواص الكيميائية للألكانات Chemical properties of Alkanes
يستخدم فريون 12 كمادة تبريد ويستخدم خليط من فريون 11 ، 12 ، 114 (CClF2CClF2 ) لدفع الضباب فى الهواء الجوي وكمبيد للروائح الكريهة وكرغوة للحلاقة ورذاذ للشعر وغيرها.

كل مركبات CFC غير سريعة الاشتعال ولها بعض الكفاءة في إطفاء الحرائق ولكن المركبات الأكثر أستعمالاً لهذا الغرض هى التي تحتوي على البروم مثل CBrF3 ، CBrClF2 .

يستخدم فريون 22 فى تحضير فلورو إيثلين المستخدم فى تحضير التفلون كما بالتفاعل التالي:

الخواص الكيميائية للألكانات Chemical properties of Alkanes

لقد تراجع استعمال الفريونات لما لها من اضرار على طبقة الأوزون. فبسبب استقرارها فهي لا تنحل ولا تتحطم كيميائياً بسهولة. وتنتشر ببطئ نحو الجو فتصل إلى طبقة الستراتوسفير التى تحتوي على طبقة الأوزون المكون لعنصر الأكسجين والتى تحمي الأرض من الأشعة الفوق بنفسجية UV. وعندما يمتص الأوزون أشعة UV فأنه يتحول إلى أكسجين ذري وجزئ أكسجين كما يلي :

الخواص الكيميائية للألكانات Chemical properties of Alkanes

– تعمل أشعة UV على تكوين ذرات الكلور بالجذور الحرة من الفريونات فتتخذ ذرات الكلور مع الأوزون لينتج كلور أحادي الأكسيد وجزئ أكسجين مما يؤدى على تناقص طبقة الأوزون.

الخواص الكيميائية للألكانات Chemical properties of Alkanes

– تعمل ذرة الكلور الناتجة على تحطيم جزئيات أوزون أخري بشكل مستمر.

(6) تفاعلات الألكانات الحلقية Reactions of cycloalkanes

(a) الهلجنة Halogenation

الخواص الكيميائية للألكانات Chemical properties of Alkanes

– عند هلجنة ألكان حلقي مستبدل ينتج خليط من النواتج كما يلي:

الخواص الكيميائية للألكانات Chemical properties of Alkanes

(b) تفاعلات فتح الحلقة Ring-opening

  يتم فتح الحلقة بالانشطار غير المتجانس لرابطة سيجما حيث تفتح حلقة البروبان بسهولة الإجهاد العالي فى الحلقة الذي يضعف الرابطة C-C كما بالتفاعل التالي:

الخواص الكيميائية للألكانات Chemical properties of Alkanes

الخواص الكيميائية للألكانات Chemical properties of Alkanes

المراجع : الخواص الكيميائية للألكانات – الفصل الثاني ” الهيدروكربونات ” من كتاب أسس الكيمياء العضوية. Foundations of Organic Chemistry”  للمؤلفين وائل غالب محمد – وليد محمد السعيطي”

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *