أحدث الموضوعات

الخواص الكيميائية للألكانات Chemical properties of Alkanes

.

  الألكانات مركبات خاملة كيميائياً بسبب قوة الروابط C-C ، C-H التى لا تنكسر إلا عند درجات الحرارة العالية ونظراً لتقارب ذرتي الكربون والهيدروجين فى قيم الكهروسالبية يجعل روابط C-H ذات قطبية منخفضة جداً وبناءاً عليه لا تتأثر الألكانات بالقواعد ، ولعدم وجود إلكترونات حرة فى جزيئاتها فهي لا تتأثر بالأحماض المعدنية المركزة فى الظروف العادية وكذلك لا تتأثر بالعوامل المؤكسدة لذلك تستخدم الألكانات كمذيبات فى تفاعلات المجموعات الوظيفية الأخرى وتمتاز معظم تفاعلات الألكانات بهجوم متفاعل يحتوي على إلكترونات غير رابطة مثل الأكسجين والكلور على الألكان . 

(1) 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. 



b- الاحتراق الغير الكامل : يتم في نقص الأكسجين ويعطي أول ثاني أكسيد الكربون وبخار ماء وطاقة.



ملاحظات :

** 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- 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. 

3- 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. 


مثال : كلورة الميثان Chlorination of methane


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 .




** 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 : 


أمثلة محلولة : 


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.



** 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 غطفاء 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.



** لقد تراجع استعمال الفريونات لما لها من اضرار على طبقة الأوزون فيسبب 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 : 




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.



تعمل ذرة الكلور الناتجة على تحطيم جزئيات أوزون أخري بشكل مستمر

6- تفاعلات الألكانات الحلقية Reactions of cycloalkanes

a- الهلجنة Halogenation


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



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


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

.

ليست هناك تعليقات