مقتطفات من الموقع

حمل جميع المصاحف من مكتبة القرآن الصوتية حمل ألفية ابن مالك والصحاح فى اللغة وغيرها من معاجم وأمهات اللغة حمل سيرة ابن هشام والرحيق المختوم والبداية والنهاية وغيرها من كتب السيرة الموسوعة الشاملة للصحابة ضمن شخصيات تاريخية حمل كتب السنة البخارى ومسلم وجميع كتب الحديث هنا حمل مقامات الهمذانى والحريرى وموسوعات الشعر وأمهات كتب الأدب العربى حمل تفسير ابن كثير والجلالين والكشاف وجميع كتب التفاسير من هنا صور طبية التشريح Anatomy صور طبية هيستولوجى Histology حمل كتب الفقه المالكى والحنفى والحنبلى والشافعى وكتب الفقه المقارن وغيرها من كتب الفقه هنا حمل كتاب إحياء علوم الدين وغيرها من كتب الأخلاق والتزكية المكتبة الكبرى والعلمية لصور الحيوانات ضمن مكتبة الصور المكتبة الكبرى والعلمية لصور الطيور دليل الجامعات العربية جامعات عالمية مكتبة العلماء مكتبات الفيديو المتنوعة Anatomy picures Histology picures and slides Histology pictures and slides Bacteriae slides Surgery pictures الموسوعة الإسلامية الشاملة موسوعة علم النبات موسوعة الكيمياء موسوعة الجيولوجيا موسوعة اللغة والأدب مكتبة الفيديو للجراحة وهى احد المكتبات الطبية

السبت، 28 أبريل 2012

موسوعة الكيمياء : الألكان


الألكان


الألكان في الكيمياء العضوية هو هيدروكربون متشبع مؤلف من سلسلة مفتوحة غير حلقية والتى فيها يكون الجزيء به الحد الأقصي من ذرات الهيدروجين وبالتالي لا يكون بها روابط ثنائية.
الألكانات تعرف أيض بإسم برافينات, أو إجمالا "سلسلة البرافينات" وهذه المصطلحات يمكن أن تستخدم أيضا للألكينات والتى تكون ذرات الكربون بها سلسلة أحادية, غير متفرعة, وعند وجود تفرعات في سلسة الألكانات تسمي "أيزوبرافينات" وتنتمى الألكانات للمركبات الأليفاتية.
المعادلة العامة لتركيب الألكانات CnH2n+2, وأبسط ألكان على هذا يكون الميثان, CH4, ويليه الإيثان, C2H6, وهكذا. وكل ذرة كربون في الألكانات لها تهجين sp3.
التزامر (الأيزوميرزم) " Isomerism"
يمكن للجزيئات التى تحتوى على أكثر من 3 ذرات كربون أن تترتب بعدة طرق, مكونة أيزومرات عديدة. الألكانات "العادية" لها تركيب خطي, غير متفرع. ويزيد عدد المتماكبات بشدة بزيادة عدد ذرات الكربون, فعدد الأيزومرات للألكانات التى لها من 1 إلى 12 ذرة كربون تكون كالتالي: 1, 1. 1, 2, 3, 5, 9, 18, 35, 75, 159, 355 بالترتيب.
تسمية الألكانات
Ball-and-stick model of isopentane (common name) or 2-methylbutane (IUPAC systematic name)

Comparison of nomenclatures for three isomers of C5H12 Common name n-pentane isopentane neopentane IUPAC name pentane 2-methylbutane 2,2-dimethylpropane Structure
نظام IUPAC
ينتهى اسم الألكان باللاحقة "ان". الحلقات المستقيمة للألكانات والتى بها 8 أو أقل من ذرات الكربون يتم تسميتها طبقا للجدول التالي, والذى يحتوى أيضا على اسم الألكيل المتكون بنزع ذرة الهيدروجين الطرفية. (لمشاهدة قائمة كاملة للألكانات قائمة ألكانات
اسم الألكانصيغة الألكانالجذر الألكيلي صيغة الجذر الألكيلي
ميثان CH4 ميثيل CH3
ايثان C2H6 ايثيل C2H5
بروبان C3H8 بروبيل C3H7
بوتان C4H10 بوتيل C4H9
بنتان C5H12 بنتيل C5H11
هكسان C6H14 هكسيل C6H13
هبتان C7H16 هبتيل C7H15
اوكتان C8H18 اوكتيل C8H17


ومنعاً لأي التباس، وللدلالة على أن الألكانات ذات سلسلة غير متشعبة، يُتبع غالباً اسم المركب بكلمة نظامي normal، فالمركب CH3.CH2.CH2.CH3 مثلاً يدعى البوتان النظامي (أو n ـ بوتان).
تسمى الألكانات ذات السلسلة المتشعبة بأن يسبق اسم أطول سلسلة فيها بأسماء الجذور المتوضعة عليها. ويُدَل على موضع كل جذر منها برقم كربون السلسلة المتوضع عليه الجذر. وتنتخب جهة ترقيم السلسلة بحيث يكون مجموع الأرقام الناتجة أصغر ما يمكن، فالمركب:

يدعى ميتيل-2 ميتيل-3 هكسان، لأن أطول سلسلة فيه هي الحاوية 6 ذرات كربون، وتحمل جذري ميتيل على ذرتي الكربون رقم 2 و3، ويمكن أن يطلق على المركب المذكور أيضاً اسم (دي ميتيل -2 ،3 هكسان). أما المركب

فيدعى (دي ميتيل -3 ، 3 إيتيل -4هكسان)، ولايسمى (دي ميتيل -4 ، 4إيتيل -3 هكسان) لأن مجموع الأرقام في الحالة الثانية أكبر من مجموعها في الحالة الأولى.

الألكانات المتفرعة يتم تسميتها طبقا للآتى:
  1. تحديد أطول سلسلة متصلة لذرات الكربون.
  2. ترقيم الذرات بداية من أحد الأطراف حتى الطرف الأخر, على أن يكون طرف البداية هو الأقرب لمجموعات التفرع في حالة وجودها.
  3. تحديد المجموعات المتصلة بالسلسلة بالترتيب وبداية كتابة اسم الألكان كالتالي:
    1. رقم ذرة الكربون المتصلة بمجموعات فرعية, وفى حالة وجود أكثر من تفرع يتم كتابة أرقام التفرع بترتيب الترقيم في السلسلة الرئيسية ( 3,2- وليس 2,3- . 4,1- وليس 1,4- . وهكذا)
    2. في حالة وجود إتصال لنفس المجموعة أكثر من مرة بسلسة الألكان, نستخدم البادئات التالية طبقا لعدد مرات التكرار: " ثنائي", "ثلاثي", "رباعي", وهكذا.
    3. اسم المجموعة أو المجموعات المتصلة بالسلسلة, بنفس ترتيبها طبق لترقيم السلسلة.
  4. ينتهى الإسم بكتابة اسم أطول سلسلة مستقيمة.
ولتنفيذ هذه الخطوات, يجب أن نعرف اسم المجموعات المتصلة بالسلسلة. وهذا يتم بنفس الطريقة السابقة فيما عدا انه يتم ترقيم المجموعة بداية من أول ذرة كربون متصلة بسلسلة الألكان, وفى إتجاه أطول سلسلة بداية من هذه النقطة, وليس طبقا لأطول سلسلة موجودة في المجموعة.
فمثلا المركب (1) في الشكل القادم هو الإحتمال الوحيد لوجود تفرع في البيوتان. وإسمه الرسمي 2-ميثيل بروبان, بينما البنتان يمكن أن يكون له 2 متزامر (isomer), بالإضافة إلى شكل سلسلته المستقيمة.الشكل (2) 2,2- ثنائي ميثيل بروبان, الشكل (3) 2-ميثيل بيوتان

أسماء شائعة
عديد من الأسماء التى لا تتبع قواعد IUPAC تستخدم مثل:
C4H10 بيوتان "ن"-بيوتان
C5H12 بينتان "ن"-بينتان
 C6H14 هيكسان "ن"-هيكسان
C4H10 2-ميثيل بروبان أيزوبيوتان
i-butane C5H12 2-
ميثيل بيوتان أيزو بينتان
C6H14 2-ميثيل بينتان أيزو هيكسان
C5H12 2,2-ثنائي ميثيل بروبان نيو بينتان

وجوده في الطبيعة
توجد الألكانات بكميات كبيرة على هيئة مكامن من الغاز الطبيعي والنفط؛ فالغاز الطبيعي يشكل الميتان القسم الأكبر منه، أما النفط فيحوي مزيجاً معقداً من الفحوم الهدروجينية، من C1 إلى C40 تقريباً. ويتعذر عملياً استحصال فحم هدْروجيني نقي من النفط الخام (باستثناء الحدود الستة الأولى) وذلك بسبب تقارب درجة غليان حدّيْن متتاليين.
تحضيره
يمكن تحضير الألكانات بإحدى الطرائق الآتية:
1) ـ هدرجة الفحوم الهدروجينية الإيتيلينية أو الأسيتيلينية بالهدْروجين، بوجود حفّاز catalyst، وذلك بإمرار مزيج غازي من الفحم الهدْروجيني والهدْروجين على مسحوق النيكل المسخّن بدرجة 150 ـ200ْ:

2) ـ تفكيك المركبات العضوية للزنك والمغنزيوم بالماء:

3) ـ إرجاع المركبات العضوية الأُكسيجينية، كالألدهيدات أو الكيتونات، بالهدروجين:

4) ـ تفكيك الحموض العضوية بالحرارة thermolysis بوجود القلويات:

وتعطي هذه الطريقة مراديد رديئة جداً باستثناء الحالة التي يكون فيها R ميتيلاً CH3.
5) ـ طريقة فورتز Wurtz وتعد أقدم الطرائق الاصطناعية، وهي ذات أهمية نظرية كبيرة. وقوامها تسخين يود الألكيل RI في أنبوب مختوم بوجود الصوديوم:


الخواص
الخواص الفيزيائية
Melting (blue) and boiling (pink) points of the first 14 n-alkanes in °C.

sp3-hybridization in methane.

  • الألكانات أجسام غازية أو سائلة أو صلبة، وذلك بحسب عدد ما تحويه من ذرات الكربون. فأفرادها الأربعة الأولى غازية، والتي تليها حتى C17H36 سائلة، والتي تلي هذا الأخيـر صلبة.
  • الألكانات لا تذوب في الماء ،وتنحل في الغول والإيتر.
  • كثافة الألكانات أقل من الماء.
  • تزيد نقطة الإنصهار والغليان للألكانات بصفة عامة بزيادة الوزن الجزيئي وأيضا بزيادة طول سلسلة الكربون الرئيسية.
  • في الظروف القياسية فإن الألكانات من CH4 إلى C4H10 تكون في الحالة الغازية, ومن C5H12 إلى C17H36 تكون في الحالة السائلة, وبعد C18H38 تكون في الحالة الصلبة.
جدول الألكانات
الألكان الصيغة نقطة الغليان [°C] نقطة الإنصهار [°C] الكثافة 
Methane CH4 -162 -183 gas
EthaneC2H6 -89 -172 gas
PropaneC3H8 -42 -188 gas
Butane C4H10 0 -138 gas
Pentane C5H12 36 -130 0.626(liquid)
Hexane C6H14 69 -95 0.659(liquid)
Heptane C7H16 98 -91 0.684(liquid)
Octane C8H18 126 -57 0.703(liquid)
Nonane C9H20 151 -54 0.718(liquid)
Decane C10H22 174 -30 0.730(liquid)
Undecane C11H24 196 -26 0.740(liquid)
Dodecane C12H26 216 -10 0.749(liquid)
Icosane C20H42 343 37 solid
Triacontane C30H62 450 66 solid
Tetracontane C40H82 525 82 solid
Pentacontane C50H102 575 91 solid
Hexacontane C60H122 625 100 solid


الخواص الكيميائية

  • الألكانات نشاطيتها منخفضة لأن الروابط الاحادية بين C-C, و C-H تكون ثابتة نسبيا, وصعبة التكسير وغير قطبية، لهذا فإن تفاعلاتها مع الأجسام الأخرى تتم بالتبادل لا بالانضمام. ولا تتفاعل الألكانات مع الأحماض, الألكيلات, الفلزات, العوامل المؤكسدة. ومن العجيب أن النفط (أوكتان) لا يتفاعل مع حمض الكبريتيك المركز, فلز الصوديوم, منجنيز البوتاسيوم. وهذا الخمول هو أصل كلمة "برافينات" (الأصل اللاتيني "بارا"+"أفين", يعنى هنا لا يوجد إنجذاب).
وبما أنها مشبعة وإذا سُخِّنت لدرجة 500ْ ـ 750ْس بوجود مواد حافزة تتحول إلى فحوم هدروجينية إيتيلينية، أو إلى فحوم هدروجينية أسيتيلينية، ويمكن أن تتحول الألكانات بنزع الهيدروجين بوجود مواد حافزة خاصة وبالحرارة، إلى فحوم هدروجينية حلقية:

تحترق الألكانات بسهولة في حرارة عالية بوجود الأكسجين، وتتحول إلى غاز الفحم (الكربون) وماء. ويترافق ذلك بانتشار كمية كبيرة من الحرارة، وهذا ما يجعل الألكانات مصدراً مهماً من مصادر الطاقة الحرارية(التسخين بالمازوت والغاز):
  

التفاعلات
التكسير
التكسير هو تكسر الجزيئات الكبيرة إلى جزيئات أصغر. ويمكن أن يتم هذا إما بالحرارة أو بإستخدام عامل حفاز. يتبع عملية التكسير الحراري آلية تماثل, أى انه, تتكسر الروابط بتماثل وتنتج أزواج من الجذور الحرة (Free Radiacl). ويتضمن التكسير الحفزى تواجد حمض حفاز (غالبا ما يكون حمض صلب مثل سيليكا-ألومينا وزيولايت) وهذا يؤدى لتكسير غير متماثل للروابط مما ينتج أزواج من الأيونات بشحنات متضادة, غالبا كاتيون كربوني أو شرجبة كربونية ، وأنيون الهيدريد ( شرسبة الهيدريد الغير ثابت. الشق الحر لذرات الكربون المتمركزة والكاتيونات ثابتهم ضعيف للغاية, وبالتالى يحدث إعادة ترتيب للسلسلة, يحدث إنقسام C-C في الموضع بيتا (تكسر) وينتقل الهيدروجين داخل الجزيئات, وبين الجزيئات أو انتقال هيدريد. وفى كل من العمليتين, فإن المتفاعلات الوسيطة (شق, أيونات) تتجدد بإستمرار, أى أنه يكون لها نظام تجدد ذاتي. وتنتهى سلسلة التفاعل في أخر الأمر بإتحاد شق أو أيون.
مثال للتكسير في البيوتان CH3-CH2-CH2-CH3
  • الإحتمال الأول )48 %) أن يحدث التكسر عند CH3-CH2 bond.
CH3* / *CH2-CH2-CH3
وبعد عدد معين من الخطوات, سيتم الحصول على ألكان و ألكين.
CH4 + CH2=CH-CH3
  • الإحتمال الثانى (38 %) أن يحدث التكسير عند CH2-CH2 bond.
CH3-CH2* / *CH2-CH3
وبعد عدد معين من الخطوات, سيتم الحصول على ألكان وألكين من عدة انواع : CH3-CH3 + CH2=CH2
  • الإحتمال الثالث (14 %) تكسر الرابطة C-H
وبعد عدد معين من الخطوات, سيتم الحصول على ألكين وغاز هيدروكربوني: CH2=CH-CH2-CH3 + H2
تفاعلات الهلجنة
R + X2 → RX + HX
الخطوات الآتية تمثل عملية كلورة الميثان. وهو تفاعل تفاعل طارد للحرارة بشدة, وقد يؤدى إلى إنفجار.
1. خطوة البداية: فصل جزيء الكلور لتكوين ذرتين كلور. وكل ذرة كلور لديها 2 إلكترون حر تتصرف كشق حر.
Cl2 → Cl* / *Cl
يتك إمداد التفاعل بالطاقة عن طريق UV
2. الإنتشار (خطوتين): تسحب ذرة هيدروجين من الميثان ثم يقوم الميثيل بسحب ذرة كلور من Cl2.
CH4 + Cl* → CH3* + HCl
CH3* + Cl2 → CH3Cl + Cl*
وهذا ينتج المركب المطلوب بالإضافة إلى جذر كلور أخر. ويقوم هذا الجذر بخطة إنتشار أخرى ويسبب إستمرار تسلسل التفاعل. وفى حالة وجود زيادة في الكلور, فإنه من الممكن تكون نواتج أخرى مثل CH2Cl2.
3. خطوة الإنتهاء: إعادة اتحاد جذرين حرين من الكلور .
  • Cl* + Cl* → Cl2, أو
  • CH3* + Cl* → CH3Cl, أو
  • CH3* + CH3* → C2H6.
الإحتمال الأخير لخطوة الإنتهاء يؤدى إلى عدم نقاء الخليط الناتج, ومن الواضح في هذا التفاعل أنه نوتجه لها سلسلة كربونية أكبر من المتفاعلات.
أما إذا كانت الألكانات بحالة غاز، وبوجود ضوء شديد، فإن الكلور يتفاعل معها بشدة ويخرِّبها:

وتتفاعل الألكانات مع البروم كتفاعلها مع الكلور، إلاّ أن تفاعلها مع هذا الأخير أكثر سهولة في حين أن اليود لا يتفاعل مع الألكانات مطلقاً.
الإحتراق
R + O2 → CO2 + H2O + H2
الإحتراق تفاعل طارد للحرارة بشدة. وفى حالة عدم كفاية الأكسجين O2, فسيؤدى هذا لتكون غاز أول أكسيد كربون (CO) السام. المثال الآتى للميثان:
CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O
عند عدم توفر الأكسجين O2:
2CH4 + 3 O2 → 2 CO + 4 H2O
وفى حالة أن الأكسجين O2 أقل:
CH4 + O2 → C + 2 H2O.


استخداماته
للألكانات استعمالات صناعية عدة ومهمة، فيستفاد منها للإنارة والتدفئة كما أنها تعد مصدراً من مصادر القوة المحركة، (محركات الاحتراق الداخلي و المحركات النفاثة). وتستعمل أيضاً لإذابة الزيوت والمواد الدسمة ولتشحيم الآلات



<> 
الألكانات
ميثان
CH4
|
 
إيثان
C2H6
|
 
بروبان
C3H8
|
 
بوتان
C4H10
|
 
بينتان
C5H12
|
 
هيكسان
C6H14
هيبتان
C7H16
|
 
أوكتان
C8H18
|
 
نونان
C9H20
|
 
ديكان
C10H22
|
 
أونديكان
C11H24
|
 
دوديكان
C12H26
 
ترايديكان
C13H28
|
 
تيتراديكان
C14H30
|
 
بينتاديكان
C15H32
|
 
هيكساديكان
C16H34
|
 
هيبتاديكان
C17H36
|
 
أوكتاديكان
C18H38
 
نوناديكان
C19H40
|
 
إيكوسان
C20H42
|
 
هينيكوسان
C21H44
|
 
دوكوسان
C22H46
|
 
ترايكوسان
C23H48
|
 
تيتراكوسان
C24H50
 
بينتاكوسان
C25H52
|
 
هيكساكوسان
C26H54
|
 
هيبتاكوسان
C27H56
|
 
أوكتاكوسان
C28H58
|
 
نوناكوسان
C29H60
|
 
تراياكونتان
C30H62
 
هينترياكونتان
C31H64
|
 
دوتراياكونتان
C32H66
|
 
ترايتراياكونتان
C33H68
|
 
تيتراتراياكونتان
C34H70
|
 
بينتاتراياكونتان
C35H72
|
 
هيكساتراياكونتان
C36H74