موسوعة الكيمياء : الهيدروكربونات



الهيدروكربونات

الهيدروكربون في الكيمياء هو أي مركب كيميائي يتكون من الكربون (C) والهيدروجين (H) فقط. تتكون هذه المركبات من سلسلة من الكربون وذرات هيدروجين متصلة بتلك السلسلة. غالبا ما يستخدم مصطلح الهيدروكربون كاختصار للمصطلح هيدروكربون أليفاتي.

أمثلة

الميثان (غاز المستنقعات )هو هيدروكربون به ذرة كربون واحدة وأربع ذرات هيدروجين CH4. والإيثان هيدروكربون يتكون من ذرتي كربون مرتبتطين معا برابطة أحادية، وكل منها مرتبطة بثلاث ذرات هيدروجين C2H6. البروبان به 3 ذرات كربون(C3H8), وهكذا (CnH2·n+2). jjj

أنواع الهيدروكربونات

هناك ثلاث أنواع رئيسية للهيدروكربونات:

1. هيدروكربونات أروماتية وهي التي تحتوي على حلقة اروماتية واحدة على الأقل.
2. هيدروكربونات مشبعة والتي تعرف أيضا بالألكانات, هي الهيدروكربونات التي لا تحتوى على روابط ثنائية أو ثلاثية أو حلقات أروماتية.
3. هيدروكربونات غير مشبعة وهي التي تحتوى على روابط ثنائية أو ثلاثية بين ذرات الكربون وتنقسم إلى :
   • ألكينات
   • ألكاينات
   • دايينات

عدد ذرات الهيدروجين

عدد ذرات الهيدروجين في الهيدروكربون يمكن أن يتم تحديده بمعرفة عدد ذرات الكربون باستخدام المعادلات الآتية :

• الالكانات : CnH2n+2
• الألكينات: CnH2n (بافتراض وجود رابطة ثنائية واحدة)
• الالكاينات: CnH2n-2 (بافتراض وجود رابطة ثلاثية واحدة)

وكل من هذه الهيدروكربونات يتبع قاعدة 4-هيدروجين والتي تنص على أن كل ذرات الكربون يجب تتصل بأقصى عدد ممكن من ذرات الهيدروجين (أقصى عدد 4). لاحظ أن كل رابطة إضافية تزيل ذرتي هيدروجين, كما أن الهيدروكربونات المشبعة يمكن أن تحصل على الأربعة ذرات هيدروجين وهذا بسبب التواجد الفريد لإلكترونات الكربون الأربعة.

التمثيل الجزيئي

يتم غالبا تمثيل الهيكل الكربوني كشكل جزيئي ويتم تمثيل ذرات الكربون فيه كقمم والروابط كخطوط. التمثيلات الجزيئية تحتوى على بناء الهيدروكربون بحيث يمكن إضافة ذرات الهيدروجين الناقصة بطريقة محددة. وتتم دراسة الهيدروكربونات بتوسع أيضا في الكيمياء الحسابية.

البترول

الهيدروكربونات السائلة المستخرجة جيولوجيا هي البترول أو الزيت المعدني بينما الهيدروكربونات الغازية تسمى الغاز الطبيعي. كلاهما يعد مصدرا أساسيا للوقود وموادا أولية لإنتاج الكيمياويات العضوية, وتتواجد هذه الهيدروكربونات تحت سطح الأرض.

الهيدروكربونات لها أهمية اقتصادية كبيرة نظرا لأنها تمثل مكونات الوقود الحفري (الفحم, البترول, الغاز الطبيعي), إضافة ل الوقود الحيوي واللدائن والشموع والمذيبات.

الهيدروكربونات الأروماتية

الهيدروكربونات الأروماتية أو الأرينات هي هيدروكربونات, وتركيبها الجزيئي يتضمن على الأقل مجموعة تتكون من 6 ذرات كربون في مستوى, مرتبطة معا بإلكترونات غير متمركزة, في نفس المستوى كما لو كانت تتكون من من روابط تساهمية أحادية وثنائية بالتبادل. وهذا التجمع بعد أبسط هيدروكربون أروماتي (البنزين) يسمي بحلقة بنزين.

التوزيعات الإلكترونية لحلقة البنزين

نفثالين

كل ذرة كربون في الحلقة السداسية بها أربعة إلكترونات لتشاركها. أحدها يذهب لذرة الهيدروجين, إثنين لذرتين الكربون المجاورتين. ويتبقى بذلك إلكترون وحيد يتم مشاركته مع أحد ذرات الكربون المجاورة, ولذلك يتم رسم حلقة البنزين بالشكل الذي تكون فيه الروابط الأحادية والثنائية متناوبة خلال الشكل السداسي.

تولوين

ويفضل كثير من الكيميائيين رسم حلقة البنزين بوضع دائرة في الحلقة لإظهار أنه يوجد 6 إلكترونات يدوروا بعدم تمركز في المدارات الجزيئية والتي تمثل شكل الحلقة نفسه. وهذا يمثل بدقة طبيعة الست روابط والتي لها قوة رابطة تقريبا 105. وهذا التساوي موضح بشكل أكثر عن طريق الرنين. وتدور الإلكترونات أعلى وأسفل الحلقة, والمجال الكهرومغناطيسي الناشئ يجعل الحلقة مستقيمة.

وحديثا, فإنه يمكن وصف حلقة البنزين كمركبات فيها أنظمة مغلقة ومستمرة من الحلقات, التي تتكون من مجموعات من ألكترونات سيجما وباي. وتكون المدارات الذرية المكونة للنظام سيجما مهجنة sp2, بينما المدارات الذرية المكونة للنظام باي تكون مدارات p نقية.

ويمكن استخدام قاعدة إيريك هوكل "4n+2" لتوقع الأروماتية, بواسطة عدد الإلكترونات (باي) غير المتمركزة, ولو أنها تساوي (4n+2), حيث أن n عدد صحيح غير سالب, فإن الجزيء يكون أروماتي.

الخصائص

1. لها ترافق.
2. ذرات الكربون يكون لها تهجين sp2, وبالتالي يكون لها بناء ثلاثي مستوي.
3. نسبة كربون-هيدروجين كبيرة.
4. يحترقوا بلهب أصفر سخامي نظرا لارتفاع نسبة كربون-هيدروجين.
5. يمكن يحدث لها تفاعلات الاستبدال المحبة للإلكترونات, بعكس المركبات الأليفاتية التي تفضل تفاعلات الاستبدال المحب للنواة.

أعضاء هذه المجموعة

يمكن للهيدروكربونات الأروماتية أن تكون وحيدة الحلقة أو متعددة الحلقات . البنزين, C6H6, هو أبسط المواد الوحيدة الحلقة ويعرف بأنه أول هيدروكربون أروماتي, ولقد تم التعرف عليه لأول مرة عن طريق فريدريك أجوست كيكولي فون شترادونتيز في القرن التاسع عشر. وقد اخترع عدم تمركز الإلكترونات التي تنتقل بطريقة سريعة بين الشكل الثنائي والأحادي, أو اختصارا هو عملية الرنين, والتي تتحرك الروابط الثنائية فيها حول الحلقة السداسية. وعموما فإن العزم الكلي للروابط الأروماتية المتضمنة في ظاهرة الأروماتية تكون أقوى من العزم الكلي للروابط عند النظر إليها كاتحاد بين الروابط الأحادية والثنائية. وعلى هذا فيجب التعرف على الترابط الأروماتي كنوع من الترابط بعيد عن كل الأنواع الأخرى من الروابط المتعددة, مثل الروابط الثنائية والثلاثية. ويمكن وصف هذا بدقة أكبر عن طريق نظرية المدار الجزيئي.

الهيدروكربونات الأروماتية المتعددة الحلقات

من الأرينات المهمة الهيدروكربونات الحلقية المتعددة الحلقات, كما تسمى أيضا الهيدروكربونات الحلقية المتعددة الذرات. وتكون من أكثر من حلقة أروماتية. وأبسط هذه الهيدروكربونات البينتالين.

الهيدروكربونات الأروماتية متعددة الحلقات التي تتكون من ثلاث حلقات أو أكثر شحيحة الذوبان في الماء, ولها ضغط بخار منخفض. وبزيادة الوزن الجزيئي, يقل كل من الذائبية وضغط البخار. الهيدروكربونات الأروماتية المتعددة الحلقات التي لها حلقتين تذوب أكثر في الماء كما أنها تكون أكثر تطايرا. ونظرا لهذا الخواص, فإن الهيدروكربونات الأروماتية متعددة الحلقات تتواجد طبيعيا في التربة والرسوبيات, بعيدا عن الماء والهواء. وعموما فإن الهيدروكربونات الأروماتية المتعددة الحلقات تتواجد في شكل جسيمات معلقة في الماء والهواء.

وبزيادة الوزن الجزيئي. فإن قدرة الهيدروكربونات الأروماتية المتعددة الحلقات على أن تكون مادة مسرطنة تزيد, بينما تقل سميتها. البينزو[إيه] بيرين, هو أول مادة مادة كيميائية مسرطنة تم اكتشافها.

النفثالين (C10H8), يتكون من حلقتان متحدتين المستوى ويتشاركان في أحد الحواف. ولمزيد من الدقة فإن النفثالين ليس أحد الهيدروكربونات الأروماتية المتعددة الحلقات, ولكن يعتبر من الهيدروكربونات الأروماتية ذات الحلقتين. وللنفثالين رائحة مميزة, وهي معروفة لمن استخدم النفثالين في مقاومة العثة (نفثالين كور).

الهيدروكربونات الأروماتية المتعددة الحلقات التي تعرف بخواصها المسرطن, والمشوهة:

• بنزو(إيه) أنثراسين وكرايزين (C18H12).
• بنزو(بي) فلورانثين.
• بنزو(جيه) فلورانثين.
• بنزو(كيه) فلورانثين.
• بنزو (إيه) بيرين (C20H12).
• بنزو (غي) بيريلين.
• كورونين.
• داي بينزو (إيه، إتش) أنثراسين (C20H14).
• إندينو(3,2,1-سيد) بايرين (C22H12).
• أوفالين.
• فينانثرين

ويحتوى القطران أيضا على الهيدروكربونات الأروماتية المتعددة الحلقات.

الهيدروكربونات الأروماتية متعددة الحلقات ونشأة الحياة

في يناير من عام 2004 (في المقابلة 203 للمجتمع الفلكي الأمريكي), تم الإبلاغ عن فريق برئاسة إيه. ويت, قام بدراسة انبعاث الأشعة فوق البنفسجية من السديم المستطيل الأحمر ووجد أن هناك طيف خاص بالأنثراسين, والبيرين. (لم يتم ملاحظة وجود أيا من المركبات المعقدة مثل هذه في الفضاء من قبل.) وقد عزز هذا الاكتشاف الافتراضات التي تقول أن السديم الذي يشابه المستطيل الأحمر يقترب من نهاية حياته. وأن دورات الحرارة الحالية تسبب وصول الهيدروجين والكربون الموجودين في قلب السديم إلى الرياح النجمية, ويكون إشعاعهم للخارج. وبعد برودتهم, ترتبط الذرات ببعضها ظاهريا بطرق مختلفة وبالتالي تكون جسيمات من ملايين الذرات أو أكثر.

واستنتج ويت وفريقه أنه نظرا لأن الهيدروكربونات الأروماتية المتعددة الحلقات يمكن أن تكون أساسية في نشأة الحياة على الأرض فإن أى سديم سيكون بالضرورة محتو على نوع من أنواع الحياة

الهيدروكربونات المشبعة أو الألكانات

الألكان في الكيمياء العضوية هو هيدروكربون متشبع مؤلف من سلسلة مفتوحة غير حلقية والتي فيها يكون الجزيء به الحد الأقصي من ذرات الهيدروجين وبالتالي لا يكون بها روابط ثنائية.

الألكانات تعرف أيض باسم برافينات, أو إجمالا "سلسلة البرافينات" وهذه المصطلحات يمكن أن تستخدم أيضا للألكينات والتي 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 التي 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 التي لها من 1 إلى 12 ذرة كربون تكون كالتالي: 1, 1. 1, 2, 3, 5, 9, 18, 35, 75, 159, 355 بالترتيب.

تسمية الألكانات

نظام IUPAC

ينتهى اسم الألكان باللاحقة "ان". الحلقات المستقيمة للألكانات والتي بها 8 أو أقل من ذرات الكربون يتم تسميتها طبقا للجدول التالي, والذي يحتوى أيضا على اسم الألكيل المتكون بنزع ذرة الهيدروجين الطرفية. (لمشاهدة قائمة كاملة للألكانات قائمة ألكانات

اسم الألكان

صيغة الألكان

الجذر الألكيلي

صيغة الجذر الألكيلي

ميثان

CH4

ميثيل

CH3

ايثان

C2H6

ايثيل

C2H5

بروبان

C3H8

بروئيل

C3H7

بيوتان

C4H10

بيوتيل

C4H9

بنتان

C5H12

بنتيل

C5H11

هكسان

C6H14

هكسيل

C6H13

هبتان

C7H16

هبتيل

C7H15

أوكتان

C8H18

اوكتيل

C8H17

نونان

C9H20

نونيل

C9H19

ديكان

C10H22

ديكيل

C10H21

تسمية الألكانات: تسمى المركبات العضوية حسب نظامين، التسمية الشائعة والتي قد تختلف من مكان إلى آخر، وتسمية دولية محددة تبعاً لنظام الإيوباك والتي تعتمد على اسم الألكان. والألكانات قد تكون غير متفرعة أو متفرعة أي تحتوي على مجموعات جانبية

يتم تسميتها طبقا للآتى:

1. تحديد أطول سلسلة متصلة لذرات الكربون.
2. ترقيم الذرات بداية من أحد الأطراف حتى الطرف الآخر, 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 اتصال 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 الاسم 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 الاحتمال الوحيد لوجود تفرع في البيوتان. واسمه 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.

لمزيد من التفاصيل شاهد تسمية IUPAC

تسمية الألكانات ذات السلسلة المتفرعة

أي تحتوي على مجموعات جانبية كما في الصيغتين التاليتين:

قواعد تسمية الألكانات ذات السلسلة المتفرعة حسب الأيوباك 1 ـ نحدد أطول سلسلة متصلة من ذرات الكربون. 2 ـ نرقم ذرات الكربون في هذه السلسلة من أحد طرفيها إلي الطرف الآخر بحيث تأخذ ذرة الكربون المتصلة بالمجموعة الجانبية أصغر رقم. 3 ـ نحدد المجموعة أو المجموعات من حيث موقع اتصالها بالسلسلة. 4 ـ نكتب الرقم الدال على موقع اتصال المجموعة الجانبية بالسلسلة ثم اسم المجموعة، ويتم الفصل بين الرقم والاسم بخط قصير. 5 ـ في حالة وجود أكثر من مجموعة جانبية مثل ميثيل (- CH3) وإيثيل (- C2H5) فإن أولوية كتابة المجموعة برقمها تتم طبقاً للترتيب الأبجدي أي إيثيل قبل ميثيل. 6 ـ عند اتصال مجموعتين متماثلتين مثل مجموعتي ميثيل (- CH3) بنفس ذرة الكربون في السلسلة، فنستخدم كلمة ثنائي ونضع قبلها نفس رقم ذرة الكربون مرتين.

  

الخواص

الخواص الفيزيائية

• الألكانات لا تذوب في الماء.

• كثافة الألكانات أقل من الماء.

• تزيد نقطة الانصهار 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.

الخواص الكيميائية

• الألكانات نشاطيتها منخفضة لأن الروابط الاحادية بين C-C, و C-H ومن نوع سيجما التي تكون ثابتة نسبيا, وصعبة التكسير وغير قطبية. 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 انجذاب).

الخواص الكيميائيه

1)تفاعل الاحتراق:

تتفاعل الالكانات مع كميه وافرة من الأكسجين حيث تنكسر روابط(c-h)وروابط(c-c)ويتحول الكربون إلى ثاني اكسيد الكربون ويتجول الهيدروجين إلى ماء ,وتنطلق كميه كبيره من الطاقه الحراريه التي يستفياد منها في احتراق أنواع الوقودالمختلفه إما للتدفئه اولتحريك الالات أو توليد الكهرباء اوتشغيل السيارات والقطارات والمصانع المختلفه ويمكن تمثيل التفاعل احتراق الالكانات بالمعادله التاليه:CH4+2O2→CO2+2H2O+Energyفي وجود لهب 2)تفاعل الهلجنه: تتفاعل الالكانات مع البروم والكلور في وجود الضوء أو الحراره كمصدر للطاقه لينتج بروميد أو كلوريد الالكيل على التوالي ,ويمكنتوضيح ذلك من خلال المثال التالي:C2H6+Cl2→C2H5Cl+2H2O+HCl في وجود الضوء والحراره نلاحظ انه خلال التفاعل كسرت الرابطه بين الكربون والهيدروجين في الايثان ورابطه بين الكلور في جزئ غاز الكلور بفعل الطاقه الضوئيه (ضوء الشمس)أو الحراره.وتكونت رابطه بين الكربون والكور ورابطه أخرى بين الكلور والهيدروجين.اي حدث تفاعل استبدال بين ذره هيدروجين في الالكان وذره كلور في جزئ الكلور ويمكن ان يستمرهذا التفاعل حتى تستبدل جميع ذرات الهيدروجين وتتكون العديد من النواتج ذات الاستعمالات المتعدده كما نرى ذلك عند دراسة تفاعلات الميثان (المصدر من كتاب كيمياء3 التعليم الثانوي (نظام المقررات)مسار العلوم الطبيعه إنتاج سنه 2009-2008)وزاره التربيه والتعليم المملكه العربيه السعوديه)افراح الثانويه الثانيه

التفاعلات

التكسير

التكسير هو تكسر الجزيئات الكبيرة إلى جزيئات أصغر. ويمكن أن يتم هذا إما بالحرارة أو باستخدام عامل حفاز. يتبع عملية التكسير الحراري آلية تماثل, أي 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 انقسام 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 باستمرار, أي أنه يكون لها نظام تجدد ذاتي. وتنتهى سلسلة التفاعل في آخر الأمر بإتحاد شق أو أيون.

مثال للتكسير ف ىالبيوتان CH3-CH2-CH2-CH3

• الاحتمال الأول)48 %) أن يحدث التكسر عند CH3-CH2 bond.

CH3* / *CH2-CH2-CH3

وبعد عدد معين من الخطوات, سيتم الحصول على ألكان وألكين.

CH4 + CH2=CH-CH3

• الاحتمال الثاني (38 %) أن يحدث التكسير عند CH2-CH2 bond.

CH3-CH2* / *CH2-CH3

وبعد عدد معين من الخطوات, سيتم الحصول على ألكان وألكين من عدة أنواع : CH3-CH3 + CH2=CH2

• الاحتمال 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 انفجار.

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. الانتشار (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 آخر. ويقوم هذا الجذر بخطة انتشار أخرى ويسبب استمرار تسلسل التفاعل. وفى حالة وجود زيادة في الكلور, فإنه من الممكن تكون نواتج أخرى مثل CH2Cl2.

3. خطوة الانتهاء: إعادة اتحاد جذرين حرين من الكلور.

• Cl* + Cl* → Cl2, أو
• CH3* + Cl* → CH3Cl, أو
• CH3* + CH3* → C2H6.

الاحتمال الأخير لخطوة الانتهاء يؤدى إلى عدم نقاء الخليط الناتج, ومن الواضح في هذا التفاعل أنه نوتجه لها سلسلة كربونية أكبر من المتفاعلات.

الاحتراق

R + O2 → CO2 + H2O + H2

الاحتراق 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

ألكينات

الخواص الصيغة العامة CnH2n

الألكين في الكيمياء العضوية هو هيدروكربون غير متشبع يحتوى على الأقل رابطة واحدة ثنائية بين ذرتي كربون. تكون الألكينات البسيطة التي تحتوى على رابطة واحدة مزدوجة سلسلة متجانسة, والألكينات لها المعادلة العامة CnH2n.

أبسط الألكينات هو الذي يعرف باسم "إثيلين" بينما الاسم الرسمية له طبقا للإتحاد الدولي للكيمياء والكيمياء التطبيقية (IUPAC) يسمي إثين. تسمى الألكينات أيضًا بالأوليفينات

تركيب الألكينات

شكل الألكينات

كما هو متوقع طبقا لهندسة الجزيء فإنه يحدث تنافر بين زوج الإلكترونات (شاهد "الرابطة التساهمية"), وبالتالى فإن الزاوية بين ذرتي الكربون في الرابطة المزدوجة ستكون 120°, وقد تصبح الزاوية أكبر طبقا للإجهاد الواقع من التفاعلات الغير ارتباطية التي تحدث من المجموعات المرتبطة بذرة الكربون. فمثلا الزاوية بين C-C-C في البروبين (البروبيلين) تبلغ 123.9123.9°. (شاهد أيضا: هندسة جزيئية)

الهندسة الجزيئية للرابطة المزدوجة بين ذرتي كربون

مثل الرابطة التساهمية الأحادية, فإنه يمكن وصف الرابطة المزدوجة بكيفية التداخل الحادث بين المدارات الذرية, فيما عدا أنه بعكس الرابطة الأحادية (والتي تتكون من رابطة سيجما واحدة), فإن الرابطة المزدوجة بين الكربون تتكون من رابطة سيجما ورابطة باي.

تستعمل كل ذرة كربون في الرابطة المزدوجة مداراتها sp2 المهجنة لتكون رابطة سيجما لثلاث ذرات أخرى. بينما المدارات الذرية 2p الغير مهجنة, والتي تقع عموديا على مستوى المتكون من محاور مدارات sp2 المهجنة, لتكوين رابطة باي.

ونظرا لأنه يتطلب كمية كبيرة من الطاقة لكسر الرابطة باي (264 كيلو جول لكل مول في الإثيلين), فإن الدوران حول الرابطة كربون-كربون المزدوجة صعب للغاية ومقيد بشدة.

شاهد أيضا: هندسة جزيئية

الخواص الفيزيائية

• تقريبا مثل الألكانات.
• تعتمد الحالة الفيزيائية على الكتلة الجزيئية.

الخواص الفيزيائية

الألكينات بصفة عامة مركبات ثابتة, ولكنها أنشط من الألكانات.

أ- الذوبان: لا تذوب الالكينات في الماء,ولكنها تذوب في المذيبات الغير قطبية, مثل : البنزين.

ب- الكثافة: الالكينات عموما لها كثافة اقل من كثافة الماء.

ج- درجة الغليان: تزداد درجة غليان الالكينات مع زيادة عدد ذرات الكربون والتشعب يقلل درجة الغليان.

قالب:مثلا درجة انصهار البروبين -185 بينما درجة غليانة-48. --Fareez99 (نقاش) 08:40، 1 مايو 2010 (ت ع م)فريز

التفاعلات

تصنيع الألكينات

1. أكثر الطرق الصناعية شيوعا لتصنيع الألكينات هي تكسير البترول.
2. يمكن تصنيع الألكينات من الكحولات خلاف تفاعلات النزع والتي يتم فيها نزع جزيء ماء من الجزيء:
   H3C-CH2-OH + H2SO4 → H3C-CH2-O-SO3H + H2O → H2C=CH2 + H2SO4.
3. التصنيع الحفزي للألكينات الكبيرة من النوع α-ألكين والتي يمكن الحصول عليها من تفاعل الإثيلين مع ثلاثي إثيل الألومنيوم, مركب عضوي فلزي في تواجد النيكل, أو الكوبالت, أو البلاتين.

تفاعلات الإضافة

إضافة حفزية للهيدروجين

الهدرجة الحفزية للألكينات تنتج الألكان المقابل. يتم التفاعل تحت الضغط في وجود عامل حفز فلزي. ومن الحفازات الصناعية الشائعة الاستخدام البلاتين, النيكل, البلاديوم, وذلك للاستخدام في المعامل. وغالبا ما يستخدم نيكل راني, وهو سبيكة من النيكا والألومنيوم.

المعادلة القادمة توضح هدرجة الإثيلين للحصول على الإيثان:

CH2=CH2 + H2 → CH3-CH3.

إضافة شغوفة بالإلكترونات

معظم تفاعلات الإضافة للألكينات تتبع آلية تشابه الإضافة الشغوفة بالإلكترونات.

• الهلجنة:إضافة البروم, أو الكلور في حالتهم العنصرية إلى الألكينات وينتج ثنائي برومو فيسينال، وثنائي كلورو ألكين, بالترتيب. وعملية نزع الكلور من محلول البروم في الماء هي طريقة تحليلية لاختيار وجود الألكين:
  CH2=CH2 + Br2 → BrCH2-CH2Br

وهذه هي آلية التفاعل:

ويسير التفاعل بسبب الكثافة الإلكترونية العالية الموجودة على الرابطة الثنائية والتي تسبب إرزاحة مؤقتة للإلكترونات في الرابطة B-B مما يسبب حث مؤقت ثنائى القطب. وهذا يجعل Br يقترب من الرابطة الثنائية الموجبة وعند ذلك يحدث هيدروهلجنة محبة للإلكترونات: إضافة حمض هيدروهاليد مثل HCl أو HBr للألكين وينتج الهالو ألكان المقابل..

CH3-CH=CH2 + HBr → CH3-CHBr- ولو أن ذرتي الكربون عند الرابطة الثنائية مرتبطتان لعدد مختلف من ذرات الهيدروجين, فإن الهالوجين يتجه لذرة الكربون التي بها عدد ذرات هيدروجين أقل (قاعدة ماركونيكوف).

وألية التفاعل:

• إضافة الكربين أو الكاربينويد ينتج البروبان الحلقي المقابل.
• 
  

الأكسدة

1. في وجود الأكسجين, تحترق الألكينات بلهب لامع لتنتج [[ثنائي أكسيد الكربون|ثاني أكسيد>O
   هذا التفاعل يمكن استخدامه لتحديد مكان الرابطة المزدوجة في الألكين.

البلمرة

بلمرة الألكينات تفاعل له أهمية اقتصادية, ونتيجة التفاعل هي البوليمرات ذات القيمة الصناعية الكبيرة, ومن نواتج عملية البلمرة اللدائن مثل البولي إثيلين, البولي بروبيلين. ويمكن أن تتم عمليات البلمرة بعدة طرق منها طريقة الجذر الحر, أو الطريقة الأيونية. (لمزيد من التفاصيل شاهد البلمرة).

تفاعل أوكسو

تتفاعل الألكينات مع مزيج من أحادي أكسيد الكربون والهيدروجين بوجود حفّاز للحصول على الألدهيدات.

تسمية الألكينات

تسمية IUPAC

لمعرفة الاسم الأصلي للألكينات, يتم تغير المقطع "ان" في الألكانات إلى المقطع "ين". فمثلا CH3-CH3 هو الإيثان, وعلى هذا فإن اسم CH2=CH2 سيكون إثين.

وبالنسبة للألكينات الأعلى حيث يوجد عديد من المتزامرات (isomers) وتتواجد في أماكن مختلفة من الرابطة المزدوجة فيتم إتباع النظام الآتي:

1. ترقيم أطول سلسلة كربونية بالطريقة التي تجعل الرابطة المزدوجة تأخذ أقل الأرقام.
2. تحديد موضع الرابطة المزدوجة بموضع ذرة الكربون الأولة فيها.
3. يتم تسمية التفرعات أو المستبدلات بطريقة مماثلة للألكانات.
4. يتم كتابة أرقام التفرعات, وتسمية المجوعات المستبدلة"مع مراعاة الترتيب الأبجدي للمستبدلات", تحديد رقم الرابطة المزدوجة, ثم تسمية السلسلة الرئيسية.

CH3CH2CH2CH2CH==CH2

1  2  3  4  5   6

1-هيكسين

      CH3

      |

CH3CH2CH2CH2CH==CH2

1  2  3  4  5   6

2-ميثيل-1-هيكسين

      CH3

      |

CH3CH2CH2CH2CH==CH2

1  2  3  4  |5   6

            CH2CH3

4-ايثيل 2-ميثيل-1-هيكسين

أسماء شائعة

بالرغم من أن تسمية IUPAC هي الأكثر دقة في تسمية الألكينات, إلا أنه توجد بعض الأسماء الشائعة الاستخدام مثل :

CH2="CH2" CH3CH="CH2" CH3C(CH3)="CH2" اسم IUPAC: إثين بروبين 2-ميثل بروبين الاسم الشائع: إثيلين بروبيلين أيزو بيوتيلين

ألكاينات

الألكاينات هي هيدروكربونات بها رابطة ثلاثية على الأقل بين ذرتي كربون. وتعرف الألكاينات أيضا باسم الأسيتيلينات, وذلك على الرغم من أن الأسيتيلين هو أيضا اسم أول مركبات هذه السلسة, وإن كان اسمه الرسمي إيثاين.

بناء الألكاينات

ذرات الكربون في رابطة الألكاينات تكون مهجنة تهجين sp وبها 2 أوربيتال p مدار sp مهجن واحد. تتداخل الأوربيتالات p لينتج من هذا رابطتان باي. بالإضافة إلى ذلك, يتداخل المداران sp لتكوين رابطة سيجما sp-sp, وبذلك يكون العدد النهائي للروابط يساوي 3. وهذا يجعل الزاوية بين H-C-C 180 في الأسيتيلين. ونظرا لأن عدد الإلكترونات التي تساهم في تكوين هذه الرابطة الثلاثية, فإنها تكون رابطة قوية وتبلغ 837 KJ/mole. وتساهم الرابطة سيجما بمقدار 39 KJ/mole, وتساهم الرابطة باي الأولى بمقدار 268 KJ/mole, والرابطة باي الثانية تكون ضعيفة وتبلغ طاقتها 202 KJ/mole. وطول الرابطة C-C يكون 1021 أنجستروم وهذا أقل بكثير من طول الرابطة في الألكينات والتي تبلغ 1034 أنجستروم, والألكانات وتبلغ 1053 أنجستروم.

تسمية الألكاينات

1- نختار أطول سلسلة متصلة تحوى الرابطة الثنائية، ويكتب اسم الألكين على حسب عدد ذرات الكربون في هذه السلسلة منتهياً بالمقطع (ين) أو (يلين) على أن يسبق الاسم رقم ذرة الكربون الموجودة في الرابطة الثنائية الأقل رقماً

2- يتم ترقيم السلسلة من الطرف القريب للرابطة الثنائية بغض النظر عن موقع المجموعات المتفرعة. ثم يتبع باقي النظام السابق في تسمية الألكانات

الخواص الفيزيائية

بعكس الألكانات والألكينات فإن الألكاينات تكون غير ثابتة ونشيطة للغاية. وهذا سبب زيادة الحرارة الخارجة من الأسيتيلين أثناء عمليات اللحام.

[عدل] أمثلة للألكاينات

أصغر الألكاينات هو الإيثاين (أسيتيلين)

 H-C=-CH

أطراف الألكاينات

أطراف الألكاينات بها ذرة هيدروجين واحدة كمستبدل ألفا. وهو أول عضو في جدولها homologe columm

الأسيتيليدات الفلزية

تتفاعل الألكاينات الطرفية مه القواعد القوية مثل الصوديوم, أميد الصوديوم, إن-بيوتيل ليثيوم, كاشف جرينيارد وينتج أنيون من الألكاين الطرفي واسيتيليد فلزي. الأسيتيلين حمضي إلى حد ما, وله pKa بقيمة (25(وهذه قيمة متوسطة بين الأمونيا (35) والإيثانول (16). وسبب هذه الحامضية هو أن الشحنة السالبة في الأسيتيليد تثبت كنتيجة لصفات المدار s المميزة في المدار sp والتي يشغلها زوج من الإلكترونات. الإلكترونات في المدار s تستفيد من الاقتراب النسبي للنواة الموجبة الشحنة وبالتالى يؤدى هذا إلى طاقة أقل.

تصنيع الألكاينات

تصنع الألكاينات بصفة عامة عن طريق نزع الماء المهلجن من الألكيل دايهاليد المتجاور, أو عن طريق تفاعل الأسيتيليدات الفلزية مع هاليد الألكيل الأساسي. وفى إعادة ترتيب فريتش-بوتينبرج-فايتشيل يتم تحضير الألكاين من بروميد الفينيل.

تفاعلات الألكاينات

الألكاينات تدخل في كثير من التفاعلات العضوية

• تفاعلات الإضافة المحبة للإلكترونات
  • إضافة الهيدروجين للألكينات أو الألكانات.
  • إضافة الهالوجين إلى هاليد الفينيل أو هاليد الألكيل.
  • إضافة هاليد الهيدروجين لهاليد الفينيل أو هاليد الألكيل المشابه.
  • إضافة الماء لمركب الكاربونيل (عن طريق وسيط الإينول).
• تفاعلات الإضافة الحلقية
  • تفاعل ديلز-ألدير مع 2-بيرون لإنتاج مركب أروماتي بعد تصاعد ثاني أكسيد الكربون.
  • إضافة هويزن 3,1-ثنائية القطبية الحلقية لإنتاج مركبات الترايازول.
  • تحلق بيرجمان للإيني دايأينات لإنتاج المركبات الأروماتية.
  • تجمع ألكاين ثلاثي لإنتاج لمركبات الأروماتية.
  • مزج الألكاينات في تحولات الألكاينات لإنتاج مركبات ألكاينية جديدة.
• تفاعلات الاستبدال المحبة للنواة لفلزات الأسيتيليدات.
  • تكون رابطة كربون-كربون جديدة مع هاليدات الألكيل.
• تفاعلات الإضافة المحبة للنواة ]] لفلزات الأسيتيليدات.
  • التفاعل مع مركبات الكربونيل لإنتاج مركبات وسيطة من الألكوكسيدٍ ثم ينتج الهيدروكسي ألكاين بعد الإزالة الحامضية.
• تفاعل الهيدرة بورونية للألكاينات مع بورون عضوي لإنتاج بورونات فينيلية
  • ثم اختزال عن طريق بيروكسيد الهيدروجين لإنتاج الألدهيد أو الكيتون المقابل.
• الانقسام التأكسدي بواسطة برمنجنات البوتاسيوم لإنتاج الأحماض الكربوكسيلية.

الدايينات

الداييناتهي هيدروكربونات تحتوى على رابطتين مزدوجتين. وتمثل الدايينات وسيط بين الألكينات والبوليينات.

رتب الدايينات

يمكن تقسيم الدايينات لثلاثة أقسام:

1. الدايينات الغير مترافقة والتي بها روابط ثنائية مفصولة برابطتين أو أكثر ن الروابط الأحادية.
2. الدايينات المترافقة والتي بها روابط ثنائية مترافقة مفصولة بروابط أحادية واحدة.
3. الديينات المتراكمة والتي لها روابط ثنائية تتشارك في ذرة كما في مجموعة المركبات تسمى الألينات.

كما أن الدايين المترافق يعتبر من المجموعات الفعالة في الكيمياء العضوية.

الدايينات المعروفة

أبسط الدايينات المترافقة هو 3,1-بيوتادايين. كما ان سيكلو بينتا دايين مثال أخر للدايينات.

التصنيع العضوي

الدايينات المترافقة يمكن أن تحضر كالآتي:

• تفاعلات إعادة الترتيب للدايينات الغير مترافقة بالحفز الحمضي.
• تفاعل ازدواج للفينيل هاليد في تزاوج فورتز.

تفاعلات الدايينات

الشكل 3,1 للرابطة المزدوجة الموجود في 3,1-بيوتادايين (الروابط الثنائية المترافقة) يجعل هذا النوع من الدايينات قادر على المشاركة في نوعيات أكثر من التفاعلات عن حالة الجزيئات التي بها ألكين مفرد كمجموعة فعالة. ومن التفاعلات الممكنة للدايينات تفاعل ديلز ألدر.

هي مجموعة كبيرة من المركبات العضوية يدخل في تركيبها عنصري الكربون والهيدروجين فقذ وتنقسم إلى فرعين أساسيين هما:

أ ـ هيدروكربونات اليفاتية:

وينقسم هذا النوع من المركبات إلى فرعين أساسيين 1 ـ هيدروكربونات مشبعة (بارافينات)

2 ـ هيدروكربونات غير مشبعة وتشمل أوليفينات (ألكينات) وأسيتلينات (ألكانيات)

ب ـ هيدروكربونات أروماتية (عطرية)

وهذه تكون عبارة عن حلقات غير مشبعة وكل حلقة تحتوي عادة على ست ذرات كربون، قد تكون حلقة واحدة مثل البنزين العطري ومشتقاته مثل التلوين والآنيلين.

أولاً: الهيدروكربونات المشبعة (البارافينات أو الألكانات) تتميز بالآتي:

أ ـ الروابط: وفيها ترتبط ذات الكربون ببعضها برابطة أحادية وهي أثبت الروابط.

2 ـ الصيغة العامة:[CnH2n+2].

3 ـ أول مركب في هذه السلسلة هو الميثان CH4.

4 ـ البارافينات خاملة كيميائياً إذا ما قورنت بغيرها من المركبات العضوية فهي خاملة تجاهالعوامل المختزلة والمؤكسدة العادية وكذلك القلويات والأحماض الهالوجينية.

5 ـ يعزى خمول البارافينات إلى صعوبة كسر الروابط التساهمية الموجودة بين الكربون والهيدروجين أو الكربون والكربون فكسر هذه الروابط يحتاج إلى ظروف خاصة مثل استخدام ضوء الشمس أو استخدام درجات الحرارة العالية.

6 ـ تتفاعل بالاستبدال.

ثانياً: الهيدروكربونات غير المشبعة:

1 ـ الأوليفينات (الألكينات)

وهي هيدروكربونات غير مشبعة تتميز بالخصائص الآتية:

1 ـ الروابط يحتوي على مركب فيها على رابطة ثنائية (مزدوجة) بين ذرتي الكربون وباقي الروابط بين ذرات الكربون فردية.

2 ـ الصيغة العامة[CnH2n].

3 ـ أول مركب في هذه السلسلة هو غاز الإيثيلين C2H4.

4 ـ الأوليفينات تتحد مع العوامل المختزلة والمؤكسدة والأحماض الهالوجينية والهالوجينات تحت الظروف العادية على عكس البارافينات فهي خامل كيميائياً.

5 ـ يعزى النشاط الكيميائي في الأوليفينات إلى وجود عدم تشبع ممثلاً في الرابطة المزدوجة ويسعى الجزيء إلى أن يصل إلى حالة التشبع باتحاده بالإضافة.

6 ـ من أهم خصائص التفاعلات في الأوليفينات أنها تتم بالإضافة وليست بالاستبدال كما هو الحال في البارافينات والإضافة هنا عبارة عن إضافة جزيء أي ذرتين.

2 ـ الأسيتيلينات (الألكانيات)

وهي هيدروكربونات غير مشبعة تتميز بالخصائص الآتية:

1 ـ الروابط يحتوي كل مركب فيها على رابطة ثلاثية بين ذرتي كربون وباقي الروابط بين الكربون فردية.

2 ـ الصيغة العامة CnH2n-2.

3 ـ أول مركب في هذه السلسلة هو غاز الأسيتليين C2H2.

4 ـ تتفاعل بالإضافة حيث تنفك الرابطة الثلاثية بين ذرتي الكربون، كما أنها تتأكسد وتتبلمر، ويمكنها أن تتفاعل بالاستبدال مع الفلزات بشرط أن تكون الرابطة الثلاثية في الجزيء طرفيه.

نوع المركب نوع الروابط التفاعل مع الهالوجينات البارافينات فردية تتفاعل فقط بالاستبدال ـ لأنها مشبعة الأوليفينات زوجية تتفاعل بالإضافة في الظروف العادية (غير مشبعة) الاستيلينات ثلاثية تتفاعل بالإضافة ـ كما تتفاعل بالاستبدال مع الفلزات

تشتمل التفاعلات العضوية التي تحدث بين روابط ذرات الكربون على ما يلي:

(1) تفاعلات استبدال (إحلال) Substitution Reactions في هذا النوع من التفاعلات تحل ذرة أو مجموعة ذرية محل ذرة أو مجموعة أخرى متصلة بذرة كربون كما يلي:

(2) تفاعلات الإضافة Addition Reactions وتشمل إضافة جزيء إلى آخر غير مشبع كما في المثال التالي:

(3) تفاعلات الحذف Elimination Reactions وفيها تحذف ذرتان أو مجموعتان من ذرتي كربون متجاورتين مثل انتزاع جزيء ماء من الإيثانول ليتكون الإيثين

.

بلّورة Crystal

إذا تمكنت ذرات مركب كيميائي معين من أن تنتظم لِتُكَوِّن ترتيباً ثابتاً، فإن هذا المركب يتحول من الحالة السائلة إلى الحالة الصلبة ويصبح المركب الصلب في الحالة البلورية Crystalline state. فالبلورة جسم صلب متجانس تحده أسطح مستوية تكونت بفعل عوامل طبيعية تحت ظروف مناسبة من الضغط والحرارة، والأسطح المستوية التي تحد البلورة هي الأوجه البلورية، وهي انعكاس للترتيب الذري الداخلي المنتظم لأية مادة متبلورة. وتوجد المواد المتبلورة في الطبيعة إما في حالة بلورات منفردة أو مجموعات بلورية crystalline aggregates

وبناءً على ما سبق يمكن تقسيم المركبات الهيدروكربونية كالتالي:

أنواع التفاعلات العضوية

ملخص للكربوهيدرات

الهيدروكربونات