تفاعلات الألكانات

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 إنتقال 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 ف ىالبيوتان 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 [/b)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

[b]الإحتمال الثالث (14 %) تكسر الرابطة C-H
وبعد عدد معين من الخطوات, سيتم الحصول على ألكين وغاز هيدروكربوني: CH2=CH-CH2-CH3 + H2


تفاعلات الهلجنةR + 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.


الإحتراقR + 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


تفاعل طارد للحرارة: فى الكيمياء, التفاعل الناشر للحرارة هو التفاعل الذى تنطلق حرارة منه. وهو معاكس للتفاعل الماص للحرارة. ويتم التعبير عنه بالشكل الآتي:

المتفاعلات ← النواتج + طاقة.

وعند استخدام مسعر, فإن التغير في الطاقة في المسعر يساوى عكس التغير الحادث في الحرارة للنظام. وهذا يعنى أن التفاعل يكون ناشراً للحرارة عندما يسبب التفاعل الحادث زيادة حرارة الوسط الذي يتم به.

في أي تفاعل ناشر للحرارة تكون الطاقة النهائية التي تُمتص لتكسير الروابط أقل من الطاقة الكلية التي تنطلق عند تكون روابط جديدة.

ويصعب للغاية قياس أو حساب كمية الطاقة المطلقة لتفاعل كيميائي ولكن يمكن حساب كل من الإنثالبي, ΔH, لأى تفاعل كيميائي. ويعتبر مسعر الانفجار وسطا مناسبا لقياس التغير في الطاقة, ΔH, لتفاعل احتراق. وتتناسب قيم ΔH, المحسوبة والمقاسة لطاقة الرابطة كالتالي:

ΔH = الطاقة المستخدمة في تفاعلات كسر الروابط – الطاقة المنطلقة لعمل الروابط في النواتج.

ولأى تفاعل ناشر للحرارة, تكون قيم ΔH سالبة:

2H2(g) + O2(g) → 2 H2O(g

ΔH = −83.6 kJ/mol of O2


أمثلة للتفاعلات الناشرة للحرارة
1-الاحتراق (هو تفاعل كيميائي بين مادتين ينتج عنه حرارة و انبعاثات و يصحبه لهب، و غالبا ما يكون أحد المادتين هو الأكسجين.
وتحدث عملية الاحتراق عادة برفع درجة حرارة مادة إلى درجة الاشتعل في وجود كمية وافرة من الأكسجين أو الهواء فتحترق المادة احتراق تام ، وتنطلق كمية من الطاقة الحرارية تعتمد عل كمية المادة المحترقة وتسمة حرارة الاحتراق.
ويمكن تعريفها بأنها : كمية الحرارة المنطلقة عند احتراق مول واحد من المادة في وجود كمية وافرة من الاوكسجين او الهواء الجوي عند الظروف القياسية.)

2-التعادل ( هو تفاعل الحمض مع القلوى ليعطى ملح +ماء مثل تفاعل حمض الهيدروكلوريك مع هيروكسيد الصوديوم ليعطى ملح الطعام (كلوريد الصوديوم )+ماء طبقا للمعادلة NAOH +HCL=NACL+H2O)
3-إضافة الماء للأحماض المركزة.