أوراق مراجعة وحدة الهيدروكربونات كيمياء الصف الثاني عشر المتقدم
الدرس الأول : مقدمة حول الهيدروكربونات
الفكرة الرئيسية :
الهيدروكربونات هي مركبات عضوية تحتوي على الكربون الذي يوفر مصدر للطاقة وللمواد الخام
الكيمياء في الحياة :
يعتبر الجازولين والديزل المستخدمان في السيارات والشاحنات والحافلات من الهيدروكربونات
المصطلح التعريف
الكيمياء العضوية هي فرع من الكيمياء الذي يهتم بدراسة المركبات التي تحتوي على عنصر الكربون
المركب العضوي هو المركب الذي يحتوي على عنصر الكربون باستثناء مركبات اكاسيد الكربون CO2 CO والكربونات داربست و البيكربونات HCO3 و الكربيدات (كربيد الكالسيوم CaC2)
الهيدروكربونات هي مركبات عضوية تحتوي فقط على عنصري الكربون والهيدروجين
النفط هو وقود أحفوري تكون من بقايا الكائنات الحية الدقيقة التي عاشت في المحيطات منذ ملايين السنين
الصيغة الجزيئية هي صيغة تبين نوع وعدد الذرات في المركب ولا تبين طريقة ارتباط الذرات مع بعضها البعض بروابط تساهمية
الصيغة البنائية هي صيغة تبين نوع وعدد الذرات في المركب كما انها تبين طريقة ترابط الذرات معا بروابط تساهمية
الرابطة التساهمية الأحادية هي رابطة تنشأ عن مشاركة كل من الذرتين بإلكترون واحد
الرابطة التساهمية الثنائية هي رابطة تنشأ عن مشاركة الذرات باثنين من أزواج الالكترونات
الرابطة التساهمية الثلاثية هي رابطة تنشأ عن مشاركة الذرات بثلاث من ازواج الالكترونات
الهيدروكربون المشبع هو مركبات هيدروكربونية تحتوي على روابط تساهمية احادية فقط
الهيدروكربون المشبع هو مركبات هيدروكربونية تحتوي على الأقل رابطة تساهمية ثنائية او ثلاثية بين ذرات الكربون
التقطير التجزيئي (التجزئة) هي عملية فصل النفط الي مكونات او اجزاء ابسط في برج التجزئة وتتضمن على النفط وجمع المكونات او الأجزاء أثناء تكثفها عند درجات حرارة مختلفة
التكسير هي عملية يتم فيها تحويل المشتقات الأثقل الى جازولين عن طريق كسر الجزيئات الكبيرة الى جزيئات أصغر وتتم في غياب الأكسجين وفي وجود حفاز
رقم الأوكتان هو رقم يعبر عن مدي كفاءة احتراق الوقود في الة الاحتراق الداخلي (يعطي تقييم لمقاومة خيط الوقود)
المركبات العضوية :
اطلق علماء الكيمياء على المركبات التي تنتجها الكائنات الحية اسم المركبات العضوية (مركبات الكربون )
بعد نظرية دالتون الذرية ادرك العلماء أن المركبات بما في ذلك المركبات التي تنتجها الكائنات الحية تتكون من ترتيبات الذرات و ارتباطها معا لتكوين ترتيبات معينة وتمكنوا من هذا تركيب العديد من المواد الجديدة والمفيدة
نظرية القوة الحيوية :
تمتلك الكائنات الحية قوة حيوية غامضة تمكنها من تركيب مركبات الكربون وهذا الاستنتاج تم التوصل اليه لأنهم لم يتمكنوا من تركيب المركبات العضوية بسبب طبيعتها الحيوية وهذا الاستنتاج غير صحيح
دحض النظرية الحيوية
دحض العالم فريدريك فرلر نظرية القوة الحيوية لأنه استطاع تحضير المركبات العضوية داخل المختبر
أول مرکب تم تحضيره في المختبر على يد العالم فولر هو : اليوريا ،
دفعت تجربة فولر بسلسلة من تجارب مماثلة قام بها علماء آخرون في اوروبا
روابط الكربون - الكربون المتعددة :
قام العلماء بعمل تجارب كيميائية عليالهيدروكربونات التي تم الحصول عليها من تسخين الدهون الحيوانية والزيوت النباتية ومنها كيفية تصنيف الهيدروكربونات باستخدام کاشف کیمیائي (البروم)
كيف يمكنك التمييز بين الهيدروكربون المشبع. والهيدروكربون الغير مشبع ؟
ج / بخلط كلا منهما بمحلول البروم ثم قياس كمية البروم التي تفاعلت مع الهيدروكربونات
فلو حدث تفاعل يكون الهيدروكربون غير مشبع (بطريقة مماثلة يكون المحلول المائي اغير المشبع له القدرة على اذابة مقدار اكبر من المذاب ) اما الهيدروكربونات التي لم تتفاعل مع البروم سميت بالهيدروكربونات المشبعة
فصل الهيدروكربونات :
طريقة تكوين النفط
تكون النفط من بقايا الكائنات الحية الدقيقة التي عاشت في المحيطات منذ ملايين السنين
بمرور الزمن كونت هذه البقايا طبقات سميكة من الرواسب تشبه الطين في قاع المحيط
تحول هذا الطين بفعل الحرارة المنبعثة من باطن الأرض والضغوط الهائلة للرواسب المغمورة الى القدر صخور غنية بالنفط والغاز الطبيعي
في أنواع معينة من التكوينات الجيولوجية يتسرب النفط من الصخر الزيتي ويتجمع في برك عميقة في القشرة الأرضية
طريقة تكوين الغاز الطبيعي
يتشكل في نفس الوقت وبنفس الطريقة التي تكون بها النفط
يكون متوافر عادة في مواضع تكون النفط
يتكون اساسا من غاز الميثان لكنه يحتوي أيضا على كميات صغيرة من الهيدروكربونات الأخرى التي اليها ذرتين الى اربعة ذرات کربون
التقطير التجزيئي (التجزئة ):
- يعرف النفط الخام في الزيت الخام لانه يحتوي على اكثر من الف من المركبات المختلفة
- النفط الخام ليس له استخدام عملي يذكر
- يتم فصل مكونات النفط الى مكونات او اجزاء ابسط من خلال عملية التقطير التجزيئي (التجزئة)
- يسخن النفط الخام داخل السخان فيتحول الى غازات تتحرك نحو برج التجزئة
- يتم على النفط اولا عند °400C ويتم التحكم فيها بحيث تبقى قريبة من هذه الدرجة ثم تقل درجة الحرارة تدريجيا كلما اتجهنا نحو الاعلى
- كلما تصاعد بخار الهيدروكربونات الى اعلى برج التجزئة تتكثف ويتم سحبها الى الخارج /
- تنخفض درجات حرارة التكثيف (درجة الغليان) بشكل عام بانخفاض الكتلة الجزيئية
- المكونات ذات درجة الغليان الاقل مثل الجازولين والمنتجات الغازية تكون في اعلى البرج (المناطق الأكثر برودة ) أما الزيوت والشحوم التي لها درجة غليان اعلى توجد بالقرب من اسفل البرج ويتم سحبها
- الكتلة الجزيئية للمركبات الهيدروكربونية تحدد مدى ارتفاعها داخل برج التجزئة
- بعد فصل مكونات النفط يصبح له أهمية وفائدة للانسان
- الأساس العلمي الذي يقوم عليه التقطير التجزیئي : فصل كل مكون حسب درجة غليانه (تكثفه)
- الجهاز المستخدم : برج التجزئة
التكسير
- نادرا ما ينتج التقطير كمية الجازولين المطلوبة ومع ذلك ينتج كميات من الزيوت الثقيلة اكثر من متطلبات السوق
- طور علماء كيمياء النفط و المهندسون عملية للمواءمة بين العرض والطلب وهي عملية التكسير
شروط التكسير :
تتم في غياب الأكسجین اور اور
تتم في وجود حفاز
اهمية التكسير:
- تكسير الجزيئات الهيدروكربونية الثقيلة الى جزيئات في نطاق الحجم المطلوب للجازولين
- ينتج مواد لصنع العديد من المنتجات المختلفة مثل المنتجات البلاستيكية والأشرطة والالياف الصناعية
تصنيف الجازولين
- الجازولين عبارة عن خليط من الهيدروكربونات تحتوي على روابط تساهمية احادية (الكانات
عدد ذرات الكربون في الجازولين يتراوح بين 5 -12 ذرة كربون
- تم تعديل الجازولين حديثا عما هو كان سائد قيما حيث انه تم اضافة مواد لتحسين أدائه في محركات السيارة الحديثة والحد من التلوث الناتج عن عوادم السيارات
- يكون الوقود (الجازولين) فعالا اذا اشتعل خليط الجازولين والهواء في اسطوانة محرك السيارة تماما في اللحظة المناسبة ويحترق بالتساوي
- تنخفض فعالية الوقود اذا تم الاشتعال في وقت في وقت مبكر جدا او متاخر جدا فسوف يتبدد الكثير من الطاقة وسوف يتلف المحرك قبل أوانه
- معظم الهيدروكربونات ذات السلاسل المستقيمة تحترق بشكل غير متساو وتميل الى الاشتعال بفعل الحرارة والضغط قبل أن يصل المكبس الى الموضع الصيح وقبل احتراق شمعة الاحتراق ويؤدي هذا الاحتراق المبكر الى تردد او ضوضاء تسمى الخبط.
هناك عوامل تحدد رقم الأوكتان الذي تحتاج اليه السيارة ومنها :
** مستوى ضغط المكبس على خليط الهواء والجازولین
** مستوى ارتفاع مكان قيادة السيارة
ملحوظة:
- خلال القرن التاسع عشر منذ دخلت الولايات المتحدة عصر الالة وازداد عدد سكانها زاد الطلب على المنتجات النفطية
- الكيروسين بشكل خاص للاضاءة ومواد تشحيم الآلات
- حفر ادوین دريك أول بئر للنفط في الولايات المتحدة في ولاية بنسلفانيا 1859
- خشي المستثمرون أن تكون صناعة النفط الى الزوال بعد اختراع ادیسون المصباح الكهربي الا ان اختراع السيارات 1890 انعش هذه الصناعة على نطاق واسع