X
تبلیغات
شیمی شیرین

شیمی شیرین

تحقیقات شیمی

مقدمه

بعضی از ترکیبهای آلی ، فقط شامل دو عنصر هیدروژن  و کربن  می‌باشند و در نتیجه آنها راهیدرو کربن  می‌نامند. با تکیه بر ساختار ، هیدروکربنها را به دو گروه و طبقه اصلی یعنی آلیفاتیک و آروماتیک تقسیم می‌کنند. هیدروکربنهای آلیفاتیک خود به چند خانواده: آلکانها ، آکینها و همانندهای حلقوی آنها (سیکلوآلکانها و…) تقسیم می‌شوند.

متان ، ساده ترین عضو خانواده آلکانها

متان ، CH4 ، ساده ترین عضو خانواده آلکانها و همچنین یکی از ساده ترین ترکیبهای آلی است

 

 

 متان

هر یک از چهار اتم هیدروژن بوسیله  پیوند کووالانسی  ، یعنی با یک جفت الکترون  اشتراکی به اتم کربن متصل شده است. وقتی کربن به چهار اتم دیگر متصل باشد، اوربیتالهای پیوندی آن (اوربیتالهای sp3 که از اختلاط یک اوربیتال s و سه اوربیتال p تشکیل شده‌اند) ، به سوی گوشه‌های چهار وجهی جهت گیری کرده‌اند.

این آرایش چهار وجهی ، آرایشی است که به اوربیتالها اجازه می‌دهد تا سر حد امکان از یکدیگر فاصله بگیرند. برای اینکه همپوشانی این اوربیتالها با اوربیتال کروی اتم هیدروژن به گونه ای موثر صورت پذیرد و در نتیجه ، پیوند محکم‌تری تشکیل شود، هر هسته هیدروژن باید در یک گوشه این چهار وجهی قرار بگیرد.

ساختار چهار وجهی متان بوسیله پراش الکترونی که ارایش اتمی  را در این نوع مولکولهای ساده به روشنی نشان می‌دهد، تایید شده است. بعد شواهدی که شیمیدانها را خیلی پیش از پیدایش  مکانیک  کوانتومی  REDIRECT (نام صفحه) یا پراش الکترونی d ، به پذیرش این ساختار چهار وجهی رهنمون شد، بررسی خواهیم کرد.

ما به طور معمول ، متان را با یک خط کوتاه برای نمایش هر جفت الکترون مشترک بین کربن و هیدروژن نشان خواهیم داد. برای آنکه توجه خود را بر روی الکترونها بطور انفرادی متمرکز کنیم، گاهی ممکن است یک جفت الکترون را بوسیله یک جفت نقطه نشان دهیم. سرانجام ، وقتی بخواهیم شکل واقعی مولکول را نمایش دهیم، از فرمولهای سه بعدی استفاده می‌کنیم.

خواص فیزیکی متان

واحد ساختار این ترکیب غیر یونی ، مولکول است، چه جامد باشد، چه مایع و چه گاز. به علت اینکه مولکول متان بسیار متقارن است، قطبیتهای انفرادی پیوندهای کربن – هیدروژن ، یکدیگر را خنثی می‌کنند، در نتیجه کل مولکول غیر قطبی است. نیروهای جاذبه موجود میان این مولکولها غیر قطبی، به نیروهای واندروالسی محدود می‌شوند؛

این نیروهای جاذبه ، در مورد این مولکولهای کوچک ، باید در مقایه با نیروهای قدرتمند موجود بین مثلا یونهای سدیم و کلرید ضعیف باشند. بنابراین ، از اینکه به آسانی می‌توان بوسیله انرژی گرمایی ، بر این نیروهای جاذبه فایق آمد، بطوری‌که ذوب شدن و جوشیدن در دمای پایین صورت بگیرد، تعجب نخواهیم کرد: دمای ذوب در 183- درجه سانتی‌گراد و دمای جوش در 161,5- درجه سانتی‌گراد قرار دارد. (این مقادیر را با مقادیر مربوط در مورد سدیم کلرید: یعنی دمای ذوب 801 درجه سانتی‌گراد و دمای جوش 1413درجه سانتی‌گراد مقایسه کنید.) در نتیجه ، متان در دماهای معمولی یک گاز است.

متان ، بی‌رنگ است و وقتی مایع شود، سبکتر ازاب است (چگالی نسبی آن 0,4 است). موافق با قاعده تجربی که می‌گوید: «هم‌جنس در هم‌جنس حل می‌شود» ، متان فقط کمی در آب انحلال -پذیر است، ولی در مایعات آلی مانند بنزین ،اتر والکل بسیار حل می‌شود. از نظر خواص فیزیکی ، متان الگویی برای سایر اعضا خانواده آلکانهاست

منبع تولید متان

متان ، فرآورده پایانی تجزیه غیر هوازی (بدون هوا) گیاهان ، یعنی شکستن بعضی از مولکولهای بسیار پیچیده است. همچنین یکی از اجزاء اصلی (بیش از 97%)گاز طبیعی  است. متان همان گاز قابل احتراق و منفجر شونده معادن زغال سنگ است و می‌توان خروج حبابهای آن را به عنوان گاز مرداب در سطح مردابها مشاهده کرد. اگر متان بسیار خالص لازم داشته باشیم، می‌توان آن را بوسیلهتقطیر جز‌‌ء به جزء  از سایر اجزاء تشکیل دهنده گاز طبیعی (که بیشتر آلکانها هستند) جدا کرد.

البته بیشتر گاز طبیعی ، بدون خالص سازی ، به عنوان سوخت مصرف می‌شود

 

ساختار اتان

از نظر اندازه C2H6 بعد از متان قرار می‌گیرد. اگر اتمهای این مولکول را با رعایت قاعده ای که می‌گوید برای هیدروژن یک پیوند (یک جفت الکترون) و برای کربن ، چهار پیوند (چهاز جفت الکترون) ، بوسیله پیوندهای کووالانسی به یکدیگر متصل کنیم، به ساختار زیر دست می‌یابیم: CH3-CH3.

هر کربن به سه هیدروژن و یک کربن دیگر متصل است و چون هر اتم به چهار اتم دیگر متصل است، اوربیتالهای پیوندی ان (اوربیتالهای sp3) بهسوی گوشه‌های چهار وجهی جهت گرفته‌اند. در اینجا نیز مانند مورد متان ، پیوندهای کربن- هیدروژن از همپوشانی این اوربیتالهای sp3 با اوربیتالهای s هیدروژنها بوجود آمده‌اند. پیوند کربن- کربن از همپوشانی دو اوربیتال sp3 نتیجه شده است.

توزیع الکترونها در پیوندهای کربن- هیدروژن و کربن- کربن بطور کلی یکسان است، یعنی در حول خط متصل‌کننده هسته ها
به هم ، حالتی استوانه‌ای و متقارن دارد: این پیوندها را به علت شکل مشابهی که دارند،پیوندσ (پیوند سنگما) می‌نامند.
بنابراین ، زوایای پیوندی و طول پیوندهای کربن- هیدروژن باید خیلی شبیه به متان ، یعنی به ترتیب در حدود 109,5درجه و 1,1 آنگستروم باشند.

پراش الکترونی و بررسی‌های طیف‌بینی از هر نظر این ساختار را تایید کرده و برای مولکول اتان این اندازه‌ها را بدست داده‌اند. زوایای پیوندی 109,5 ، طول 1,1 برای C-H ، طول 1,53 برای C-C . بررسیهای مشابه نشان داده‌اند که این مقادیر ، با کمی انحراف ، از ویژگیهلی اختصاصی پیوندهای کربن- هیدروژن و کربن- کربن و زوایای پیوندی در آلکانها بشمار می‌روند.                                                           

صنعت آلکانها

منبع صنعتی آلکانها ،نفت وگاز طبیعی همراه آن است. ترکیبهای آلی پیچیده که روزگاری سیستمهای زنده گیاهان و جانوران را تشکیل می‌دادند، در اثر فضارهای زمین شناختی ، طی میلیونها سال ، به مخلوطی از آلکانها که از نظر اندازه ، شامل یک کربن تا 30 تا 40 کربن هستند، تبدیل شده‌اند. سیکلوآلکانها نیز که در صنعت نفت به نفتنها شهرت دارند و به ویژه در نفت کالیفرنیا فراوان یافت می‌شوند، همراه با آلکانها بوجود آمده‌اند.

سوخت فسیلی دیگر ، یعنی زغال سنگ ، منبع بالقوه دیگر آلکانهاست. روشهایی برای تبدیل زغال سنگ از راه هیدروژن

+ نوشته شده در  سه شنبه هشتم فروردین 1391ساعت 13:21  توسط الهه چایچی و سحر رسولی  | 

جامدات مولکولی و کوالانسی ونیرو های بین مولکولی

جامدات مولکولی زیر گروه جامدات بلورین می باشند و شبکه بلور این جامدات از مولکول  تشکیل شده است

نیرو های بین مولکولی که مولکول ها را در شبکه بلور کنار هم نگه می دارند  در مولکول های قطبی لاندن و دو قطبی _دو قطبی و در مولکول ها ی غیر قطبی فقط لاندن هستند بدیهی است که این نیرو ها چندان قوی نیستند و پایین بودن نقاط ذوب و جوش و هم چنین نرم بودن جامدات مولکولی ناشی از ضعیف بودن این نیرو ها است. به طور کلی مواد کوالانسی مایع رسانای الکتریسیته نیستند جامدات مولکولی از مولکول های قطبی یا غیر قطبی تشکیل شده اند مولکول های قطبی به طور یکسانی به سوی دو قطب میدان الکتریکی جذب می شوند ولی برخی مولکول های قطبی مانند HCl در اثر ترکیب با آّب به میزان کمی تفکیک شده ویون های با غلضت کم تولید می کند این مواد خاص در این حالترسانایی ضعیفی دارند   نیرو های دوقطبی_ دو قطبی بین مولکول ها ی قطبی دیده می شوند این مولکول ها دارای دو قطبی ها ی دائمی هستند و تمایل به قرار گرفتن در راستای میدان الکتریکی دارند پایدار ترین حالت زمانی است که قطب مثبت یک مولکول تا حد امکان به قطب منفی مولکول مجاور نزدیک باشد. در این شرایط  بین مولکول ها ی مجاور یک نیروی جاذبه الکترواستاتیکی به نام نیروی دوقطبی _دو قطبی به وجود می آید                                                                                                   انرژی لازم برای شکستن یک مول پیوند هیدروژنی از حدود 1 تا 10 کیلو کالری متغیر است پیوندهای هیدروژنی نقش موثری در ساختار مواد مهم بیولوژیکی شامل پیوند های N_H و O_H وتعیین خواص آن ها دارد .شکل هندسی پروتئین ها و اسید ها ی نوکلوئیک که مولکول های آلی دارای زنجیر بلند هستند با پیوند هیدروژنی میان گروه های N_H یک زنجیر و گروه C=O زنجیر مجاور تثبیت می شود که در ربایش فضای بین مولکولی اتم ها ی هیدروژن نیرو واندر والسی به طور چشم گیری افزایش می یابد . درنیروی لاندن اثر دو قطبی های لحظه ای در طول زمان بسیار کوتاه یکدیگر را حذف می کنند به صورتی که مولکول غیر قطبی فاقد  دو قطبی دائمی می شود                                                                                                                                                                                                                                 با تشکر از دبیر محترم:خانم بال افکن

+ نوشته شده در  یکشنبه ششم فروردین 1391ساعت 12:26  توسط الهه چایچی و سحر رسولی  | 

الماس و گرافیت

الماس ساختار چهار وجهی منتظمی دارد و با چهار پیوند کوالانسی به چهار اتم کربن متصل شده است.رسانایی گرمایی خوبی دارد و عدم رسانایی الکتریکی است.          گرافیت ساختار لایه ای دارد به طوری که در هر لایه هر اتم کربن با سه پیوند کوالانسی و با آرایش سه ضلعی مسطح به سه اتم کربن متصل شده است از اتصال شش اتم کربن به یکدیگر حلقه های شش ضلعی ایجاد می شود  که در دو بعد گسترش می یابند بنابراین هر لایه را می توان یک مولکول غول آسای ورقه ای در نظر گرفت .در گرافیت لایه ها به کمک نیروی بین مولکولی واندروالسی روی هم قرار می گیرد  بنابر این گرافیت  در امتداد لایه های خود جامد کوالانسی و در امتدادعمود بر لایه ها جامد مولکولی است در گرافیت نیروی بین لایه ها ضعیف بوده و یکی از الکترون های لایه ظرفیت (والانس) هر اتم کربن آزاد هستندو گرافیت رسانای الکتریکی خوبی است                                                                                                  با تشکر از دبیر محترم:خانم بال افکن

+ نوشته شده در  یکشنبه ششم فروردین 1391ساعت 11:35  توسط الهه چایچی و سحر رسولی  | 

قطبی وغیر قطبی

با توجه به تفاوت الکترونگاتیوی میان دو اتم می توان نوع پیوند را تشخیص داد اگر تفاوت الکترونگاتیوی میان دو اتم بین 0 تا 0.4 باشد پیوند کوالانسی نا قطبی تشکیل میشود . اگر تفاوت الکترونگاتیوی بین 0.4 تا 1.7 باشد پیوند کوالانسی قطبی تشکیل می شود .اگر تفاوت الکترونگاتیوی بیش از  1.7 باشد پیوند یونی تشکیل می شود .   

باید توجه داشت که در مولکول های دو اتمی نوع پیوند هر گونه باشدنوع مولکول نیز آنگونه است .                                                                                            

می دانیم که در مولکول های قطبی یک طرف مولکول مثبت تر و طرف دیگر منفی تر است که قطبی بودن را می توان به وسیله گذاشتن فلش بر روی پیوند ها نشان داد  پیکان فلش (جهت فلش) به سمت اتمی است که غلضت بار منفی در آن بیشتر است .                                                                                         

گشتاور دو قطبی یک مولکول =بار * فاصله (فاصله بین بار ها بر حسب متر می باشد)             

اگر گشتاور دو قطبی مولکولی صفر باشد آن مولکول غیر قطبی است در غیر این صورت مولکول قطبی می باشد.                                                                      به طور کلی باید توجه کرد که اگر ترکیبی دارای پیوند قطبی باشد لزوما آن مولکول نیز قطبی نیست (البته به جز مولکول های دو اتمی) به عنوان مثال کربن تترا کلرید که در این ترکیب بار های جزئی منفی به طور متقارن توزیع شده انددر نتیجه  مولکول غیر قطبی بوده و گشتاور دو قطبی آن صفر است پس کربن تترا کلرید یک مولکول غیر قطبی با پیوند های  قطبی می باشد BF3 نیز یک مولکول غیر قطبی با پیوند های قطبی می باشد .                                                                    

مولکول آمونیاک دارای گشتاور دو قطبی بزرگتر از صفر است و در ساختار لوئیس این مولکول اتم مرکزی نیتروژن دارای جفت الکترون آزاد است پس این مولکول قطبی می باشد.                                                                                                                     با تشکر از دبیر محترم:خانم بال افکن

+ نوشته شده در  یکشنبه ششم فروردین 1391ساعت 11:10  توسط الهه چایچی و سحر رسولی  | 

الکترونگاتیوی

به تمایل نسبی یک اتم برای جذب جفت الکترون های اشتراکی الکترونگاتیوی گفته میشود . الکترونگاتیوی عنصر ها با یک روند تناوبی تغییر می کند . مقادیر الکترونگاتیوی در یک گروه از بالا به پایین کاهش ودر یک دوره از چپ به راست افزایش می یابد.کمترین الکترونگاتیوی به سزیم(0.7) نسبت داده شده است زیرا در گوشه ی پایین و سمت چپ قرار دارد وبیشترین الکترونگاتیوی (صرف نظر از گاز های نجیب ) به فلور(4) نسبت داده شده است زیرا در گوشه ی بالا و سمت راست قرار دارد                                                                                          

عناصر الکترونگاتیوی قوی عبارت اند از فلور(F) اکسیژن (O) نیتروژن (N)                                 

                       با تشکر از دبیر محترم:خانم بال افکن

+ نوشته شده در  شنبه پنجم فروردین 1391ساعت 11:51  توسط الهه چایچی و سحر رسولی  | 

نمک های متبلور

نمک های متبلور قرن هاست که شناخته شده اند برای نمونه سدیم سولفات دکا هیدرات(نمک گلوبر) ترکیبی است که یک کیمیاگر به نام جان گلوبر برای نخستین بار در قرن هفدهم از آب چشمه های مجارستان به دست آورد . در همان زمان منیزیم سولفات هپتا هیدرات (نمک اسپوم ) را از چشمه های آب معدنی اسپوم واقع در کشور انگلستان به دست آورد . روزگاری از نمک گلوبر و نمک اسپوم به عنوان ملین استفاده می شد . برخی از نمک های متبلور به ویژه سدیم کربنات دکا هیدرات ، آهن(2) سولفات هپتا هیدرات هنگامی که در برابر هوای خشک قرار می گیرند تمام یا بخشی از آب خود را از دست میدهند که این فرایند شکفتگی نام دارد که موجب می شود بلور شیشه مانند نمک متبلور خرد شده و به گرد بی شکل تبدیل گردد . اغلب آّبزایی از نمکها با تغییر رنگ همراه است . اغلب یک بلور متبلور با نمک خشک آن کاملا متفاوت است . برای نمونه بلور سدیم اورات مونو هیدرات تیز و سوزنی استودر مفاصل انسان (به ویژه شست پا) رسوب کرده و بیماری نقرس را به وجود می آورد در حالی که بلور سدیم اورات خشک تقریبا کروی شکل است ترکیب های مولکولی نیز مانند ترکیب های یونی متبلور می شوند در ترکیب های مولکولی آب پوشیده (متبلور) که درون گیر نام دارند یک مولکول مانند (متان یا CHCl3 ) درون قفسی از مولکول هاه آب به دام می افتد . یکی از معروفترین مولکول های متبلور ، کلر متبلور است که ترکیب تقریبی آن Cl2 7H2O است که کلر متبلور در اثر دمیدن گاز کلر درون محلول کلسیم کلرید در دمای صفر درجه ی سانتی گراد تشکیل می شود اگر دما افزایش یابد گاز مرگبار کلر آزاد شده وموجب مرگ می گردد .                                                                                                              باتشکر از دبیر محترم:خانم بال افکن
+ نوشته شده در  شنبه پنجم فروردین 1391ساعت 11:21  توسط الهه چایچی و سحر رسولی  |