الألكاينات (الأسيتيلينات): الإيثاين من كربيد الكالسيوم وتفاعلات الإضافة
درس الألكاينات (الأسيتيلينات): هيدروكربونات غير مشبعة بها رابطة ثلاثية. وفى صفحة الأسئلة تجد باقى أسئلة الدرس.
الألكاينات وصيغتها العامة
- هيدروكربونات أليفاتية غير مشبعة بها رابطة ثلاثية (C≡C) : رابطة سيجما ورابطتان باى.
- الصيغة العامة : CₙH₂ₙ₋₂ ، أول أفرادها الإيثاين (الأسيتيلين) C₂H₂ ثم البروباين C₃H₄
- الكتلة المولية لأى ألكاين = 14n − 2
- وجود رابطتين باى ضعيفتين يجعل الإيثاين أنشط من الإيثين والإيثان.
اعرض الحل
(أ) C₅H₈ ، (ب) C₆H₁₀ ، (د) C₅H₈ تتبع CₙH₂ₙ₋₂
(ج) النفثالين C₁₀H₈ لا يتبعها.
الإجابة (ج).
التسمية بنظام الأيوباك
- نختار أطول سلسلة تحتوى على الرابطة الثلاثية، ونرقم من الطرف الأقرب لها.
- نضع رقم الرابطة الثلاثية قبل اسم الألكاين (المقطع : اين)، والتفرعات بترتيب الحروف الإنجليزية.
- مثال : CH₃–CH₂–C≡C–CH₃ اسمه 2-بنتاين (وليس 3-بنتاين).
- ثنائى ميثيل أسيتيلين CH₃–C≡C–CH₃ هو 2-بيوتاين.
اعرض الحل
أطول سلسلة تضم الرابطة الثلاثية: CH₃–C≡C–CH(CH₃)–CH₂–CH₂–CH₃ (7 ذرات).
الرابطة عند الكربون 2 ومجموعة ميثيل عند الكربون 4 : 4-ميثيل-2-هبتاين.
الإجابة (د).
تحضير الإيثاين من كربيد الكالسيوم
- بالتحلل المائى لكربيد الكالسيوم (بإضافة الماء قطرة قطرة) :
- CaC₂ + 2H₂O → Ca(OH)₂ + C₂H₂
- والبروباين يُحضر بالمثل من كربيد الماغنسيوم Mg₂C₃
- يُجمع الإيثاين بإزاحة الماء لأنه شحيح الذوبان فيه.
اعرض الحل
الجهاز لتحضير الإيثاين (X) من كربيد الكالسيوم والماء.
C₂H₂ + 2H₂ → C₂H₆ (Y)
C₂H₂ + 2HBr → CH₃CHBr₂ (Z) : 1 ، 1-ثنائى بروموإيثان.
الإجابة (ج).
تحضير الإيثاين من الميثان (صناعيًا)
- بتسخين الميثان إلى 1500°C ثم التبريد السريع : 2CH₄ → C₂H₂ + 3H₂
- انتبه : تسخين الميثان إلى 1000°C بمعزل عن الهواء يعطى الكربون المجزأ (أسود الكربون) والهيدروجين.
- والميثان نفسه يُحضر بالتقطير الجاف لخلات الصوديوم مع الجير الصودى.
اعرض الحل
العملية (1) : 2CH₃COONa + 2NaOH → 2CH₄ + 2Na₂CO₃ (A = CH₄)
العملية (2) : 2CH₄ → C₂H₂ + 3H₂ (B = C₂H₂) وتتم عند 1500°C ثم تبريد سريع.
فالعبارة (د) خاطئة (1000°C بمعزل عن الهواء تعطى الكربون المجزأ).
الإجابة (د).
حلقات التحضير الثلاث (كربيد الكالسيوم ← الإيثاين ، الميثان ← الإيثاين ، الميثان + بخار الماء ← غاز الماء) تجتمع كثيرًا فى مخطط واحد :
اعرض الحل
(1) CaC₂ ، (2) C₂H₂ ، (3) CH₄ ، (4) CO
2CH₄ → C₂H₂ + 3H₂ ، CH₄ + H₂O → CO + 3H₂
كربيد الكالسيوم (1) لا يزيل لون البروم، فالعبارة (ج) خاطئة.
الإجابة (ج).
الاحتراق
- فى الهواء الجوى يحترق الإيثاين احتراقًا غير تام بلهب مدخن (كربون + CO₂ + بخار ماء).
- فى وفرة من الأكسجين يحترق احتراقًا تامًا : 2C₂H₂ + 5O₂ → 4CO₂ + 2H₂O
- لهب الأكسى أسيتيلين (حرارته حوالى 3000°C) يُستخدم فى لحام وقطع المعادن.
- مول الألكاين يعطى (n − 1) مول ماء ويحتاج (3n − 1)/2 مول أكسجين.
اعرض الحل
لهب الأكسى أسيتيلين (احتراق الإيثاين التام) يستخدم فى لحام وقطع المعادن.
الإجابة (أ).
الهدرجة والهلجنة
- الإضافة تتم على خطوتين لوجود رابطتين باى :
- C₂H₂ + H₂ → C₂H₄ ثم C₂H₄ + H₂ → C₂H₆ (فى وجود Ni)
- مع البروم المذاب فى CCl₄ : مول الألكاين يستهلك 2 mol من البروم فيتكون 1،1،2،2- رباعى بروموإيثان، ويزول لون البروم.
اعرض الحل
CH₃–C≡CH + 2X₂ → CH₃–CX₂–CHX₂
الناتج به 4 ذرات هالوچين ، 3 ذرات كربون ، 4 روابط C–H ومجموعة ميثيل واحدة فقط.
الإجابة (ب).
إضافة HX وقاعدة ماركونيكوف
- تتم أيضًا على خطوتين، وتتبع قاعدة ماركونيكوف فى كل خطوة.
- C₂H₂ + HBr → CH₂=CHBr (بروميد الڤاينيل) ثم CH₂=CHBr + HBr → CH₃–CHBr₂ (1،1- ثنائى بروموإيثان).
- C₂H₂ + HCl → CH₂=CHCl (كلوريد الڤاينيل) وهو مونومر PVC
- CH₃–C≡CH + 2HBr → CH₃–CBr₂–CH₃ (2،2- ثنائى بروموبروبان).
اعرض الحل
(2) يتفاعل مع HBr فهو ألكين : 1-بنتين H₂C=CH(CH₂)₂CH₃
(1) هو 1-بنتاين HC≡C(CH₂)₂CH₃
(3) طبقًا لماركونيكوف : 2-بروموبنتان CH₃CHBr(CH₂)₂CH₃
الإجابة (د).
الهيدرة الحفزية : من الإيثاين إلى الإيثانال
- إضافة الماء للإيثاين فى وجود H₂SO₄ (40%) و HgSO₄ عند 60°C يكون كحول ڤاينيل غير ثابت يتحول إلى الإيثانال :
- C₂H₂ + H₂O → CH₃CHO
- أكسدة الإيثانال بمحلول برمنجنات البوتاسيوم المحمض تعطى حمض الأسيتيك CH₃COOH
اعرض الحل
(١) (أ) المركب (A) : CH₃–CHI₂ (1 ، 1-ثنائى يودوإيثان).
(ب) المركب (B) : CH₃–CHO (الإيثانال).
(٢) (أ) الخطوة (1) : H₂SO₄ (40%) / HgSO₄ / 60°C
(ب) الخطوة (2) : محلول برمنجنات البوتاسيوم المحمض.
قبل الامتحان
- الألكاينات CₙH₂ₙ₋₂ ، والكتلة المولية 14n − 2
- التسمية من الطرف الأقرب للرابطة الثلاثية.
- CaC₂ + الماء ← الإيثاين ، Mg₂C₃ + الماء ← البروباين.
- الميثان عند 1500°C ثم تبريد سريع ← الإيثاين ، وعند 1000°C بمعزل عن الهواء ← أسود الكربون.
- الإضافة على خطوتين : المول يستهلك 2 mol من H₂ أو Br₂ أو HX.
- الهيدرة الحفزية (H₂SO₄ 40% + HgSO₄ عند 60°C) تعطى الإيثانال.