شرح مركبات الكربون - كيمياء عضوية

استعرض الموضوع السابق استعرض الموضوع التالي اذهب الى الأسفل

29032015

مُساهمة 

. شرح مركبات الكربون - كيمياء عضوية




شرح  مركبات الكربون - كيمياء عضوية
مركبات الكربون
تاريخ الكربون-

تم اكتشاف الكربون في عصور ما قبل التاريخ وكان معروف عند القدماء الذين حصلوا عليه بحرق المواد العضوية بمعزل عن الأكسجين لتصنيع الفحم . و كلمة كربون ("كربو" تعني باللغة اللاتينية "فحم),
يوجد عنصر الكربون في الشمس والنجوم والمذنبات وفى غلاف معظم الكواكب ...كما يوجد في الغلاف الجوي للأرض وذلك باتحاده مع الأكسجين ليكوّن ثاني أكسيد الكربون وهو مركب له أهميته الحيوية في عملية البناء الضوئي التي يقوم بها النبات،  وعند إتحاده مع الهيدروجين فإنه ينتج العديد من المركبات المعروفة بالهيدروكربونات وهذه المركبات لها أهميتها كوقود عضوي .

لم يصنف الكربون كعنصر حتى عام 1789م عندما أعلن أنطوان لفوازييه Antoine Lavoisier في باريس بأن الكربون هو عنصر لافلزي قابل للتأكسد  وتكوين الحوامض .
يعتبر الكربون عنصر مميز لأسباب عديدة.:  له أشكال عديدة  مختلفة  مثل الغرافيت والماس.
كما أن لذرة الكربون قابلية كبيرة للترابط مع الذرات بالإضافة الى ذرات الكربون نفسها. أشكال الكربون في صوره النقية على هيئة جرافيت و ماس بالإضافة إلى الفوليرينات و التي تعد إحدى صور الكربون المكتشفة حديثاً.
المركبات العضوية

المركبات العضوية ( Organic chemistry ) فرع من الكيمياء يبحث في مركبات عنصر الكربون ( carbon ) التي تتواجد بنسب عالية في جسم الإنسان وفي القشرة الأرضية.  
يرجع الاهتمام بمركبات الكربون/ المركبات العضوية إلى عدة أسباب في الحقيقة منها :
1. كثرة مركبات الكربون , حيث يبلغ عدد مركبات الكربون المعروفة اليوم ما يقارب 3 مليون مركب , وهذا العدد أكبر من عدد مركبات العناصر الأخرى مجتمعة.

2. أهمية مركبات الكربون بالنسبة للإنسان، فمركبات الكربون تحتل مكانة مهمة في حياة بني البشر فالغذاء والسكن والملابس والأدوية والمنظفات والمبيدات الحشرية وأدوات التجميل معظمها من المركبات العضوية.

3. تميز المركبات العضوية بخصائص فيزيائية وكيميائية خاصة تتميز بها عن غيرها من مركبات العناصر الأخرى كما أن تفاعلات المركبات العضوية ذات جانب مميز إلى حد كبير فعلى سبيل المثال لوحظ أن التفاعل في الجزيء العضوي يحدث في جزءٍ معين داخل الجزيء بينما يبقى معظم الجزيء بعيداً عن التفاعل.


أهم أسباب كثرة مركبات الكربون-
1.  قدرة ذرات الكربون على الارتباط ببعضها بروابط قوية مكونة سلاسل جزئية مختلفة الأشكال والأحجام.
2. قدرة ذرات الكربون على الارتباط بذرات عناصر أخرى كالأكسجين والنيتروجين والهالوجينات وغيرها. 3. اختلاف طريقة ارتباط العناصر في الجزيئات العضوية , وهذا ما يعرف باسم ظاهرة التشكل .

مصادر المركبات العضوية-
قديماً كانت أعضاء الكائن الحي هي المصدر الأساسي لمركبات الكربون , ومن هنا جاءت كلمة (العضوية)، أما اليوم فإن النفط والفحم الحجري يعتبران من أهم مصادر المركبات العضوية.

عام 1828 للميلاد عندما كانت نظرية القوة الحيوية ( life force ) مسيطرة على الأذهان ولكن تلاشى هذا المفهوم بمجرد أن أوضح فرديريك فوهلر ( Friedrich Woehler ) أنه يمكن تحضير مركبات عضوية في المختبر وتمكن فعلاً من تحضير اليوريا من عملية تبخير ملح سيانات الامونيوم وهو ملح غير عضوي.

تتألف المركبات العضوية من عنصر الكربون كعنصر أساسي ولكن هناك العديد من العناصر الأخرى التي تدخل في تركيبها مثل الهيدروجين والأكسجين والنيتروجين والكبريت والفوسفور وغيرها من العناصر.

الأربطة مركبات الكربون-
ترتبط العناصر في المركبات العضوية بروابط تساهمية(كوفلنتية) وكل عنصر يرتبط بعدد من الروابط مساوٍ لتكافئه . فالأربطة الكوفلنتية هي أكثر الروابـط شيوعـاً في المركبات العضويـة وهي عبارة عن زوج من الالكترونات يربط بين ذرتين تكون نتيجـة مساهمــة كل من الذرتين بإلكترون واحــد من مستــوى التكافؤ. لقد تمت عملية تصنيف العائلات إعتماداً على ما يعرف باسم المجموعة الوظيفية.

المجموعة الوظيفية-
المجموعة الوظيفية عبارة عن جزء من المركب العضوي ( رابطة أو ذرة أو مجموعة ذرات ) . هذا الجزء يحدد الخواص الفيزيائية والكيميائية للمركب فهناك طائفة الهيدروكربونات والتي تصنف إلى ثلاث عوائل أصغر هي الالكانات والالكينات والالكاينات وغيرها...
الهيدروكربونات-

الهيدروكربونات هي المركبات العضوية التي تتألف من عنصري الكـربون والهيـدروجين فقـط . وهي في الحقيقة أبسط المركبات العضوية وأهمها لأنها تعتبر أساس المركبات العضوية كلها .
توجد الهيدروكربونات المشبعة بكثرة في الطبيعة، فهي توجد في البترول ومصادر أخرى. تحتوي المركبات الهيدروكربونية على عنصري الكربون والهيدروجين فقط وصيغة  السلسلة النظامية أو المتفرعة تكون ِCnH2n+2


إن عدد إلكترونات التكافؤ (إلكترونات مستوى الطاقة الرئيس الأخير) للكربون هو(4).

إن وجود أربع إلكترونات تكافؤ في ذرة الكربون يعني إمكانية أن تقوم ذرته بعمل أربع أربطة كيماوية.

جزيء الايثان يمثل على النحو الآتي:

إن عدد الروابط التي يمكن للكربون أن يجريها تمكنه من تكوين عدد كبير جداً من المركبات وهذا يفسر وجود عدد كبير جداً من المركبات العضوية في الطبيعة.
الهيدروكربونات غير المشبعة-
تطلق هذه التسمية (غير المشبعة) على الهيدروكربونات التي يوجد في جزيئاتها عدد من ذرات الهيدروجين أقل من العدد الذي يوجد في جزيئات الهيدروكربونات المشبعة التي تحتوي على نفس العدد من ذرات الكربون ، والصيغة العامة المجملة للهيروكربونات غير المشبعة السلسلية هيCnH2n، CnH2n-2.
ظاهـرة التآصـل-(אלוטרופיה)-
وجود العنصر في عدة صور مختلفة في الخواص الفيزيائية و متشابهة في الخواص الكيميائية يعرف بظاهرة التآصل .
ويتميز الكربون بهذه الظاهرة،  إذ يوجد منفرداً في الطبيعة في عدة صور منها ما هو بلّوري مثل الجرافيت والماس ومنها ما هو غير بلّوري مثل الفحم الحجري.

الصـور التـآصليـة للكـربـون

الصور التآصلية غير البلّورية :
توجد أنواع عديدة من الكربون غير النقي تنتج عن تفاعلات كيميائية مصحوبة بالحرارة ، تتجمع على هيئة كتل سوداء تُعرف بالفحم  و هناك أنواع مختلفة من الفحم مثل:
السناج : و يتكون عند التحليل الحراري لكثير من الهيدروكربونات الغازية ... و يستخدم هذا الفحم في صناعة حبر الطابعات .
الفحم الحجري : و يتكون نتيجة للضغط و درجة الحرارة الشديدين ، و اللذان يؤثران على بقايا النباتات المطمورة في باطن الأرض ... حيث تحدث هذه التغيرات بالتدريج و بمعزل عن الهواء ، و يستخدم الفحم الحجري كوقود حيث يتميز بأنه لا يولد دخاناً .

الفوليرينات-

هي جزيئات كبيرة تتكون من ذرات كربون مترابطة ثلاثياً تعطى شكل كريات لها بناء يماثل الجرافيت, ولكن بدلا من الشكل السداسي النقي, فإنها تحتوى على أشكال خماسية (و احتمال سباعية) من ذرات الكربون.
بدأ اكتشاف الفوليرين والأنابيب فائقة الدقة بالصدفة عام 1944 عندما لاحظ أوتوهان وجود سلاسل من الكربون أثناء إجرائه لتجارب كانت تستهدف تكوين ذرات ثقيلة من ذرات أخف عن طريق امتصاصها للنيوترونات .  
في الثمانينات من القرن العشرين بحث العلماء هارولد كروتوHarold Kroto ، روبرت كيرل Robert        Curl وريتشارد سمالي Richard Smalley مبنى الجزيئات الكربونية وتوصلوا الى صورة جديدة من صور الكربون.
يعتبر أكثر الفوليرينات شهرة هو الجزئ C60 ، حيث تترتب الـ 60 ذرة كربون بداخلها على رؤوس مجسم عشريني ناقص ... وشكل المجسم العشريني الناقص وهو نفس شكل كرة القدم. ويتميز بأنه جزيء ممغنط وغير قابل للاحتكاك.




أصغر جزيء فوليرينC20
أنتج العلماء في الولايات المتحدة وألمانيا أصغر جزيء فوليرين ممكن وهو C20 و هذا الجزيء ليس فيه أشكال سداسية بل يحتوي فقط على 12 شكلا خماسياً .
إستخدامات الفوليرين-
من الممكن أن يكون للفوليرينات دوراً في إنتاج الأجيال القادمة من زيوت التشحيم المخففة للاحتكاك كذلك صناعة الأدوية. كما يتوقع أن تلعب هذه الجزيئات دوراً في تصميم آلات رقائق النانو، وهي ما تمثل تكنولوجيا المستقبل.
نظائر الكربون :
للكربون نظيرين طبيعيين مستقرين هما كربون 12ويشكل 98.89% من مجموع الكربون في الطبيعة والنظير كربون13 والذي يشكل 1.11%
كما أن للكربون نظير غير مستقر يظهر في الطبيعة هو الكربون14 . كما ويوجد نظير آخر هو كربون15. في عام 1961 أعلن الاتحاد الدولي للكيمياء المجردة والتطبيقية (IUPAC) ، باعتبار النظير كربون12 كأساس لقياس الكتل الذرية.
نظير كربون14 له عمر نصف مقداره 5715 عام، وهو يستخدم بشكل كبير لقياس تحديد الزمن إشعاعياً للحفريات.
بعض الأرقام:

● يحتوي المحيط على حوالي 37 ألف مليار طن من الكربون اللاعضوي وعلى ألف مليار طن من الكربون العضوي.

● تحتوي النباتات الأرضيّة على 600 مليار طن من الكربون، منها 90% في الغابات.

● تخزن القشرة الأرضيّة أكثر من 20 مليون مليار طن من الكربون، بشكل صخور مشبعة بالكربون.


دورة الكربون في الطبيعة-
الطرق التي يسلكها الكربون في الطبيعة تسمى دورة الكربون. فمثلا, تسحب النباتات الكربون من الهواء في صورة ثنائي أكسيد الكربون وتستخدمه لبناء نفسها. وبعض هذه النباتات تؤكل عن طريق الحيوانات, التي يتنفس بعضها ويطلق ثاني أكسيد الكربون. ودورة الكربون معقدة وليست بسيطة كما قد يبدو في هذا المثال البسيط, فمثلا يذوب بعض ثاني أكسيد الكربون في المحيطات, كما ان النباتات والحيوانات الميتة يمكن أن تتحول إلى أحجار رسوبية. يشل الكربون (20%)تقريباَ من كتلة الماده الحيه حيث يوجد في أجسام الكائنات الحيه على شكل مركبات عضويه ويدخل الكربون في تركيب غاز ثاني اكسيد الكربون الذي تحتاجه النباتات في عملية البناء الضوئي لصنع غذائها وتبقى نسبه هذا الغاز في الجو ثابته تقريباَ وتصل إلى (30,0%)وذلك بسبب استهلاكه في عمليات حيويه مثل البناء الضوئي وانطلاقه في عمليات حيويه أخرى مثل التنفس والاحتراق. من المعروف ان نسبه ثاني اكسيد الكربون في الجو ارتفعت في السنوات الأخيره مما أدى إلى ارتفاع درجة حرارة الأرض.
                         

الرجوع الى أعلى الصفحة اذهب الى الأسفل

مُشاطرة هذه المقالة على: diggdeliciousredditstumbleuponslashdotyahoogooglelive

لا يوجد حالياً أي تعليق

استعرض الموضوع السابق استعرض الموضوع التالي الرجوع الى أعلى الصفحة


 
صلاحيات هذا المنتدى:
لاتستطيع الرد على المواضيع في هذا المنتدى