الدرس 1 – الهيدروكربونات ومشتقاتها الكيميائية – شرح · 1 / 16
المصطلحات العلمية
المصطلحات العلمية
وجه المقارنة
الفكرة الأساسية
مثال
كلمات مفتاحية
نظرية القوى الحيوية (Vital Force Theory)
نظرية افترضها العالم برزيليوس تنص على أن المركبات العضوية تتكون فقط داخل خلايا الكائنات الحية بفعل قوى حيوية غامضة ولا يمكن تحضيرها معملياً
وقد حطمها العالم فوهلر عام 1828
—
افترضهاالعالمبرزيليوسالمركبات
الأيزوميرزم / المشابهة الجزيئية (Isomerism)
ظاهرة وجود عدة مركبات عضوية تشترك في صيغة جزيئية واحدة
ولكنها تختلف عن بعضها في صيغتها البنائية والخواص الفيزيائية والكيميائية
—
ظاهرةوجودمركباتعضوية
السلسلة المتجانسة (Homologous Series)
مجموعة من المركبات العضوية يجمعها قانون جزيئي عام واحد
وتشترك في الخواص الكيميائية وتتدرج في الخواص الفيزيائية
وكل مركب يزيد عن سابقه بمجموعة ميثيلين (-CH2-)
—
مجموعةالمركباتالعضويةيجمعها
قاعدة ماركونيكوف (Markovnikov’s Rule)
هاليد الهيدروجين H-X) إلى ألكين غير متماثل
فإن الشق الموجب (الهيدروجين H+) يضاف إلى ذرة كربون الرابطة المزدوجة الحاملة للعدد الأكبر من ذرات الهيدروجين
بينما يضاف الشق السالب (X-) إلى ذرة الكربون الحاملة للعدد الأقل
إضافةكاشفمتماثلهاليد
تفاعل باير (Baeyer’s Test)
إيثيلين جليكول مانع تجمد الماء)
ويستخدم ككشف هام عن عدم التشبع
أكسدةالألكينبإمرارمحلول
البلمرة (Polymerization)
تجمع عدد كبير جداً من الجزيئات البسيطة غير المشبعة المتماثلة (المونومر من 100 إلى مليون) لتكوين جزيء عملاق ذي كتلة مولية هائلة (البوليمر) إما بالإضافة أو بالتكاثف
—
تجمعكبيرالجزيئاتالبسيطة
الدرس 1 – الهيدروكربونات ومشتقاتها الكيميائية – شرح · 2 / 16
القوانين والعلاقات
القوانين والعلاقات
شكل 1: رسم توضيحي — النقطة 1: القوانين والعلاقات تعرض الصورة القوانين العامة للهيدروكربونات الأليفاتية المفتوحة، فصيغة الألكانات CnH2n+2 والألكينات CnH2n والألكاينات CnH2n-2، حيث n عدد ذرات الكربون. كما تذكر معادلة فوهلر لتحضير اليوريا من مادتين غير عضويتين، وهي بداية الكيمياء العضوية الحديثة.
وجه المقارنة
الفكرة الأساسية
مثال
كلمات مفتاحية
القوانين العامة للهيدروكربونات الأليفاتية المفتوحة
[ الصيغة الفيزيائية والرياضية: NH4CNO (سيانات الأمونيوم) —(Δ)–>
CO(NH2)2 (اليوريا) ] تحضير مركب عضوي بتسخين محلول مائي لمركبين غير عضويين (كلوريد أمونيوم + سيانات الفضة)
—
الصيغةالفيزيائيةوالرياضيةNH4CNO
معادلة ماركونيكوف
[ الصيغة الفيزيائية والرياضية:
CH3-CH=CH2 + H-Br —-
> CH3-CH(Br)-CH3 (2-بروموبروبان فقط) ] لا يتكون 1-بروموبروبان إطلاقاً لأن إضافة الهيدروجين لذرة الكربون الأكثر هيدروجيناً تعطي الكاتيون الكربوني الأكثر استقراراً.
—
الصيغةالفيزيائيةوالرياضيةبروموبروبان
الدرس 1 – الهيدروكربونات ومشتقاتها الكيميائية – شرح · 3 / 16
نشأة الكيمياء العضوية وتجربة فوهلر والتشكل الجزيئي (الأيزوميرزم)
نشأة الكيمياء العضوية وتجربة فوهلر والتشكل الجزيئي (الأيزوميرزم)
قسم العالم برزيليوس عام 1806 المركبات إلى مركبات عضوية مستخلصة من أصل نباتي أو حيواني، وغير عضوية من مصادر معدنية في باطن الأرض، ووضع نظرية القوى الحيوية.
وفي عام 1828 وجه العالم الألماني فريدريك فوهلر ضربة قاضية لهذه النظرية عندما نجح في تحضير مركب (اليوريا أو البولينا) – وهو مركب عضوي يتكون في بول الثدييات – في المعمل بتسخين محلول مائي يحتوي على كلوريد الأمونيوم NH4Cl وسيانات الفضة AgCNO لتكوين سيانات الأمونيوم NH4CNO غير المستقرة التي أعادت ترتيب ذراتها بالحرارة لتكون اليوريا CO(NH2)2.
ترتب على تجربة فوهلر انطلاق ثورة هائلة في علم الكيمياء؛
حيث أصبح تعريف المادة العضوية يعتمد على تركيبها البنائي ووجود عنصر الكربون، وليس على مصدرها الحيوي، وتجاوز عدد المركبات العضوية اليوم أكثر من عشرة ملايين مركب، بينما المركبات غير العضوية لا تتعدى نصف مليون مركب (بنسبة تزيد عن 20 إلى 1).
سبب وفرة المركبات العضوية يرجع إلى قدرة ذرات الكربون الرباعية التكافؤ على الارتباط مع نفسها ومع غيرها بروابط تساهمية أحادية أو ثنائية أو ثلاثية، وتكوين سلاسل مستمرة وسلاسل متفرعة وحلقات متجانسة وغير متجانسة.
ظاهرة الأيزوميرزم (المشابهة الجزيئية) اشتراك مركبين أو أكثر في صيغة جزيئية واحدة مع اختلافهما في الصيغة البنائية.
أشهر مثال مقرر هو الصيغة الجزيئية C2H6O التي تمثل مركبين مختلفين كلياً: (1) كحول إيثيلي (إيثانول CH3CH2OH): سائل يتفاعل مع فلز الصوديوم ويطلق غاز الهيدروجين ودرجة غليانه 78.5°C لوجود روابط هيدروجينية، (2) إثير ثنائي الميثيل (CH3-O-CH3): غاز خامل كيميائياً لا يتفاعل مع الصوديوم ودرجة غليانه منخفضة جداً (-29.5°C) لعدم وجود روابط هيدروجينية.
الدرس 1 – الهيدروكربونات ومشتقاتها الكيميائية – شرح · 4 / 16
شكل 2 رسم توضيحي — النقطة 3: الألكانات (الميثان CH4) وطرق التقطير الجاف وتفاعلات الاستبدال
توضح الصورة أن الألكانات هيدروكربونات مشبعة صيغتها العامة CnH2n+2، وروابطها أحادية من نوع سيجما صعبة الكسر، لذا تكون خاملة كيميائيًا نسبيًا في الظروف العادية.
الألكانات هيدروكربونات أليفاتية مشبعة مفتوحة السلسلة صيغتها العامة CnH2n+2 وجميع روابطها أحادية قوية من النوع سيجما (σ) صعبة الكسر، ولذلك هي خاملة كيميائياً نسبياً في درجات الحرارة العادية.
تحضير الميثان (غاز المستنقعات) يحضر في المختبر بالتقطير الجاف للملح اللامائي لأسيتات الصوديوم (CH3COONa) مع الجير الصودي (خليط من هيدروكسيد الصوديوم NaOH والجير الحي CaO).
دور الجير الحي (أكسيد الكالسيوم CaO) هام جداً في الامتحانات يمنع تكتل الخليط ويحمي الأنبوبة من تأثير القلوي ولا يشترك في التفاعل: CH3COONa(s) + NaOH(s) — (CaO / Δ) →> Na2CO3 + CH4↑ ويجمع بإزاحة الماء لأسفل لأنه شحيح الذوبان في الماء وأخف من الهواء.
تفاعلات الميثان والألكانات:
وجه المقارنة
الفكرة الأساسية
كلمات مفتاحية
الاحتراق
تحترق الألكانات في وفرة من الأكسجين بلهب غير مدخن مطلقة طاقة حرارية هائلة وغاز ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء (تفاعل طارد للحرارة يستخدم كوقود): CH4 + 2O2 –> CO2 + 2H2O + Heat
تحترقالألكاناتوفرةالأكسجين
•
الهلجنة بالاستبدال (في وجود الأشعة فوق البنفسجية UV أو 400°C): يتفاعل الميثان مع غاز الكلور بالتتابع في 4 خطوات استبدال متتالية: CH4 + Cl2 –>
CH3Cl (كلوريد الميثيل / كلورو ميثان) + HCl
ثم CH3Cl + Cl2 –>
CH2Cl2 (ثنائي كلورو ميثان)
ثم CH2Cl2 + Cl2 –>
CHCl3 (الكلوروفورم – مخدر قديم غير آمن تسبب في وفيات)
وأخيراً CHCl3 + Cl2 –>
CCl4 (رابع كلوريد الكربون – مذيب عضوي هام ومطافئ حريق)
الهلجنةبالاستبدالوجودالأشعة
الفريونات (مركبات كلوروفلوروكربون CFCs مثل CF4 و CF2Cl2)
غازات تستخدم في التبريد والتكييف ودفع الأيروسولات لسهولة إسالتها ورخص ثمنها وعدم سميتها
ولكنها محرمة دولياً لأنها تسبب تآكل طبقة الأوزون الحامية للأرض
غازاتتستخدمالتبريدوالتكييف
التكسير الحراري الحفزي (Catalytic Cracking)
تسخين الألكانات طويلة السلسلة ذات القيمة الاقتصادية المنخفضة تحت ضغط وحرارة وعوامل حفازة لتحويلها إلى ألكانات قصيرة السلسلة (جازولين وقود سيارات) وألكينات قصيرة (إيثين وبروبين لصناعة البوليمرات والبلاستيك): C8H18 –(P
Cat)–> C4H10 (بيوتان) + C4H8 (بيوتين)
تسخينالألكاناتطويلةالسلسلة
الدرس 1 – الهيدروكربونات ومشتقاتها الكيميائية – شرح · 5 / 16
الألكينات والألكاينات وقاعدة ماركونيكوف والبلمرة
الألكينات والألكاينات وقاعدة ماركونيكوف والبلمرة
شكل 3 رسم توضيحي — النقطة 4: الألكينات والألكاينات وقاعدة ماركونيكوف والبلمرة
تبيّن الصورة الألكينات بوصفها هيدروكربونات غير مشبعة تحتوي على رابطة ثنائية، فيها رابطة سيجما قوية ورابطة باي ضعيفة سهلة الكسر.
ويُحضَّر الإيثين معمليًا بنزع الماء من الإيثانول بحمض الكبريتيك المركز عند 180 درجة مئوية، وتتميز الألكينات بتفاعلات الإضافة والبلمرة.
الألكينات والألكاينات وقاعدة ماركونيكوف والبلمرة
وجه المقارنة
الفكرة الأساسية
كلمات مفتاحية
الألكينات (الأوليفينات CnH2n)
هيدروكربونات غير مشبعة تحتوي على رابطة تساهمية ثنائية (واحدة سيجما σ قوية والأخرى باي π ضعيفة وسهلة الكسر)
هيدروكربوناتمشبعةتحتويرابطة
تحضير الإيثين (C2H4) في المعمل
بنزع الماء من الكحول الإيثيلي (C2H5OH) بواسطة حمض الكبريتيك المركز H2SO4 عند 180°C عبر مرحلتين (تكوين كبريتات الإيثيل الهيدروجينية عند 80°C ثم تحللها حرارياً عند 180°C)
بنزعالماءالكحولالإيثيلي
•
تفاعلات الإضافة في الإيثين
تفاعلاتالإضافةالإيثين
وجه المقارنة
الفكرة الأساسية
مثال
كلمات مفتاحية
الهدرجة
إضافة H2 في وجود النيكل المجزأ المسخن إلى 150-300°C لتحويله إلى إيثان (وتستخدم في هدرجة الزيوت النباتية)
—
إضافةوجودالنيكلالمجزأ
الهلجنة
إضافة ماء البروم الأحمر المذاب في رابع كلوريد الكربون (Br2 in CCl4) فيزول اللون الأحمر تماماً لتكون 1
2-ثنائي برومو إيثان عديم اللون
وتستخدم للكشف عن عدم التشبع
—
إضافةالبرومالأحمرالمذاب
إضافة هاليدات الهيدروجين وقاعدة ماركونيكوف
مع الألكين المتماثل (
الإيثين CH2=CH2) يضاف H لذرة و X للأخرى. ولكن مع الألكين غير المتماثل (مثل البروبين CH3-CH=CH2) ينص قانون ماركونيكوف على أن H+ يضاف للذرة الأغنى بالهيدروجين ليتكون 2-بروموبروبان حصراً ولا يتكون 1-بروموبروبان
الألكينالمتماثلالإيثينيضاف
تفاعل باير
أكسدة الإيثين بمحلول برمنجانات البوتاسيوم في وسط قلوي
فيزول اللون البنفسجي ويتكون الإيثيلين جليكول (مادة مانعة لتجمد الماء في مبردات السيارات لقطبيتها وقدرتها على تكوين روابط هيدروجينية تمنع تجمع بلورات الجليد)
—
أكسدةالإيثينبمحلولبرمنجانات
الألكاينات (الأسيتيلينات CnH2n-2) تحتوي رابطة ثلاثية (واحدة σ واثنتان π ضعيفتان).
يحضر الإيثاين (C2H2) بتنقيط الماء على كربيد الكالسيوم CaC2 CaC2 + 2H2O –> Ca(OH)2 + C2H2↑.
ويشتعل في وفرة من الأكسجين بلهب الأوكسي أسيتيلين الذي تصل حرارته إلى 3000°C ويستخدم في قطع ولحام المعادن.
الدرس 1 – الهيدروكربونات ومشتقاتها الكيميائية – شرح · 6 / 16
جداول المقارنة
جداول المقارنة
شكل 4: رسم توضيحي — النقطة 5: جداول المقارنة يقارن الجدول العائلات الهيدروكربونية الثلاث، الألكانات والألكينات والألكاينات، من حيث الصيغة العامة ونوع الروابط ودرجة التشبع والنشاط الكيميائي. فالألكانات مشبعة وخاملة نسبيًا، بينما يزداد النشاط الكيميائي بالانتقال إلى الألكينات ثم الألكاينات.
جدول←مقارنة شاملة بين العائلات الهيدروكربونية الثلاث (ألكانات، ألكينات، ألكاينات)
وجه المقارنة
الألكانات (البرافينات)
الألكينات (الأوليفينات)
الألكاينات (الأسيتيلينات)
الصيغة العامة
CnH2n+2
CnH2n
CnH2n-2
نوع الروابط بين ذرات الكربون
أحادية تساهمية قوية من النوع سيجما σ
ثنائية (رابطة σ ورابطة π ضعيفة)
ثلاثية (رابطة σ ورابطتان π ضعيفتان)
درجة التشبع والنشاط الكيميائي
مشبعة وخاملة كيميائياً في الحرارة العادية
غير مشبعة ونشطة جداً كيميائياً
غير مشبعة وشديدة النشاط الكيميائي
نوع التفاعل الكيميائي الرئيسي
تفاعلات الإحلال والاستبدال والاحتراق
تفاعلات الإضافة والأكسدة والبلمرة
تفاعلات الإضافة على مرحلتين والبلمرة الحلقية
التأثير على ماء البروم الأحمر
لا يتفاعل ولا يزول اللون الأحمر في الظلام
يزيل لون ماء البروم الأحمر سريعاً
يزيل لون ماء البروم الأحمر على مرحلتين
المركب الممثل الأول وطريقة تحضيره
الميثان CH4 (بالتقطير الجاف لأسيتات الصوديوم)
الإيثين C2H4 (بنزع الماء من الإيثانول 180°C)
الإيثاين C2H2 (بتنقيط الماء على كربيد الكالسيوم)
الدرس 1 – الهيدروكربونات ومشتقاتها الكيميائية – شرح · 7 / 16
أمثلة محلولة
أمثلة محلولة
شكل 5: رسم توضيحي — النقطة 6: أمثلة محلولة يوضح المثال المحلول تطبيق قاعدة ماركونيكوف على إضافة بروميد الهيدروجين إلى البروبين CH3-CH=CH2. ويكون الناتج الرئيسي 2-بروموبروبان، لأن ذرة الهيدروجين تتجه إلى الكربون الأكثر احتواءً على الهيدروجين، فلا يتكون 1-بروموبروبان بالنسبة نفسها.
تطبيق قاعدة ماركونيكوف على إضافة بروميد الهيدروجين للبروبينالمعطيات والمطلوب: وضح بالمعادلات الكيميائية ماذا يحدث عند إضافة غاز بروميد الهيدروجين HBr إلى غاز البروبين CH3-CH=CH2، ولماذا يتكون 2-بروموبروبان ولا يتكون 1-بروموبروبان؟خطوات الحل والبرهان الفيزيائي: [1] أولاً: فحص بنية الألكين: البروبين CH3-CH=CH2 ألكين غير متماثل؛ لأن ذرتي كربون الرابطة المزدوجة ترتبطان بعدد غير متساوٍ من ذرات الهيدروجين (ذرة الكربون الطرفية CH2 ترتبط بذرتين هيدروجين، وذرة الكربون الوسطية CH ترتبط بذرة هيدروجين واحدة ومجموعة ميثيل). [2] ثانياً: فحص الكاشف المضاف: بروميد الهيدروجين H-Br كاشف غير متماثل قطبي (H+ شق موجب، Br- شق سالب). [3] ثالثاً: تطبيق قاعدة ماركونيكوف: يهاجم البروتون الموجب H+ ذرة الكربون الطرفية الحاملة لأكبر عدد من ذرات الهيدروجين (CH2) ليتكون كاتيون كربوني ثانوي أكثر استقراراً: CH3-CH(+)-CH3. [4] رابعاً: يهاجم أنيون البروميد السالب Br- ذرة الكربون الوسطية الموجبة، ليتكون 2-بروموبروبان حصراً وفق المعادلة:
CH3-CH=CH2 + HBr –
> CH3-CH(Br)-CH3. [5] الاستنتاج: لا يتكون 1-بروموبروبان لأن تكوينه يتطلب تكوين كاتيون كربوني أولي أقل استقراراً طاقياً.💡 فنية وتريك للحل السريع وتجنب الخطأ: قاعدة ماركونيكوف تلخص بالمثل الشعبي الشهير: الغني بالهيدروجين يزداد غنى بهيدروجين إضافي!
التمييز العملي بين غاز الإيثان وغاز الإيثينالمعطيات والمطلوب كيف تميز عملياً في المختبر بين غاز الإيثان C2H6 وغاز الإيثين C2H4؟خطوات الحل والبرهان الفيزيائي: [1] طريقة التمييز المخبري: نمرر كلا الغازين في أنبوبتين تحتويان على ماء البروم الأحمر المذاب في رابع كلوريد الكربون (Br2 in CCl4). [2] المشاهدة مع غاز الإيثين C2H4: يزول لون ماء البروم الأحمر تماماً ويتحول المحلول إلى عديم اللون لتكون 1,2-ثنائي برومو إيثان بتفاعل إضافة سريع يكسر الرابطة باي π: C2H4 + Br2 –> CH2Br-CH2Br. [3] المشاهدة مع غاز الإيثان C2H6: يظل لون ماء البروم أحمر كما هو دون أي تغيير لأن الإيثان ألكين مشبع جميع روابطه سيجما σ القوية ولا يتفاعل بالإضافة في الظروف العادية. [4] كذلك يمكن استخدام اختبار باير: الإيثين يزيل لون برمنجانات البوتاسيوم البنفسجية في وسط قلوي لتكون إيثيلين جليكول، بينما الإيثان لا يتفاعل.💡 فنية وتريك للحل السريع وتجنب الخطأ: كاشف عدم التشبع المعتمد في كل الامتحانات هو ماء البروم الأحمر في رابع كلوريد الكربون أو تفاعل باير!
الدرس 1 – الهيدروكربونات ومشتقاتها الكيميائية – شرح · 8 / 16
تكات وملاحظات امتحانية
تكات وملاحظات امتحانية
شكل 6: رسم توضيحي — النقطة 7: تكات وملاحظات امتحانية تلخص الصورة تكات وملاحظات امتحانية، ومنها أن اليوريا أول مركب عضوي حُضّر معمليًا من مادتين غير عضويتين، وأن تفاعل الميثان مع الكلور استبدال يتم بوجود الأشعة فوق البنفسجية. ويُستخدم الإيثيلين جليكول مانعًا للتجمد لقدرته على تكوين روابط هيدروجينية قوية.
اليوريا CO(NH2)2 أول مركب عضوي يحضر معملياً من مادتين غير عضويتين على يد العالم فوهلر.
تفاعل الميثان مع الكلور استبدال في وجود الأشعة فوق البنفسجية UV ويعطي 4 نواتج متتالية أخرها CCl4.
لهب الأوكسي أسيتيلين (3000°C) يستخدم في لحام وقطع المعادن لاحتراق الإيثاين في وفرة من الأكسجين.
إيثيلين جليكول يستخدم كمانع تجمد في مبردات السيارات لقدرته على تكوين روابط هيدروجينية قوية مع جزيئات الماء.
الهالوثان (2-برومو-2-كلورو-1,1,1-ثلاثي فلورو إيثان) مخدر حديث آمن يستخدم بديلاً للكلوروفورم السام.
الدرس 1 – الهيدروكربونات ومشتقاتها الكيميائية – شرح · 9 / 16
الجداول والمخططات التوضيحية المستخرجة من أصول المنهج
الجداول والمخططات التوضيحية المستخرجة من أصول المنهج
شكل 7 رسم توضيحي — النقطة 8: ★ الجداول والمخططات التوضيحية المستخرجة من أصول المنهج
يعرض الشكل جهاز التقطير البسيط، وفيه دورق مستدير به خليط التفاعل فوق سخان كهربي، فيتصاعد البخار إلى مكثف تجري فيه مياه التبريد فيتكثف ويُجمع الناتج في دورق مخروطي.
ويوضح الشكل فصل السوائل العضوية المتطايرة، وهو أسلوب مهم لتنقية المركبات العضوية ودراستها.
💡 بيانات وجداول قياسية←تم استخراج كافة البيانات والجداول والمخططات التشريحية من أصول المنهج المعتمد بدقة عالية لتثبيت الفهم وربط النظري بالعملي.
الدرس 1 – الهيدروكربونات ومشتقاتها الكيميائية – شرح · 11 / 16
📌 قاموس المصطلحات والمفاهيم العلمية الدقيقة:
📌 قاموس المصطلحات والمفاهيم العلمية الدقيقة:
نظرية القوى الحيوية (Vital Force Theory):
نظرية افترضها العالم برزيليوس تنص على أن المركبات العضوية تتكون فقط داخل خلايا الكائنات الحية بفعل قوى حيوية غامضة ولا يمكن تحضيرها معملياً، وقد حطمها العالم فوهلر عام 1828.
الأيزوميرزم / المشابهة الجزيئية (Isomerism):
ظاهرة وجود عدة مركبات عضوية تشترك في صيغة جزيئية واحدة، ولكنها تختلف عن بعضها في صيغتها البنائية والخواص الفيزيائية والكيميائية.
السلسلة المتجانسة (Homologous Series):
مجموعة من المركبات العضوية يجمعها قانون جزيئي عام واحد، وتشترك في الخواص الكيميائية وتتدرج في الخواص الفيزيائية، وكل مركب يزيد عن سابقه بمجموعة ميثيلين (-CH2-).
قاعدة ماركونيكوف (Markovnikov’s Rule):
عند إضافة كاشف غير متماثل (مثل هاليد الهيدروجين H-X) إلى ألكين غير متماثل، فإن الشق الموجب (الهيدروجين H+) يضاف إلى ذرة كربون الرابطة المزدوجة الحاملة للعدد الأكبر من ذرات الهيدروجين، بينما يضاف الشق السالب (X-) إلى ذرة الكربون الحاملة للعدد الأقل.
تفاعل باير (Baeyer’s Test):
أكسدة الألكين بإمرار غاز الألكين في محلول برمنجانات البوتاسيوم القلوية البنفسجية فيزول اللون البنفسجي ويتكون جليكول ثنائي الهيدروكسيل (مثل إيثيلين جليكول مانع تجمد الماء)، ويستخدم ككشف هام عن عدم التشبع.
البلمرة (Polymerization):
تجمع عدد كبير جداً من الجزيئات البسيطة غير المشبعة المتماثلة (المونومر من 100 إلى مليون) لتكوين جزيء عملاق ذي كتلة مولية هائلة (البوليمر) إما بالإضافة أو بالتكاثف.
الدرس 1 – الهيدروكربونات ومشتقاتها الكيميائية – شرح · 12 / 16
⚖️ القوانين والعلاقات الرياضية والفيزيائية الحاكمة:
⚖️ القوانين والعلاقات الرياضية والفيزيائية الحاكمة:
وجه المقارنة
الفكرة الأساسية
مثال
كلمات مفتاحية
القوانين العامة للهيدروكربونات الأليفاتية المفتوحة
[ الصيغة الفيزيائية والرياضية: NH4CNO (سيانات الأمونيوم) –(Δ)–> CO(NH2)2 (اليوريا) ] تحضير مركب عضوي بتسخين محلول مائي لمركبين غير عضويين (كلوريد أمونيوم + سيانات الفضة)
—
الصيغةالفيزيائيةوالرياضيةNH4CNO
معادلة ماركونيكوف
[ الصيغة الفيزيائية والرياضية: CH3-CH=CH2 + H-Br —-> CH3-CH(Br)-CH3 (2-بروموبروبان فقط) ] لا يتكون 1-بروموبروبان إطلاقاً لأن إضافة الهيدروجين لذرة الكربون الأكثر هيدروجيناً تعطي الكاتيون الكربوني الأكثر استقراراً
—
الصيغةالفيزيائيةوالرياضيةبروموبروبان
الدرس 1 – الهيدروكربونات ومشتقاتها الكيميائية – شرح · 13 / 16
سبب وفرة المركبات العضوية يرجع إلى قدرة ذرات الكربون الرباعية التكافؤ على الارتباط مع نفسها ومع غيرها بروابط تساهمية أحادية أو ثنائية أو ثلاثية، وتكوين سلاسل مستمرة وسلاسل متفرعة وحلقات متجانسة وغير متجانسة.
ظاهرة الأيزوميرزم (المشابهة الجزيئية) اشتراك مركبين أو أكثر في صيغة جزيئية واحدة مع اختلافهما في الصيغة البنائية.
أشهر مثال مقرر هو الصيغة الجزيئية C2H6O التي تمثل مركبين مختلفين كلياً: (1) كحول إيثيلي (إيثانول CH3CH2OH): سائل يتفاعل مع فلز الصوديوم ويطلق غاز الهيدروجين ودرجة غليانه 78.5°C لوجود روابط هيدروجينية، (2) إثير ثنائي الميثيل (CH3-O-CH3): غاز خامل كيميائياً لا يتفاعل مع الصوديوم ودرجة غليانه منخفضة جداً (-29.5°C) لعدم وجود روابط هيدروجينية.
الألكانات هيدروكربونات أليفاتية مشبعة مفتوحة السلسلة صيغتها العامة CnH2n+2 وجميع روابطها أحادية قوية من النوع سيجما (σ) صعبة الكسر، ولذلك هي خاملة كيميائياً نسبياً في درجات الحرارة العادية.
وجه المقارنة
الفكرة الأساسية
كلمات مفتاحية
تحضير الميثان (غاز المستنقعات)
يحضر في المختبر بالتقطير الجاف للملح اللامائي لأسيتات الصوديوم (CH3COONa) مع الجير الصودي (خليط من هيدروكسيد الصوديوم NaOH والجير الحي CaO)
يحضرالمختبربالتقطيرالجاف
دور الجير الحي (أكسيد الكالسيوم CaO) هام جداً في الامتحانات
يمنع تكتل الخليط ويحمي الأنبوبة من تأثير القلوي ولا يشترك في التفاعل: CH3COONa(s) + NaOH(s) –(CaO / Δ)–> Na2CO3 + CH4↑ ويجمع بإزاحة الماء لأسفل لأنه شحيح الذوبان في الماء وأخف من الهواء
يمنعتكتلالخليطويحمي
•
تفاعلات الميثان والألكانات
تفاعلاتالميثانوالألكانات
2. الهلجنة بالاستبدال (في وجود الأشعة فوق البنفسجية UV أو 400°C): يتفاعل الميثان مع غاز الكلور بالتتابع في 4 خطوات استبدال متتالية: CH4 + Cl2 -> CH3Cl (كلوريد الميثيل / كلورو ميثان) + HCl، ثم CH3Cl + Cl2 -> CH2Cl2 (ثنائي كلورو ميثان)، ثم CH2Cl2 + Cl2 -> CHCl3 (الكلوروفورم – مخدر قديم غير آمن تسبب في وفيات)، وأخيراً CHCl3 + Cl2 -> CCl4 (رابع كلوريد الكربون – مذيب عضوي هام ومطافئ حريق).
3. الفريونات (مركبات كلوروفلوروكربون CFCs مثل CFCl3 و CF2Cl2): غازات تستخدم في التبريد والتكييف ودفع الأيروسولات لسهولة إسالتها ورخص ثمنها وعدم سميتها، ولكنها محرمة دولياً لأنها تسبب تآكل طبقة الأوزون الحامية للأرض.
4. التكسير الحراري الحفزي (Catalytic Cracking): تسخين الألكانات طويلة السلسلة ذات القيمة الاقتصادية المنخفضة تحت ضغط وحرارة وعوامل حفازة لتحويلها إلى ألكانات قصيرة السلسلة (جازولين وقود سيارات) وألكينات قصيرة (إيثين وبروبين لصناعة البوليمرات والبلاستيك): C8H18 –(P, T, Cat)–> C4H10 (بيوتان) + C4H8 (بيوتين).
هيدروكربونات غير مشبعة تحتوي على رابطة تساهمية ثنائية (واحدة سيجما σ قوية والأخرى باي π ضعيفة وسهلة الكسر)
هيدروكربوناتمشبعةتحتويرابطة
تحضير الإيثين (C2H4) في المعمل
بنزع الماء من الكحول الإيثيلي (C2H5OH) بواسطة حمض الكبريتيك المركز H2SO4 عند 180°C عبر مرحلتين (تكوين كبريتات الإيثيل الهيدروجينية عند 80°C ثم تحللها حرارياً عند 180°C)
بنزعالماءالكحولالإيثيلي
•
تفاعلات الإضافة في الإيثين
تفاعلاتالإضافةالإيثين
3. إضافة هاليدات الهيدروجين وقاعدة ماركونيكوف: مع الألكين المتماثل (مثل الإيثين CH2=CH2) يضاف H لذرة و X للأخرى. ولكن مع الألكين غير المتماثل (مثل البروبين CH3-CH=CH2) ينص قانون ماركونيكوف على أن H+ يضاف للذرة الأغنى بالهيدروجين ليتكون 2-بروموبروبان حصراً ولا يتكون 1-بروموبروبان.
4. تفاعل باير: أكسدة الإيثين بمحلول برمنجانات البوتاسيوم في وسط قلوي، فيزول اللون البنفسجي ويتكون الإيثيلين جليكول (مادة مانعة لتجمد الماء في مبردات السيارات لقطبيتها وقدرتها على تكوين روابط هيدروجينية تمنع تجمع بلورات الجليد).
الألكاينات (الأسيتيلينات CnH2n-2) تحتوي رابطة ثلاثية (واحدة σ واثنتان π ضعيفتان).
يحضر الإيثاين (C2H2) بتنقيط الماء على كربيد الكالسيوم CaC2 CaC2 + 2H2O -> Ca(OH)2 + C2H2↑.
ويشتعل في وفرة من الأكسجين بلهب الأوكسي أسيتيلين الذي تصل حرارته إلى 3000°C ويستخدم في قطع ولحام المعادن.
★ تطبيق قاعدة ماركونيكوف على إضافة بروميد الهيدروجين للبروبين المعطيات والمطلوب: وضح بالمعادلات الكيميائية ماذا يحدث عند إضافة غاز بروميد الهيدروجين HBr إلى غاز البروبين CH3-CH=CH2
ولماذا يتكون 2-بروموبروبان ولا يتكون 1-بروموبروبان؟
—
تطبيققاعدةماركونيكوفإضافة
خطوات الحل والبرهان الفيزيائي
[1] أولاً: فحص بنية الألكين: البروبين CH3-CH=CH2 ألكين غير متماثل
لأن ذرتي كربون الرابطة المزدوجة ترتبطان بعدد غير متساوٍ من ذرات الهيدروجين (ذرة الكربون الطرفية CH2 ترتبط بذرتين هيدروجين
وذرة الكربون الوسطية CH ترتبط بذرة هيدروجين واحدة ومجموعة ميثيل)
تطبيق قاعدة ماركونيكوف: يهاجم البروتون الموجب H+ ذرة الكربون الطرفية الحاملة لأكبر عدد من ذرات الهيدروجين (CH2) ليتكون كاتيون كربوني ثانوي أكثر استقراراً: CH3-CH(+)-CH3
—
تطبيققاعدةماركونيكوفيهاجم
[4] رابعاً
يهاجم أنيون البروميد السالب Br- ذرة الكربون الوسطية الموجبة
ليتكون 2-بروموبروبان حصراً وفق المعادلة: CH3-CH=CH2 + HBr -> CH3-CH(Br)-CH3
—
يهاجمأنيونالبروميدالسالب
[5] الاستنتاج
لا يتكون 1-بروموبروبان لأن تكوينه يتطلب تكوين كاتيون كربوني أولي أقل استقراراً طاقياً
—
يتكونبروموبروبانتكوينهيتطلب
💡 فنية وتريك للحل السريع وتجنب الخطأ
قاعدة ماركونيكوف تلخص بال
الشعبي الشهير: الغني بالهيدروجين يزداد غنى بهيدروجين إضافي!
قاعدةماركونيكوفتلخصبالمثل
وجه المقارنة
الفكرة الأساسية
كلمات مفتاحية
•
★ التمييز العملي بين غاز الإيثان وغاز الإيثين المعطيات والمطلوب: كيف تميز عملياً في المختبر بين غاز الإيثان C2H6 وغاز الإيثين C2H4؟
التمييزالعمليالإيثانوغاز
خطوات الحل والبرهان الفيزيائي
[1] طريقة التمييز المخبري: نمرر كلا الغازين في أنبوبتين تحتويان على ماء البروم الأحمر المذاب في رابع كلوريد الكربون (Br2 in CCl4)
طريقةالتمييزالمخبرينمرر
[2] المشاهدة مع غاز الإيثين C2H4
يزول لون ماء البروم الأحمر تماماً ويتحول المحلول إلى عديم اللون لتكون 1
2-ثنائي برومو إيثان بتفاعل إضافة سريع يكسر الرابطة باي π: C2H4 + Br2 -> CH2Br-CH2Br
يزولالبرومالأحمرتماما
[3] المشاهدة مع غاز الإيثان C2H6
يظل لون ماء البروم أحمر كما هو دون أي تغيير لأن الإيثان ألكين مشبع جميع روابطه سيجما σ القوية ولا يتفاعل بالإضافة في الظروف العادية
البرومأحمرتغييرألكين
[4] كذلك يمكن استخدام اختبار باير
الإيثين يزيل لون برمنجانات البوتاسيوم البنفسجية في وسط قلوي لتكون إيثيلين جليكول
بينما الإيثان لا يتفاعل
الإيثينيزيلبرمنجاناتالبوتاسيوم
💡 فنية وتريك للحل السريع وتجنب الخطأ
كاشف عدم التشبع المعتمد في كل الامتحانات هو ماء البروم الأحمر في رابع كلوريد الكربون أو تفاعل باير!
اليوريا CO(NH2)2 أول مركب عضوي يحضر معملياً من مادتين غير عضويتين على يد العالم فوهلر.
تفاعل الميثان مع الكلور استبدال في وجود الأشعة فوق البنفسجية UV ويعطي 4 نواتج متتالية أخرها CCl4.
لهب الأوكسي أسيتيلين (3000°C) يستخدم في لحام وقطع المعادن لاحتراق الإيثاين في وفرة من الأكسجين.
إيثيلين جليكول يستخدم كمانع تجمد في مبردات السيارات لقدرته على تكوين روابط هيدروجينية قوية مع جزيئات الماء.
الهالوثان (2-برومو-2-كلورو-1,1,1-ثلاثي فلورو إيثان) مخدر حديث آمن يستخدم بديلاً للكلوروفورم السام.
★ كتاب الشرح والتفصيل العلمي الشامل المعتمد 2026 / 2027 ★
كتاب الشرح المفصل الهيدروكربونات ومشتقاتها الكيميائية
الصف الثالث الثانوي | الباب الخامس – الكيمياء العضوية | المنهج المصري الحديث 2026/2027
🎯 أهداف التعلم ومخرجات الفهم الوزارية المقررة 2026/2027:
• شرح تجربة فوهلر التاريخية التي حطمت نظرية القوى الحيوية لبرزيليوس بتحضير اليوريا معملياً من مواد غير عضوية.
• تفسير وفرة المركبات العضوية الهائلة لقدرة ذرة الكربون الرباعية التكافؤ على الارتباط بروابط أحادية وثنائية وثلاثية وسلاسل مستمرة ومتفرعة وحلقات متجانسة وغير متجانسة.
• استيعاب مفهوم التشكل الجزيئي (الأيزوميرزم – Isomerism) وكتابة الأيزوميرات المختلفة للمركب ورسم الصيغ البنائية الكاملة والمكثفة.
شكل 8: التركيب البنائي لحلقة البنزين وظاهرة الرنين وعدم تمركز الإلكترونات تعرض الصورة التركيب البنائي لحلقة البنزين وظاهرة الرنين وعدم تمركز الإلكترونات. فروابط باي الستة غير متمركزة، وهذا يفسر ثبات الحلقة وميلها إلى تفاعلات الاستبدال بدلًا من تفاعلات الإضافة.
شكل 8←التركيب البنائي لحلقة البنزين وظاهرة الرنين وعدم تمركز الإلكترونات تعرض الصورة التركيب البنائي لحلقة البنزين وظاهرة الرنين وعدم تمركز الإلكترونات. فروابط باي الستة غير متمركزة، وهذا يفسر ثبات الحلقة وميلها إلى تفاعلات الاستبدال بدلًا من تفاعلات الإضافة.: 🔍 الشرح والتحليل المستفيض وتفسيرات علل والاستنتاجات:
شكل 9: المتشكلات البنائية والهيكلية في الهيدروكربونات والألكانات يوضح الشكل المتشكلات البنائية، وهي مركبات تتفق في الصيغة الجزيئية وتختلف في ترتيب الذرات. ولهذا تختلف خواصها الفيزيائية والكيميائية، كما هو الحال بين السلاسل المستقيمة والمتفرعة في الألكانات.
• دراسة الألكينات (الإيثين C2H4) وطرق تحضيره وتفاعلات الإضافة وتطبيق قاعدة ماركونيكوف (Markovnikov’s Rule) وتفاعل باير للكشف عن الرابطة المزدوجة.
• دراسة الألكاينات (الإيثاين/الأسيتيلين C2H2) وطرق تحضيره بتنقيط الماء على كربيد الكالسيوم والبلمرة الحلقية الثلاثية للبنزين العطري.
شكل 10: التشابه الهندسي (سيس وترانس) حول الرابطة المزدوجة في الألكينات تبين الصورة التشابه الهندسي سيس وترانس حول الرابطة الثنائية في الألكينات، فالمتشكلان لهما الصيغة الجزيئية نفسها لكن ترتيب المجموعات حول الرابطة مختلف. ويؤدي هذا الاختلاف إلى تباين في بعض الخواص الفيزيائية مثل درجتي الغليان والانصهار.
قسم العالم برزيليوس عام 1806 المركبات إلى مركبات عضوية مستخلصة من أصل نباتي أو حيواني، وغير عضوية من مصادر معدنية في باطن الأرض، ووضع نظرية القوى الحيوية.
وفي عام 1828 وجه العالم الألماني فريدريك فوهلر ضربة قاضية لهذه النظرية عندما نجح في تحضير مركب (اليوريا أو البولينا) – وهو مركب عضوي يتكون في بول الثدييات – في المعمل بتسخين محلول مائي يحتوي على كلوريد الأمونيوم NH4Cl وسيانات الفضة AgCNO لتكوين سيانات الأمونيوم NH4CNO غير المستقرة التي أعادت ترتيب ذراتها بالحرارة لتكون اليوريا CO(NH2)2.
ترتب على تجربة فوهلر انطلاق ثورة هائلة في علم الكيمياء؛ حيث أصبح تعريف المادة العضوية يعتمد على تركيبها البنائي ووجود عنصر الكربون، وليس على مصدرها الحيوي، وتجاوز عدد المركبات العضوية اليوم أكثر من عشرة ملايين مركب، بينما المركبات غير العضوية لا تتعدى نصف مليون مركب (بنسبة تزيد عن 20 إلى 1).
الدرس 1 – الهيدروكربونات ومشتقاتها الكيميائية – شرح · 14 / 16
🔬 رسوم ومخططات بيانية علمية معتمدة
🔬 رسوم ومخططات بيانية علمية معتمدة
نستعرض في هذا القسم مخططات بيانية ونماذج تركيبية متقدمة لتعزيز الفهم العميق وتثبيت المفاهيم العلمية الأساسية.
الدرس 1 – الهيدروكربونات ومشتقاتها الكيميائية – شرح · 15 / 16
ملخص الدرس
ملخص الدرس
وجه المقارنة
الفكرة الأساسية
كلمات مفتاحية
•
★ الملخص الشامل وخريطة المفاهيم وجداول المقارنة ★
الملخصالشاملوخريطةالمفاهيم
ملخص الدرس
الكيمياء العضوية: الهيدروكربونات الأليفاتية والأروماتية والمشتقات الهيدروكسيلية
الكيمياءالعضويةالهيدروكربوناتالأليفاتية
الكيمياء | الصف الثالث الثانوي | 2026 / 2027 | الباب الخامس
مقارنة شاملة بين عائلات الهيدروكربونات الأليفاتية المفتوحة السلسلة
مقارنةشاملةعائلاتالهيدروكربونات
وجه المقارنة
الألكانات (البارافينات)
الألكينات (الأوليفينات)
الألكاينات (الأسيتيلينات)
نوع الروابط بين ذرات الكربون
أحادية تساهمية قوية من نوع سيجما (σ)
رابطة مزدوجة (واحدة سيجما + واحدة باي π)
رابطة ثلاثية (واحدة سيجما + اثنتان باي π)
الصيغة الجزيئية العامة
CnH2n+2
CnH2n
CnH2n-2
درجة النشاط الكيميائي
خاملة كيميائياً نسبياً لصعوبة كسر سيجما
نشطة كيميائياً وتتفاعل بالإضافة والبلمرة
أنشط كيميائياً لوجود رابطتي باي سهلة الكسر
مثال المركب الأول في السلسلة
غاز الميثان (CH₄)
غاز الإيثين / الإيثيلين (C₂H₄)
غاز الإيثاين / الأسيتيلين (C₂H₂)
💡 كبسولة المراجعة السريعة وأهم فنيات الامتحان:
★ غاز الإيثاين (الأسيتيلين) عند احتراقه في وفرة من الأكسجين ينتج لهب الأوكسي أسيتيلين الذي تصل حرارته إلى 3000°م ويكفي لقطع ولحام المعادن.
★ كحول أيزوبروبيلي هو الاسم الشائع لـ 2-بروبانول؛ وهو كحول ثانوي يتأكسد ليعطي كيتون (الأسيتون).
★ الألكانات الحلقية مثل البروبان الحلقي والبيوتان الحلقي تكون أنشط بكثير من الألكانات مفتوحة السلسلة لصغر الزوايا بين الروابط وضعف التداخل بين الأوربيتالات.
الدرس 1 – الهيدروكربونات ومشتقاتها الكيميائية – شرح · 16 / 16