بحث عن الهيدروكربونات

مقدمة البحث

الحمد لله رب العالمين، والصلاة والسلام على نبينا محمد. أما بعد، فإن الكيمياء العضوية فرع واسع من الكيمياء يدرس مركبات عنصر الكربون، وأبسط هذه المركبات وأكثرها انتشارًا هي الهيدروكربونات. فهي أساس الوقود الذي يسيّر السيارات والطائرات، والمادة الخام لصناعة البلاستيك والأدوية وكثير من المنتجات. وفي هذا البحث نتعرف على أنواعها وخواصها واستخداماتها.

تعريف الموضوع

الهيدروكربونات مركبات عضوية تتكون من عنصرين فقط هما الكربون والهيدروجين. ويرتبط فيها كل ذرة كربون بأربع روابط تساهمية، وتتصل ذرات الكربون بعضها ببعض في سلاسل مستقيمة أو متفرعة أو حلقية. وتُقسَّم إلى هيدروكربونات مشبعة تحتوي روابط أحادية فقط، وغير مشبعة تحتوي روابط ثنائية أو ثلاثية.

أهمية الموضوع

للهيدروكربونات أهمية اقتصادية كبيرة، فالنفط والغاز الطبيعي، وهما مصدر رئيس لدخل المملكة العربية السعودية ودول الخليج، يتكونان في معظمهما من هيدروكربونات. وتدخل في الصناعات البتروكيميائية كالبلاستيك والألياف الصناعية والمذيبات. كما أن فهمها يساعد الطالب على فهم باقي الكيمياء العضوية، ويعرّفه على آثار حرقها في البيئة.

أهداف البحث

• التعريف بالهيدروكربونات وأنواعها الرئيسة.
• التعرف على الألكانات والألكينات والألكاينات والهيدروكربونات الأروماتية.
• تعلم قواعد تسمية الهيدروكربونات البسيطة وكتابة صيغها.
• معرفة خواصها وتفاعلاتها الأساسية.
• بيان مصادرها واستخداماتها وأضرارها على البيئة.

أنواع الهيدروكربونات

أولًا: الألكانات

هي هيدروكربونات مشبعة، أي أن جميع الروابط بين ذرات الكربون فيها أحادية، وصيغتها العامة:

C_nH_2n+2

وأبسطها الميثان وصيغته CH₄، ثم الإيثان C₂H₆، فالبروبان C₃H₈، فالبيوتان C₄H₁₀. والغاز الطبيعي يتكون في معظمه من الميثان، أما غاز الطبخ فيتكون من البروبان والبيوتان. وتتصف الألكانات بأنها قليلة النشاط الكيميائي، ولا تذوب في الماء، وتزداد درجة غليانها بزيادة عدد ذرات الكربون. وأهم تفاعلاتها الاحتراق، وتفاعلات الاستبدال مع الهالوجينات.

مثال محلول

ما الصيغة الجزيئية للألكان الذي يحتوي ست ذرات كربون؟

الحل: نستخدم الصيغة العامة، فإذا كانت n تساوي ستة، فعدد ذرات الهيدروجين يساوي اثنين مضروبًا في ستة، ثم نضيف اثنين، أي أربع عشرة ذرة. فالصيغة:

C₆H₁₄

واسمه الهكسان.

ثانيًا: الألكينات

هيدروكربونات غير مشبعة تحتوي رابطة ثنائية واحدة بين ذرتي كربون، وصيغتها العامة:

C_nH_2n

وأبسطها الإيثين (الإيثيلين) C₂H₄، ثم البروبين C₃H₆. وهي أنشط من الألكانات بسبب الرابطة الثنائية، وتتفاعل بسهولة تفاعلات الإضافة، كإضافة الهيدروجين أو الهالوجينات أو الماء. ويُستخدم الإيثين في صناعة البلاستيك المعروف باسم البولي إيثيلين، ويُستعمل كذلك لتسريع نضج الثمار.

مثال محلول

ما الصيغة الجزيئية للألكين الذي يحتوي خمس ذرات كربون، وإلى أي نوع ينتمي مركب صيغته C₄H₆؟

الحل: في الألكينات يساوي عدد ذرات الهيدروجين ضعف عدد ذرات الكربون، فإذا كانت n خمسة فالهيدروجين عشر ذرات، والصيغة:

C₅H₁₀

أما المركب الذي فيه أربع ذرات كربون وست ذرات هيدروجين فعدد الهيدروجين فيه يساوي اثنين مضروبًا في أربعة ثم ناقص اثنين، وهذا يوافق الصيغة العامة للألكاينات، فهو ألكاين واسمه البيوتاين.

ثالثًا: الألكاينات

هيدروكربونات غير مشبعة تحتوي رابطة ثلاثية واحدة، وصيغتها العامة:

C_nH_2n-2

وأبسطها الإيثاين (الأسيتيلين) C₂H₂، وهو غاز يحترق بلهب شديد الحرارة، ولذلك يُستخدم في لحام المعادن وقطعها.

رابعًا: الهيدروكربونات الأروماتية

تحتوي هذه المركبات على حلقة سداسية من ذرات الكربون تتناوب فيها الروابط تناوبًا يعطي استقرارًا خاصًا، وأشهرها البنزين وصيغته:

C₆H₆

سُميت أروماتية لأن كثيرًا منها له رائحة مميزة. ويُستخدم البنزين مذيبًا ومادة أولية لصناعة مركبات كثيرة، لكنه مادة سامة ويُشتبه في أنها مسببة للسرطان عند التعرض الطويل لها، فيجب التعامل معه بحذر شديد.

تسمية الهيدروكربونات

تُسمى الألكانات المستقيمة بحسب عدد ذرات الكربون مع النهاية «ان»:

وفي الألكينات تتغير النهاية إلى «ين» وفي الألكاينات إلى «اين»، مع تحديد موضع الرابطة المتعددة بترقيم السلسلة من الطرف الأقرب إليها.

التفاعلات الأساسية

الاحتراق التام للهيدروكربونات في وجود كمية كافية من الأكسجين يعطي ثاني أكسيد الكربون والماء ويطلق طاقة حرارية. ومثاله احتراق الميثان:

CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O

أما إذا كان الأكسجين قليلًا فيحدث احتراق غير تام ينتج عنه غاز أول أكسيد الكربون السام الذي لا لون له ولا رائحة، وقد يتكون الكربون على شكل سخام. ولذلك يجب تهوية الأماكن التي تُستخدم فيها المدافئ والمواقد.

مصادر الهيدروكربونات

أهم مصادرها النفط الخام والغاز الطبيعي، وقد تكونا عبر ملايين السنين من بقايا كائنات حية دقيقة دُفنت تحت طبقات الأرض. ويُفصل النفط الخام إلى مكوناته في معامل التكرير بالتقطير التجزيئي، فتنفصل المكونات بحسب درجات غليانها، فنحصل على الغازات والبنزين والكيروسين والديزل وزيوت التشحيم والإسفلت.

استخداماتها وأضرارها

• وقود للسيارات والطائرات والتدفئة والطهي وتوليد الكهرباء.
• مواد أولية في الصناعات البتروكيميائية كالبلاستيك والمنظفات والأصباغ والأدوية.
• زيوت التشحيم ومواد الرصف.
• من أضرارها أن حرقها يطلق ثاني أكسيد الكربون الذي يزيد الاحتباس الحراري، وأن تسرب النفط يلوث البحار.
• الحد من الأضرار بترشيد الاستهلاك، واستخدام الطاقة المتجددة، وتحسين كفاءة المحركات.

الخاتمة

تعرفنا في هذا البحث على الهيدروكربونات، وهي مركبات الكربون والهيدروجين، وعلى أنواعها من ألكانات وألكينات وألكاينات وأروماتية، واختلاف خواصها بحسب نوع الروابط. ورأينا أنها تمثل مصدر الطاقة الأول في العالم ومادة خام لصناعات عظيمة، وأن استخدامها يحتاج إلى وعي بأضرارها وبحث عن بدائل نظيفة. ونوصي الطلاب بالاهتمام بالكيمياء العضوية لما لها من صلة قوية بحياتنا واقتصاد بلادنا.

المراجع

• كتاب الكيمياء للمرحلة الثانوية، وزارة التعليم في المملكة العربية السعودية.
• الكيمياء العضوية، لمؤلفين جامعيين في مقررات الكيمياء العامة.
• موقع أرامكو السعودية: المواد التعريفية عن النفط والغاز.
• الموسوعة العربية العالمية: مواد النفط والكيمياء العضوية.

كلمات دليلية

بحث، بحث عن، بحث علمي، بحوث، الهيدروكربونات