بناء نماذج الألكانات
يبني نماذج للإيثان والبروبان والبيوتان من ذرات الكربون والهيدروجين، ويستنتج الصيغة العامة للألكانات وأن للصيغة الجزيئية الواحدة أكثر من صيغة بنائية (التشكّل).
المحاكاة التفاعلية
محاكاة تفاعلية: بناء جزيء — من PhET
لا تُحمَّل المحاكاة إلا بطلبك. اضغط لبدء التشغيل — قد تستغرق لحظات على الاتصال البطيء.
في كتابك
- نشاط (٧): بناء نماذج لبعض الألكانات — ص ٨٠
خطوات التجربة
افتح شاشة «المساحة الحرة»، وابحث بأسهم تبديل العُدد عن عُدّة فيها ذرات «كربون» و«هيدروجين».
اسحب ذرتي «كربون» وصِل إحداهما بالأخرى، ثم صِل بهما ذرات «هيدروجين» حتى لا يبقى مكان لرابطة جديدة. سجّل عدد ذرات H والصيغة الجزيئية، واضغط «3D» لترى الجزيء في الفراغ.
ابنِ سلسلة من ثلاث ذرات «كربون» وأكملها بالهيدروجين، وسجّل الصيغة الجزيئية والاسم إن أظهرته المحاكاة.
ابنِ سلسلة مستقيمة من أربع ذرات «كربون» وأكملها بالهيدروجين، وسجّل صيغتها الجزيئية.
فكّك الجزيء أو ابنِ جزيئًا جديدًا من أربع ذرات «كربون» تتصل ثلاث منها بذرة كربون مركزية واحدة، وأكمله بالهيدروجين. قارن صيغته الجزيئية بصيغة السلسلة المستقيمة.
أكمل جدولًا كجدول النشاط (7): الألكان، وصيغته الجزيئية، وصيغته البنائية، واذكر أي المركبات أمكن بناؤه بأكثر من طريقة.
الفكرة العلمية
الألكانات هيدروكربونات مشبعة، كل ذرة كربون فيها ترتبط بأربع روابط أحادية مع ذرات كربون أو هيدروجين. وحين بنيت الإيثان والبروبان والبيوتان وجدت أن عدد ذرات الهيدروجين يزيد على ضعف عدد ذرات الكربون باثنين، فالصيغة العامة للألكانات CnH2n+2: C2H6 وC3H8 وC4H10. وعرض الجزيء في الفراغ يُظهر أن الذرات حول كل كربون تتجه نحو رؤوس رباعي أوجه، فالسلسلة ليست مستقيمة حقًا كما نكتبها على الورق للتسهيل. ووجدت أن الصيغة C4H10 يمكن بناؤها بطريقتين: سلسلة مستقيمة، وسلسلة متفرعة. والمركبات التي تشترك في الصيغة الجزيئية وتختلف في الصيغة البنائية تسمى المتشكّلات، والظاهرة ظاهرة التشكّل. أما الإيثان والبروبان فلكل منهما صيغة بنائية واحدة. وعدد الذرات في عُدد المحاكاة محدود، فقد لا يتسع لبناء البنتان ومتشكّلاته.
قوّم نفسك
جرّب المحاكاة أولًا ثم أجب. لا درجات ولا تسجيل — الإجابات لك وحدك، وتختفي بإغلاق الصفحة.
بنيت ألكانًا فيه ثلاث ذرات كربون. كم ذرة هيدروجين يحتاج لتكتمل روابطه؟
- 6
- 8
- 9
- 12
اعرض الإجابة
ب) 8
في الألكان CnH2n+2، فلـ n = 3 يكون عدد H = 2 × 3 + 2 = 8، أي البروبان C3H8. ومن اختار 12 أعطى كل كربون أربع ذرات هيدروجين ونسي أن الروابط بين ذرات الكربون تشغل بعض الروابط، ومن اختار 6 نسي ذرتي الطرفين الإضافيتين.
أي هذه الألكانات أمكن بناؤه بأكثر من صيغة بنائية؟
- الإيثان C2H6
- البروبان C3H8
- البيوتان C4H10
- الميثان CH4
اعرض الإجابة
ج) البيوتان C4H10
البيوتان يُبنى سلسلة مستقيمة من أربع ذرات كربون أو سلسلة متفرعة بثلاث ذرات حول كربون مركزي، والصيغة الجزيئية واحدة. أما البروبان فإذا حاولت تفريعه وجدت أنه السلسلة نفسها، لأن ذرة الكربون الوسطى ترتبط بالطرفين في كل الأحوال.
ما الذي يميّز المتشكّلات بعضها عن بعض؟
- الصيغة الجزيئية
- عدد ذرات الكربون
- عدد ذرات الهيدروجين
- الصيغة البنائية أي ترتيب الذرات
اعرض الإجابة
د) الصيغة البنائية أي ترتيب الذرات
المتشكّلات تشترك في الصيغة الجزيئية وعدد ذرات كل عنصر، وتختلف في ترتيب ارتباط الذرات، أي الصيغة البنائية. ومن ظن أنها تختلف في الصيغة الجزيئية خلط بين المتشكّلات والمركبات المختلفة في الصيغة.
اضغط «3D» على جزيء البروبان الذي بنيته. لماذا لا تقع ذرات الكربون الثلاث على خط مستقيم؟
اعرض الإجابة
لأن الروابط الأربع حول كل ذرة كربون تتجه نحو رؤوس رباعي أوجه بزاوية نحو 109.5°، بسبب تنافر أزواج الإلكترونات الرابطة. فتصنع ذرات الكربون سلسلة متعرجة لا خطًا مستقيمًا، وكتابة السلسلة مستقيمة على الورق تسهيل فقط.
اكتب الصيغة الجزيئية للبنتان من الصيغة العامة، واذكر لماذا يُتوقع أن يكون له متشكّلات أكثر من البيوتان.
اعرض الإجابة
للبنتان n = 5، فصيغته C5H12. وكلما زاد عدد ذرات الكربون زادت الطرق الممكنة لترتيبها في سلاسل مستقيمة ومتفرعة، فللبنتان ثلاث صيغ بنائية مقابل اثنتين للبيوتان.