الديناميكا الحرارية، كيمياء المجموعات، الهالو ألكانات والكحولات

يمكن للأنبوب أن becomes أكثر دفئاً بينما تفقد المواد المتفاعلة الطاقة. يمكن لمحلول صافي أن يكون ترسباً أبيض دون أي تغيير في رقم التأكسد. تربط هذه الوحدة الملاحظات بالنماذج: انتقال الطاقة، القوى الجذبية، نقل الإلكترونات، التصادمات ومسارات التفاعل. ابدأ بتحديد النموذج الذي يفسر الأدلة.

الشروط المسبقة: الوحدة 1 نسب المولات، التوزيع الإلكتروني، قطبية الرابطة، الصيغ البنائية وأسهم أزواج الإلكترونات. النطاق يشمل موضوعات Pearson 6–10. التجارب العملية الأساسية 2–8 تُدرَّس حيث تدعم هذه المواضيع؛ لا يمكن أن يحل مرجع محل الخبرة العملية الإشرافية. اتبع تقييم المخاطر الخاص بالمدرسة. تتطلب التحضيرات الخطرة للهالوجينات والأحماض المركزة والمركبات العضوية إشرافاً معتمداً في المختبر.

تغير الإنثالبي، $\Delta H$، هو تغير الطاقة الحرارية عند ثبوت الضغط. تعني الظروف القياسية ضغطاً قدره 100 kPa ودرجة حرارة محددة، عادةً 298 K. الرموز الحالة مهمة: إنتاج الماء السائل يطلق كمية مختلفة من الطاقة عن إنتاج بخار الماء. التفاعل الطارد للحرارة له $\Delta H<0$؛ التفاعل الماص للحرارة له $\Delta H>0$. في مخطط مستوى الإنثالبي، ضع المتفاعلات والنواتج على مستويات أفقية. يتجه السهم من المتفاعلات إلى النواتج؛ ويعطي التغير العمودي $\Delta H$.

تحدد هذه التعريفات تفاعلاً مختلفاً لكل منها تحت ظروف قياسية ومواد في حالاتها القياسية:

For example, $\frac12\mathrm{Cl_2(g)\rightarrow Cl(g)}$ is an atomisation equation, whereas $\mathrm{Cl_2(g)\rightarrow2Cl(g)}$ describes twice that amount. The standard formation enthalpy of an element in its standard state is zero by convention, not because the element has no energy.

حساب كاموريميتري كامل

اخلط 50.0 سم³ من 1.00 مول dm⁻³ HCl مع 50.0 سم³ من 1.00 مول dm⁻³ NaOH. كلاهما يبدأ عند نفس درجة الحرارة؛ الارتفاع المصحح هو 6.8 °C. افترض الكثافة 1.00 جم سم⁻³، والسعة الحرارية النوعية 4.18 جول جم⁻¹ °C⁻¹ وسعة حرارية للكوب مهملة.

تكتسب المحلول الطاقة، لذا تفقد التفاعل هذه الطاقة. استخدم إجمالي الكتلة المدفأة، لكن كمية المادة المحددة للتفاعل. في حالة عدم تساوي كميات الحمض والقاعدة، احسب الاثنين قبل تحديد كمية الماء المتكونة. في تجربة الاحتراق، الماء المُدفأ ليس هو كمية الوقود: احصل على الأخيرة من فقدان كتلة الموقد وكتلة مولارية للوقود.

استخدم غطاء وعازلاً والتحريك، وقيس درجات الحرارة قبل وبعد الخلط في أوقات منتظمة. قم بتدوير خط تبريد ما بعد التفاعل إلى وقت الخلط عندما يتطلب الطريقة تصحيح التبريد. الحرارة المفقودة للوسط المحيط أو الممتصة بواسطة الكوب تجعل النتيجة الطاردة للحرارة غير المصححة أقل سلبية. الاحتراق غير الكامل وتبخير الوقود يجعلان أيضاً نتيجة الاحتراق أقل سلبية. التكرارات تساعد في الاختلاف العشوائي، لكنها لا تزيل هذه التأثيرات المنهجية. ارتفاع كبير في درجة الحرارة يقلل من عدم اليقين المئوي للمقياس الحراري لكن يجب أن يبقى آمناً.

دورات هيس وطاقة الروابط

Hess's law says that the enthalpy change depends on the initial and final states, not the route. Reverse an equation: reverse the sign. Multiply its coefficients: multiply its enthalpy. Add equations and cancel species, including their states, before adding the enthalpies.

من أجل $\mathrm{C(s)+\frac12O_2(g)\rightarrow CO(g)}$، استخدم $\mathrm{C+O_2\rightarrow CO_2}$، $\Delta H=-394$ كج/مول⁻¹، وعكس $\mathrm{CO+\frac12O_2\rightarrow CO_2}$، الذي يتقدم بـ $\Delta H=-283$ كج/مول⁻¹. الهدف هو المجموع، لذا $\Delta H=-394-(-283)=-111$ كج/مول⁻¹. دورة تستخدم بيانات التكوين تعطي $\sum\Delta H_f(\text{products})-\sum\Delta H_f(\text{reactants})$، مع تضمين المعاملات. دورة الاحتراق تعطي مجموع احتراق المتفاعلات ناقص مجموع احتراق النواتج.

الممارسة الأساسية 2 تقارن طرق الذوبان/التفاعل نحو نفس المحلول النهائي. طابق الكميات والحالات النهائية، واحسب كل تغير في درجة حرارة مقاسة، واختبر ما إذا كان الخطأ التجريبي يفسر عدم الاتفاق. الدورة ذات التركيز النهائي غير المطابقة ليست نفس المسار الديناميكي الحراري تماماً.

متوسط طاقة الرابطة هو متوسط الطاقة اللازمة لكسر مول واحد من رابطة تساهمية محددة في الجزيئات الغازية. كسر الروابط يستهلك طاقة؛ تكوين الروابط يطلقها.

من أجل $\mathrm{H_2(g)+Cl_2(g)\rightarrow2HCl(g)}$، ليكن H–H = 436، Cl–Cl = 243 و H–Cl = 431 كج/مول⁻¹. إذن $\Delta H\approx436+243-2(431)=-183$ كج/مول⁻¹. والعكس، إذا $\Delta H=-184$ كج/مول⁻¹، فإن $E(\mathrm{H-Cl})=[436+243-(-184)]/2=431.5$ كج/مول⁻¹. القيم المتوسطة تجمع بين بيئات جزيئية مختلفة وتفترض روابط في الحالة الغازية، لذا قد يختلف التقدير عن إنثالبي التفاعل المقاس. الرابطة الضعيفة قد تنكسر بسهولة أكبر، لكن سرعة التفاعل تعتمد أيضاً على مسار التنشيط بأكمله؛ $\Delta H$ وحده لا يتنبأ بالسرعة.

كل ذرات وجزيئات تمتلك قوى لندن، الناتجة عن ثنائيات قطبية لحظية تحفز ثنائيات قطبية في الجسيمات المجاورة. زيادة الإلكترونات وغيمة إلكترونية أكثر قابلية للاستقطاب عادة ما تعزز هذه القوى. تجاذبات ثنائي القطب الدائم تحدث أيضاً بين الجزيئات القطبية. الرابطة الهيدروجينية هي تجاذب بين H مرتبط بـ N أو O أو F وزوج حر على N أو O أو F لجزيء آخر. رابطة تساهمية O–H داخل الإيثانول ليست نفسها رابطة هيدروجينية.

الماء والأمونيا وغاز فلوريد الهيدروجين يرتبطون بروابط هيدروجينية. الإيثانول لديه أيضاً متبرع O–H وأزواج حرة على الأكسجين. الإيثر له أزواج حرة على الأكسجين ويمكنه قبول الروابط الهيدروجينية من الماء، لكنه لا يمكنه تكوين رابطة هيدروجينية مع جزيء إيثر آخر باستخدام متبرع O–H. استخدم البنية الفعلية بدلاً من مجرد العثور على الأكسجين في الصيغة.

اشرح الغليان بالتجاذبات بين الجزيئات، وليس بكسر كل الرابطة التساهمية. سلاسل الألكان الأطول عادة ما تحتوي على إلكترونات أكثر وقوى لندن أقوى، لذا ترتفع درجات الغليان. للألكانات المتشابهة، يجعل التفرع الجزيئات أكثر انضغاطاً ويقلل من الاتصال الفعال، لذا تنخفض درجة الغليان عادة. الكحول لديه درجة غليان أعلى من ألكان مشابه الحجم بسبب وجود رابطة هيدروجينية إضافية تتطلب طاقة أكبر للتغلب عليها. من HCl إلى HBr إلى HI، تكبر الغيوم الإلكترونية وتعزز قوى لندن؛ HF مرتفع بشكل غير معتاد لأنه يرتبط بروابط هيدروجينية.

الماء لديه درجات انصهار وغليان عالية بشكل غير معتاد مقارنة بحجمه الجزيئي. الجليد يحتوي على ترتيب مفتوح مترابط بالروابط الهيدروجينية. عند الانصهار، ينهار جزء من هذا الترتيب، مما يقرب الجزيئات؛ الماء السائل أكثر كثافة من الجليد بالقرب من نقطة الانصهار. من الخطأ شرحطفو الجليد بقوله إن جزيئاته تصبح أكبر.

ذوبانية تعتمد على التوازن بين التجاذبات المكسورة والتجاذبات المكونة. الماء يhydrates أيونات: الأكسجين جزئياً سلبي يواجه الكاتيونات والهيدروجين جزئياً موجب يواجه الأنونات. الكحولات الصغيرة تختلط جيداً مع الماء لأن مجموعات O–H الخاصة بها تربط هيدروجينياً؛ السلسلة الكربونية غير القطبية المتزايدة تقلل من هذه الميزة. العديد من الهالوكربونات لديها روابط C–X قطبيةyet dissolve poorly in water: they cannot replace the water–water hydrogen-bond network effectively. A non-aqueous solvent with similar intermolecular attractions can be more suitable. “Polar dissolves polar” is a useful starting comparison, not a universal rule.

عدد الأكسدة قيمة محاسبية تُكتب بإشارة؛ ومجموعها يساوي الشحنة على النوع. العناصر عددها صفر. المجموعة 1 عادة +1 والمجموعة 2 +2. الأكسجين عادة −2، لكن −1 في البيروكسيدات؛ الهيدروجين عادة +1، لكن −1 في هيدريدات الفلزات. استخدم قاعدة المجموع عندما تكون هناك استثناء لقاعدة مألوفة. على سبيل المثال، في $\mathrm{Cr_2O_7^{2-}}$، $2x+7(-2)=-2$، لذا الكروم +6. أكسيد الحديد (III) هو $\mathrm{Fe_2O_3}$ لأن اثنين من +3 وثلاثة من −2 مجموعهما صفر.

الأكسدة هي فقدان الإلكترونات وزيادة عدد تأكسد. الاختزال هو اكتساب الإلكترونات ونقصانه. العامل المؤكسد يكتسب الإلكترونات ويختزل؛ العامل المختزل يفقد الإلكترونات ويتأكسد. لدمج نصفي المعادلة، اضربهما حتى تتساوى الإلكترونات المفقدة مع المكتسبة، ثم أعد الإلكترونات. على سبيل المثال، $\mathrm{Mg\rightarrow Mg^{2+}+2e^-}$ و $\mathrm{Cl_2+2e^-\rightarrow2Cl^-}$ يعطيان $\mathrm{Mg+Cl_2\rightarrow Mg^{2+}+2Cl^-}$. تحقق من كل من الذرات والشحنة.

باتجاه الأسفل للمجموعتين 1 و2، يزيد نصف القطر والحجب الجاذبية للإلكترون الخارجي رغم زيادة الشحنة النووية. طاقة التأين الأولى تنخفض وتصبح التفاعل بفقد الإلكترونات أسهل. فلزات المجموعة 1 من الليثيوم إلى البوتاسيوم وفلزات المجموعة 2 من المغنيسيوم إلى الباريوم تصبح أكثر تفاعلاً باتجاه أسفل مجموعاتها.

ذوبانية هيدروكسيدات المجموعة 2 تزداد نحو أسفل المجموعة؛ ذوبانية الكبريتات تنخفض. وبالتالي BaSO₄ راسب غير قابل للذوبان مفيد، بينما Ba(OH)₂ أكثر ذوبانية من Mg(OH)₂. حافظ على التمييز بين الذوبانية والقوة: هيدروكسيد المجموعة 2 المحلول يوفر أيونات الهيدروكسيد، لكن القليل المذاب يحد التركيز.

الكاتيونات الصغيرة ذات الكثافة الشحنية العالية تستقطب بقوة الأنيونات الكبيرة. لذلك الليثيوم وكاتيونات المجموعة 2 الأصغر تجعل كربوناتها ونترات أقل استقراراً حرارياً. الاستقرار يزداد نحو أسفل كل مجموعة مع زيادة حجم الكاتيون. معظم كربونات المجموعة 1 تقاوم التسخين المخبري العادي؛ Li₂CO₃ يتحلل إلى Li₂O + CO₂. كربونات المجموعة 2 تعطي MO + CO₂. نترات المجموعة 1 ما عدا الليثيوم تعطي نيتريت + أكسجين، $2\mathrm{MNO_3}\rightarrow2\mathrm{MNO_2}+\mathrm{O_2}$. الليثيوم ونترات المجموعة 2 تعطي أكسيد، NO₂ بني وأكسجين؛ مثال $2\mathrm{Mg(NO_3)_2}\rightarrow2\mathrm{MgO}+4\mathrm{NO_2}+\mathrm{O_2}$. قارن كميات متساوية تحت تسخين محكوم؛ لا تخلط بين معدل إنتاج الغاز الأسرع ودرجة حرارة التحلل المقاسة مباشرة. NO₂ سام وحامضي؛ استخدم تهوية معتمدة. CO₂ يعكر ماء الجير؛ الأكسجين يشتعل شظية متوهجة.

لمقارنة حرارية محكومة، استخدم كميات مولارية مقاسة وقابلة للمقارنة وحجم جزيئات وأجهزة بنفس معدل التسخين. سجل درجة حرارة العينة عند بداية أو مدى تحلل محدد مسبقاً ومقبول للكشف عنه. وقت الفقاعات يعتمد أيضاً على التسخين وجمع الغاز، لذا لا يقيس الاستقرار الحراري مباشرة. سجل الجهاز وحد الكشف؛ قد لا يحدث التحلل عند درجة حرارة حادة عالمية واحدة.

تظهر ألوان اللهب عندما تهبط الإلكترونات المهيجة إلى مستويات طاقة أدنى وتطلق فوتونات بطاقة مميزة. الليثيوم أحمر قرمزي، الصوديوم أصفر، البوتاسيوم بنفسجي فاتح، الكالسيوم أحمر طوبي، السترونشيوم أحمر قرمزي والباريوم أخضر تفاحي؛ المغنيسيوم ليس له لون اختبار لهب مميز. نظف السلك بحمض الهيدروكلوريك وسخنه حتى لا يبقى لون وفقاً للطريقة المعتمدة. استخدم عينات منفصلة واحافظ على منطقة اللهب وطريقة التحميل ثابتة؛ تجنب تلوث الصوديوم. احتراق المغنيسيوم الأبيض ليس لون لهب تشخيصي لأيون المغنيسيوم.

استخدم خصلات منفصلة حتى لا يلوث كاشف أحد الاختبارات الآخر.

AgCl أبيض ويذوب في الأمونيا المخففة. AgBr كريمي، غير قابل للذوبان في الأمونيا المخففة لكن يذوب في الأمونيا المركزة. AgI أصفر وغير قابل للذوبان في كلاهما. تحدد هذه الاختبارات أيونات الهاليد الموجودة بالفعل في المحلول؛ أما الهالوجين المرتبط تساهمياً في هالوكربون فيتطلب أولاً التحلل المائي.

المحلول القياسي له تركيز معلوم بدقة. بالنسبة للتجربة العملية الأساسية 4، قِس كتلة الحمض الصلب المناسب بدقة، ذوّبه في ماء منزوع الأيونات، انقله كمّيًا إلى دورق عياري، اشطف الوعاء/المصفاة داخل الدورق، واملأ حتى العلامة عند مستوى العين واخلط بالقلب المتكرر. اختر تركيزه باستخدام الكتلة والكتلة المولية وحجم الدورق. لا تملأ حتى العلامة قبل ذوبان الصلب ووصوله لدرجة حرارة الغرفة.

بالنسبة للتجارب العملية الأساسية 3 و4، اشطف البيريتة بالتيترانت الخاص بها والأيبيتة بالمحلول الذي سينقله؛ اشطف الدورق المخروطي بالماء منزوع الأيونات. أزل قمع التعبئة، تأكد من امتلاء الفوهة، اقرأ المنحنى السطحي عند مستوى العيني وسجّل قراءات النهاية ناقص البداية. حرك وأضف قطرات بالقرب من نقطة النهاية فوق بلاطة بيضاء. استخدم تيتراً خشناً لتحديد نقطة النهاية، ثم احصل على تيترات دقيقة متطابقة. لا تقم بمتوسط التيترا الخشن مع التيترات الدقيقة. الميثيل بربرت أصفر في القلوي وأحمر في الحامضي؛ الفينول فثالين وردي في القلوي وشفاف في الحامضي. اختر مؤشراً يتغير لونه في منطقة نقطة الحادة الدقيقة.

نسبة الكمية قبل التركيز

25.00 cm³ من 0.0500 mol dm⁻³ Na₂CO₃ تحتاج 24.60 cm³ من HCl. المعادلة هي $\mathrm{Na_2CO_3+2HCl\rightarrow2NaCl+CO_2+H_2O}$.

تركيز الكتلة هو $cM$ في g dm⁻³. إذا كان لكل قراءة في البيريتا عدم اليقين ±0.05 cm³، فإن عدم اليقين الأقصى في التيترا هو ±0.10 cm³؛ وهنا $100(0.10/24.60)=0.41\%$. أضب عدم اليقين النسبي ذات الصلة للمنتج/النسبة كتقدير أقصى. يزيد التيترا المناسب الأكبر من عدم اليقين النسبي للقراءة. تكرار نقطة النهاية لا يصحح تحضير المحلول القياسي الخاطئ.

الكلور غاز أخضر فاتح، والبروم سائل أحمر بني واليود صلب رمادي أسود عند درجة حرارة الغرفة؛ بخار اليود بنفسجي. نزولاً في Cl₂، Br₂، I₂، تعزز الغيوم الإلكترونية الأكبر قوى لندن، مما يرفع درجات الانصهار والغليان. تنخفض الكهروسالبية مع زيادة نصف القطر والحجب وضعف الجذب لمزدوج إلكتروني رابطي مشترك. تقل أيضاً قوة الأكسدة؛ يصبح الجذب لإلكترون قادم أضعف. اميّز بين تعريف المزدوج الرابطي واكتساب الإلكترون في الأكسدة والاختزال؛ differs also من حجة اكتساب الإلكترون عن فقدان المجموعة 1 للإلكترون.

يزيح الكلور البروميد واليوديد؛ يزيح البروم اليوديد؛ لا يزيح اليود أياً منهما. على سبيل المثال، $\mathrm{Cl_2+2Br^-\rightarrow2Cl^-+Br_2}$. يفقد البروميد إلكترونات ويكون عامل مختزل. في الماء، يكون الكلور أخضر فاتح، والبروم برتقالي/بني، واليود بني؛ في المذيب العضوي غير القطبي غير النشط المذكور، يكون الكلور أصفر فاتح أخضر، والبروم برتقالي، واليود بنفسجي. حدد المذيب عند استخدام اللون كدليل. تنبأ بأن الفلور أكسيد أقوى وأن الأستاتين أكسيد أضعف من الاتجاه؛ لا تخترع اختباراً مدرسياً آمناً لأي منهما.

في التحلل الذاتي، يكون نفس العنصر في نوع واحد مؤكسداً ومختزلاً. يعطي الكلور مع الماء $\mathrm{Cl_2+H_2O\rightleftharpoons HCl+HClO}$: ينتقل Cl من 0 إلى −1 و+1. يطهر ماء الكلور لأنه أكاسيد تحتوي على الكلور تدمر الكائنات الدقيقة. موازنة الفائدة مقابل السمية والمنتجات الثانوية الضارة بدلاً من الادعاء بأنه آمن تماماً.

يعطي القلوي المخفف البارد $\mathrm{Cl_2+2OH^-\rightarrow Cl^-+ClO^-+H_2O}$، وهو أساس مبيض الهيبوكلوريت. يعطي القلوي المركز الساخن $3\mathrm{Cl_2}+6\mathrm{OH^-}\rightarrow5\mathrm{Cl^-}+\mathrm{ClO_3^-}+3\mathrm{H_2O}$؛ يصبح الكلور −1 و+5. تتبع معادلات البروم واليود المماثلة نفس محاسبة الذرات/الشحنة تحت الظروف المحددة.

مع H₂SO₄ المركزة، تخضع أملاح الكلوريد الصلبة لتفاعل حمض-قاعدة لإطلاق HCl؛ لا يعتبر الكلوريد عاملاً مختزلاً قوياً بما يكفي لتحميض الحمض تحت هذه الظروف. يعطي البروميد أولاً HBr، والذي يمكن أن يختزل الكبريت من +6 إلى +4 في SO₂ بينما يشكل Br₂: $2\mathrm{HBr}+\mathrm{H_2SO_4}\rightarrow\mathrm{Br_2}+\mathrm{SO_2}+2\mathrm{H_2O}$. اليوديد عامل مختزل أقوى ويمكن أن يعطي الكبريت وH₂S بالإضافة إلى SO₂، مع تكوين اليود. تشمل مسارات الكبريت $2\mathrm{HI}+\mathrm{H_2SO_4}\rightarrow\mathrm{I_2}+\mathrm{SO_2}+2\mathrm{H_2O}$ و$6\mathrm{HI}+\mathrm{H_2SO_4}\rightarrow3\mathrm{I_2}+\mathrm{S}+4\mathrm{H_2O}$. بالنسبة لـ H₂S: $8\mathrm{HI}+\mathrm{H_2SO_4}\rightarrow4\mathrm{I_2}+\mathrm{H_2S}+4\mathrm{H_2O}$. هذه عروض تجريبية خطرة تحت الإشراف، وليست تعليمات لتوليد الغاز المستقل. تذوب الهاليدات الهيدروجينية في الماء لتكوين الأحماض وتتفاعل مع الأمونيا لتكوين أملاح الأمونيوم: $\mathrm{HX+NH_3\rightarrow NH_4X}$.

تحتاج التفاعلات تصادمات بطاقة كافية للتغلب على طاقة التنشيط وتوجيه مناسب. تزيد التركيز أو ضغط الغاز أو مساحة السطح الصلبة المكشوف من تردد التصادم. تزيد درجة الحرارة من تردد التصادم، والأهم من ذلك، الكسر الذي يمتلك طاقة على الأقل $E_a$.

على توزيع ماكسويل-بولتزمان للطاقة، يجعل زيادة درجة الحرارة القمة أقل وينزحها نحو الطاقة الأعلى؛ يبقى المساحة ثابتة لنفس عدد الجزيئات. تزداد منطقة الطاقة العاليةBeyond $E_a$. يوفر العامل الحفاز مساراً آخر بطاقة تنشيط أقل. عند نفس درجة الحرارة، لا يغير التوزيع، لكنه ينزح عتبة الطاقة يساراً بحيث يمكن المزيد من التصادمات التفاعل. قد يكون ملف التفاعل المحفز به قممتان تفصل بينهما حالة وسطى؛ neither مستويات المتفاعلات/النواتج nor $\Delta H$ تتغير.

For a fixed visible endpoint, $1/t$ is a comparative rate measure in s⁻¹, provided each trial reaches the same extent of reaction. It is not automatically a rate in mol dm⁻³ s⁻¹. On a gas-volume–time graph, average rate is $\Delta V/\Delta t$; instantaneous rate is a tangent gradient. If a tangent passes through (10 s, 12 cm³) and (50 s, 36 cm³), its gradient is $(36-12)/(50-10)=0.60$ cm³ s⁻¹. Use points on the tangent, not two nearby curve points. A faster reaction need not make more final product if the limiting amount is unchanged.

يتطلب التوازن الديناميكي نظامًا مغلقًا. تستمر التفاعلات الأمامية والعكسية بمعدلات متساوية؛ وتبقى التركيزات ثابتة لكنها قد لا تكون متساوية. زيادة تركيز أحد المتفاعلات تحرك التوازن نحو استهلاكه. يفضل الضغط العالي الجانب الذي يحتوي على عدد أقل من مولات الغاز؛ وإذا كانت معاملات الغاز متساوية، فلا يحدث تغير في التكوين. تفضل درجة الحرارة العالية الاتجاه الماص للحرارة. يسرع العامل الحفاز كلا الاتجاهين ويصل إلى نفس التوازن بشكل أسرع.

بالنسبة لـ $\mathrm{N_2(g)+3H_2(g)\rightleftharpoons2NH_3(g)}$، مع التفاعل الأمامي الطارد للحرارة، الضغط العالي ودرجة الحرارة المنخفضة يعززان إنتاج الأمونيا. درجة الحرارة المنخفضة تبطئ التفاعل؛ الضغط العالي جداً يرفع تكاليف الطاقة والمعدات والسلامة. الظروف الصناعية توازن بين السرعة والإنتاج والفصل/إعادة التدوير والتكلفة. المحفز يسمح بسرعة كافية عند درجة حرارة أقل؛ لكنه لا يزيد بحد ذاته من إنتاج التوازن. المحفزات الأكثر انتقائية يمكنها أيضاً تحسين اقتصاد الذرات عن طريق تقليل المسارات غير المرغوبة، لكن هذا ادعاء مختلف عن إزاحة التوازن.

النوكليوفيل يتبرع الزوج الإلكتروني لتكوين رابطة تساهمية. الرابطة القطبية C–X تحتوي على كربون موجب جزئيًا. يبدأ السهم الكيرلي من زوج حر أو رابطة، وليس من الشحنة الموجبة. يؤدي الكسر المتجانس إلى منح كلا إلكتروني الرابطة لذرة واحدة، مما ينتج أيونات. يظهر الآلية حركة الإلكترونات، وليس فقط المعادلة الإجمالية.

صنف هالوجينوألكان حسب عدد مجموعات الكربون المرتبطة بالكربون الحامل لـ X: واحد أولي، اثنان ثانوي، ثلاثة ثالثي. هذا ليس رقم الموقع في اسمه. 1-بروموبيوتان أولي؛ 2-بروموبيوتان ثانوي؛ 2-برومو-2-ميثيلبروبان ثالثي.

لبروموإيثان الأولي وOH⁻، ارسم سهماً واحداً من زوج إلكتروني حر على الأكسجين إلى الكربون الحامل للبروم وسهماً آخر من رابطة C–Br إلى البروم. النواتج هي الإيثانول وBr⁻. بالنسبة للأمونيا، يعطي الهجوم نفسه لزوج الإلكترونات CH₃CH₂NH₃⁺ وBr⁻؛ تزيل الأمونيا الثانية H⁺ لتعطي CH₃CH₂NH₂ وNH₄⁺. تضم هذه الخطوة نقل بروتون والشحنات. حركية S_N1/S_N2 التفصيلية هي مادة الوحدة 4.

رسم كامل لاستبدال أولي

المثال الأصلي التالي يستخدم 1-بروموبروبان، لذا احسب ثلاثة ذرات كربون طوال الوقت. الآلية الهيدروكسيد تعطي بربران-1-ول؛ مسار الأمونيا يعطي بربران-1-أمين بعد نقل البروتون. يتم رسم أزواج الإلكترونات المتبرعة فقط. في المرحلة الأولى من الأمونيا، ينتج نيتروجين مشحون بشحنة موجبة بأربع روابط؛ في المرحلة الثانية، تستعيد ثلاث روابط وزوجاً إلكترونياً حراً. يبقى البروميد موجوداً بينما تصبح الأمونيا الثانية أمونيوم.

في العملي الأساسي 5، قارن تركيزات/أحجاماً متساوية من هاليدات الألكان مع نفس خليط نترات الفضة/الإيثانول عند درجة حرارة محكومة. حدد وقت تكون ترسب مقارب. تتحلل هاليدات الألكان اليودية أسرع من هاليدات الألكان البرومية، والتي تتحلل أسرع من هاليدات الألكان الكلورية، لأن R–I أضعف من R–Br وR–Cl. R–F هو الأقوى والأصعب في الكسر. لا تستخدم قطبية R–X وحدها للتنبؤ بهذا الترتيب. في مقارنة التحلل المائي المائي/الإيثانولي المحددة، تتفاعل هاليدات الألكان الثالثية عادةً بشكل أسرع من الثانوية، ثم الأولية. يجب مطابقة المذيب والتركيز وظروف الكشف؛ ظهور الراسب هو مقياس غير مباشر للمعدل.

يحول العملي الأساسي 6 2-ميثيلبروبان-2-ول إلى 2-كلورو-2-ميثيلبروبان باستخدام HCl المركز. اشرح استبدال OH بـ Cl، وفصل الطبقات العضوية/المائية، وإزالة الشوائب الحمضية، والتجفيف والتنقية. يجب تهوية الدائرة الفصلية كما هو موضح في الطريقة المعتمدة؛ حدد الطبقات باستخدام الكثافة/الدليل، وليس بافتراض أن جميع السوائل العضوية تطفو. لا توجد لهب مكشوف بالقرب من المواد العضوية القابلة للاشتعال.

صنف الكحولات حسب الكربون المرتبط بـ OH، وليس بعدد جميع مجموعات OH. أولي بروبان-1-ول يتأكسد بثنائي كرومات البوتاسيوم(VI) في حمض الكبريتيك المخفف. تبخر الألدهيد كما يتكون لتقليل الأكسدة الإضافية: $\mathrm{CH_3CH_2CH_2OH+[O]\rightarrow CH_3CH_2CHO+H_2O}$. سخن تحت التقطير العائد مع فائض من المؤكسد لصنع الحمض: $\mathrm{CH_3CH_2CH_2OH+2[O]\rightarrow CH_3CH_2COOH+H_2O}$. ثانوي بروبان-2-ول يعطي بروبانون: $\mathrm{CH_3CH(OH)CH_3+[O]\rightarrow CH_3COCH_3+H_2O}$. الكحولات الثالثية تقاوم الأكسدة تحت هذه الظروف لأن الكربون الحامل لـOH يفتقر إلى H. يتحول ثنائي كرومات البرتقالي إلى الأخضر عند الاختزال.

تعطي الألدهيدات راسبًا أحمر طوبياً مع محلول فيلهنج أو بينديكت الدافئ؛ الكيتونات العادية لا تفعل ذلك. تتفاعل الأحماض الكربوكسيلية مع الكربونات/بيكربونات لإطلاق CO₂. تُميز هذه المنتجات العملية الأساسية 7؛ لا تحدد مادة مجهولة من لون ثنائي الكرومات وحده.

Alcohol combustion produces CO₂ and H₂O when oxygen is sufficient. PCl₅ converts an alcohol to a chloroalkane, producing POCl₃ and HCl fumes: $\mathrm{ROH+PCl_5\rightarrow RCl+POCl_3+HCl}$. The fumes support an OH-group test but are not unique proof of an alcohol. KBr with 50% concentrated sulfuric acid supplies HBr for conversion to a bromoalkane; red phosphorus and iodine supply a reagent for an iodoalkane. Heating with concentrated phosphoric acid eliminates water to make an alkene. Distinguish dehydration from oxidation and substitution; state conditions on the arrow.

يعمل التقطير العائد على تسخين الخليط بينما يُعيد المكثف البخار؛ يجمع التقطير البخار بعد التكثيف ويفصله بناءً على التطاير. يدخل الماء إلى المكثف من الأسفل ويخرج من الأعلى. يقسم الاستخلاص بالمذيب المنتج بين طبقات غير قابلة للخلط. استخدم مجفف جاف مناسب لإزالة الماء المتبقي، ثم صُفّه/صفّه قبل التقطير النهائي. نطاق غليان ضيق قريب من القيمة المرجعية يدعم النقاوة لكنه ليس تعريفاً حاسماً؛ يؤثر الضغط وموضع المقياس الحراري على القياس.

يعطي ذروة أيون الجزيء في الطيف الكتلي الكتلة الجزيئية لأيون أحادي الشحنة. قد لا تكون الذروة الأكبر. تساعد أيونات الشظايا في اقتراح الهياكل: فقدان CH₃ يقابل 15 وحدات كتلة، لكن شظية واحدة نادراً ما تثبت متماثلاً واحداً. فرّق بين قمم النظائر والشظايا. في طيف IR، قارن مواقع الامتصاص مع البيانات المقدمة: C=O، O–H، N–H، C=C، C–H وR–X يمكنها تحديد المجموعات الوظيفية الممكنة. O–H للكحول عريض؛ O–H للحمض عريض جداً ويظهر مع C=O. كل من الألدهيدات والكيتونات لديها C=O، لذا اجمع بين IR والصيغة والطيف الكتلي والاختبارات الكيميائية. يمكن لاستبعاد امتصاص قوي متوقع أن ينفي اقتراحاً، وذلك بناءً على جودة الطيف. يجمع العملي الأساسي 8 بين اختبارات الأيونات واختبارات عضوية باستخدام أجزاء مسحوقة نظيفة ومنفصلة وسلسلة مسجلة من الأدلة.

حاول الإجابة قبل قراءة الإرشادات. هذه الفحوصات الأصلية ليست أسئلة ورقات امتحانات رسمية.

1. تدفئ المحلول لكن طالباً الإبلاغ عن إنثالبي مولاري موجب. اشرح خطأ الإشارة والكميتينDistinctتين اللازمتين بجانب تغير درجة الحرارة.
2. له نوعان متماثلان من الألكانات نفس عدد الإلكترونات. اشرح لماذا يمكن أن تختلف درجات غليانهما دون الاستشهاد بالروابط الهيدروجينية.
3. ملح مجهول يعطي صلباً أبيض مع BaCl₂ بعد التحمض وغازاً يحول ورق تباعثر الأحمر إلى الأزرق مع NaOH الدافئ. حدد كلا الأيونين وأعط معادلتين أيونيتين.
4. رفع درجة الحرارة يزيد السرعة لكن يقلل إنتاج التوازن. ماذا يعني هذا بالنسبة لإنثالبي الأمامي، ولماذا لا يحل عامل حفاز تغيير الإنتاج بشكل مباشر؟
5. يعطي بروميد أولي نايترايل ثلاثي الكربون. حدد البروميد وكاشفه/شروطه، وناتج الاستبدال اللاحق باستخدام KOH المائي على البروميد الأصلي.
6. مركب مجهول C₃H₆O له امتصاص C=O ويقلل محلول فيلهنج. قدم تركيبه واشرح أحد التشاكلات المرفوضة.

إرشادات: (1) الطاقة المكتسبة للمحلول مفقودة من التفاعل؛ الكتلة المسخنة/السعة الحرارية النوعية والكمية المحددة من المتفاعل مطلوبة. (2) التفرع يغير الاتصال وجاذبيات لندن. (3) الكبريتات والأمونيوم؛ Ba²⁺ + SO₄²⁻ → BaSO₄، NH₄⁺ + OH⁻ → NH₃ + H₂O. (4) التفاعل الأمامي طارد للحرارة؛ يغير العامل الحفاز السرعات، وليس تكوين التوازن عند درجة حرارة ثابتة. (5) بروموإيثان؛ KCN الكحولي مع الحرارة يعطي CH₃CH₂CN؛ KOH المائي يعطي الإيثانول. (6) بروبانال، CH₃CH₂CHO؛ بروبانون لديه الصيغة والكربونيل لكنه لا يختزل محلول فيلهنج تحت اختبار محدد.