فيديو السؤال: توقع نمط قابلية الاشتعال لسلسلة الألكانات المتجانسة الكيمياء

نسخة الفيديو النصية

في جزء من سلسلة متجانسة من الألكانات، من الميثان إلى الهكسان، ماذا يحدث لقابلية الاشتعال كلما ازداد عدد ذرات الكربون؟

السلسلة المتجانسة هي عائلة من المركبات التي تشترك في المجموعة الوظيفية نفسها، ومن ثم الخواص الكيميائية المتشابهة، والصيغة العامة نفسها؛ حيث يختلف كل مركب في السلسلة عن المركب التالي بوحدة بنائية بسيطة. يذكر السؤال سلسلة متجانسة من الألكانات، وتحديدًا من الميثان إلى الهكسان. الميثان، الذي يحتوي على ذرة كربون واحدة، هو جزيء صغير له هذه الصيغة التوضيحية. والإيثان، الذي يحتوي على ذرتي كربون، أطول قليلًا منه وله هذه الصيغة التوضيحية. والبروبان أطول منه بذرة كربون واحدة، والبيوتان أطول منه، والبنتان أطول من ذلك؛ نظرًا لاحتوائه على خمس ذرات كربون، والهكسان هو الأطول في هذا الجزء من سلسلة الألكان المتجانسة؛ حيث يحتوي على ست ذرات كربون.

نحن نعلم أن الألكانات هي جزيئات هيدروكربونية. ما يعني أنها تتكون من الهيدروجين والكربون فقط. وجميع الروابط مشبعة. هذا يعني أن جميع الروابط أحادية. وجميعها لها الصيغة العامة نفسها ‪C𝑛H2𝑛+2‬‏؛ حيث ‪𝑛‬‏ عدد غير كسري، مثل واحد، اثنان، ثلاثة، وهكذا. ويختلف كل مركب متوال في السلسلة عن المركب السابق أو الذي يليه بوحدة بنائية بسيطة، وهي في هذه الحالة وحدة ‪CH2‬‏؛ أي ذرة كربون واحدة وذرتا هيدروجين. وبما أن المركبات متطابقة باستثناء الإضافة التدريجية لوحدة ‪CH2‬‏، فمن المنطقي أن أي خاصية ستتغير تدريجيًّا مع زيادة عدد ذرات الكربون. يمكننا القول إن الخواص تتغير تدريجيًّا، لا سيما الخواص الفيزيائية.

مطلوب منا معرفة ما يحدث لخاصية القابلية للاشتعال مع زيادة عدد ذرات الكربون، أي بزيادة طول السلسلة أو حجم الجزيء. المادة القابلة للاشتعال تشتعل أو تتقد على الفور عند تعرضها للهب. وبينما ننتقل من الميثان الذي يحتوي على ذرة كربون واحدة إلى الهكسان الذي يحتوي على ست ذرات كربون، نجد أن الجزيئات تزداد حجمًا. وعلى الرغم من أن جميع هذه الألكانات قابلة للاحتراق ويمكن أن تحترق في وجود الأكسجين، فكلما زاد عدد ذرات الكربون أو زاد حجم الجزيء، زادت قوى جذب فان دير فالس. ونتيجة لذلك، يتطلب الأمر المزيد من الطاقة لتبخير هذه الجزيئات الأكبر أو الأطول. بهذا تكون جزيئات الهيدروكربونات الأكبر أكثر عرضة للاحتراق غير الكامل. ومن ثم، فإنها تحترق وتنتج لهبًا أكثر دخانًا.

أما الجزيئات الأصغر في هذه السلسلة، فتحتوي على قوى جذب فان دير فالس أضعف بين جسيماتها نتيجة لصغر حجم هذه الجزيئات. والألكانات الصغيرة جدًّا عبارة عن غازات في درجة حرارة الغرفة، وتكون في الحالة البخارية بالفعل. حتى إذا كانت درجة الحرارة أكثر برودة، فسنحتاج إلى طاقة أقل لتحويل هذه الجزيئات إلى الحالة البخارية بسبب ضعف قوى جذب فان دير فالس. ويمكن أن تحترق هذه المركبات احتراقًا كاملًا في حالة توفر كمية كافية من الأكسجين وتنتج لهبًا أزرق غير مدخن عند الاحتراق.

إذن ماذا يحدث لقابلية الاشتعال كلما ازداد عدد ذرات الكربون؟ تنخفض القابلية للاشتعال.