از منابع زمین تا خانوادهٔ هیدروکربنها
پایهٔ ۱۱ · فصل ۱ساختار را به واکنش و کاربرد وصل کن.
اول مفهوم را بخوان، بعد دام همان مبحث را کنارش بررسی کن.
ذخیره طبیعی ماده با مقدار ماده قابل استخراج اقتصادی یکسان نیست. معدنکاری، فراوری، مصرف و بازیافت همگی بر مصرف انرژی و پسماند اثر دارند. پایستگی اتمها به معنی دسترسی آسان و همیشگی به مواد با کیفیت اولیه نیست؛ یک فلز ممکن است به ترکیب پراکندهای تبدیل شود که جداسازی آن دشوار است. ارزیابی ماده باید چرخه مصرفش را هم ببیند.
پایستگی اتمها به معنی دسترسی اقتصادی همیشگی نیست؛ استخراج، پراکندگی و هزینه جداسازی ذخایر قابل استفاده را محدود میکنند.
فلزها معمولاً رسانای خوب، چکشخوار و دارای جلای فلزیاند. نافلزها رفتار متفاوت دارند و شبهفلزها برخی ویژگیهای میانی نشان میدهند. در یک گروه اصلی، شباهت الکترون ظرفیت به شباهت رفتار کمک میکند؛ اما خواص همه اعضا دقیقاً یکسان نیست. عنصر را با چند شاهد مانند جایگاه جدول و ویژگیها شناسایی میکنیم، نه با یک ویژگی منفرد.
گرافیت نافلز رساناست و محلول نمک با یونهای متحرک رسانایی دارد؛ رسانایی بهتنهایی فلز بودن را ثابت نمیکند.
اول مفهوم را بخوان، بعد دام همان مبحث را کنارش بررسی کن.
در یک گروه با رفتن به پایین، افزودن لایه الکترونی معمولاً شعاع را بیشتر میکند. در یک دوره اصلی از چپ به راست، افزایش کشش مؤثر هسته معمولاً شعاع را کاهش میدهد. این روندها برای مقایسه عنصرهای مناسب کاربرد دارند و جای داده دقیق همه اتمها را نمیگیرند. کاتیون معمول یک عنصر از اتم خنثی آن کوچکتر و آنیون معمول از آن بزرگتر است.
در یک دوره از گروههای اصلی شعاع معمولاً با افزایش بار مؤثر هسته کاهش و در پایین گروه با افزوده شدن لایه افزایش مییابد.
تمایل به از دست دادن الکترون در فلزها با تمایل به گرفتن الکترون در نافلزها تفاوت دارد. برای فلزهای اصلی یک گروه، پایین رفتن معمولاً از دست دادن الکترون را آسانتر میکند. آهن میتواند Fe²⁺ و Fe³⁺ بسازد؛ در تشکیل یونهای معمول آهن، الکترونهای ۴s پیش از ۳d خارج میشوند. چندبارگی برخی فلزها در فرمول و نامگذاری مهم است.
در کاتیونهای فلزهای واسطه، الکترون لایه با n بزرگتر معمولاً زودتر جدا میشود؛ برای آهن، الکترونهای ۴s پیش از ۳d جدا میشوند.
اول مفهوم را بخوان، بعد دام همان مبحث را کنارش بررسی کن.
فلز فعالتر میتواند در شرایط مناسب یون فلز کمفعالتر را کاهش دهد. در Zn+Cu²⁺→Zn²⁺+Cu، روی حل میشود و مس رسوب میکند. استخراج فلز از ترکیب نیز به واکنشپذیری بستگی دارد؛ یک روش برای همه فلزها مناسب نیست. مشاهده رسوب فلزی و تغییر یونها شواهدی برای جهت انتقال الکتروناند.
در معادله دادهشده یون Cu²⁺ الکترون میگیرد و مس فلزی میشود؛ روی الکترون از دست میدهد.
در نمونهٔ ناخالص، جرم کل نمونه را نباید جرم مادهٔ هدف گرفت؛ جرم مادهٔ هدف از درصد خلوص به دست میآید. نقش ناخالصیها به شرایط واکنش بستگی دارد و ناخالصی الزاماً بیاثر نیست. برای محاسبهٔ فراوردهٔ موردنظر از جرم بخش خالص مادهٔ هدف آغاز میکنیم، به شرط آنکه ناخالصی در تشکیل همان فراورده مشارکت نکند. سپس از معادلهٔ موازنهشده محصول نظری را حساب میکنیم. بازده درصدی نسبت مقدار واقعی محصول به مقدار نظری ضرب در صد است. خلوص مربوط به ترکیب نمونه و بازده مربوط به عملکرد فرایند است؛ این دو جایگزین یکدیگر نیستند. برای کاهش آهن(III) اکسید با کربن کافی، معادله ۲Fe₂O₃+۳C→۴Fe+۳CO₂ موازنه است؛ بنابراین نسبت مولی Fe₂O₃ به Fe برابر ۱ به ۲ است.
خلوص سهم ماده هدف در نمونه است؛ بازده نسبت محصول واقعی به محصول نظری است و این دو درصد مستقلاند.
اول مفهوم را بخوان، بعد دام همان مبحث را کنارش بررسی کن.
هیدروکربن فقط کربن و هیدروژن دارد. آلکان زنجیرباز سیرشده فرمول عمومی CₙH₂ₙ₊₂ دارد و پیوندهای کربن–کربن آن یگانهاند. این فرمول را به همه هیدروکربنها یا ساختارهای حلقوی تعمیم نمیدهیم. کربن در ساختارهای معمول این بخش چهار پیوند میسازد؛ کنترل ظرفیت، راهی سریع برای پیدا کردن هیدروژنهای جاافتاده است.
فرمول CₙH₂ₙ₊₂ برای آلکان زنجیرباز سیرشده است؛ حلقه یا پیوند چندگانه شمار هیدروژن را تغییر میدهد.
در نامگذاری آلکان شاخهدار، طولانیترین زنجیر پیوسته کربنی را پیدا میکنیم، آن را از سمت مناسب شماره میزنیم و جای شاخهها را مشخص میکنیم. زنجیر اصلی ممکن است در شکل خمیده باشد. ایزومرهای ساختاری فرمول مولکولی یکسان ولی اتصال اتمهای متفاوت دارند؛ جابهجایی روی کاغذ بهتنهایی ایزومر تازه نمیسازد.
زنجیر اصلی از دنبال کردن اتصالهای پیوسته کربن انتخاب میشود؛ میتواند در رسم خمیده یا عمودی باشد.
اول مفهوم را بخوان، بعد دام همان مبحث را کنارش بررسی کن.
آلکن دارای پیوند دوگانه کربن–کربن و آلکین دارای پیوند سهگانه است. فرمول CₙH₂ₙ برای آلکن زنجیرباز با یک پیوند دوگانه و CₙH₂ₙ₋₂ برای آلکین زنجیرباز با یک پیوند سهگانه است. در واکنش افزایشی مناسب، بخشی از پیوند چندگانه باز و اتمها یا گروههای تازه متصل میشوند. کاهش رنگ برم شاهدی از واکنش است، اما شرایط آزمایش اهمیت دارد.
یک سیکلوآلکان تکحلقهای نیز میتواند CₙH₂ₙ باشد؛ برای اثبات پیوند دوگانه باید ساختار یا شواهد تکمیلی داشت.
نفت خام مخلوطی پیچیده است و برش نفتی نیز معمولاً مخلوطی از مواد با گستره دمای جوش نزدیک است. تقطیر جزءبهجزء تغییر فیزیکی است؛ شکستن مولکولهای بزرگ به کوچک در کراکینگ تغییر شیمیایی است. در آلکانهای راستزنجیر، با افزایش طول زنجیر معمولاً جاذبه بینمولکولی و دمای جوش بیشتر میشود. شاخهدارشدن میان ایزومرهای آلکانی معمولاً دمای جوش را کاهش میدهد.
تقطیر جداسازی فیزیکی بر اساس فرّاریت است؛ شکستن مولکولهای بزرگ فرایند شیمیایی کراکینگ است.
فلز و نافلز نام دو خانواده با الگوهای رفتاری متفاوتاند. برای نمونه سیم مسی هم جریان را عبور میدهد و هم میتواند به شکل سیم کشیده شود. گوگرد جامد چنین مجموعهای از خواص را ندارد. طبقهبندی با کنار هم گذاشتن چند ویژگی انجام میشود.
اگر فقط گفته شود یک جامد جریان را عبور میدهد، هنوز نمیتوان با قطعیت آن را فلز دانست؛ گرافیت مثال نقض است. در پاسخ تشریحی، بهجای «چون رساناست، پس فلز است»، بگو رسانایی یکی از شواهد است و باید ترکیب و سایر ویژگیها نیز بررسی شوند.
چرا رسانایی بهتنهایی برای تشخیص قطعی فلز کافی نیست؟
پاسخ تشریحی: چون استثناهایی مانند گرافیت نافلز رسانا وجود دارد؛ باید مجموعه شواهد بررسی شود.
در پیوند دوگانه، دو جفت الکترون مشترک وجود دارد. در یک واکنش افزایشی مناسب، ساختار طوری تغییر میکند که اتمهای تازه به دو کربن متصل شوند و اتصال میان آنها یگانه شود. باید هم تعداد اتمها و هم ظرفیت هر کربن در محصول درست بماند.
اتن CH₂=CH₂ با گرفتن یک H₂ به CH₃–CH₃ تبدیل میشود. هر کربن یک هیدروژن تازه میگیرد. برای آلکین زنجیرباز دارای یک پیوند سهگانه، هیدروژنه شدن کامل به آلکان دو مول H₂ به ازای هر مول مولکول میخواهد؛ دو مرحله کاهش مرتبه پیوند رخ میدهد.
مخلوطی شامل ۱ mol اتن و ۱ mol اتین برای هیدروژنهشدن کامل به آلکانها، در مجموع چند mol H₂ مصرف میکند؟
پاسخ تشریحی: اتن با یک پیوند دوگانه ۱ mol و اتین با یک پیوند سهگانه ۲ mol هیدروژن میگیرد؛ پس مصرف کل ۳ mol H₂ است.
در حضور کربن کافی و واکنش ۲Fe₂O₃+۳C→۴Fe+۳CO₂، از ۴۸ g Fe₂O₃ خالص با بازده ۵۰ درصد چند g Fe به دست میآید؟ Fe=۵۶ و O=۱۶.
جواب نهایی: جرم واقعی آهن ۱۶٫۸ g است.
خلوص میگوید چه بخشی از نمونه واقعاً ماده واکنشدهنده است. بازده میگوید چه بخشی از محصول نظری به محصول واقعی رسیده است. اگر این دو درصد را بینام پشت سر هم ضرب کنیم، مسیر شیمیایی و نسبت مولی گم میشود.
۸۰٫۰ گرم سنگ معدن شامل ۷۵٫۰٪ Fe₂O₃ با کربن اضافی طبق معادله ۲Fe₂O₃+۳C→۴Fe+۳CO₂ واکنش میدهد. اگر بازده تولید آهن ۸۰٫۰٪ باشد، جرم آهن واقعی را بیاب. M(Fe₂O₃)=۱۶۰ و M(Fe)=۵۶ g/mol.
فرضها: ناخالصی واکنش هدف را انجام نمیدهد، کربن اضافی است و بازده دادهشده شامل اتلاف فرایند است.
جواب نهایی: ۳۳٫۶ گرم آهن واقعی.
چرا پایستگی جرم، نیاز به بازیافت را از بین نمیبرد؟
پاسخ: چون ماده ممکن است پراکنده یا به ترکیبی با جداسازی دشوار تبدیل شود و بازیابی آن انرژی و هزینه بخواهد.
چرا شعاع اتم K از Na بزرگتر است؟
پاسخ: پتاسیم لایه الکترونی اشغالشده بیشتری دارد؛ هر دو در یک گروهاند.
۱۰۰ گرم نمونه با خلوص ۸۰ درصد X وارد واکنش میشود. با فرض کافیبودن سایر واکنشدهندهها، اگر M(X)=۱۰۰ g/mol باشد، هر مول X بهطور نظری یک مول فراورده با جرم مولی ۵۰ g/mol بدهد و بازده ۷۵ درصد باشد، جرم عملی فراورده چند گرم است؟
پاسخ: گام اول، خلوص: m(X)=۱۰۰×۰٫۸۰=۸۰ g. گام دوم، مول X: n=۸۰/۱۰۰=۰٫۸۰ mol. نسبت واکنش ۱:۱ است، پس جرم نظری فراورده ۰٫۸۰×۵۰=۴۰ g میشود. گام سوم، بازده؛ جرم عملی: ۰٫۷۵×۴۰=۳۰ g. کنترل: جرم عملی از جرم نظری کمتر است و خلوص و بازده هر کدام دقیقاً یک بار اعمال شدهاند.
فرمول مولکولی آلکان زنجیرباز با پنج اتم کربن چیست؟
پاسخ: C₅H₁₂.
اتن برای تبدیل به اتان به ازای هر مول چند مول H₂ نیاز دارد؟
پاسخ: یک مول؛ C₂H₄+H₂→C₂H₆ در شرایط مناسب.
این صفحه برای جستوجوی «جزوه شیمی یازدهم فصل ۱»، «نکات ناب شیمی» و مرور سریع کنکور و امتحان نهایی آماده شده است.