ملخص الوحدة السابعة: تطبيقات الكيمياء العضوية لمادة الكيمياء للصف العاشر الفصل الدراسي الثاني المنهج العماني

نقدم لكم ملخص الوحدة السابعة: تطبيقات الكيمياء العضوية لمادة الكيمياء للصف العاشر الفصل الدراسي الثاني المنهج العماني

الدرس 7-1: الكحولات

الكحولات هي سلسلة متجانسة من المركبات العضوية التي تشترك في احتوائها على المجموعة الوظيفية الهيدروكسيل (–OH). وأشهر أفراد هذه السلسلة هو الإيثانول (C₂H₅OH)، المعروف بالكحول الإيثيلي، الذي يُعدّ أحد أكثر المركبات العضوية استخداماً في الحياة اليومية والصناعة.

إنتاج الإيثانول بطريقة تميّه الإيثين (الطريقة الصناعية): يتم إنتاج الإيثانول صناعياً عن طريق تفاعل الإضافة بين الإيثين وبخار الماء (التميّه). الظروف اللازمة: ضغط 60 atm، ودرجة حرارة 300°C، وعامل حفاز حمض الفوسفوريك (H₃PO₄). المعادلة: C₂H₄(g) + H₂O(g) → C₂H₅OH(g). مزايا هذه الطريقة: سرعة التفاعل الكبيرة وعملية إنتاج متواصلة ودرجة نقاوة عالية للإيثانول الناتج. عيبها الرئيسي: مصدرها غير متجدد (النفط).

إنتاج الإيثانول بطريقة التخمر (الطريقة البيولوجية): تعود هذه الطريقة إلى آلاف السنين حين اكتشف الإنسان القديم أن هرس الفواكه وتركها يُنتج مشروبات ذات رائحة نفاذة. تتمثل عملية التخمر في تفكيك الخميرة (كائنات دقيقة تحتوي على إنزيمات) للسكريات في غياب الهواء: C₆H₁₂O₆(aq) → 2C₂H₅OH(aq) + 2CO₂(g). الظروف المثلى: درجة حرارة 36°C، وغياب الأكسجين. تتوقف عملية التخمر عندما يبلغ تركيز الإيثانول نحو 14%، لأن هذه النسبة سامة للخميرة. يُنقّى الإيثانول الناتج (غير النقي) بعملية التقطير التجزيئي.

المقارنة بين طريقتَي إنتاج الإيثانول: تتميز طريقة التميّه بأنها عملية متواصلة وسريعة وتُنتج إيثانولاً عالي النقاوة، إلا أنها تعتمد على مصدر غير متجدد (النفط). في المقابل، تتميز طريقة التخمر بأنها تعتمد على مصادر نباتية متجددة كقصب السكر والذرة، غير أنها بطيئة نسبياً وتُنتج إيثانولاً غير نقي ويحتاج إلى تنقية إضافية. تُعدّ طريقة التخمر أكثر صداقة للبيئة، إذ تُنتج إيثانولاً ‘متعادلاً كربونياً’ من حيث انبعاثات ثاني أكسيد الكربون.

استخدامات الإيثانول: يُستخدم الإيثانول كمذيب واسع الاستخدام؛ فهو يذيب المركبات العضوية بفاعلية أكبر من الماء، لذا يدخل في تركيب العطور ومزيلات الروائح الكريهة والأصباغ والأحبار. كما يُستخدم في المنظفات الطبية لخاصيته المبيدة للجراثيم. أما استخدامه كوقود فيزداد أهمية عالمياً، إذ يحترق وفق المعادلة: C₂H₅OH + 3O₂ → 2CO₂ + 3H₂O، ويُنتج سخاماً أقل من الهيدروكربونات، وهو ما يجعله وقوداً أنظف. تُنتج بعض الدول (كالبرازيل) كميات كبيرة من وقود الإيثانول الحيوي من قصب السكر.

الدرس 7-2: البوليمرات

البوليمرات جزيئات ضخمة تتكون من وحدات صغيرة متكررة تُعرف بالمونومرات. توجد البوليمرات في كل مكان في الطبيعة وفي حياتنا اليومية؛ فالبروتينات والكربوهيدرات والخشب والمطاط الطبيعي جميعها بوليمرات طبيعية. وقد استفاد العلماء من دراسة هذه البوليمرات الطبيعية لتصنيع بوليمرات صناعية متعددة.

بلمرة الإضافة: في هذا النوع من البلمرة، ترتبط مونومرات الألكينات (التي تحتوي على رابطة مزدوجة C=C) ببعضها مباشرةً بكسر الرابطة المزدوجة وتكوين روابط أحادية جديدة. المادة الناتجة الوحيدة هي البوليمر. مثال: تتحول جزيئات الإيثين (CH₂=CH₂) إلى البولي إيثين (المعروف بالبلاستيك) عبر تفاعل الإضافة. ومن أمثلة بوليمرات الإضافة: البولي إيثين، والبولي بروبين، والبولي كلورو إيثين (PVC)، والبولي فينيل كلوريد.

بلمرة التكثيف: في هذا النوع من البلمرة، ترتبط مونومرات تحتوي على مجموعات وظيفية نشطة (مثل –NH₂ و–COOH) ببعضها بفقدان جزيء صغير (عادةً الماء) في كل مرة تتكون فيها رابطة بين مونومرين. المنتجات الناتجة مادتان: البوليمر والماء (أو جزيء صغير آخر). يُعدّ النايلون مثالاً بارزاً على بوليمر التكثيف؛ إذ يتكون من تفاعل ثنائي أمين (الأمين الثنائي) مع حمض ثنائي الكربوكسيل، ويُفقد جزيء ماء في كل خطوة من خطوات البلمرة.

الفروق بين بوليمرات الإضافة وبوليمرات التكثيف: بوليمرات الإضافة تستخدم مونومراً واحداً من الألكينات (تحتوي على رابطة مزدوجة C=C)، وينتج عنها بوليمر واحد فقط، وتتكسر الرابطة الثنائية خلال التفاعل. بوليمرات التكثيف تستخدم مونومرَين مختلفَين ذوَي مجموعات وظيفية نشطة، وينتج عنها البوليمر إضافةً إلى ماء (أو جزيء صغير آخر)، وتتفاعل المجموعات الوظيفية خلال التفاعل.

التطبيقات الصناعية للبوليمرات: للبوليمرات الصناعية استخدامات متعددة في حياتنا اليومية. يُستخدم البولي إيثين في صناعة الأكياس والأوعية وزجاجات المياه البلاستيكية. ويُستخدم PVC في تصنيع الأنابيب والنوافذ والمشمعات. أما النايلون فيُستخدم في الألياف النسيجية وصناعة الحبال وبعض الأجهزة الكهربائية. وقد أتاح التحكم في خصائص البوليمرات الصناعية توسيع نطاق استخداماتها لتشمل الطب والفضاء والإلكترونيات وغيرها.