أكسدة التولوين مع برمنجنات البوتاسيوم المركزة. الخواص الفيزيائية والكيميائية للتولوين، معادلات التفاعل

الخصائص الفيزيائية

البنزين وأقرب متجانساته عبارة عن سوائل عديمة اللون ذات رائحة معينة. الهيدروكربونات العطرية أخف من الماء ولا تذوب فيه، ولكنها قابلة للذوبان بسهولة في المذيبات العضوية - الكحول والأثير والأسيتون.

يعتبر البنزين ومماثلاته في حد ذاته مذيبات جيدة للعديد من المواد العضوية. جميع الساحات تحترق بلهب دخاني على مرأى من الجميع محتوى عاليالكربون في جزيئاتها.

يتم عرض الخصائص الفيزيائية لبعض الساحات في الجدول.

طاولة. الخصائص الفيزيائية لبعض الساحات

البنزين – غليان منخفض ( ربالة= 80.1 درجة مئوية)، سائل عديم اللون، غير قابل للذوبان في الماء

انتباه! البنزين – السم، يؤثر على الكلى، يغير تركيبة الدم (مع التعرض لفترة طويلة)، يمكن أن يعطل بنية الكروموسومات.

معظم الهيدروكربونات العطرية مهددة للحياة وسامة.

تحضير الأرينات (البنزين ومماثلاته)

في المختبر

1. اندماج أملاح حمض البنزويك مع القلويات الصلبة

C6H5-COONa + هيدروكسيد الصوديوم ر →ج6 ح6 + نا2كو3

بنزوات الصوديوم

2. رد فعل Wurtz المناسب: (هنا G هو الهالوجين)

ج6ح 5 -ز + 2نا + ر-ز →ج 6 ح 5 - ر + 2 ناز

مع 6 ح 5 -Cl + 2Na + CH 3 -Cl → C 6 ح 5 -CH 3 + 2NaCl

في الصناعة

• معزولة عن النفط والفحم عن طريق التقطير التجزيئي والإصلاح؛
• من قطران الفحم وغاز فرن فحم الكوك

1. نزع هيدروكلوريد الألكاناتتحتوي على أكثر من 6 ذرات كربون:

C6H14 ر , كات→ج 6 ح 6 + 4 ح 2

2. تثليث الأسيتيلين(للبنزين فقط) - ر. زيلينسكي:

3س2 ح 2 600 درجةج، يمثل. فحم→ج 6 ح 6

3. نزع الهيدروجينالهكسان الحلقي ومماثلاته:

أثبت الأكاديمي السوفييتي نيكولاي ديميترييفيتش زيلينسكي أن البنزين يتكون من الهكسان الحلقي (نزع الهيدروجين من الألكانات الحلقية)

C6H12 ر، كات→ج 6 ح 6 + 3 ح 2

C6H11-CH3 ر , كات→ج 6 ح 5 -CH 3 + 3 ح 2

ميثيل حلقي هكسانتولوين

4. ألكلة البنزين(تحضير متجانسات البنزين) - ص فريدل كرافتس.

ج6 ح6 + ج2 ح5 -Cl ر، AlCl3→C 6 ح 5 -C 2 ح 5 + حمض الهيدروكلوريك

كلوروإيثان إيثيل بنزين

الخواص الكيميائية للأرينات

أنا. تفاعلات الأكسدة

1. الاحتراق (لهب التدخين):

2C6H6 + 15O2 ر→12CO2 + 6H2O + Q

2. في الظروف العادية، لا يغير البنزين لون ماء البروم والمحلول المائي لبرمنجنات البوتاسيوم

3. تتأكسد متجانسات البنزين بواسطة برمنجنات البوتاسيوم (تغير لون برمنجنات البوتاسيوم):

أ) في البيئة الحمضيةإلى حمض البنزويك

عندما تتعرض متجانسات البنزين لبرمنجنات البوتاسيوم وغيرها من العوامل المؤكسدة القوية، تتأكسد السلاسل الجانبية. ومهما كانت سلسلة البديل معقدة، فإنها يتم تدميرها، باستثناء ذرة الكربون التي تتأكسد إلى مجموعة الكربوكسيل.

متجانسات البنزين ذات السلسلة الجانبية الواحدة تعطي حمض البنزويك:

المتجانسات التي تحتوي على سلسلتين جانبيتين تعطي أحماض ديباسيك:

5C 6 H 5 -C 2 H 5 + 12KMnO 4 + 18H 2 SO 4 → 5C 6 H 5 COOH + 5CO 2 + 6K 2 SO 4 + 12MnSO 4 +28H 2 O

5C 6 H 5 -CH 3 + 6KMnO 4 + 9H 2 SO 4 → 5C 6 H 5 COOH + 3K 2 SO 4 + 6MnSO 4 +14H 2 O

مبسط :

C6H5-CH3+3O KMnO4→C 6 H 5 COOH + H 2 O

ب) في أملاح حمض البنزويك المحايدة والقلوية قليلاً

C 6 H 5 -CH 3 + 2KMnO 4 → C 6 H 5 COOك + ك أوه + 2MnO 2 + H 2 O

ثانيا. تفاعلات الإضافة (أصعب من الألكينات)

1. الهلجنة

ج6 ح6 +3كل2 ح ν → ج 6 ح 6 كل 6 (سداسي كلورو حلقي الهكسان - سداسي كلوران)

2. الهدرجة

C6H6 + 3H2 ر , نقطةأوني→ ج 6 ح 12 (الهكسان الحلقي)

3. البلمرة

ثالثا. ردود الفعل الاستبدالية - آلية الأيونات (أخف من الألكانات)

1. الهلجنة -

أ ) البنزين

C6H6+Cl2 AlCl 3 → ج 6 ح 5 -الكلور + حمض الهيدروكلوريك (كلوروبنزين)

C6H6 + 6Cl2 ر،AlCl3→C 6 Cl 6 + 6HCl( سداسي كلور البنزين)

ج6 ح6+ر2 ر،FeCl3→ C 6 H 5 -Br + HBr( بروموبنزين)

ب) متجانسات البنزين عند التشعيع أو التسخين

الخصائص الكيميائية لجذور الألكيل تشبه الألكانات. يتم استبدال ذرات الهيدروجين الموجودة بها بالهالوجين بواسطة آلية جذرية حرة. لذلك، في حالة عدم وجود محفز، عند التسخين أو الأشعة فوق البنفسجية، يحدث تفاعل استبدال جذري في السلسلة الجانبية. يؤدي تأثير حلقة البنزين على بدائل الألكيل إلى حقيقة ذلك يتم دائمًا استبدال ذرة الهيدروجين بذرة الكربون المرتبطة مباشرة بحلقة البنزين (ذرة الكربون).

1) ج 6 ح 5 -CH 3 + Cl 2 ح ν → C 6 H 5 -CH 2 -Cl + حمض الهيدروكلوريك

ج) متجانسات البنزين في وجود محفز

ج6 ح5 -CH3 + Cl2 AlCl 3 → (خليط أورتا، زوج من المشتقات) +حمض الهيدروكلوريك

2. النتروجين (مع حمض النيتريك)

ج6 ح6 + هو-نو 2 ر، H2SO4→C 6 H 5 -NO 2 + H 2 O

النيتروبنزين - يشم لوز!

2,4,6-ثلاثي نيترو تولوين (تول، تي إن تي)

تطبيق البنزين ومماثلاته

البنزين C6H6 مذيب جيد. يعمل البنزين كمادة مضافة على تحسين جودة وقود السيارات. إنه بمثابة مادة خام لإنتاج العديد من المركبات العضوية العطرية - النيتروبنزين C 6 H 5 NO 2 (المذيب الذي يتم الحصول على الأنيلين منه)، كلورو البنزين C 6 H 5 Cl، الفينول C 6 H 5 OH، الستايرين، إلخ.

التولوين C6H5 –CH3 – مذيب يستخدم في إنتاج الأصباغ الطبية والطبية المتفجرات(TNT (Tol)، أو 2،4،6-ثلاثي نيتروتولوين TNT).

الزيلين C6H4(CH3)2. الزيلين التقني عبارة عن خليط من ثلاثة أيزومرات ( أورثو-, ميتا- و زوج- الزيلين) – يستخدم كمذيب ومنتج أولي لتخليق العديد من المركبات العضوية.

الأيزوبروبيل بنزينيستخدم C 6 H 5 –CH (CH 3) 2 لإنتاج الفينول والأسيتون.

مشتقات البنزين المكلورةتستخدم لحماية النباتات. وبالتالي، فإن منتج استبدال ذرات H في البنزين بذرات الكلور هو سداسي كلور البنزين C 6 Cl 6 - وهو مبيد للفطريات؛ يتم استخدامه للمعالجة الجافة لبذور القمح والجاودار ضد التفحم. منتج إضافة الكلور إلى البنزين هو سداسي كلور حلقي الهكسان (سداسي كلور) C 6 H 6 Cl 6 - مبيد حشري. يتم استخدامه للقتال الحشرات الضارة. المواد المذكورة تصنف على أنها مبيدات - مواد كيميائيةمكافحة الكائنات الحية الدقيقة والنباتات والحيوانات.

الستايرينيتبلمر C 6 H 5 – CH = CH 2 بسهولة شديدة، مكونًا البوليسترين، وعند البلمرة المشتركة مع البيوتادين، مطاط ستايرين بوتادين.

تجارب الفيديو

معادلة تفاعلات الأكسدة والاختزال في المواد العضوية باستخدام طريقة التوازن الإلكتروني.

غالبًا ما توجد تفاعلات الأكسدة للمواد العضوية في دورة اساسيةكيمياء. في الوقت نفسه، يتم تقديم تسجيلهم عادة في شكل مخططات بسيطة، وبعضها يعطي فقط فكرة عامةحول تحولات المواد من فئات مختلفة إلى بعضها البعض، دون مراعاة الظروف المحددة للعملية (على سبيل المثال، التفاعلات البيئية)، والتي تؤثر على تكوين منتجات التفاعل. وفي الوقت نفسه، فإن متطلبات امتحان الدولة الموحدة في الكيمياء في الجزء ج تجعل من الضروري كتابة معادلة التفاعل مع مجموعة معينة من المعاملات. تقدم هذه الورقة توصيات حول منهجية تكوين مثل هذه المعادلات.

لوصف تفاعلات الأكسدة والاختزال، يتم استخدام طريقتين: طريقة معادلات الإلكترون والأيون وطريقة توازن الإلكترون. دون الخوض في الأول، نلاحظ أن طريقة التوازن الإلكتروني تتم دراستها في دورة الكيمياء المدرسية الأساسية وبالتالي فهي قابلة للتطبيق تمامًا لمواصلة دراسة الموضوع.

تصف معادلات التوازن الإلكتروني في المقام الأول عمليات الأكسدة والاختزال للذرات. بالإضافة إلى ذلك، تشير العوامل الخاصة إلى المعاملات الموجودة أمام صيغ المواد التي تحتوي على ذرات شاركت في عمليتي الأكسدة والاختزال. وهذا بدوره يسمح لك بالعثور على المعاملات المتبقية.

مثال 1. أكسدة التولوين مع برمنجنات البوتاسيوم في بيئة حمضية.

C 6 H 5 -CH 3 + KMnO 4 + H 2 SO 4 = ...

ومن المعروف أن جذور الميثيل الجانبية للأرينات تتأكسد عادة إلى كربوكسيل، لذلك في هذه الحالة يتكون حمض البنزويك. يتم تقليل برمنجنات البوتاسيوم في بيئة حمضية إلى كاتيونات المنغنيز المشحونة بشكل مضاعف. ونظرًا لوجود بيئة حمض الكبريتيك، ستكون المنتجات عبارة عن كبريتات المنغنيز (II) وكبريتات البوتاسيوم. بالإضافة إلى ذلك، الأكسدة في البيئة الحمضية تنتج الماء. الآن يبدو مخطط التفاعل كما يلي:

C 6 H 5 -CH 3 + KMnO 4 + H 2 SO 4 = C 6 H 5 COOH + MnSO 4 + K 2 SO 4 + H 2 O

يوضح الشكل أن حالة ذرة الكربون في جذر الميثيل تتغير، وكذلك ذرة المنغنيز. يتم تحديد حالات أكسدة المنغنيز بواسطة قواعد عامةالحسابات: في برمنجنات البوتاسيوم +7، في كبريتات المنغنيز +2. يمكن تحديد حالة أكسدة ذرة الكربون بسهولة بناءً على الصيغ الهيكليةجذري الميثيل والكربوكسيل. للقيام بذلك، نحتاج إلى النظر في التحول في كثافة الإلكترون بناءً على حقيقة أنه من حيث السالبية الكهربية، يحتل الكربون موقعًا متوسطًا بين الهيدروجين والأكسجين، و اتصال S-Sتعتبر رسميا غير قطبية. في جذر الميثيل، تجذب ذرة الكربون ثلاثة إلكترونات من ثلاث ذرات هيدروجين، لذا فإن حالة الأكسدة لها هي -3. في الكربوكسيل، تمنح ذرة الكربون إلكترونين لذرة أكسجين الكربونيل وإلكترونًا واحدًا لذرة أكسجين الهيدروكسيل، وبالتالي فإن حالة أكسدة ذرة الكربون هي +3.

معادلة التوازن الإلكتروني:

من +7 + 5ه = من +2 6

ج -3 – 6هـ = ج +3 5

قبل صيغ المواد التي تحتوي على المنغنيز، مطلوب معامل 6، وقبل صيغ التولوين وحمض البنزويك - 5.

5C 6 H 5 -CH 3 +6 KMnO 4 + H 2 SO 4 = 5C 6 H 5 COOH + 6MnSO 4 + K 2 SO 4 + H 2 O

5C 6 H 5 -CH 3 +6 KMnO 4 + H 2 SO 4 = 5C 6 H 5 COOH + 6MnSO 4 + 3K 2 SO 4 + H 2 O

وعدد ذرات الكبريت :

5C 6 H 5 -CH 3 +6 KMnO 4 +9H 2 SO 4 = 5C 6 H 5 COOH + 6MnSO 4 +3K 2 SO 4 + H 2 O

في المرحلة النهائية، مطلوب معامل أمام صيغة الماء، والذي يمكن استخلاصه عن طريق اختيار عدد ذرات الهيدروجين أو الأكسجين:

5C 6 H 5 -CH 3 +6 KMnO 4 + H 2 SO 4 = 5C 6 H 5 COOH + 6MnSO 4 + K 2 SO 4 + 14 H 2 O

مثال 2. رد فعل "المرآة الفضية".

تشير معظم المصادر الأدبية إلى أن الألدهيدات في هذه التفاعلات تتأكسد إلى الأحماض الكربوكسيلية المقابلة. في هذه الحالة، العامل المؤكسد هو محلول الأمونيا من أكسيد الفضة (I) – Ag 2 يا amm.solution في الواقع، يحدث التفاعل في بيئة الأمونيا القلوية، لذلك ينبغي تشكيل ملح الأمونيوم أو ثاني أكسيد الكربون 2 في حالة أكسدة الفورمالديهايد.

لنفكر في أكسدة الأسيتالديهيد باستخدام كاشف تولنز:

CH3CHO + Ag(NH3) 2OH = ...

في هذه الحالة، سيكون منتج الأكسدة هو خلات الأمونيوم، وسيكون منتج الاختزال هو الفضة:

CH 3 C H O + Ag (NH 3 ) 2 OH = CH 3 COONH 4 + Ag + ...

تخضع ذرة الكربون في مجموعة الكربونيل للأكسدة. وبحسب بنية الكربونيل، فإن ذرة الكربون تعطي إلكترونين لذرة الأكسجين وتستقبل إلكترونًا واحدًا من ذرة الهيدروجين، أي. حالة أكسدة الكربون هي +1. في مجموعة الكربوكسيل من خلات الأمونيوم، تمنح ذرة الكربون ثلاثة إلكترونات إلى ذرات الأكسجين ولها حالة أكسدة قدرها +3. معادلة التوازن الإلكتروني:

ج +1 - 2ه = ج +3 1

حج +1 + 1ه = حج 0 2

دعونا نضع المعاملات أمام صيغ المواد التي تحتوي على ذرات الكربون والفضة:

CH3CHO + 2Ag(NH3) 2OH = CH3COONH4 + 2Ag + …

من بين جزيئات الأمونيا الأربعة الموجودة على الجانب الأيسر من المعادلة، يشارك جزيء واحد في تكوين الملح، ويتم إطلاق الجزيئات الثلاثة المتبقية في صورة حرة. أيضًا، ستحتوي منتجات التفاعل على ماء، ويمكن العثور على المعامل الموجود أمام الصيغة عن طريق الاختيار (1):

CH3CHO + 2Ag(NH3) 2OH = CH3COONH4 + 2Ag + H2O

وفي الختام نلاحظ ذلك طريقة بديلةأوصاف OVR - طريقة معادلات الإلكترون والأيون - على الرغم من مزاياها، فإنها تتطلب وقتًا إضافيًا للدراسة والممارسة، وهو، كقاعدة عامة، محدود للغاية. إلا أن طريقة التوازن الإلكتروني المعروفة، عند استخدامها بشكل صحيح، تؤدي إلى النتائج المطلوبة.

قد يكون من الصعب إتقان هذه المادة بنفسك نظرًا للكم الكبير من المعلومات، والعديد من الفروق الدقيقة، وجميع أنواع ولكن وIFs. اقرأ بعناية!

ما الذي سنتحدث عنه بالضبط؟

بالإضافة إلى الأكسدة الكاملة (الاحتراق)، تتميز بعض فئات المركبات العضوية بتفاعلات أكسدة غير كاملة، حيث يتم تحويلها إلى فئات أخرى.

هناك عوامل مؤكسدة محددة لكل فئة: CuO (للكحولات)، Cu(OH) 2 و OH (للألدهيدات) وغيرها.

ولكن هناك نوعان من العوامل المؤكسدة الكلاسيكية، إذا جاز التعبير، تعتبر عالمية بالنسبة للعديد من الطبقات.

هذا هو برمنجنات البوتاسيوم - KMnO 4. وثنائي كرومات البوتاسيوم (ثنائي كرومات) – K2Cr2O7 . هذه المواد عبارة عن عوامل مؤكسدة قوية بسبب وجود المنغنيز في حالة الأكسدة +7 والكروم في حالة الأكسدة +6 على التوالي.

تحدث التفاعلات مع هذه العوامل المؤكسدة في كثير من الأحيان، ولكن لا يوجد دليل شامل حول مبدأ اختيار منتجات مثل هذه التفاعلات.

من الناحية العملية، هناك العديد من العوامل التي تؤثر على مسار التفاعل (درجة الحرارة، البيئة، تركيز الكواشف، وما إلى ذلك). في كثير من الأحيان تكون النتيجة خليط من المنتجات. ولذلك، يكاد يكون من المستحيل التنبؤ بالمنتج الذي سيتم تشكيله.

لكن هذا غير مناسب لامتحان الدولة الموحدة: لا يمكنك أن تكتب هناك "ربما هذا، أو هذا، أو ذاك، أو خليط من المنتجات". يجب أن تكون هناك تفاصيل.

لقد وضع مؤلفو التكليفات منطقًا معينًا، ومبدأًا معينًا في الكتابة منتج معين. لسوء الحظ، لم يشاركوها مع أي شخص.

يتم تجنب هذه المشكلة في معظم الأدلة: يتم تقديم تفاعلين أو ثلاثة كمثال.

أقدم في هذه المقالة ما يمكن تسميته بنتائج التحليل البحثي لمهام امتحان الدولة الموحدة. لقد تم حل منطق ومبادئ تكوين تفاعلات الأكسدة مع البرمنجنات وثنائي الكرومات بدقة تامة (وفقًا لمعايير فحص الدولة الموحدة). اهم الاشياء اولا.

تحديد حالة الأكسدة.

أولا، عندما نتعامل مع تفاعلات الأكسدة والاختزال، هناك دائما عامل مؤكسد وعامل اختزال.

العامل المؤكسد هو المنجنيز في البرمنجنات أو الكروم في ثنائي كرومات، وعامل الاختزال هو ذرات في المادة العضوية (أي ذرات الكربون).

لا يكفي تحديد النواتج، بل يجب أن يكون التفاعل متساويًا. لتحقيق التعادل، يتم استخدام طريقة التوازن الإلكتروني تقليديا. لتطبيق هذه الطريقة، من الضروري تحديد حالات الأكسدة لعوامل الاختزال والعوامل المؤكسدة قبل التفاعل وبعده.

نحن نعرف حالات الأكسدة للمواد غير العضوية من الصف التاسع:

لكن من المحتمل أنهم لم يأخذوا الفصل العضوي في الصف التاسع. لذلك، قبل أن تتعلم كيفية كتابة OVR الكيمياء العضويةعليك أن تتعلم كيفية تحديد درجة أكسدة الكربون في المواد العضوية. يتم ذلك بشكل مختلف قليلاً، بشكل مختلف عما هو عليه في الكيمياء غير العضوية.

الحد الأقصى لحالة الأكسدة للكربون هو +4 والحد الأدنى -4. ويمكن أن تظهر أي درجة أكسدة لهذه الفجوة: -4، -3، -2، -1، 0، +1، +2، +3، +4.

عليك أولاً أن تتذكر ما هي حالة الأكسدة.

حالة الأكسدة هي الشحنة التقليدية التي تظهر على الذرة، على افتراض أن أزواج الإلكترونات تتحول بالكامل نحو الذرة الأكثر سالبية كهربية.

لذلك، يتم تحديد درجة الأكسدة من خلال عدد أزواج الإلكترونات النازحة: إذا تم إزاحتها نحو ذرة معينة، فإنها تكتسب شحنة ناقص (-) زائدة، وإذا كانت من الذرة، فإنها تكتسب زائد (+) تكلفة. من حيث المبدأ، هذه هي كل النظرية التي تحتاج إلى معرفتها لتحديد حالة أكسدة ذرة الكربون.

لتحديد حالة الأكسدة لذرة كربون معينة في المركب، نحتاج إلى النظر في كل روابطها ومعرفة الاتجاه الذي سيتحول فيه زوج الإلكترونات وما هي الشحنة الزائدة (+ أو -) التي ستنشأ من ذلك على ذرة الكربون.

دعونا فرزها أمثلة محددة:

عند الكربون ثلاث روابط مع الهيدروجين. الكربون والهيدروجين - أيهما أكثر سالبية كهربية؟ الكربون، وهو ما يعني أنه على طول هذه الروابط الثلاثة سوف يتحول زوج الإلكترون نحو الكربون. يأخذ الكربون شحنة سالبة واحدة من كل هيدروجين: ويحصل على -3

الاتصال الرابع هو مع الكلور. الكربون والكلور - أيهما أكثر سالبية كهربية؟ الكلور، وهو ما يعني أنه على طول هذه الرابطة سوف يتحول زوج الإلكترونات نحو الكلور. يكتسب الكربون شحنة موجبة واحدة +1.

بعد ذلك، كل ما عليك فعله هو إضافة: -3 + 1 = -2. حالة أكسدة ذرة الكربون هذه هي -2.

دعونا نحدد حالة الأكسدة لكل ذرة كربون:

الكربون لديه ثلاث روابط مع الهيدروجين. الكربون والهيدروجين - أيهما أكثر سالبية كهربية؟ الكربون، وهو ما يعني أنه على طول هذه الروابط الثلاثة سوف يتحول زوج الإلكترون نحو الكربون. يأخذ الكربون شحنة سالبة واحدة من كل هيدروجين: ويحصل على -3

واتصال آخر بكربون آخر. كربون وكربون آخر - السالبية الكهربية لهما متساوية، لذلك لا يوجد إزاحة لزوج الإلكترون (الرابطة ليست قطبية).

تحتوي هذه الذرة على رابطتين مع ذرة أكسجين واحدة، ورابطة أخرى مع ذرة أكسجين أخرى (كجزء من مجموعة OH). المزيد من ذرات الأكسجين السالبة كهربيًا في ثلاث روابط تجذب زوجًا من الإلكترونات من الكربون، ويكتسب الكربون شحنة قدرها +3.

بواسطة الرابطة الرابعة يرتبط الكربون بذرة كربون أخرى، كما قلنا من قبل، على طول هذه الرابطة لا يتحرك زوج الإلكترونات.

يرتبط الكربون بذرات الهيدروجين بواسطة رابطتين. نظرًا لأن الكربون أكثر سالبية كهربية، فإنه يأخذ زوجًا واحدًا من الإلكترونات من كل رابطة مع الهيدروجين ويكتسب شحنة قدرها -2.

ترتبط رابطة الكربون المزدوجة بذرة الأكسجين. يجذب الأكسجين الأكثر سالبية زوجًا من الإلكترونات لنفسه على طول كل رابطة. معًا يتبين أن الكربون يحتوي على زوجين من الإلكترونات. يكتسب الكربون شحنة قدرها +2.

معًا نحصل على +2 -2 = 0.

لنحدد حالة أكسدة ذرة الكربون هذه:

الرابطة الثلاثية مع نيتروجين أكثر سالبية كهربية تعطي الكربون شحنة قدرها +3؛ الرابطة مع الكربون لا تحرك زوج الإلكترونات.

الأكسدة بالبرمنجنات.

ماذا سيحدث للبرمنجنات؟

يمكن أن يحدث تفاعل الأكسدة والاختزال مع البرمنجنات بيئات مختلفة(محايدة، قلوية، حمضية). ويعتمد ذلك على البيئة التي سيسير بها التفاعل بالضبط وما هي المنتجات التي سيتم تشكيلها.

ولذلك يمكن أن يسير الأمر في ثلاثة اتجاهات:

يتم تقليل البرمنجنات، كونها عامل مؤكسد. وهنا منتجات ترميمها:

1. البيئة الحمضية.

يتم تحميض الوسط بحمض الكبريتيك (H2SO4). يتم تقليل المنغنيز إلى حالة الأكسدة +2. وستكون منتجات الاسترداد:

KMnO 4 + H 2 SO 4 → MnSO 4 + K 2 SO 4 + H 2 O

1. البيئة القلوية.

ولإنشاء بيئة قلوية، تتم إضافة مادة قلوية مركزة إلى حد ما (KOH). يتم تقليل المنغنيز إلى حالة الأكسدة +6. منتجات الاسترداد

KMnO 4 + KOH → K 2 MnO 4 + H 2 O

1. بيئة محايدة(والقلوية قليلا).

في بيئة محايدة، بالإضافة إلى البرمنجنات، يتفاعل الماء أيضًا (الذي نكتبه على الجانب الأيسر من المعادلة)، سيتم تقليل المنغنيز إلى +4 (MnO 2)، وستكون منتجات الاختزال:

KMnO 4 + H 2 O → MnO 2 + KOH

وفي بيئة قلوية قليلاً (في وجود محلول KOH منخفض التركيز):

KMnO 4 + KOH → MnO 2 + H 2 O

ماذا سيحدث للمادة العضوية؟

أول شيء عليك أن تفهمه هو أن الأمر كله يبدأ بالكحول! هذا المرحلة الأوليةأكسدة. يخضع الكربون الذي ترتبط به مجموعة الهيدروكسيل للأكسدة.

أثناء الأكسدة، "تكتسب" ذرة الكربون رابطة مع الأكسجين. لذلك، عند كتابة مخطط تفاعل الأكسدة، اكتب [O] أعلى السهم:

الكحول الأولي يتأكسد أولاً إلى ألدهيد ثم إلى حمض كربوكسيلي:

أكسدة الكحول الثانوي ينقطع في المرحلة الثانية. نظرًا لوجود الكربون في المنتصف، يتكون الكيتون، وليس ألدهيد (ذرة الكربون في مجموعة الكيتون لم تعد قادرة فعليًا على تكوين رابطة مع مجموعة الهيدروكسيل):

الكيتونات, كحولات ثالثيةو الأحماض الكربوكسيليةلم تعد تتأكسد:

تتم عملية الأكسدة بشكل تدريجي - طالما أن هناك مجالًا للأكسدة وتتوفر كل الظروف اللازمة لذلك، يستمر التفاعل. وينتهي الأمر كله بمنتج لا يتأكسد في ظل الظروف المحددة: كحول ثلاثي أو كيتون أو حمض.

ومن الجدير بالذكر مراحل أكسدة الميثانول. أولاً، يتم أكسدته إلى الألدهيد المقابل، ثم إلى الحمض المقابل:

خصوصية هذا المنتج (حمض الفورميك) هو أن الكربون الموجود في مجموعة الكربوكسيل يرتبط بالهيدروجين، وإذا نظرت عن كثب، ستلاحظ أن هذه ليست أكثر من مجموعة ألدهيد:

ومجموعة الألدهيد، كما اكتشفنا سابقًا، تتأكسد أيضًا إلى مجموعة الكربوكسيل:

هل تعرفت على المادة الناتجة؟ صيغته الإجمالية هي H 2 CO 3. هذا هو حمض الكربونيك، الذي ينقسم إلى ثاني أكسيد الكربون والماء:

ح 2 كو 3 → ح 2 أو + كو 2

لذلك، يتم أكسدة الميثانول وحمض الفورميك وحمض الفورميك (بسبب مجموعة الألدهيد) إلى ثاني أكسيد الكربون.

أكسدة خفيفة.

الأكسدة الخفيفة هي الأكسدة دون تسخين قوي في بيئة محايدة أو قلوية قليلاً (اكتب 0 فوق التفاعل ° أو 20 °) .

من المهم أن نتذكر أن الكحوليات لا تتأكسد في ظل ظروف معتدلة. لذلك إذا تشكلت فإن الأكسدة تتوقف عليها. ما هي المواد التي ستخضع لتفاعل أكسدة خفيف؟

1. تحتوي على رابطة مزدوجة C=C (تفاعل فاغنر).

في هذه الحالة، يتم كسر الرابطة π و"تجلس" مجموعة الهيدروكسيل على الروابط المحررة. والنتيجة هي كحول ثنائي هيدروليك:

لنكتب تفاعل الأكسدة الخفيفة للإيثيلين (الإيثين). دعونا نكتب المواد الأولية ونتنبأ بالمنتجات. في الوقت نفسه، لم نكتب H 2 O و KOH بعد: يمكن أن يظهروا إما على الجانب الأيمن من المعادلة أو على اليسار. ونحدد على الفور درجات أكسدة المواد المشاركة في تفاعل الأكسدة والاختزال:

لنقم بعمل توازن إلكتروني (نعني أن هناك عاملين مختزلين - ذرتان من الكربون، يتم أكسدتهما بشكل منفصل):

لنضع المعاملات:

في النهاية تحتاج إلى إضافة المنتجات المفقودة (H 2 O وKOH). لا يوجد ما يكفي من البوتاسيوم على اليمين، مما يعني أنه سيكون هناك قلوي على اليمين. نضع معاملًا أمامه. لا يوجد ما يكفي من الهيدروجين على اليسار، لذلك يوجد ماء على اليسار. نضع معامل أمامه:

لنفعل الشيء نفسه مع البروبيلين (البروبين):

غالبًا ما ينزلق السيكلوالكين. لا تدع ذلك يزعجك. وهو هيدروكربون منتظم ذو رابطة مزدوجة:

أينما تكون هذه الرابطة المزدوجة، ستتم عملية الأكسدة بنفس الطريقة:

1. تحتوي على مجموعة الألدهيدات.

مجموعة الألدهيد أكثر تفاعلية (تتفاعل بسهولة أكبر) من مجموعة الكحول. لذلك، سوف يتأكسد الألدهيد. قبل الحمض:

دعونا نلقي نظرة على مثال الأسيتالديهيد (الإيثانال). دعونا نكتب المواد المتفاعلة والمنتجات ونرتب حالات الأكسدة. دعونا نرسم توازنًا ونضع المعاملات أمام العامل المختزل والعامل المؤكسد:

في بيئة محايدة وقلوية ضعيفة، سيكون مسار التفاعل مختلفا قليلا.

في بيئة محايدة، كما نتذكر، نكتب الماء على الجانب الأيسر من المعادلة، والقلويات على الجانب الأيمن من المعادلة (التي تتشكل أثناء التفاعل):

في هذه الحالة، يظهر الحمض والقلويات جنبًا إلى جنب في خليط واحد. يحدث التحييد.

لا يمكن أن يتواجدوا جنبًا إلى جنب ويتفاعلوا، فيتكون الملح:

علاوة على ذلك، إذا نظرنا إلى المعاملات في المعادلة، فسنفهم أن هناك 3 مولات من الحمض، و2 مولات من القلويات. يمكن لـ 2 مول من القلويات تحييد 2 مول فقط من الحمض (يتم تكوين 2 مول من الملح). ويتبقى مول واحد من الحمض. وبالتالي فإن المعادلة النهائية ستكون:

في بيئة قلوية قليلاً، تكون القلويات زائدة - وتضاف قبل التفاعل، لذلك يتم تحييد كل الحمض:

وينشأ موقف مماثل أثناء أكسدة الميثانال. كما نتذكر أنه يتأكسد إلى ثاني أكسيد الكربون:

يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن أول أكسيد الكربون (IV) CO 2 حمضي. وسوف تتفاعل مع القلويات. وبما أن حمض الكربونيك ثنائي القاعدة، فيمكن تكوين ملح حمضي وملح متوسط. يعتمد ذلك على النسبة بين القلويات وثاني أكسيد الكربون:

إذا كانت نسبة القلويات إلى ثاني أكسيد الكربون 2:1، فإن متوسط ​​الملح سيكون:

أو قد يكون هناك المزيد من القلويات (أكثر من مرتين). فإذا زادت على الضعف بقي الباقي من القلوي:

3KOH + CO 2 → K 2 CO 3 + H 2 O + KOH

سيحدث هذا في بيئة قلوية (حيث يوجد فائض من القلويات، حيث يتم إضافتها إلى خليط التفاعل قبل التفاعل) أو في بيئة محايدة، عندما يتم تكوين الكثير من القلويات.

لكن إذا كانت القلويات ترتبط بثاني أكسيد الكربون بنسبة 1:1، فسيكون هناك ملح حمضي:

كوه + ثاني أكسيد الكربون 2 → خكو 3

إذا كان ثاني أكسيد الكربون أكثر من اللازم، فإنه يبقى زائدًا:

كوه + 2CO 2 → KHCO 3 + CO 2

سيحدث هذا في بيئة محايدة إذا تم تكوين القليل من القلويات.

دعونا نكتب المواد والمنتجات الأولية ونرسم التوازن ونضع حالات الأكسدة أمام العامل المؤكسد وعامل الاختزال والمنتجات التي تتكون منها:

في بيئة محايدة، سوف تتشكل مادة قلوية (4KOH) على اليمين:

الآن نحن بحاجة إلى فهم ما سيتشكل أثناء تفاعل ثلاثة مولات من ثاني أكسيد الكربون وأربعة مولات من القلويات.

3CO2 + 4KOH → 3KHCO 3 + كوه

KHCO 3 + KOH → K 2 CO 3 + H 2 O

لذلك اتضح مثل هذا:

3CO 2 + 4KOH → 2KHCO 3 + K 2 CO 3 + H 2 O

ولذلك، في الجانب الأيمن من المعادلة نكتب مولين من البيكربونات ومولًا واحدًا من الكربونات:

ولكن في بيئة قلوية ضعيفة لا توجد مثل هذه المشاكل: نظرا لوجود فائض من القلويات، فإن الملح المتوسط ​​سوف يتشكل:

سيحدث نفس الشيء أثناء أكسدة ألدهيد حمض الأكساليك:

كما في المثال السابق، يتكون حمض ديباسيك، وبحسب المعادلة يجب الحصول على 4 مولات من القلويات (حيث أن 4 مولات من البرمنجنات).

في بيئة محايدة، مرة أخرى، كل القلويات ليست كافية لتحييد كل الحمض تمامًا.

يتم استخدام ثلاثة مولات من القلويات لتكوينها ملح حامضويبقى مول واحد من القلويات :

3HOOC–COOH + 4KOH → 3KOOC–COOH + KOH

ويتفاعل هذا المول من القلويات مع مول واحد من الملح الحمضي:

KOOC–COOH + KOH → KOOC–COOK + H2O

اتضح مثل هذا:

3HOOC–COOH + 4KOH → 2KOOC–COOH + KOOC–COOK + H2O

المعادلة النهائية:

في بيئة قلوية قليلاً، يتكون الملح المتوسط ​​بسبب القلويات الزائدة:

1. تحتوي على رابطة ثلاثيةج≡ ج.

هل تتذكر ما حدث أثناء الأكسدة الخفيفة للمركبات ذات الرابطة المزدوجة؟ إذا كنت لا تتذكر، قم بالتمرير للخلف وتذكر.

تنكسر الرابطة π وترتبط مجموعة الهيدروكسيل بذرات الكربون. إنه نفس المبدأ هنا. فقط تذكر أن الرابطة الثلاثية لها رابطتان π. يحدث هذا أولاً على طول الرابطة π الأولى:

ثم عبر رابطة π أخرى:

إن البنية التي تحتوي فيها ذرة كربون واحدة على مجموعتين من الهيدروكسيل تكون غير مستقرة على الإطلاق. عندما يكون هناك شيء غير مستقر في الكيمياء، فإنه يميل إلى جعل شيء ما "يسقط". وينزل الماء هكذا:

وهذا يؤدي إلى مجموعة الكربونيل.

دعونا نلقي نظرة على الأمثلة:

الإيثين (الأسيتيلين). دعونا ننظر في مراحل أكسدة هذه المادة:

القضاء على المياه:

كما في المثال السابق، يوجد حمض وقلوي في خليط تفاعل واحد. يحدث التعادل ويتشكل الملح. كما ترون من معامل برمنجنات القلوي سيكون هناك 8 مولات، وهذا يكفي لتحييد الحمض. المعادلة النهائية:

النظر في أكسدة البيوتين -2:

القضاء على المياه:

لا يتشكل أي حمض هنا، لذلك ليست هناك حاجة إلى الاهتمام بالتحييد.

معادلة التفاعل:

هذه الاختلافات (بين أكسدة الكربون عند الحافة وفي منتصف السلسلة) تظهر بوضوح من خلال مثال البنتين:

القضاء على المياه:

والنتيجة هي مادة ذات بنية مثيرة للاهتمام:

تستمر مجموعة الألدهيد في الأكسدة:

دعونا نكتب المواد الأولية والمنتجات ونحدد حالات الأكسدة ونرسم التوازن ونضع المعاملات أمام العامل المؤكسد وعامل الاختزال:

يجب تكوين 2 مول من القلويات (نظرًا لأن المعامل أمام البرمنجنات هو 2)، وبالتالي يتم تحييد كل الحمض:

الأكسدة الشديدة.

الأكسدة الصلبة هي الأكسدة في حامِض, قلوية للغايةبيئة. وأيضا، في محايد (أو قلوي قليلا)، ولكن عند تسخينه.

في بيئة حمضية يتم تسخينها أيضًا في بعض الأحيان. ولكن لكي تحدث أكسدة شديدة في بيئة غير حمضية، فإن التسخين شرط أساسي.

ما هي المواد التي ستخضع لأكسدة شديدة؟ (أولاً، سنقوم بالتحليل فقط في بيئة حمضية - ثم سنضيف الفروق الدقيقة التي تنشأ أثناء الأكسدة في بيئة قلوية قوية ومحايدة أو قلوية ضعيفة (عند التسخين)).

مع الأكسدة الشديدة، تصل العملية إلى الحد الأقصى. وطالما كان هناك شيء يتأكسد، فإن عملية الأكسدة تستمر.

1. الكحوليات. الألدهيدات.

دعونا ننظر في أكسدة الإيثانول. يتأكسد تدريجياً إلى حمض:

دعونا نكتب المعادلة. نكتب المواد الأولية ومنتجات تفاعل الأكسدة والاختزال وندخل حالات الأكسدة ونضع التوازن. دعونا نعادل رد الفعل:

إذا تم تنفيذ التفاعل عند نقطة غليان الألدهيد، فعند تكوينه، سوف يتبخر (يطير بعيدًا) من خليط التفاعل دون أن يكون لديه وقت للتأكسد أكثر. يمكن تحقيق نفس التأثير في ظروف لطيفة جدًا (حرارة منخفضة). في هذه الحالة نكتب الألدهيد كناتج:

لنفكر في أكسدة الكحول الثانوي باستخدام مثال 2-بروبانول. كما ذكرنا سابقًا، تنتهي الأكسدة في المرحلة الثانية (تكوين مركب الكربونيل). حيث يتكون الكيتون الذي لا يتأكسد. معادلة التفاعل:

دعونا نفكر في أكسدة الألدهيدات باستخدام الإيثانال. كما أنه يتأكسد إلى حمض:

معادلة التفاعل:

يتأكسد الميثانال والميثانول كما ذكرنا سابقًا إلى ثاني أكسيد الكربون:

معدنية:

1. تحتوي على روابط متعددة.

في هذه الحالة، تنكسر السلسلة عند الرابطة المتعددة. والذرات التي شكلتها تخضع للأكسدة (تكتسب رابطة مع الأكسجين). أكسدة قدر الإمكان.

عند كسر الرابطة المزدوجة، تتشكل مركبات الكربونيل من الشظايا (في الرسم البياني أدناه: من جزء واحد - ألدهيد، من الآخر - كيتون)

دعونا نلقي نظرة على أكسدة البنتين -2:

أكسدة "القصاصات":

اتضح أنه يتم تشكيل حمضين. دعونا نكتب المواد والمنتجات الأولية. لنحدد حالة أكسدة الذرات التي تغيرها ونرسم التوازن ونعادل التفاعل:

عند تجميع الميزان الإلكتروني، نعني أن هناك عاملين مختزلين - ذرتان من الكربون، ويتم أكسدتهما بشكل منفصل:

لن يتشكل الحمض دائمًا. دعونا نفحص، على سبيل المثال، أكسدة 2-ميثيلبوتين:

معادلة التفاعل:

تمامًا نفس المبدأ بالنسبة لأكسدة المركبات ذات الرابطة الثلاثية (تحدث الأكسدة فورًا مع تكوين الحمض، دون التكوين الوسيط للألدهيد):

معادلة التفاعل:

عندما تقع الرابطة المتعددة في المنتصف تمامًا، فإن النتيجة ليست منتجين، بل منتجًا واحدًا. بما أن "القصاصات" هي نفسها وتتأكسد إلى نفس المنتجات:

معادلة التفاعل:

1. حمض مزدوج التاج.

يوجد حمض واحد ترتبط فيه مجموعات الكربوكسيل (التيجان) ببعضها البعض:

هذا هو حمض الأكساليك. من الصعب أن يجتمع تاجان جنبًا إلى جنب. ومن المؤكد أنها مستقرة في ظل الظروف العادية. ولكن نظرًا لاحتوائه على مجموعتين من الأحماض الكربوكسيلية مرتبطتين ببعضهما البعض، فهو أقل استقرارًا من الأحماض الكربوكسيلية الأخرى.

وبالتالي، في ظل ظروف قاسية بشكل خاص، يمكن أن يتأكسد. هناك انقطاع في العلاقة بين "التاجين":

معادلة التفاعل:

1. متجانسات البنزين (ومشتقاتها).

البنزين نفسه لا يتأكسد، وذلك بسبب العطرية التي تجعل هذا الهيكل مستقرًا جدًا

لكن نظائرها تتأكسد. في هذه الحالة، تنكسر الدائرة أيضًا، والشيء الرئيسي هو معرفة مكانها بالضبط. تنطبق بعض المبادئ:

1. حلقة البنزين نفسها لا تنهار وتبقى سليمة حتى النهاية، ويحدث كسر الرابطة في الجذر.
2. تتأكسد الذرة المرتبطة مباشرة بحلقة البنزين. فإذا استمرت بعده سلسلة الكربون في الجذر، فإن الانقطاع سيحدث بعده.

دعونا نلقي نظرة على أكسدة ميثيل بنزين. هناك تتأكسد ذرة كربون واحدة في الجذر:

معادلة التفاعل:

دعونا نلقي نظرة على أكسدة الأيزوبوتيل بنزين:

معادلة التفاعل:

دعونا نلقي نظرة على أكسدة سيك-بوتيل بنزين:

معادلة التفاعل:

عندما تتأكسد متجانسات البنزين (ومشتقات متجانساته) مع العديد من الجذور، يتم تشكيل اثنين أو ثلاثة أو أكثر من الأحماض العطرية الأساسية. على سبيل المثال، أكسدة 1،2-ثنائي ميثيل بنزين:

تتم أكسدة مشتقات متجانسات البنزين (التي تحتوي فيها حلقة البنزين على جذور غير هيدروكربونية) بنفس الطريقة. لا تتدخل مجموعة وظيفية أخرى في حلقة البنزين:

المجموع الفرعي. خوارزمية "كيفية كتابة تفاعل الأكسدة الصلبة مع البرمنجنات في وسط حمضي":

1. اكتب المواد الأولية (المواد العضوية + KMnO 4 + H 2 SO 4).
2. اكتب منتجات الأكسدة العضوية (سيتم أكسدة المركبات التي تحتوي على الكحول ومجموعات الألدهيدات والروابط المتعددة وكذلك متجانسات البنزين).
3. اكتب ناتج اختزال البرمنجنات (MnSO 4 + K 2 SO 4 + H 2 O).
4. تحديد درجة الأكسدة في المشاركين OVR. قم بعمل ميزانية عمومية. أدخل معاملات العامل المؤكسد والعامل المختزل وكذلك المواد التي تتكون منهما.
5. ثم يوصى بحساب عدد أنيونات الكبريتات الموجودة على الجانب الأيمن من المعادلة، وبالتالي وضع معامل أمام حمض الكبريتيك على اليسار.
6. في النهاية، ضع المعامل أمام الماء.

أكسدة شديدة في بيئة قلوية قوية وبيئة محايدة أو قلوية قليلاً (عند تسخينها)..

ردود الفعل هذه أقل شيوعًا. يمكننا القول أن ردود الفعل هذه غريبة. وكما يليق بأي ردود فعل غريبة، فقد تبين أن هذه هي الأكثر إثارة للجدل.

الأكسدة الصلبة صعبة أيضًا في أفريقيا، لذا تتأكسد المواد العضوية بنفس الطريقة التي تتأكسد بها في البيئة الحمضية.

لن نقوم بتحليل ردود الفعل لكل فئة على حدة، منذ ذلك الحين المبدأ العامسبق ذكره في وقت سابق. دعونا نلقي نظرة فقط على الفروق الدقيقة.

بيئة قلوية للغاية :

في بيئة قلوية بقوة، يتم تقليل البرمنجنات إلى حالة الأكسدة +6 (منجنات البوتاسيوم):

KMnO 4 + KOH → K 2 MnO 4 .

في بيئة قلوية قوية، يوجد دائمًا فائض من القلويات، لذلك ستتم المعادلة الكاملة: إذا تم تكوين ثاني أكسيد الكربون، فستكون هناك كربونات، وإذا تم تكوين حمض، فسيكون هناك ملح (إذا كان الحمض متعدد القاعدة، فسيكون هناك سيكون ملحًا متوسطًا).

على سبيل المثال، أكسدة البروبين:

أكسدة إيثيل بنزين:

بيئة قلوية أو محايدة قليلاً عند تسخينها :

وهنا أيضاً يجب أن تؤخذ في الاعتبار دائماً إمكانية التحييد.

إذا حدثت الأكسدة في بيئة محايدة وتشكل مركب حمضي (حمض أو ثاني أكسيد الكربون)، فإن القلويات الناتجة سوف تحيد هذا المركب الحمضي. ولكن لا يوجد دائمًا ما يكفي من القلويات لتحييد الحمض تمامًا.

عند أكسدة الألدهيدات، على سبيل المثال، لا يكفي (ستستمر الأكسدة بنفس الطريقة كما في الظروف المعتدلة - ستؤدي درجة الحرارة ببساطة إلى تسريع التفاعل). لذلك، يتم تشكيل كل من الملح والحمض (والذي، بشكل عام، يظل زائدا).

لقد ناقشنا هذا عندما نظرنا إلى الأكسدة الخفيفة للألدهيدات.

لذلك، إذا قمت بتكوين حمض في بيئة محايدة، فأنت بحاجة إلى معرفة ما إذا كان يكفي لتحييد كل الحمض. انتباه خاصوينبغي إيلاء الاهتمام لتحييد الأحماض المتعددة القاعدة.

في بيئة قلوية ضعيفة، بسبب وجود كمية كافية من القلويات، يتم تشكيل الأملاح المتوسطة فقط، حيث يوجد فائض من القلويات.

كقاعدة عامة، القلويات كافية للأكسدة في بيئة محايدة. وستكون معادلة التفاعل في كل من الوسائط المحايدة والقلوية الضعيفة هي نفسها.

على سبيل المثال، دعونا ننظر إلى أكسدة إيثيل بنزين:

القلويات كافية لتحييد المركبات الحمضية الناتجة تمامًا، حتى الفائض سيبقى:

يتم استهلاك 3 مولات من القلويات - ويتبقى 1.

المعادلة النهائية:

سيستمر هذا التفاعل في بيئة محايدة وضعيفة القلوية بنفس الطريقة (في البيئة ضعيفة القلوية على اليسار لا توجد قلويات، لكن هذا لا يعني أنها غير موجودة، فهي لا تتفاعل فحسب).

تفاعلات الأكسدة والاختزال التي تنطوي على ثنائي كرومات البوتاسيوم (ثنائي كرومات).

لا يحتوي ثنائي كرومات على مجموعة واسعة من تفاعلات الأكسدة العضوية في امتحان الدولة الموحدة.

عادة ما تتم الأكسدة باستخدام ثنائي كرومات فقط في بيئة حمضية. في هذه الحالة، يتم استعادة الكروم إلى +3. منتجات الاسترداد:

الأكسدة ستكون شديدة. سيكون التفاعل مشابهًا جدًا للأكسدة مع البرمنجنات. سوف تتأكسد نفس المواد التي تتأكسد بواسطة البرمنجنات في بيئة حمضية، وسيتم تشكيل نفس المنتجات.

دعونا نلقي نظرة على بعض ردود الفعل.

دعونا ننظر في أكسدة الكحول. إذا تم إجراء الأكسدة عند نقطة غليان الألدهيد، فإنه سيترك خليط التفاعل دون الخضوع للأكسدة:

وبخلاف ذلك، قد يتأكسد الكحول مباشرة إلى حمض.

يمكن "احتجاز" الألدهيد الناتج في التفاعل السابق وإجباره على الأكسدة إلى حمض:

أكسدة سيكلوهكسانول. الهكسانول الحلقي هو كحول ثانوي، وبالتالي يتكون الكيتون:

إذا كان من الصعب تحديد حالات أكسدة ذرات الكربون باستخدام هذه الصيغة، فيمكنك الكتابة على المسودة:

معادلة التفاعل:

دعونا ننظر في أكسدة السيكلوبنتين.

تنكسر الرابطة المزدوجة (تفتح الدورة)، وتتأكسد الذرات التي تكونها إلى الحد الأقصى (في هذه الحالة، إلى مجموعة الكربوكسيل):

بعض ميزات الأكسدة في امتحان الدولة الموحدة والتي لا نتفق معها تمامًا.

نحن نعتبر تلك "القواعد" والمبادئ وردود الفعل التي سيتم مناقشتها في هذا القسم غير صحيحة تمامًا. إنها لا تتعارض فقط مع الوضع الحقيقي (الكيمياء كعلم)، ولكن أيضًا مع المنطق الداخلي للمناهج المدرسية وامتحان الدولة الموحدة على وجه الخصوص.

ولكن مع ذلك، فإننا مضطرون إلى تقديم هذه المواد بالشكل الذي يتطلبه امتحان الدولة الموحدة.

نحن نتحدث على وجه التحديد عن الأكسدة الصلبة.

هل تتذكر كيف تتأكسد متجانسات البنزين ومشتقاتها في ظل الظروف القاسية؟ تنتهي جميع الجذور وتتشكل مجموعات الكربوكسيل. تخضع القصاصات للأكسدة "من تلقاء نفسها":

لذلك، إذا ظهرت فجأة مجموعة هيدروكسيل أو رابطة متعددة في الجذر، عليك أن تنسى أن هناك حلقة بنزين هناك. سوف يستمر التفاعل فقط من خلال هذه المجموعة الوظيفية (أو الرابطة المتعددة).

تعتبر المجموعة الوظيفية والروابط المتعددة أكثر أهمية من حلقة البنزين.

دعونا نلقي نظرة على أكسدة كل مادة:

المادة الأولى:

عليك أن تتجاهل حقيقة وجود حلقة بنزين. من وجهة نظر امتحان الدولة الموحدة، هذا مجرد كحول ثانوي. تتأكسد الكحولات الثانوية إلى الكيتونات، ولكن الكيتونات لا تتأكسد أكثر:

دع هذه المادة تتأكسد مع ثاني كرومات:

المادة الثانية:

تتأكسد هذه المادة ببساطة كمركب ذو رابطة مزدوجة (لا ننتبه إلى حلقة البنزين):

دعها تتأكسد في برمنجنات محايدة عند تسخينها:

القلويات الناتجة كافية لتحييد ثاني أكسيد الكربون تمامًا:

2KOH + CO 2 → K 2 CO 3 + H 2 O

المعادلة النهائية:

أكسدة المادة الثالثة :

دع الأكسدة تستمر مع برمنجنات البوتاسيوم في بيئة حمضية:

أكسدة المادة الرابعة :

دعها تتأكسد في بيئة قلوية للغاية. معادلة التفاعل ستكون:

وأخيرًا، هذه هي الطريقة التي تتم بها أكسدة الفينيلبنزين:

وهو يتأكسد إلى حمض البنزويك، عليك أن تضع في اعتبارك أنه وفقًا لمنطق امتحان الدولة الموحد، فإنه يتأكسد بهذه الطريقة ليس لأنه مشتق من البنزين. ولكن لأنه يحتوي على رابطة مزدوجة.

خاتمة.

هذا كل ما تحتاج لمعرفته حول تفاعلات الأكسدة والاختزال التي تنطوي على البرمنجنات وثنائي كرومات في المادة العضوية.

لا تتفاجأ إذا سمعت بعض النقاط الموضحة في هذه المقالة لأول مرة. كما ذكرنا سابقًا، هذا الموضوع واسع جدًا ومثير للجدل. وعلى الرغم من هذا، لسبب ما، فإنه يتلقى القليل من الاهتمام.

كما رأيت، لا يمكن لتفاعلين أو ثلاثة تفاعلات أن تفسر جميع أنماط هذه التفاعلات. مطلوب هنا نهج معقدو شرح مفصلكل اللحظات. لسوء الحظ، في الكتب المدرسية وموارد الإنترنت، لم تتم تغطية الموضوع بالكامل، أو لم تتم تغطيته على الإطلاق.

حاولت إزالة هذه العيوب والنواقص والنظر في هذا الموضوع ككل وليس جزئيًا. أتمنى أن أكون قد نجحت.

شكرا لاهتمامكم، كل التوفيق لك! حظا سعيدا في إتقان العلوم الكيميائية واجتياز الامتحانات!

18. تفاعلات الأكسدة والاختزال (تابع 2)

18.9. OVR التي تنطوي على مواد عضوية

في ORR للمواد العضوية مع المواد غير العضوية، غالبًا ما تكون المواد العضوية هي عوامل الاختزال. وهكذا، عندما تحترق المادة العضوية بكمية زائدة من الأكسجين، يتكون دائمًا ثاني أكسيد الكربون والماء. تكون التفاعلات أكثر تعقيدًا عند استخدام عوامل مؤكسدة أقل نشاطًا. يناقش هذا القسم فقط تفاعلات ممثلي أهم فئات المواد العضوية مع بعض العوامل المؤكسدة غير العضوية.

الألكينات. أثناء الأكسدة الخفيفة، يتم تحويل الألكينات إلى جلايكول (كحول ثنائي الهيدريك). الذرات المختزلة في هذه التفاعلات هي ذرات الكربون المرتبطة برابطة مزدوجة.

يحدث التفاعل مع محلول برمنجنات البوتاسيوم في وسط محايد أو قلوي قليلاً على النحو التالي:

C 2 H 4 + 2KMnO 4 + 2H 2 O CH 2 OH–CH 2 OH + 2MnO 2 + 2KOH (تبريد)

وفي الظروف الأكثر شدة، تؤدي الأكسدة إلى تمزق سلسلة الكربون عند الرابطة المزدوجة وتكوين حمضين (في بيئة شديدة القلوية - ملحان) أو حمض وثاني أكسيد الكربون (في بيئة شديدة القلوية - ملح و كربونات):

1) 5CH 3 CH = CHCH 2 CH 3 + 8KMnO 4 + 12H 2 SO 4 5CH 3 COOH + 5C 2 H 5 COOH + 8MnSO 4 + 4K 2 SO 4 + 17H 2 O (تسخين)

2) 5CH 3 CH = CH 2 + 10KMnO 4 + 15H 2 SO 4 5CH 3 COOH + 5CO 2 + 10MnSO 4 + 5K 2 SO 4 + 20H 2 O (تسخين)

3) CH 3 CH = CHCH 2 CH 3 + 6KMnO 4 + 10KOH CH 3 COOK + C 2 H 5 COOK + 6 H 2 O + 6 K 2 MnO 4 (تسخين)

4) CH 3 CH = CH 2 + 10KMnO 4 + 13KOH CH 3 COOK + K 2 CO 3 + 8H 2 O + 10K 2 MnO 4 (تسخين)

يؤدي ثنائي كرومات البوتاسيوم في وسط حمض الكبريتيك إلى أكسدة الألكينات بشكل مشابه للتفاعلات 1 و2.

الألكينات. تبدأ الألكينات في التأكسد في ظل ظروف أشد قليلاً من الألكينات، لذا فهي تتأكسد عادةً عن طريق كسر سلسلة الكربون عند الرابطة الثلاثية. كما في حالة الألكانات، فإن الذرات المختزلة هنا هي ذرات الكربون، المرتبطة في هذه الحالة برابطة ثلاثية. ونتيجة للتفاعلات، يتم تشكيل الأحماض وثاني أكسيد الكربون. يمكن إجراء الأكسدة باستخدام برمنجنات البوتاسيوم أو ثنائي كرومات في بيئة حمضية، على سبيل المثال:

5CH 3 C CH + 8KMnO 4 + 12H 2 SO 4 5CH 3 COOH + 5CO 2 + 8MnSO 4 + 4K 2 SO 4 + 12H 2 O (تسخين)

في بعض الأحيان يكون من الممكن عزل منتجات الأكسدة المتوسطة. اعتمادًا على موضع الرابطة الثلاثية في الجزيء، تكون إما ثنائي الكيتونات (R 1 –CO–CO–R 2) أو ألدوكيتونات (R–CO–CHO).

يمكن أكسدة الأسيتيلين مع برمنجنات البوتاسيوم في وسط قلوي قليلاً إلى أكسالات البوتاسيوم:

3C 2 H 2 + 8KMnO 4 = 3K 2 C 2 O 4 + 2H 2 O + 8MnO 2 + 2KOH

في البيئة الحمضية، تتم عملية الأكسدة إلى ثاني أكسيد الكربون:

C 2 H 2 + 2KMnO 4 + 3H 2 SO 4 = 2CO 2 + 2MnSO 4 + 4H 2 O + K 2 SO 4

متجانسات البنزين. يمكن أكسدة متجانسات البنزين بمحلول برمنجنات البوتاسيوم في بيئة محايدة إلى بنزوات البوتاسيوم:

C 6 H 5 CH 3 + 2KMnO 4 = C 6 H 5 COOK + 2MnO 2 + KOH + H 2 O (عند الغليان)

C 6 H 5 CH 2 CH 3 + 4KMnO 4 = C 6 H 5 COOK + K 2 CO 3 + 2H 2 O + 4MnO 2 + KOH (عند التسخين)

وتؤدي أكسدة هذه المواد بثنائي كرومات البوتاسيوم أو برمنجنات البوتاسيوم في بيئة حمضية إلى تكوين حمض البنزويك.

الكحوليات. منتج الأكسدة المباشر للكحولات الأولية هو الألدهيدات، ومنتجات الأكسدة للكحولات الثانوية هي الكيتونات.

تتأكسد الألدهيدات المتكونة أثناء أكسدة الكحوليات بسهولة إلى أحماض، لذلك يتم الحصول على الألدهيدات من الكحولات الأولية عن طريق الأكسدة مع ثاني كرومات البوتاسيوم في وسط حمضي عند نقطة غليان الألدهيد. عندما تتبخر الألدهيدات، ليس لديها الوقت للتأكسد.

3C 2 H 5 OH + K 2 Cr 2 O 7 + 4 H 2 SO 4 = 3CH 3 C H O + K 2 SO 4 + Cr 2 (SO 4) 3 + 7 H 2 O (تسخين)

مع وجود فائض من عامل الأكسدة (KMnO 4، K 2 Cr 2 O 7) في أي بيئة، تتأكسد الكحولات الأولية إلى الأحماض الكربوكسيلية أو أملاحها، وتتأكسد الكحولات الثانوية إلى الكيتونات. لا تتأكسد الكحولات الثلاثية في ظل هذه الظروف، لكن كحول الميثيل يتأكسد إلى ثاني أكسيد الكربون. جميع ردود الفعل تحدث عند تسخينها.

يتأكسد الكحول ثنائي الهيدريك، إيثيلين جلايكول HOCH 2 –CH 2 OH، عند تسخينه في بيئة حمضية بمحلول KMnO 4 أو K 2 Cr 2 O 7، بسهولة إلى ثاني أكسيد الكربون والماء، ولكن في بعض الأحيان يكون من الممكن عزل المنتجات الوسيطة (HOCH 2 –COOH، HOOC- COOH، وما إلى ذلك).

الألدهيدات. الألدهيدات هي عوامل اختزال قوية جدًا، وبالتالي تتأكسد بسهولة بواسطة عوامل مؤكسدة مختلفة، على سبيل المثال: KMnO 4، K 2 Cr 2 O 7، OH. تحدث جميع التفاعلات عند تسخينها:

3CH 3 CHO + 2KMnO 4 = CH 3 COOH + 2CH 3 COOK + 2MnO 2 + H 2 O
3CH 3 C H O + K 2 Cr 2 O 7 + 4 H 2 SO 4 = 3CH 3 COOH + Cr 2 (SO 4) 3 + 7 H 2 O
CH3CHO + 2OH = CH3COONH4 + 2Ag + H2O + 3NH3

يتأكسد الفورمالديهايد مع وجود فائض من عامل الأكسدة إلى ثاني أكسيد الكربون.

18.10. مقارنة نشاط الأكسدة للمواد المختلفة

من تعريفات مفهومي "الذرة المؤكسدة" و"الذرة المختزلة" يترتب على ذلك أن الذرات في أعلى حالة أكسدة لها خصائص مؤكسدة فقط. على العكس من ذلك، فإن الذرات في حالة الأكسدة الأدنى لها خصائص اختزالية فقط. الذرات في حالات الأكسدة المتوسطة يمكن أن تكون عوامل مؤكسدة وعوامل اختزال.

في الوقت نفسه، بناءً على درجة الأكسدة فقط، من المستحيل تقييم خصائص الأكسدة والاختزال للمواد بشكل لا لبس فيه. على سبيل المثال، النظر في اتصالات عناصر مجموعة VA. مركبات النيتروجين (V) والأنتيمون (V) هي عوامل مؤكسدة قوية إلى حد ما، ومركبات البزموت (V) هي عوامل مؤكسدة قوية جدًا، ومركبات الفوسفور (V) ليس لها أي خصائص مؤكسدة تقريبًا. في هذه الحالة وغيرها من الحالات المشابهة، ما يهم هو مدى تميز حالة أكسدة معينة لعنصر معين، أي مدى استقرار المركبات التي تحتوي على ذرات عنصر معين في حالة الأكسدة هذه.

يستمر أي تفاعل للأكسدة والاختزال في اتجاه تكوين عامل مؤكسد أضعف وعامل اختزال أضعف. في الحالة العامة، يمكن تحديد احتمال حدوث أي تفاعل ORR، مثل أي تفاعل آخر، من خلال إشارة التغير في طاقة جيبس. بالإضافة إلى ذلك، لقياس نشاط الأكسدة والاختزال للمواد، يتم استخدام الخصائص الكهروكيميائية للعوامل المؤكسدة وعوامل الاختزال (الإمكانات القياسية لأزواج الأكسدة). واستنادا إلى هذه الخصائص الكمية، فمن الممكن بناء سلسلة من نشاط الأكسدة والاختزال لمواد مختلفة. سلسلة الضغوط المعدنية المعروفة لك مبنية بهذه الطريقة بالضبط. تتيح هذه السلسلة مقارنة خصائص الاختزال للمعادن في المحاليل المائية في ظل الظروف القياسية ( مع= 1 مول/لتر، ت= 298.15 كلفن)، بالإضافة إلى الخصائص المؤكسدة للأكواتيشنات البسيطة. إذا وضعت أيونات (عوامل مؤكسدة) في الصف العلوي من هذا الصف، وذرات معدنية (عوامل اختزال) في الصف السفلي، فإن الجانب الأيسر من هذا الصف (قبل الهيدروجين) سيبدو كما يلي:

في هذه السلسلة، تزداد خصائص أكسدة الأيونات (الخط العلوي) من اليسار إلى اليمين، وخصائص الاختزال للمعادن (الخط السفلي)، على العكس من ذلك، من اليمين إلى اليسار.

مع الأخذ في الاعتبار الاختلافات في نشاط الأكسدة والاختزال في بيئات مختلفة، فمن الممكن بناء سلسلة مماثلة للعوامل المؤكسدة. وبالتالي، بالنسبة للتفاعلات في بيئة حمضية (الرقم الهيدروجيني = 0)، يتم الحصول على "استمرار" لسلسلة الأنشطة المعدنية في اتجاه زيادة الخصائص المؤكسدة

كما هو الحال في سلسلة النشاط المعدني، في هذه السلسلة تزداد خصائص الأكسدة للعوامل المؤكسدة (الخط العلوي) من اليسار إلى اليمين. ولكن، باستخدام هذه السلسلة، من الممكن مقارنة نشاط الاختزال لعوامل الاختزال (الخلاصة) فقط إذا كان شكلها المؤكسد يتزامن مع الشكل الموضح في السطر العلوي؛ وفي هذه الحالة تشتد من اليمين إلى اليسار.

دعونا نلقي نظرة على بعض الأمثلة. لمعرفة ما إذا كان ORR هذا ممكنًا، سنستخدم قاعدة عامة تحدد اتجاه تفاعلات الأكسدة والاختزال (تسير التفاعلات في اتجاه تكوين عامل مؤكسد أضعف وعامل اختزال أضعف).

1. هل من الممكن اختزال الكوبالت من محلول CoSO 4 مع المغنيسيوم؟
يعتبر الماغنيسيوم عامل اختزال أقوى من الكوبالت، وأيونات Co2 هي عوامل مؤكسدة أقوى من أيونات Mg2، لذلك فمن الممكن.
2. هل من الممكن أكسدة النحاس إلى CuCl 2 في بيئة حمضية بمحلول FeCl 3؟
نظرًا لأن أيونات Fe 3B هي عوامل مؤكسدة أقوى من أيونات Cu 2، والنحاس هو عامل اختزال أقوى من أيونات Fe 2، فمن الممكن.
3. هل من الممكن الحصول على محلول FeCl 3 عن طريق نفخ الأكسجين في محلول FeCl 2 المحمض بحمض الهيدروكلوريك؟
قد لا يبدو الأمر كذلك، نظرًا لأن الأكسجين في سلسلتنا يقع على يسار أيونات Fe 3 وهو عامل مؤكسد أضعف من هذه الأيونات. ولكن في محلول مائيلا يتم تقريبًا اختزال الأكسجين أبدًا إلى H 2 O 2، وفي هذه الحالة يتم اختزاله إلى H 2 O ويحدث بين Br 2 وMnO 2. لذلك فإن رد الفعل هذا ممكن، على الرغم من أنه يسير ببطء شديد (لماذا؟).
4. هل من الممكن أكسدة H 2 O 2 في بيئة حمضية ببرمنجنات البوتاسيوم؟
في هذه الحالة، يعتبر H 2 O 2 عامل اختزال وعامل اختزال أقوى من أيونات Mn 2B، وأيونات MnO 4 هي عوامل مؤكسدة أقوى من الأكسجين المتكون من البيروكسيد. ولذلك فمن الممكن.

سلسلة مماثلة تم إنشاؤها لـ ORR في وسط قلوي هي كما يلي:

على عكس سلسلة "الحمض"، لا يمكن استخدام هذه السلسلة مع سلسلة النشاط المعدني.

طريقة توازن الإلكترون والأيون (طريقة نصف التفاعل)، ORR بين الجزيئات، ORR داخل الجزيئات، تفكيك ORR (عدم التناسب، الأكسدة الذاتية والاختزال الذاتي)، تخفيف ORR، التخميل.

1. باستخدام طريقة توازن الإلكترون والأيون، قم بتكوين معادلات للتفاعلات التي تحدث عند أ) إضافة محلول H 2 S (S، بشكل أكثر دقة، S 8 ) إلى محلول برمنجنات البوتاسيوم المحمض بحمض الكبريتيك؛ ب) KHS؛ ج) ك 2 ق؛ د) ح 2 SO 3؛ ه) KHSO 3؛ ه) ك 2 SO 3؛ ه) HNO 2؛ ز) كنو 2؛ ط) كي (أنا 2)؛ ي) FeSO 4؛ ل) C 2 H 5 OH (CH 3 COOH)؛ م) CH 3 C H O؛ ن) (COOH) 2 (CO 2)؛ ن) ك 2 ج 2 يا 4 . هنا وأدناه، عند الضرورة، يتم الإشارة إلى منتجات الأكسدة بين قوسين مجعدين.
2. اكتب معادلات التفاعلات التي تحدث عند مرور الغازات التالية خلال محلول برمنجنات البوتاسيوم المحمض بحمض الكبريتيك: أ) C 2 H 2 (CO 2 )؛ ب) C 2 H 4 (CO 2 )؛ ج) C 3 H 4 (البروبين) (CO 2 وCH 3 COOH)؛ د) ج 3 ح 6؛ ه) CH 4؛ ه) HCHO.
3. يتم إضافة نفس الشيء، ولكن محلول عامل اختزال إلى محلول محايد من برمنجنات البوتاسيوم: أ) KHS؛ ب) ك 2 ق؛ ج) KHSO 3؛ د) ك 2 SO 3؛ ه) كنو 2؛ ه) كي.
4. نفس الشيء، ولكن تمت إضافة محلول هيدروكسيد البوتاسيوم مسبقًا إلى محلول برمنجنات البوتاسيوم: أ) K 2 S (K 2 SO 4 )؛ ب) ك 2 سو 3؛ ج) كنو 2؛ د) كي (مكتب الاستثمار الكويتي 3).
5. اكتب معادلات التفاعلات التالية التي تحدث في المحلول: أ) KMnO 4 + H 2 S ...؛
   ب) KMnO 4 + حمض الهيدروكلوريك ...؛
   ج) KMnO 4 + HBr ...؛
   د) KMnO 4 + HI ...
6. قم بتكوين المعادلات التالية لحساب ORR لثاني أكسيد المنغنيز:
7. تمت إضافة محاليل المواد التالية إلى محلول ثاني كرومات البوتاسيوم المحمض بحمض الكبريتيك: أ) KHS؛ ب) ك 2 ق؛ ج) HNO 2؛ د) كنو 2؛ ه) كي؛ و) FeSO 4؛ ز) CH 3 CH 2 C H O؛ ط) ح 2 SO 3؛ ي) KHSO 3؛ ك) ك 2 سو 3. اكتب معادلات التفاعلات التي تحدث.
8. نفس الشيء، ولكن يتم تمرير الغازات التالية من خلال المحلول: أ) H 2 S؛ ب) SO 2.
9. حلول أ) K 2 S (K 2 SO 4 )؛ ب) ك 2 SO 3؛ ج) كنو 2؛ د) كي (مكتب الاستثمار الكويتي 3). اكتب معادلات التفاعلات التي تحدث.
10. تمت إضافة محلول هيدروكسيد البوتاسيوم إلى محلول كلوريد الكروم (III) حتى يذوب الراسب المتكون في البداية، ثم يضاف ماء البروم. اكتب معادلات التفاعلات التي تحدث.
11. نفس الشيء، ولكن على اخر مرحلةتمت إضافة محلول بيروكسوديكبريتات البوتاسيوم K2S2O8، والذي تم اختزاله إلى كبريتات أثناء التفاعل.
12. اكتب معادلات التفاعلات التي تحدث في المحلول:

أ) CrCl 2 + FeCl 3؛ ب) CrSO 4 + FeCl 3؛ ج) CrSO 4 + H 2 SO 4 + O 2؛

د) CrSO 4 + H 2 SO 4 + MnO 2؛ ه) CrSO 4 + H 2 SO 4 + KMnO 4.

13. اكتب معادلات التفاعلات التي تحدث بين ثالث أكسيد الكروم الصلب والمواد التالية: أ) ج؛ ب) ثاني أكسيد الكربون؛ ج) S (SO 2)؛ د) ح 2 ق؛ ه) NH 3؛ ه) C 2 H 5 OH (CO 2 و H 2 O)؛ ز) CH 3 COCH 3 .
14. اكتب معادلات التفاعلات التي تحدث عند إضافة المواد التالية إلى حمض النيتريك المركز: أ) S (H 2 SO 4 )؛ ب) ف 4 ((HPO 3) 4 ); ج) الجرافيت. د) سي؛ ه) أنا 2 (HIO 3)؛ و) حج؛ ز) النحاس؛ ط) الرصاص؛ ي) كف؛ ل) الحديد O؛ م) فاس؛ م) أهداب الشوق؛ ن) ملغم؛ ع) الحديد (OH) 2؛ ج) ف 2 أو 3؛ ر) كما 2 O 3 (H 3 AsO 4 ); ذ) كما 2 ق 3 ; و) الحديد (رقم 3) 2؛ خ) ف 4 س 10؛ ت) النحاس 2 س.
15. نفس الشيء، ولكن عند تمرير الغازات التالية: أ) ثاني أكسيد الكربون؛ ب) ح 2 ق؛ ج) ن2س؛ د) NH 3؛ ه) لا؛ و) ح 2 سي؛ ز) مرحبا.
16. هل ستستمر ردود الفعل بنفس الطريقة أم بشكل مختلف؟ الحالات التالية: أ) تم وضع قطعة من المغنيسيوم في أنبوب اختبار طويل مملوء ثلثيه بحمض النيتريك المركز؛ ب) تم وضع قطرة من حمض النيتريك المركز على سطح صفيحة المغنيسيوم؟ اكتب معادلات التفاعل.
17. ما الفرق بين تفاعل حمض النيتريك المركز مع حمض كبريتيد الهيدروجين ومع كبريتيد الهيدروجين الغازي؟ اكتب معادلات التفاعل.
18. هل سيستمر ORR بنفس الطريقة عند إضافة كبريتيد الصوديوم البلوري اللامائي ومحلوله 0.1 M إلى محلول مركّز من حمض النيتريك؟
19. تمت معالجة خليط من المواد التالية بحامض النيتريك المركز: Cu، Fe، Zn، Si، وCr. اكتب معادلات التفاعلات التي تحدث.
20. اكتب معادلات التفاعلات التي تحدث عند إضافة المواد التالية إلى حمض النيتريك المخفف: أ) I 2 ; ب) ملغ. ج) آل؛ د) الحديد؛ ه) الحديد O؛ و) فاس؛ ز) الحديد (OH) 2؛ ط) الحديد (OH) 3؛ ي) المنغنيز؛ ل) النحاس 2 ق؛ ل) النحاس. م) النحاس؛ ن) نا 2 S كر؛ ع) نا 2 س ص؛ ج) ص 4 س 10 .
21. ما العمليات التي تحدث عندما يتم تمرير أ) الأمونيا، ب) كبريتيد الهيدروجين، ج) ثاني أكسيد الكربون من خلال محلول مخفف من حمض النيتريك؟
22. اكتب معادلات التفاعلات التي تحدث عند إضافة المواد التالية إلى حامض الكبريتيك المركز: أ) Ag؛ ب) النحاس؛ ج) الجرافيت. د) HCOH؛ ه) ج 6 ح 12 س 6؛ و) كلوريد الصوديوم كر؛ ز) ج 2 ح 5 أوه.
23. عندما يتم تمرير كبريتيد الهيدروجين من خلال حمض الكبريتيك المركز البارد، يتكون S وSO 2، ويؤكسد H 2 SO 4 الساخن المركز الكبريت إلى SO 2. اكتب معادلات التفاعل. كيف سيتم التفاعل بين H 2 SO 4 الساخن المركز وكبريتيد الهيدروجين؟
24. لماذا يتم الحصول على كلوريد الهيدروجين عن طريق معالجة كلوريد الصوديوم البلوري مع حامض الكبريتيك المركز، ولكن لا يتم الحصول على بروميد الهيدروجين ويوديد الهيدروجين بهذه الطريقة؟
25. اكتب معادلات التفاعلات التي تحدث أثناء تفاعل حمض الكبريتيك المخفف مع أ) الزنك، ب) آل، ج) الحديد، د) الكروم في غياب الأكسجين، ه) الكروم في الهواء.
26. اكتب معادلات التفاعل التي تميز خصائص الأكسدة والاختزال لبيروكسيد الهيدروجين:

في أي من هذه التفاعلات يكون بيروكسيد الهيدروجين عاملًا مؤكسدًا، وفي أي التفاعلات يكون عامل اختزال؟

27. ما التفاعلات التي تحدث عند تسخين المواد التالية: أ) (NH 4) 2 CrO 4؛ ب) نانو 3؛ ج) كربونات الكالسيوم 3؛ د) آل (NO 3) 3؛ ه) الرصاص (رقم 3) 3؛ و) AgNO 3؛ ز) الزئبق (NO 3) 2؛ ط) النحاس (رقم 3) 2؛ ي) النحاس؛ ل) كلوريد الصوديوم 4؛ م) الكالسيوم (ClO 4) 2؛ م) الحديد (رقم 3) 2؛ ن) PCl 5؛ ع) MnCl 4؛ ج) ح 2 ج 2 س 4؛ ص) لينو 3؛ ذ) زئبق؛ و) الكالسيوم (NO 3) 2؛ س) الحديد (أوه) 3؛ ت) CuCl 2؛ ح) بوكلو 3؛ ث) بوكلو 2؛ ذ) الكروم 3؟
28. عندما يتم الجمع بين المحاليل الساخنة لكلوريد الأمونيوم ونترات البوتاسيوم، يحدث تفاعل مصحوبًا بإطلاق الغاز. اكتب معادلة لهذا التفاعل.
29. اكتب معادلات التفاعلات التي تحدث عند مرور أ) الكلور، ب) بخار البروم في محلول بارد من هيدروكسيد الصوديوم. نفس الشيء، ولكن من خلال الحل الساخن.
30. عند تفاعله مع محلول مركز ساخن من هيدروكسيد البوتاسيوم، يخضع السيلينيوم للتفكك إلى أقرب حالات أكسدة مستقرة (–II و+IV). اكتب معادلة لهذا ORR.
31. في ظل نفس الظروف، يخضع الكبريت لعملية تمزيق مماثلة، لكن الكبريت الزائد يتفاعل مع أيونات الكبريتيت لتكوين أيونات الثيوسلفات S 2 O 3 2. اكتب معادلات التفاعلات التي تحدث. ;
32. اكتب معادلات تفاعلات التحليل الكهربي أ) محلول نترات النحاس مع أنود الفضة، ب) محلول نترات الرصاص مع أنود النحاس.

التولوين هو ميثيل بنزين، وهو سائل عديم اللون ينتمي إلى فئة الأرينات، وهي مركبات عضوية ذات نظام عطري في تركيبها.

السمة الرئيسية لهذه المادة يمكن اعتبارها رائحتها الخاصة. ومع ذلك، هذا ليس الوحيد السمة المميزة" مواد. للتولوين العديد من الخصائص والخصائص، وكلها تستحق الحديث عنها باختصار.

قليلا من التاريخ

بدأت دراسة الخواص الكيميائية للتولوين منذ أقل من 200 عام بقليل، عندما تم الحصول عليها لأول مرة. تم اكتشاف المادة عام 1835 على يد الصيدلي والكيميائي الفرنسي بيير جوزيف بيليتييه. حصل العالم على التولوين عن طريق تقطير راتنج الصنوبر.

وبعد ثلاث سنوات، عزل الكيميائي الفيزيائي الفرنسي هنري سانت كلير ديفيل هذه المادةمن بلسم أحضره من مدينة تولو الكولومبية. تكريما لهذا المشروب، في الواقع، حصل المجمع على اسمه.

معلومات عامة

ماذا يمكن أن يقال عن الخصائص والخصائص الكيميائية للتولوين؟ المادة عبارة عن سائل متنقل متطاير مع رائحة نفاذة. له تأثير مخدر خفيف. يتفاعل مع عدد غير محدود من الهيدروكربونات، ويتفاعل مع الإيثرات والاسترات والكحولات. لا تخلط مع الماء.

الخصائص هي كما يلي:

• يتم تحديد المادة بالصيغة C 7 H 8.
• له الكتلة الموليةيساوي 92.14 جم / مول.
• الكثافة 0.86694 جم/سم3.
• نقاط الانصهار والغليان هي -95 درجة مئوية و110.6 درجة مئوية، على التوالي.
• الحرارة النوعية للتبخر هي 364 كيلوجول/كجم.
• درجة حرارة المرحلة الانتقالية الحرجة هي 320 درجة مئوية.

هذه المادة قابلة للاشتعال أيضًا. يحترق بلهب دخاني.

الخصائص الكيميائية الأساسية

التولوين هو مادة تتميز بتفاعلات الاستبدال الإلكتروفيلية. تحدث في ما يسمى بالحلقة العطرية، والتي تظهر ثباتًا عاليًا بشكل غير طبيعي. تحدث هذه التفاعلات بشكل رئيسي في المواضع شبه والعمودية بالنسبة لمجموعة الميثيل -CH 3 .

تتعلق تفاعلات تحليل الأوزون والإضافة (الهدرجة) بالخصائص الكيميائية للتولوين. تحت تأثير بعض العوامل المؤكسدة، تصبح مجموعة الميثيل كربوكسيل. في أغلب الأحيان، يتم استخدام محلول قلوي من برمنجنات البوتاسيوم أو حمض النيتريك غير المركز لهذا الغرض.

ومن الجدير بالذكر أيضًا أن التولوين قادر على الاحتراق التلقائي. وهذا يتطلب درجة حرارة 535 درجة مئوية. يحدث الفلاش عند 4 درجات مئوية.

تكوين حمض البنزويك

كما أن قدرة المادة قيد البحث على المشاركة في هذه العملية ترجع أيضًا إلى خصائصها الكيميائية. التولوين، الذي يتفاعل مع عوامل مؤكسدة قوية، يشكل أبسط حمض البنزويك أحادي القاعدة. حمض الكربوكسيلينتمي إلى السلسلة العطرية. صيغته هي C6H5COOH.

يحتوي الحمض على شكل بلورات بيضاء تذوب جيدًا ثنائي إيثيل الأثيروالكلوروفورم والإيثانول. ويتم الحصول عليه من خلال التفاعلات التالية:

• تفاعل التولوين وبرمنجنات البوتاسيوم في بيئة حمضية. الصيغة هي كما يلي: 5C 6 H 5 CH 3 + 6KMnO 4 + 9H 2 SO 4 → 5C 6 H 5 COOH + 6MnSO 4 + 3K 2 SO 4 + 14H 2 O.
• التولوين وبرمنجنات البوتاسيوم يتفاعلان في بيئة محايدة. الصيغة هي: C 6 H 5 CH 3 + 2KMnO 4 → C 6 H 5 SOOC + 2MnO 2 + KOH + H 2 O.
• يتفاعل التولوين في الضوء مع الهالوجينات، وهي عوامل مؤكسدة نشطة. يحدث وفقًا للصيغة: C 6 H 5 CH 3 + X 2 → C 6 H 5 CH 2 X + HX.

يتم استخدام حمض البنزويك الناتج عن هذه التفاعلات في العديد من المجالات. يتم استخدامه بشكل أساسي لإنتاج الكواشف - كلوريد البنزويل وملدنات البنزوات والفينول.

كما أنها تستخدم للتعليب. يتم تصنيع الإضافات E213 و E212 و E211 و E210 خصيصًا على أساس حمض البنزويك. فهو يمنع الإنزيمات ويبطئ عملية التمثيل الغذائي، مما يمنع نمو الخميرة والعفن والبكتيريا.

يستخدم حمض البنزويك أيضًا في الطب لعلاج أمراض جلدية، وكمقشع.

الحصول على المادة

التظاهر الخواص الكيميائيةالتولوين، معادلات التفاعل الموضحة أعلاه ليست كل ما أود أخذه بعين الاعتبار. من المهم الحديث عن عملية الحصول على هذه المادة.

التولوين هو منتج المعالجة الصناعيةأجزاء البنزين من النفط. وهذا ما يسمى أيضًا بالإصلاح التحفيزي. يتم عزل المادة عن طريق الاستخلاص الانتقائي، وبعد ذلك يتم التصحيح - يتم فصل الخليط من خلال الحرارة المعاكسة ونقل الكتلة بين السائل والبخار.

غالبًا ما يتم استبدال هذه العملية بإزالة الهيدروجين الحفزي للهبتان. وهو ألكان عضوي بالصيغة CH 3 (CH 2) 5 CH 3. تحدث عملية نزع الهيدروجين من خلال ميثيل سيكلوهكسان - وهو ألكان حلقي له الصيغة C 7 H 14. وهو عبارة عن هيدروكربون أحادي الحلقة يتم فيه استبدال ذرة هيدروجين واحدة بمجموعة ميثيل.

تتم تنقية التولوين بنفس طريقة تنقية البنزين. ولكن إذا تم استخدام حمض الكبريتيك، عليك أن تأخذ في الاعتبار أن هذه المادة يتم كبرنتها بسهولة أكبر. وهذا يعني أنه عند تنقية التولوين فمن الضروري الحفاظ على المزيد درجة حرارة منخفضة. أقل من 30 درجة مئوية على وجه الدقة.

التولوين والبنزين

وبما أن المادتين متشابهتان، فمن المفيد مقارنة الخواص الكيميائية. يخضع كل من البنزين والتولوين لتفاعلات الاستبدال. ومع ذلك، تختلف سرعاتها. ونظرًا لأن مجموعة الميثيل الموجودة في جزيء التولوين تؤثر على الحلقة العطرية، فإنها تتفاعل بشكل أسرع.

لكن البنزين بدوره يظهر مقاومة للأكسدة. لذلك، على سبيل المثال، عندما يتعرض لبرمنجنات البوتاسيوم، لا يحدث شيء. لكن التولوين في هذا التفاعل يشكل حمض البنزويك، كما ذكرنا سابقا.

ومن المعروف في الوقت نفسه أن الهيدروكربونات المشبعة لا تتفاعل مع محلول برمنجنات البوتاسيوم. لذلك يتم تفسير أكسدة التولوين من خلال التأثير الذي تمارسه حلقة البنزين على مجموعة الميثيل. تم تأكيد هذا البيان من خلال نظرية بتليروف. ووفقا له، تمارس الذرات ومجموعاتها في الجزيئات تأثيرا متبادلا.

رد فعل فريدل كرافتس

لقد قيل الكثير أعلاه عن الصيغة والخصائص الكيميائية للتولوين. ولكن لم يذكر بعد أنه من الممكن تمامًا الحصول على هذه المادة من البنزين إذا قمت بإجراء تفاعل فريدل كرافتس. هذا هو اسم طريقة الأسيلة والألكلة للمركبات العطرية باستخدام المحفزات الحمضية. وتشمل هذه ثلاثي فلوريد البورون (BF 3)، وكلوريد الزنك (ZnCl 2)، والألومنيوم (AlCl 3)، والحديد (FeCI 3).

ولكن في حالة التولوين، يمكن استخدام محفز واحد فقط. وهذا هو ثلاثي بروميد الحديد، وهو مركب ثنائي معقد ذو طبيعة غير عضوية وصيغته FeBr 3. ويبدو التفاعل كما يلي: C 6 H 6 + CH 3 Br à FeBr 3 C 6 H 5 CH 3 + HBr. لذلك لا يجمع البنزين والتولوين بين الخواص الكيميائية فحسب، بل أيضًا القدرة على الحصول على مادة من الأخرى.

خطر الحريق

من المستحيل عدم ذكر ذلك عند الحديث عن المواد الكيميائية و الخصائص الفيزيائيةالتولوين بعد كل شيء، هذه مادة قابلة للاشتعال للغاية.

إنه ينتمي إلى فئة 3.1 السوائل القابلة للاشتعال. تشمل هذه الفئة أيضًا وقود الديزل وزيت الغاز والمركبات المتفجرة منزوعة الحساسية.

لا ينبغي السماح بحدوثه بالقرب من التولوين فتح النار، التدخين، الشرر وحتى خليط أبخرة هذه المادة مع الهواء يكون متفجرا. إذا تم تنفيذ عمليات التصريف والتحميل، فإن الامتثال لقواعد الحماية من الكهرباء الساكنة يصبح ذا أهمية قصوى.

يتم تزويد مباني الإنتاج المخصصة لتنفيذ الأعمال المتعلقة بالتولوين بتهوية العرض والعادم، ويتم تزويد المعدات بالشفط. يحظر استخدام الأدوات التي قد تنتج شرارة عند الاصطدام. وإذا اشتعلت مادة ما، فيجب إطفاؤها فقط باستخدام الماء المرشوش جيدًا أو الهواء الميكانيكي أو الرغوة الكيميائية. يتم تحييد التولوين المسكوب بالرمل.

خطر على البشر

الخصائص والخصائص الكيميائية للتولوين تحدد سميته. كما سبق أن ذكرنا، أبخرته لها تأثير مخدر. وهو قوي بشكل خاص في التركيزات العالية. الشخص الذي يستنشق البخار يعاني من هلوسة شديدة. قليل من الناس يعرفون، ولكن حتى عام 1998 كانت هذه المادة جزءًا من غراء Moment. ولهذا السبب كانت تحظى بشعبية كبيرة بين متعاطي المخدرات.

التركيزات العالية من هذه المادة لها أيضًا تأثير سلبي الجهاز العصبي، الأغشية المخاطية للعينين، الجلد. يتم انتهاك وظيفة تكون الدم، لأن التولوين هو سم شديد السمية. ولهذا السبب، يمكن أن تحدث أمراض مثل نقص الأكسجة وزرقة.

حتى أن هناك مفهوم تعاطي مادة التولوين. كما أن لها تأثير مسرطنة. بعد كل شيء، فإن البخار، الذي يدخل جسم الإنسان من خلال الجلد أو الجهاز التنفسي، يؤثر على الجهاز العصبي. في بعض الأحيان لا يمكن عكس هذه العمليات.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن للأبخرة أن تسبب تثبيطًا وتعطل عمل الجهاز الدهليزي. ولذلك فإن الأشخاص الذين يعملون بهذه المادة يعملون في مناطق جيدة التهوية، وتحت الجر دائمًا، ويستخدمون قفازات مطاطية خاصة.

طلب

لاستكمال موضوع الخواص الفيزيائية والكيميائية للتولوين، يجدر النظر في المجالات التي تشارك فيها هذه المادة بنشاط.

يعد هذا المركب أيضًا مذيبًا فعالًا للعديد من البوليمرات (المواد البلورية غير المتبلورة عالية الجزيئات). وغالباً ما يضاف إلى تركيبة المذيبات التجارية للدهانات والورنيشات بعضها الأدوية الطبية. هذا المركب قابل للتطبيق حتى في إنتاج المتفجرات. ومع إضافته، يتم إنتاج ثلاثي نيتروتولوين ومادة تي إن تي.