9.1 : الهيكل والخصائص الفيزيائية للألكينات

مقدمة:

في الطبيعة، تُعرف المركبات التي تحتوي على الكربون والهيدروجين باسم "الهيدروكربونات". الهيدروكربونات الأليفاتية هي مركبات تحتوي جزيئاتها على روابط أحادية مشبعة (أي الألكانات) أو روابط مزدوجة أو ثلاثية غير مشبعة. تحتوي الألكينات على روابط كربون-كربون مزدوجة ولها الصيغة الهيكلية C_nH_2n. تسمى الهيدروكربونات غير المشبعة التي تحتوي على روابط ثلاثية بين الكربون والكربون "ألكاينات" ويتم تمثيلها هيكليا بالصيغة C_nH_2n-2.

أبسط الألكاين هو الإيثين، أو الأسيتيلين، وهو غاز عديم اللون، يحترق عند درجات حرارة عالية ويستخدم كوقود في اللحام. توجدت الألكاينات في مجموعة متنوعة من المواد ذات الأصل الطبيعي والاصطناعي. على سبيل المثال، يمكن العثور على الألكاينات الطبيعية في السم الذي يتم الحصول عليه من ضفادع الأشجار في أمريكا الجنوبية. من ناحية أخرى، تلعب المركبات الاصطناعية المحتوية على الألكاينات دورًا مهمًا في الأدوية مثل موانع الحمل الفموية مثل إيثينيل استراديول. يتم استخدام أدوية أخرى تعتمد على الألكاينات، مثل السيليجيلين، مع الدوبامين الاصطناعي أو L-دوبا لعلاج مرض باركنسون.

تهجين الألكاينات:

تحدث الرابطة الثلاثية في الألكاينات بسبب تداخل مدارات sp لرابطة الكربون-الكربون (C–C) التي تشكل رابطة سيجما (σ)، والتداخل الجانبي للمدارات 2p_y و2p_z التي تشكل رابطتي pi (π)، على التوالى. يؤدي تداخل مدار الكربون sp مع مدار 1s لذرة الهيدروجين إلى رابطة سيجما الكربون–الهيدروجين (C–H) sp–1s في الألكاين. تُظهر الألكاينات تهجينًا sp بخاصية 50%. نظرًا لأن الإلكترونات الموجودة في المدارات تظهر طاقات أقل من المدارات p، فإن الزيادة في خاصية الذرة تزيد من سالبيتها الكهرسلبية.

الهندسة الجزيئية: طول الرابطة، وزوايا الرابطة، وقوة الرابطة

نظرًا للتهجين sp الذي يتضمن التداخل الجانبي للمدارات، تتمتع الألكاينات بهندسة خطية بزاوية الرابطة تبلغ 180 درجة. يُقاس طول الرابطة الثلاثية C–C في الأسيتيلين بـ 121 بيكومتر pm أو 1.21 أنجستروم، وهو أقل من طول الألكينات (134 بيكومتر أو 1.34 أنجستروم) والألكانات (153 بيكومتر أو 1.53 أنجستروم) بسبب زيادة عدد الروابط التي تربط ذرتي الكربون معا.

الرابطة C–H في الألكاينات (1.06 Å في الأسيتيلين) أقصر أيضًا مقارنة بتلك الموجودة في الألكينات والألكانات بسبب زيادة خاصية s لمدار الكربون المهجن sp الذي يشكل الرابطة sp-1s σ مع الهيدروجين. بالإضافة إلى وجود طاقات أقل، فإن الإلكترونات الموجودة في المدار s تكون أقرب إلى نواة الذرة وترتبط بشكل أكثر إحكامًا من تلك الموجودة في المدارات p. ونتيجة لذلك، فإن خاصية s الأكبر يزيد من قوة الرابطة. ومن ثم، فإن الروابط الثلاثية C–C والروابط C–H في الألكاينات أقصر وأقوى من تلك الموجودة في الألكينات والألكانات، ويرجع ذلك أساسًا إلى زيادة خاصية s. تبلغ طاقة تفكك الرابطة للألكاينات 966 كيلو جول أو 231 كيلو كالوري/مول، وهي أعلى من طاقة الألكانات والألكينات بسبب وجود هذه الروابط الأقصر والأقوى.

الخصائص الفيزيائية للألكاينات:

تظهر الألكاينات خواص فيزيائية مماثلة للألكانات أو الألكينات الأصلية. وهي مركبات غير قطبية ذات كثافة أقل من الماء وغير قابلة للذوبان في الماء والمذيبات القطبية. ومع ذلك، فإنها تظهر قابلية ذوبان جيدة في المذيبات العضوية غير القطبية. توجد الألكاينات ذات الوزن الجزيئي المنخفض مثل الإيثين والبروبين كغازات في درجة حرارة الغرفة، في حين أن الألكاينات ذات الوزن الجزيئي الأعلى مثل 1-أوكتين و1-ديسين تكون سوائل.