يتطلب مفهوم "حلقة البنزين" فك التشفير على الفور. للقيام بذلك، من الضروري على الأقل النظر لفترة وجيزة في بنية جزيء البنزين. تم اقتراح الهيكل الأول للبنزين في عام 1865 من قبل العالم الألماني أ. كيكولي:

تشمل الهيدروكربونات العطرية الأكثر أهمية البنزين C 6 H 6 ومتجانساته: التولوين C 6 H 5 CH 3، الزيلين C 6 H 4 (CH 3) 2، وما إلى ذلك؛ النفثالين C10H8 والأنثراسين C14H10 ومشتقاتهما.

تشكل ذرات الكربون الموجودة في جزيء البنزين شكلا سداسيا مسطحا منتظما، على الرغم من أنه عادة ما يتم رسمه على شكل مستطيل.

تم تأكيد بنية جزيء البنزين أخيرًا من خلال تفاعل تكوينه من الأسيتيلين. تصور الصيغة الهيكلية ثلاث روابط كربون-كربون مفردة وثلاثية مزدوجة بالتناوب. لكن مثل هذه الصورة لا تنقل البنية الحقيقية للجزيء. في الواقع، روابط الكربون-كربون في البنزين متكافئة، ولها خصائص تختلف عن تلك الموجودة في الروابط الفردية أو المزدوجة. يتم تفسير هذه الميزات من خلال التركيب الإلكتروني لجزيء البنزين.

الهيكل الإلكتروني للبنزين

كل ذرة كربون في جزيء البنزين تكون في حالة تهجين sp2. وهو متصل بذرتي كربون مجاورتين وذرة هيدروجين بثلاث روابط σ. والنتيجة هي مسدس مسطح: جميع ذرات الكربون الست وجميع الروابط C-C وCH تقع في نفس المستوى. السحابة الإلكترونية للإلكترون الرابع (p-electron)، والتي لا تشارك في التهجين، لها شكل الدمبل وموجهة بشكل عمودي على مستوى حلقة البنزين. تتداخل سحب الإلكترون p هذه من ذرات الكربون المجاورة فوق مستوى الحلقة وتحته.

ونتيجة لذلك، تشكل ستة إلكترونات p سحابة إلكترونية مشتركة ورابطة كيميائية واحدة لجميع ذرات الكربون. توجد منطقتان من مستوى الإلكترون الكبير على جانبي مستوى الرابطة σ.

تتسبب سحابة الإلكترون p في تقليل المسافة بين ذرات الكربون. في جزيء البنزين هما متساويان ويساويان 0.14 نانومتر. في حالة الرابطة الفردية والمزدوجة، ستكون هذه المسافات 0.154 و0.134 نانومتر، على التوالي. وهذا يعني أنه لا توجد روابط مفردة أو مزدوجة في جزيء البنزين. جزيء البنزين عبارة عن دورة مستقرة مكونة من ستة أعضاء من مجموعات CH متطابقة تقع في نفس المستوى. جميع الروابط بين ذرات الكربون في البنزين متكافئة، وهو ما يحدد الخصائص المميزة لحلقة البنزين. وينعكس هذا بدقة أكبر في الصيغة البنائية للبنزين على شكل مسدس منتظم بداخله دائرة (I). (ترمز الدائرة إلى تكافؤ الروابط بين ذرات الكربون.) ومع ذلك، غالبًا ما تُستخدم صيغة كيكولي التي تشير إلى الروابط المزدوجة (II):

تحتوي حلقة البنزين على مجموعة معينة من الخصائص، والتي تسمى عادة العطرية.

سلسلة متجانسة، الايزومرية، التسميات

تقليديا، يمكن تقسيم الساحات إلى صفين. الأول يشمل مشتقات البنزين (على سبيل المثال، التولوين أو ثنائي الفينيل)، والثاني يشمل الأرينات المكثفة (متعددة النوى) (أبسطها هو النفثالين):

سلسلة البنزين المتماثلة لها الصيغة العامة C n H 2 n -6. يمكن اعتبار المتجانسات بمثابة مشتقات بنزين يتم فيها استبدال ذرة هيدروجين واحدة أو أكثر بجذور هيدروكربونية مختلفة. على سبيل المثال، C 6 H 5 -CH 3 - ميثيل بنزين أو تولوين، C 6 H 4 (CH 3) 2 - ثنائي ميثيل بنزين أو زيلين، C 6 H 5 -C 2 H 5 - إيثيل بنزين، إلخ.

وبما أن جميع ذرات الكربون في البنزين متكافئة، فإن متجانسه الأول، التولوين، لا يحتوي على أيزومرات. يحتوي المتماثل الثاني، ثنائي ميثيل بنزين، على ثلاثة أيزومرات، تختلف في الترتيب النسبي لمجموعات الميثيل (البدائل). هذا هو أيزومر أورثو (مختصر o-)، أو 1،2، حيث توجد البدائل على ذرات الكربون المجاورة. إذا كانت البدائل مفصولة بذرة كربون واحدة، فهي ميتا- (يختصر m-) أو أيزومر 1،3، وإذا كانت مفصولة بذرتي كربون، فهي شبه- (يختصر p-) أو 1,4-أيزومر. في الأسماء، يتم تعيين البدائل بالحروف (o-، m-، p-) أو الأرقام.

الخصائص الفيزيائية

الأعضاء الأولون في سلسلة البنزين المتجانسة هم سوائل عديمة اللون ذات رائحة معينة. كثافتها أقل من 1 (أخف من الماء). غير قابل للذوبان في الماء. يعتبر البنزين ومماثلاته في حد ذاته مذيبات جيدة للعديد من المواد العضوية. تحترق الساحات بلهب دخاني بسبب ارتفاع نسبة الكربون في جزيئاتها.

الخواص الكيميائية

تحدد العطرية الخواص الكيميائية للبنزين ومماثلاته. يعتبر نظام π المكون من ستة إلكترونات أكثر استقرارًا من روابط π العادية ثنائية الإلكترون. لذلك، تكون تفاعلات الإضافة أقل شيوعًا بالنسبة للهيدروكربونات العطرية مقارنة بالهيدروكربونات غير المشبعة. التفاعلات الأكثر تميزًا للأرين هي تفاعلات الاستبدال. وهكذا فإن الهيدروكربونات العطرية تحتل في خواصها الكيميائية موقعا وسطا بين الهيدروكربونات المشبعة وغير المشبعة.

I. ردود الفعل الاستبدال

1. الهلجنة (مع Cl2,Br2)

2. النتروجين

3. السلفنة

4. الألكلة (تتشكل متجانسات البنزين) - تفاعلات فريدل-كرافت

تحدث ألكلة البنزين أيضًا عندما يتفاعل مع الألكينات:

يتم الحصول على الستايرين (فينيل بنزين) عن طريق نزع الهيدروجين من إيثيل بنزين:

ثانيا. تفاعلات الإضافة

1. الهدرجة

2. الكلورة

ثالثا. تفاعلات الأكسدة

1. الاحتراق

2C6H6 + 15O2 → 12CO2 + 6H2O

2. الأكسدة تحت تأثير KMnO 4، K 2 Cr 2 O 7، HNO 3، إلخ.

لا يحدث أي تفاعل كيميائي (على غرار الألكانات).

خصائص متجانسات البنزين

في متجانسات البنزين، يتم التمييز بين النواة والسلسلة الجانبية (جذور الألكيل). الخصائص الكيميائية لجذور الألكيل تشبه الألكانات. ويتجلى تأثير حلقة البنزين عليها في حقيقة أن تفاعلات الاستبدال تتضمن دائمًا ذرات الهيدروجين في ذرة الكربون المرتبطة مباشرة بحلقة البنزين، وكذلك في الأكسدة الأسهل لروابط C-H.

يتجلى تأثير جذر الألكيل المتبرع بالإلكترون (على سبيل المثال، -CH 3) على حلقة البنزين في زيادة الشحنات السالبة الفعالة على ذرات الكربون في المواضع أورثو وبارا؛ ونتيجة لذلك، يتم تسهيل استبدال ذرات الهيدروجين المرتبطة بها. ولذلك، فإن متجانسات البنزين يمكن أن تشكل منتجات ثلاثية الاستبدال (والبنزين عادة ما يشكل مشتقات أحادية الاستبدال).

المركبات العطرية هي تلك التي تحتوي جزيئاتها على مجموعة حلقية من الذرات ذات نمط ترابط خاص - حلقة البنزين. الاسم الدولي للهيدروكربونات العطرية هو أرينيس.

أبسط ممثل للأرين هو البنزين C 6 H 6 . تم اقتراح الصيغة التي تعكس بنية جزيء البنزين لأول مرة من قبل الكيميائي الألماني كيكولي (1865):

تشكل ذرات الكربون الموجودة في جزيء البنزين شكلا سداسيا مسطحا منتظما، على الرغم من أنه عادة ما يتم رسمه على شكل مستطيل.

تم تأكيد بنية جزيء البنزين أخيرًا من خلال تفاعل تكوينه من الأسيتيلين. تصور الصيغة الهيكلية ثلاث روابط كربون-كربون مفردة وثلاثية مزدوجة بالتناوب. لكن مثل هذه الصورة لا تنقل البنية الحقيقية للجزيء. في الواقع، روابط الكربون-كربون في البنزين متكافئة، ولها خصائص تختلف عن تلك الموجودة في الروابط الفردية أو المزدوجة. يتم تفسير هذه الميزات من خلال التركيب الإلكتروني لجزيء البنزين.

الهيكل الإلكتروني للبنزين.
كل ذرة كربون في جزيء البنزين تكون في حالة تهجين sp2. وهو متصل بذرتي كربون مجاورتين وذرة هيدروجين بثلاث روابط σ. والنتيجة هي مسدس مسطح: جميع ذرات الكربون الست وجميع الروابط C-C وCH تقع في نفس المستوى. السحابة الإلكترونية للإلكترون الرابع (p-electron)، والتي لا تشارك في التهجين، لها شكل الدمبل وموجهة بشكل عمودي على مستوى حلقة البنزين. تتداخل سحب الإلكترون p هذه من ذرات الكربون المجاورة فوق مستوى الحلقة وتحته . ونتيجة لذلك، تشكل ستة إلكترونات p سحابة إلكترونية مشتركة ورابطة كيميائية واحدة لجميع ذرات الكربون. توجد منطقتان من مستوى الإلكترون الكبير على جانبي مستوى الرابطة σ ./>/>

ص- السحابة الإلكترونية تسبب تقليص المسافة بين ذرات الكربون. في جزيء البنزين هما متساويان ويساويان 0.14 نانومتر. في حالة الرابطة الفردية والمزدوجة، ستكون هذه المسافات 0.154 و0.134 نانومتر، على التوالي. وهذا يعني أنه لا توجد روابط مفردة أو مزدوجة في جزيء البنزين. جزيء البنزين عبارة عن دورة مستقرة مكونة من ستة أعضاء من مجموعات CH متطابقة تقع في نفس المستوى. جميع الروابط بين ذرات الكربون في البنزين متكافئة، وهو ما يحدد الخصائص المميزة لحلقة البنزين. وينعكس هذا بدقة أكبر في الصيغة البنائية للبنزين على شكل مسدس منتظم بداخله دائرة (أنا ). (ترمز الدائرة إلى تكافؤ الروابط بين ذرات الكربون.) ومع ذلك، غالبًا ما تُستخدم صيغة كيكولي للإشارة إلى الروابط المزدوجة (ثانيا

تعليمات منهجية

دورة الكيمياء العضوية

« الهيدروكربونات العطرية»

روستوف على نهر الدون

المبادئ التوجيهية لمقرر الكيمياء العضوية “الهيدروكربونات العطرية”. - روستوف غير متوفر: روست. ولاية يبني. الجامعة، 2007. - 12 ص.

يتم عرض المبادئ النظرية حول موضوع "الهيدروكربونات العطرية". ويرد تعريف للهيدروكربونات العطرية، فضلا عن مفهوم "العطرية". تم وصف بنية جزيء البنزين. تمت دراسة تسميات وإيزومرية المركبات العطرية ذات حلقة بنزين واحدة. يتم عرض الطرق الرئيسية لإنتاج الأرين، كما يتم النظر في الخصائص الفيزيائية والكيميائية للهيدروكربونات العطرية.

مصممة لطلاب السنة الأولى والثانية بدوام كامل وبدوام جزئي في تخصصات PSM وZChS وSSP وBTP وAS.

أعده: دكتوراه. الكيمياء. العلوم، أستاذ مشارك

م.ن. ميتسكايا،

دكتوراه. الكيمياء. العلوم، مساعد.

إ.أ. ليفينسكايا

المراجع: دكتوراه. الكيمياء. العلوم، أستاذ مشارك

إل إم. أستاخوفا

© ولاية روستوف

جامعة البناء، 2007

المركبات العطرية (ارينيس) - مركبات عضوية ذات بنية دورية مستوية حيث تخلق جميع ذرات الكربون نظام إلكترون π واحد غير متمركز يحتوي على (4n+2) إلكترونات π.

تشتمل المركبات العطرية في المقام الأول على البنزين C6H6 ومماثلاته ومشتقاته العديدة. قد تحتوي المركبات العطرية على حلقة بنزين واحدة أو أكثر لكل جزيء (مركبات عطرية متعددة النوى). لكننا سننظر إلى المركبات العطرية التي تحتوي على حلقة بنزين واحدة.

هيكل جزيء البنزين

اكتشف فاراداي البنزين في عام 1825 في غاز مضيء (فرن فحم الكوك)، وغالبًا ما يتم التعبير عن بنية جزيء البنزين من خلال الصيغة التي اقترحها الكيميائي الألماني أ. كيكولي (1865)

وفقا للمفاهيم الحديثة، فإن جزيء البنزين له هيكل مسدس مسطح، وجوانبها متساوية مع بعضها البعض وتبلغ 0.14 نانومتر. هذه المسافة هي القيمة المتوسطة بين 0.154 نانومتر (طول الرابطة الفردية) و0.134 نانومتر (طول الرابطة المزدوجة). ليست ذرات الكربون فقط، بل أيضًا ذرات الهيدروجين الست المرتبطة بها تقع في نفس المستوى. الزوايا التي تشكلها روابط H-C-C وCC-C هي 120 درجة:

جميع ذرات الكربون الموجودة في جزيء البنزين تكون في حالة تهجين sp2. وترتبط كل واحدة منها بمداراتها الهجينة الثلاثة مع مدارين من نفس المدارات لذرتي كربون متجاورتين ومدار واحد لذرة H، مما يشكل ثلاث روابط σ (انظر الشكل). يتداخل المدار الرابع غير المهجن 2p لذرة الكربون، والذي يكون محوره متعامدًا مع مستوى حلقة البنزين، مع مدارات مماثلة لذرتي كربون متجاورتين تقعان على اليمين واليسار.

مخطط تكوين روابط σ وروابط π في جزيء البنزين

يحدث هذا التداخل أعلى وأسفل مستوى حلقة البنزين. ونتيجة لذلك، يتم تشكيل نظام مغلق واحد من الإلكترونات π. ونتيجة لهذا التداخل الموحد للمدارات 2p لجميع ذرات الكربون الست، يحدث "محاذاة" للروابط المفردة والمزدوجة، أي. تفتقر حلقة البنزين إلى الروابط الكلاسيكية المزدوجة والمفردة. التوزيع الموحد لكثافة الإلكترون π بين جميع ذرات الكربون، بسبب عدم تمركز الإلكترون π، هو السبب في الاستقرار العالي لجزيء البنزين. حاليًا، لا توجد طريقة واحدة لتصوير جزيء البنزين بيانيًا مع الأخذ في الاعتبار خصائصه الحقيقية. ولكن للتأكيد على انتظام كثافة الإلكترون π في جزيء البنزين، لجأوا إلى الصيغ التالية:

ومع ذلك، من الضروري أن نتذكر أن أيًا من هذه الصيغ لا يتوافق مع الحالة الفيزيائية الفعلية للجزيء، ناهيك عن أنه يمكن أن يعكس مجموعة كاملة من خصائصه. تعد صيغة كيكولي حاليًا مجرد رمز لجزيء البنزين. ومع ذلك، فهو يستخدم على نطاق واسع، مع الأخذ في الاعتبار عيوبه.

تعريف

البنزين(الهكساترين الحلقي - 1،3،5) مادة عضوية، وأبسط ممثل لعدد من الهيدروكربونات العطرية.

الصيغة – C 6 H 6 (الصيغة الهيكلية – الشكل 1). الوزن الجزيئي – 78.11.

أرز. 1. الصيغ البنائية والمكانية للبنزين.

جميع ذرات الكربون الست الموجودة في جزيء البنزين تكون في الحالة الهجينة sp2. تشكل كل ذرة كربون روابط 3σ مع ذرتي كربون أخريين وذرة هيدروجين واحدة، تقع في نفس المستوى. تشكل ست ذرات كربون شكلًا سداسيًا منتظمًا (σ-هيكل عظمي لجزيء البنزين). تحتوي كل ذرة كربون على مدار p غير مهجن يحتوي على إلكترون واحد. تشكل ستة إلكترونات p سحابة إلكترون π واحدة (نظام عطري)، والتي تم تصويرها على شكل دائرة داخل حلقة مكونة من ستة أعضاء. يسمى الجذر الهيدروكربوني الذي يتم الحصول عليه من البنزين C 6 H 5 - - فينيل (Ph-).

الخواص الكيميائية للبنزين

يتميز البنزين بتفاعلات الاستبدال التي تحدث عبر آلية محبة للكهرباء:

- الهالوجين (يتفاعل البنزين مع الكلور والبروم في وجود محفزات - AlCl 3 اللامائي، FeCl 3، AlBr 3)

C 6 H 6 + Cl 2 = C 6 H 5 -Cl + HCl؛

- النترات (يتفاعل البنزين بسهولة مع خليط النترات - خليط من أحماض النيتريك والكبريتيك المركزة)

- الألكلة مع الألكينات

C 6 H 6 + CH 2 = CH-CH 3 → C 6 H 5 -CH(CH 3) 2;

تؤدي تفاعلات الإضافة إلى البنزين إلى تدمير النظام العطري وتحدث فقط في ظل ظروف قاسية:

— الهدرجة (يحدث التفاعل عند تسخينه، ويكون المحفز Pt)

- إضافة الكلور (يحدث تحت تأثير الأشعة فوق البنفسجية مع تكوين منتج صلب - سداسي كلور حلقي الهكسان (سداسي كلور) - C 6 H 6 Cl 6)

مثل أي مركب عضوي، يخضع البنزين لتفاعل احتراق مع تكوين ثاني أكسيد الكربون والماء كنواتج التفاعل (يحترق بلهب دخاني):

2C6H6 +15O2 → 12CO2 + 6H2O.

الخصائص الفيزيائية للبنزين

البنزين سائل عديم اللون، ولكن له رائحة نفاذة محددة. يشكل خليطًا أزيوتروبيًا مع الماء ويمتزج جيدًا مع الإيثرات والبنزين والمذيبات العضوية المختلفة. نقطة الغليان – 80.1 درجة مئوية، نقطة الانصهار – 5.5 درجة مئوية. سامة ومسرطنة (أي تعزز تطور السرطان).

تحضير واستخدام البنزين

الطرق الرئيسية للحصول على البنزين:

— إزالة التحلل المائي من الهكسان (المحفزات – Pt, Cr 3 O 2)

CH 3 -(CH 2) 4 -CH 3 → C 6 H 6 + 4H 2؛

— نزع الهيدروجين من الهكسان الحلقي (يحدث التفاعل عند تسخينه، ويكون المحفز Pt)

ج 6 ح 12 → ج 6 ح 6 + 4 ح 2؛

— تشذيب الأسيتيلين (يحدث التفاعل عند تسخينه إلى 600 درجة مئوية، ويكون المحفز هو الكربون المنشط)

3HC≡CH → C 6 H 6 .

يعمل البنزين كمادة خام لإنتاج المتجانسات (إيثيل بنزين، كومين)، سيكلوهكسان، نيتروبنزين، كلوروبنزين ومواد أخرى. في السابق، تم استخدام البنزين كمضاف للبنزين لزيادة رقم الأوكتان، ولكن الآن، بسبب سميته العالية، يتم تنظيم محتوى البنزين في الوقود بشكل صارم. يستخدم البنزين في بعض الأحيان كمذيب.

أمثلة على حل المشكلات

مثال 1

يمارس	اكتب المعادلات التي يمكن استخدامها لإجراء التحويلات التالية: CH 4 → C 2 H 2 → C 6 H 6 → C 6 H 5 Cl.
حل	لإنتاج الأسيتيلين من الميثان يستخدم التفاعل التالي: 2CH 4 → ج 2 ح 2 + 3 ح 2 (ر = 1400 ج). يمكن إنتاج البنزين من الأسيتيلين عن طريق تفاعل التشذيب للأسيتيلين، والذي يحدث عند تسخينه (t = 600C) وفي وجود الكربون المنشط: 3ج 2 ح 2 → ج 6 ح 6. يتم إجراء تفاعل كلورة البنزين لإنتاج كلورو البنزين كمنتج في وجود كلوريد الحديد (III): C 6 H 6 + Cl 2 → C 6 H 5 Cl + حمض الهيدروكلوريك.

مثال 2

يمارس	إلى 39 جم من البنزين في وجود كلوريد الحديد (III)، تمت إضافة 1 جزيء جرامي من ماء البروم. ما هي كمية المادة وكم جرام من المنتجات التي تم إنتاجها؟
حل	دعونا نكتب معادلة تفاعل برومة البنزين في وجود كلوريد الحديد (III): ج 6 ح 6 + ر 2 → ج 6 ح 5 ر + ه ب ر. منتجات التفاعل هي بروموبنزين وبروميد الهيدروجين. الكتلة المولية للبنزين، محسوبة باستخدام جدول العناصر الكيميائية بواسطة D.I. مندليف – 78 جم/مول. لنجد كمية البنزين: ن(ج 6 ح 6) = م(ج 6 ح 6) / م(ج 6 ح 6); ن(ج 6 ح 6) = 39 / 78 = 0.5 مول. وفقا لشروط المشكلة، تفاعل البنزين مع 1 مول من البروم. ونتيجة لذلك، هناك نقص في البنزين وسيتم إجراء المزيد من الحسابات باستخدام البنزين. وفقا لمعادلة التفاعل n(C 6 H 6): n(C 6 H 5 Br) : n(HBr) = 1:1:1، لذلك n(C 6 H 6) = n(C 6 H 5 Br) =: ن (HBr) = 0.5 مول. بعد ذلك، ستكون كتلتي البروموبنزين وبروميد الهيدروجين متساوية: م (ج 6 ح 5 ر) = ن (ج 6 ح 5 ر) × م (ج 6 ح 5 ر)؛ م (HBr) = ن (HBr) × M (HBr). الكتل المولية للبروموبنزين وبروميد الهيدروجين، محسوبة باستخدام جدول العناصر الكيميائية بواسطة D.I. مندليف – 157 و81 جم/مول على التوالي. م (ج 6 ح 5 ر) = 0.5 × 157 = 78.5 جم؛ م (HBr) = 0.5×81 = 40.5 جم.
إجابة	منتجات التفاعل هي بروموبنزين وبروميد الهيدروجين. تبلغ كتلتي البروموبنزين وبروميد الهيدروجين 78.5 و40.5 جم على التوالي.

أهداف الدرس:

• إعطاء فكرة عن الرابطة العطرية، وخصائصها، وتحديد العلاقة بين بنية البنزين وخصائصه؛
• تعزيز القدرة على مقارنة تكوين وبنية الهيدروكربونات من سلاسل مختلفة؛
• إدخال الخصائص الفيزيائية للبنزين.
• إظهار التأثيرات السامة للأرين على صحة الإنسان.

الخطوط العريضة للمحاضرة

1. اشتقاق الصيغة الجزيئية والهيكلية للبنزين.
2. تاريخ اكتشاف البنزين.
3. صيغة كيكولي.
4. هيكل البنزين.
5. مفهوم "العطرية".
6. ظهور مصطلح “المركبات العطرية”.
7. الخصائص الفيزيائية للبنزين.
8. الآثار السامة للأرين على جسم الإنسان.
9. تعزيز المواد المغطاة.
10. العمل في المنزل.

في بداية الدرس، أطلب من الطلاب حل مسألة لاشتقاق صيغة المادة.

مهمة. عند حرق 2.5 جم من المادة، تم إطلاق 8.46 جم من ثاني أكسيد الكربون و1.73 جم من الماء. كتلة 1 لتر من المادة هي 3.5 جرام حدد الصيغة الجزيئية والتركيبية المحتملة للمادة.

عند حل المشكلة، يستنتج الطلاب الصيغة الجزيئية للمادة - C 6 H 6 . ينشأ موقف إشكالي: "ما هي البنية التي يمكن أن يمتلكها جزيء البنزين؟" بناءً على المعرفة حول الهيدروكربونات غير المشبعة، يقترح الطلاب الصيغ الهيكلية الممكنة لها:

NS C-CH 2 -CH 2 - C CH

H 2 C = CH -C C-CH = CH 2 وغيرها.

يستنتج الطلاب أن البنزين مركب غير مشبع بدرجة عالية ويتذكرون ردود الفعل النوعية لعدم التشبع.

أدعو الطلاب إلى اختبار الفرضية المتعلقة بعدم تشبع البنزين أثناء التجربة. بعد إجراء تفاعلات البنزين مع ماء البروم ومحلول برمنجنات البوتاسيوم، توصل الطلاب إلى استنتاج مفاده أن البنزين، كونه نظامًا غير مشبع، لا يعطي تفاعلات عالية الجودة لعدم التشبع، لذلك لا يمكن تصنيفه على أنه هيدروكربون غير مشبع .

ما البنية التي يمتلكها جزيء البنزين، وإلى أي فئة من الهيدروكربونات يمكن تصنيفه؟

قبل الإجابة على هذا السؤال، أقدم للطلاب تاريخ اكتشاف البنزين، وهو أمر مثير للاهتمام للغاية. ظهرت الإضاءة بالغاز لأول مرة في لندن بين عامي 1812 و1815. تم تسليم الغاز المضيء المستخرج من دهون الحيوانات البحرية في اسطوانات حديدية. وكانت هذه الأسطوانات توضع عادة في قبو المنزل، ومنه يتم توزيع الغاز عبر أنابيب في جميع أنحاء الغرفة. وسرعان ما لوحظت ظروف غير سارة للغاية - في البرد الشديد، فقد الغاز قدرته على إنتاج ضوء ساطع عند الاحتراق. لجأ أصحاب مصنع الغاز في عام 1825 إلى فاراداي للحصول على المشورة، الذين وجدوا أن تلك المكونات القادرة على الاحتراق بلهب ساطع تتجمع في قاع الاسطوانة على شكل طبقة سائلة شفافة. أثناء دراسة هذا السائل، اكتشف فاراداي هيدروكربون جديد - البنزين. تم إعطاء اسم هذه المادة بواسطة Liebig - (تشير اللاحقة -ol إلى طبيعتها الزيتية، من الكلمة اللاتينية oleum - النفط).

في عام 1865، اقترح العالم الألماني كيكولي بنية جزيء البنزين، الذي حلم به على شكل ثعبان يعض ذيله:

لكن هذه الصيغة، رغم أنها تتوافق مع التركيب العنصري للبنزين، إلا أنها لا تتوافق مع العديد من ميزاته:

• البنزين لا يعطي ردود فعل نوعية لعدم التشبع.
• ويتميز البنزين بتفاعلات الاستبدال وليس الإضافة؛
• صيغة كيكولي غير قادرة على تفسير تساوي المسافات بين ذرات الكربون، والذي يحدث في جزيء البنزين الحقيقي.

وللخروج من هذه الصعوبة، اعترف كيكولي بوجود حركة مستمرة للروابط المزدوجة في البنزين.

إن استخدام أساليب البحث الفيزيائية والكمية الحديثة جعل من الممكن خلق فهم شامل لبنية البنزين.

تكون ذرات الكربون الموجودة في جزيء البنزين في حالة التكافؤ الثاني (sp 2). تشكل كل ذرة كربون روابط مع ذرتي كربون أخريين وذرة هيدروجين واحدة تقع في نفس المستوى. زوايا الرابطة بين الروابط الثلاثة هي 120 درجة. وبالتالي، فإن جميع ذرات الكربون الست تقع في نفس المستوى، وتشكل شكلًا سداسيًا منتظمًا (الشكل 1):

أرز. 1. مخطط تشكيل -الاتصالات
في جزيء البنزين

تحتوي كل ذرة كربون على مدار واحد غير هجين. وتقع ستة مدارات من هذا القبيل بشكل متعامد على مستوى السندات ومتوازية مع بعضها البعض (الشكل 2). تتفاعل جميع الإلكترونات الستة مع بعضها البعض، لتشكل سحابة إلكترون واحدة. وهكذا يحدث الاقتران الدائري في جزيء البنزين. توجد أعلى كثافة إلكترون في هذا النظام المترافق أعلى وأسفل مستوى الحلقة (الشكل 3):

ونتيجة لهذا التداخل الموحد للمدارات 2p لجميع ذرات الكربون الستة، يحدث "محاذاة" الروابط المفردة والمزدوجة - طول الرابطة هو 0.139 نانومتر. هذه القيمة متوسطة بين طول الرابطة المفردة في الألكانات (0.154 نانومتر) وطول الرابطة المزدوجة في الألكينات (0.133 نانومتر). أي أن جزيء البنزين يفتقر إلى الروابط الكلاسيكية المزدوجة والمفردة.

يعطي الاقتران الدائري كسبًا للطاقة قدره 150 كيلوجول/مول. تشكل هذه القيمة طاقة الاقتران - كمية الطاقة التي يجب إنفاقها لتعطيل النظام العطري للبنزين.

يشرح هذا الهيكل الإلكتروني جميع ميزات البنزين. على وجه الخصوص، لماذا يصعب إدخال البنزين في تفاعلات الإضافة - وهذا يؤدي إلى انتهاك الاقتران. ردود الفعل هذه ممكنة في ظل ظروف قاسية.

حاليًا، لا توجد طريقة واحدة لتصوير جزيء البنزين بيانيًا مع الأخذ في الاعتبار خصائصه الحقيقية. ولكن من أجل التأكيد على انتظام كثافة الإلكترون في جزيء البنزين، لجأوا إلى الصيغ التالية:

كما أنهم يستخدمون صيغة Kekule، مع الأخذ في الاعتبار عيوبها.

تسمى مجموعة خصائص البنزين عادة بالعطرية. وبشكل عام، فإن ظاهرة العطرية صاغها الفيزيائي الألماني هوكل: يجب أن يظهر المركب خصائص عطرية إذا كان جزيئه يحتوي على حلقة مسطحة بها إلكترونات (4n+2)، حيث يمكن أن تأخذ n القيم 0، 1، 2، 3، إلخ. ووفقا لهذه القاعدة، فإن الأنظمة التي تحتوي على 6، 10، 14 إلكترونًا تكون عطرية.

ومن أمثلة هذه المركبات النفثالين (ن=2) والأنثراسين (ن=3).

بعد مراجعة بنية البنزين، نناقش إجابات الأسئلة مع الطلاب:

1. هل يمكن تصنيف البنزين على أنه هيدروكربونات غير مشبعة؟ برر جوابك.
2. إلى أي فئة من الهيدروكربونات ينتمي البنزين؟
3. ما المقصود بمصطلح "المركب العطري"؟
4. ما هي الهيدروكربونات التي تسمى العطرية؟

بعد ذلك، سأعرّف الطلاب على أصل مصطلح "المركبات العطرية". أبلغكم أن هذا الاسم نشأ في الفترة الأولى من تطور الكيمياء. وقد لوحظ أنه يتم الحصول على مركبات البنزين أثناء تقطير بعض المواد ذات الرائحة الطيبة (العطرية) - الراتنجات الطبيعية والبلسم. ومع ذلك، فإن معظم المركبات العطرية عديمة الرائحة أو كريهة الرائحة. ولكن تم الحفاظ على هذا المصطلح في الكيمياء. الهيدروكربونات العطرية (أرينات) هي مواد تحتوي جزيئاتها على حلقة بنزين واحدة أو أكثر - مجموعات حلقية من ذرات الكربون ذات طابع خاص من الروابط.

بعد ذلك، يتعرف الطلاب على الخصائص الفيزيائية للبنزين من خلال العمل مع الأدبيات التعليمية. وهم يعرفون أن البنزين سائل ويمكن أن يكون أيضًا في حالة بخار (أثناء اختبار الرائحة). أقدم للطلاب البنزين في الحالة الصلبة. نقطة انصهار البنزين هي 5.5 درجة مئوية. بناءً على هذه المعلومات، قمت بتوضيح تحول البنزين السائل إلى كتلة بلورية بيضاء. للقيام بذلك، وضعت 4-5 مل من البنزين في أنبوب اختبار في وعاء مملوء بالثلج أو الجليد. بعد بضع دقائق، لاحظ الطلاب تغيرًا في حالة تجميع البنزين. بناءً على الملاحظات، يقترح الطلاب أن هذه المادة يجب أن تحتوي على شبكة بلورية جزيئية.

ألفت انتباه الطلاب إلى حقيقة أن البنزين مادة شديدة السمية. واستنشاق أبخرةه يسبب الدوخة والصداع. عند التركيزات العالية من البنزين، من الممكن حدوث حالات فقدان الوعي. أبخرته تهيج العيون والأغشية المخاطية.

يخترق البنزين السائل الجسم بسهولة عبر الجلد، مما قد يؤدي إلى التسمم. ولذلك، فإن العمل مع البنزين ومماثلاته يتطلب عناية خاصة.

أستخدم المادة المتعلقة بموضوع "البنزين" لشرح أضرار التدخين. أظهرت الدراسات التي أجريت على مادة تشبه القطران يتم الحصول عليها من دخان التبغ أنها تحتوي بالإضافة إلى النيكوتين على هيدروكربونات عطرية مثل البنزوبيرين،

لها خصائص مسرطنة قوية، أي أن هذه المواد تعمل كعوامل مسببة للسرطان. يتسبب قطران التبغ عند ملامسته للجلد والرئتين في تكوين أورام سرطانية. المدخنون هم أكثر عرضة للإصابة بسرطان الشفة واللسان والحنجرة والمريء. هم أكثر عرضة للمعاناة من الذبحة الصدرية واحتشاء عضلة القلب. وألاحظ أن المدخن يطلق نحو 50% من المواد السامة في الفضاء المحيط به، مما يخلق حول نفسه حلقة من "المدخنين السلبيين" الذين يصابون بسرعة بالصداع والغثيان والضيق العام، ومن ثم قد يصابون بأمراض مزمنة.

في نهاية الدرس أقوم بإجراء مسح أمامي حول الأسئلة التالية:

العمل في المنزل: ص 55-58، ص 61 رقم 1، 2 وفقًا للكتاب المدرسي من تأليف E. E. Nifantiev، L. A. Tsvetkova "الكيمياء 10-11".