قبل الإجابة على تساؤلك عزيوي، هل تعلم ما أهمية معرفة نقطة انصهار المركبات العضوية؟

تعد نقطة الانصهار خاصية فيزيائية مهمة للمركب، يمكن استخدامها لتحديد خصائص المادة وتعد أيضًأ مؤشر على نقائها، وتعرَّف نقطة انصهار المادة الصلبة على أنها درجة الحرارة التي تتحول فيها المادة من حالتها الصلبة إلى الحالة السائلة وذلك تحت ضغط خارجي من ثابت.

عادة ما يمتلك المركب البلوري النقي نقطة انصهار منخفضة ويذوب تمامًا على نطاق ضيق من درجة الحرارة لا تزيد عن 0.5-1 درجة مئوية، كما يؤدي وجود كمية صغيرة من الشوائب إلى انخفاض في نقاط التجمد ويظهر زيادة ملحوظة في عرض نطاق نقطة الانصهار. وبالأرقام، يشير نطاق نقطة انصهار> 5 درجة مئوية إلى أن المادة غير نقية، بالنسبة للمادة التي تُعرف هويتها، يمكن إجراء تقدير لدرجة النقاء من خلال مقارنة نقطة انصهارها بنقطة انصهار العينة.

نعود للإجابة عن سؤالك “لماذا تنصهر المواد العضوية بسهولة”؟

في الحقيقة تعود قيمة نقطة الانصهار لكل مادة لعامل مهم، وهو:

قوة الترابط بين الجزيئات: حيث تعتمد درجة الذوبان على الروابط الموجودة بين الذرات، وتُصنَّف الروابط حسب قوتها تدريجيًا من الأقوى للأضعف، إلى الروابط الأيونية من ثمّ الروابط المعدنية وأخيرًا الروابط الهيدروجينية، وبالتالي:

  1. تعد المركبات الأيونية المركبات الأكثر مقاومة للذوبان، حيث تحتاج إلى درجات حرارة الأعلى لكسر الروابط الأيونية القوية جدًا، وبالتالي تنصهر (تحتاج إلى درجات حرارة عالية جدًا للقيام بذلك!).
  2. لكي يذوب المعدن، تحتاج إلى كسر الروابط المعدنية التي هي أقل قوة نسبيًا من الروابط الأيوني، لذلك تحتاج إلى درجات حرارة أقل من سابقتها.
  3. وأخيرًا المواد العضوية، وهي تحتاج إلى أقل مقدور من الطاقة لكي تنصهر، وذلك بسبب وجود الروابط الجزيئية سهلة الكسر، هذه هي الروابط بين الجزيئات المختلفة. ففي الجزيئات العضوية، تكون أنواع القوى الجزيئية عادة قوى جذب ضعيفة مثل الروابط الهيدروجينية.

وتزداد نقاط الانصهار مع زيادة عدد الكربون في الجزيء، وذلك لأن القوى الجذابة بين الجزيئات، على الرغم من ضعفها الفردي، تصبح أكثر أهمية تراكمية مع زيادة عدد الذرات والإلكترونات في الجزيء.

مثال: القوة الترابط الوحيدة بين جزيئات البوتان هي قوة فان دير فالس الضعيفة، لذلك للبوتان نقطة انصهار منخفضة جدًا، ولكن في حالة ميثيل بروبانوات ، وبسبب وجود المجموعة القطبية C – O، ترتبط الجزيئات معًا عن طريق تفاعل ثنائي القطب. لذلك، فإن نقطة انصهاره أعلى من تلك الخاصة بالبوتان.

كما يؤثر شكل الجزيء في قيمة نقطة الانصهار، حيث تختلف الانصهار بين مركبين حسب الترتيب الهيكلي لكلٍ منها، أي ترتيبات مختلفة في الذرات وترتيبها، ويمكن أن تُستخدم هذه النقطة،  لتحديد وتوصيف المركب، فإذا لاحظنا اختلاف  نقطة الانصهار لعينتين نقيتين اختلافًا واضحًا، فهذا يشير إلى أن المركبين يجب أن يكون لهما ترتيبات هيكلية مختلفة، وبالمقابل كانت هناك مادتان لهما نفس نقطة الانصهار، فقد يكون لهما (ليس بالضرورة) نفس البنية.

أكمل القراءة

انصهار المواد العضوية

إن الكيمياء العضوية الحيوية “Biochemistry” جوهر الحياة وهي العلم الكيميائي الذي يدخل في تركيب أجسام الكائنات الحية بمختلف مكوناتها، وهي أساس التغيرات التي تطرأ على الخلايا البشرية من عمليات بيولوجية حيث تقدم تفسيرًا لعدد كبير من التغيرات والاضطرابات، وتهتم بدراسة بنية وسلوك الجزيئات المعقدة وكيف تتفاعل وتتضافر من اجل تشكيل الخلايا والأنسجة.

تتميز المركبات الكيميائية العضوية بتركيبها الخاص، فهي تحتوي على ذرة كربون واحدة مرتبطة مع باقي الذرات من خلال مجموعة من الروابط الكيميائية التشاركية والتي هي الروابط الهيدروجينية ضعيفة القوة مقارنة بباقي الروابط الكيميائية، وبالتالي تختلف خصائص المركبات العضوية مقارنة بباقي المركبات الكيميائية.

وسنتناول اليوم تفسير السبب وراء سهولة انصهار وذوبان المركبات الكيميائية العضوية مقارنة بباقي المركبات.

بداية نعرف الانصهار “Fusion” أو “Melting” على أنه عملية فيزيائية تنتقل فيها المادة من الطور الصلب للطور السائل. وإن تطبيق الحرارة أو الضغط سيؤدي إلى اكتساب طاقة حركية داخلية كافية لتكسير الروابط وهذا ما يدفع الروابط بين الذرات للتفكك، ومنه تتفكك الأيونات والجزيئات وتنتقل إلى شكل آخر أقل تنظيمًا ألا وهو الشكل السائل.

علينا أن نأخذ بعين الاعتبار أن لكل مادة نقطة انصهار معينة “Melting point”  تتحدد بالاعتماد على:

  • نقاوة وبنية المادة، كلما ازدادت نقاوة المادة وقلت المواد الشائبة فيها انخفضت قيمة نقطة الانصهار حيث أن الشوائب تعرقل عملية الانصهار فتحتاج إلى قوى أكبر.
  • تؤثر قوى التجاذب بين الذرات بشكل كبير على نقطة الانصهار فكلما كانت القوى أكبر كلما ازدادت نقطة الانصهار.
  • كلما ازداد العدد الذري للمادة كلما كانت نقطة الانصهار أكبر نتيجة لوجود عدد أكبر من الإلكترونات وبالتالي شحنة سلبية أكبر، وبالتالي سنحتاج طاقة أكبر للتغلب على الشحنة السلبية هذه.
  • الروابط بين الذرات: أقوى الروابط هي الروابط الأيونية، ومن ثم تأتي الروابط المغناطيسية فالروابط الهيدروجينية. وكلما كانت الرابطة أقوى كلما كانت نقطة الانصهار أعلى.

وبعد أخذ فكرة شاملة عن كل من عملية الانصهار ومتطلباتها وعن المواد الكيميائية العضوية وغير العضوية وعن نقطة الانصهار، نستطيع الآن عزيزي القارئ أن نفسر لك السبب وراء سهولة انصهار المركبات العضوية لكون فهمها أصبح سهلًا الآن.

إن المركبات العضوية نقية بحد ذاتها حيث يتخللها نسبة ضئيلة جدًا من الشوائب وهذا بدوره يسهل عملية الانصهار، كما أنها بمجمل مركباتها ذات أعداد ذرية قليلة نسبيًا باستثناء عدد من المركبات وهذا ما يجعل من عملية الانصهار أسهل أيضًا. عند دراسة البينة الذرية لأي مركب عضوي فسوف نجد أن نوع الروابط التي تربط بين ذراته ليست سوى روابط هيدروجينية -وكما ذكرنا سابقًا أن هذا النوع من الروابط هو الأضعف- وبالتالي هي لا تحتاج طاقة كبيرة لكسرها وتفكيكها مما يجعل من عملية الانصهار سهلة مقارنة بمركبات كيميائية أخرى ذات روابط أيونية تحتاج مقدار كبير من الطاقة لتفكيكها.

أكمل القراءة

هل لديك إجابة على "لماذا تنصهر المواد العضوية بسهولة"؟