پاسخ باهم بیاندیشیم صفحه 35 شیمی یازدهم

پاسخ و توضیح تمرین 1 با هم بیندیشیم صفحه 35 شیمی یازدهم این تمرین به بررسی $\mathbf{\text{خواص فیزیکی آلکان‌های راست زنجیر}}$ می‌پردازد و نشان می‌دهد که چگونه $\mathbf{\text{اندازه مولکول}}$ و $\mathbf{\text{نیروهای بین مولکولی}}$ بر این خواص تأثیر می‌گذارند. 🔗 --- ## الف) تغییر نقطه‌ی جوش با افزایش کربن **پاسخ:** با افزایش شمار اتم‌های کربن در زنجیر آلکان‌ها، $\mathbf{\text{نقطه‌ی جوش آلکان‌ها افزایش}}$ می‌یابد. **چرا؟** با اضافه شدن هر واحد $\mathbf{CH_2}$، $\mathbf{\text{جرم مولی}}$ و $\mathbf{\text{اندازه‌ی مولکول}}$ افزایش می‌یابد. این افزایش اندازه، باعث $\mathbf{\text{قوی‌تر شدن نیروهای بین مولکولی واندروالسی (لاندن)}}$ می‌شود. برای غلبه بر این نیروهای قوی‌تر و تبدیل مایع به گاز، به $\mathbf{\text{انرژی گرمایی بیشتری}}$ (نقطه‌ی جوش بالاتر) نیاز است. --- ## ب) پیش‌بینی نقطه‌ی جوش **پاسخ:** نقطه‌ی جوش $\mathbf{C_{11}H_{24}}$ (آلکان با $\mathbf{11}$ کربن) بالاتر از $\mathbf{C_{10}H_{22}}$ (آلکان با $\mathbf{10}$ کربن) است. **چرا؟** $\mathbf{C_{11}H_{24}}$ $\mathbf{\text{اندازه بزرگ‌تر و جرم مولی بیشتری}}$ دارد. بنابراین، $\mathbf{\text{نیروهای واندروالسی قوی‌تری}}$ بین مولکول‌های آن وجود دارد و نقطه‌ی جوش بالاتری خواهد داشت. --- ## پ) پیش‌بینی فرّارتر بودن **پاسخ:** $\mathbf{C_{10}H_{22}}$ (آلکان با $\mathbf{10}$ کربن) فرّارتر است. **چرا؟** $\mathbf{\text{فرّار بودن}}$ با $\mathbf{\text{نقطه‌ی جوش}}$ رابطه‌ی $\mathbf{\text{معکوس}}$ دارد. $\mathbf{\text{ماده‌ای فرّارتر}}$ است که $\mathbf{\text{نقطه‌ی جوش پایین‌تری}}$ داشته باشد. از آنجایی که $\mathbf{C_{10}H_{22}}$ $\mathbf{\text{کوچک‌تر}}$ از $\mathbf{C_{11}H_{24}}$ است، $\mathbf{\text{نقطه‌ی جوش پایین‌تری}}$ دارد و مولکول‌های آن آسان‌تر به فاز گاز تبدیل می‌شوند، بنابراین فرّارتر است. --- ## ت) قطبی یا ناقطبی بودن آلکان‌ها **پاسخ:** مولکول‌های آلکان‌ها $\mathbf{\text{ناقطبی}}$ هستند. **توضیح:** آلکان‌ها فقط از $\mathbf{\text{پیوندهای کربن-کربن } (C-C)}$ و $\mathbf{\text{کربن-هیدروژن } (C-H)}$ تشکیل شده‌اند. تفاوت الکترونگاتیوی بین $\mathbf{C}$ و $\mathbf{H}$ بسیار $\mathbf{\text{کم}}$ است، و مهم‌تر از آن، $\mathbf{\text{ساختار متقارن}}$ این مولکول‌ها باعث می‌شود که گشتاورهای دوقطبی جزئی پیوندهای $\mathbf{C-H}$ یکدیگر را تقریباً $\mathbf{\text{خنثی}}$ کنند. بنابراین، $\mathbf{\text{گشتاور دوقطبی خالص}}$ مولکول $\mathbf{\text{صفر}}$ است و آلکان‌ها $\mathbf{\text{ناقطبی مطلق}}$ در نظر گرفته می‌شوند. --- ## ث) نوع نیروی بین مولکولی و تأثیر افزایش کربن * **نوع نیرو:** نیروی بین مولکولی اصلی در آلکان‌ها، $\mathbf{\text{نیروهای واندروالسی (نیروهای لاندن)}}$ است (زیرا ناقطبی‌اند). * **تأثیر افزایش کربن:** افزایش شمار اتم‌های کربن (و $\mathbf{\text{بزرگ‌تر شدن سطح تماس مولکول}}$) باعث $\mathbf{\text{افزایش شدت نیروهای واندروالسی}}$ می‌شود. این به دلیل $\mathbf{\text{افزایش تعداد الکترون‌ها}}$ و در نتیجه $\mathbf{\text{افزایش قطبش‌پذیری}}$ مولکول است. --- ## ج) افزایش گران‌روی (ویسکوزیته) **پاسخ:** با بزرگ‌تر شدن زنجیر کربنی، $\mathbf{\text{گران‌روی آلکان افزایش}}$ می‌یابد. **چرا؟** $\mathbf{\text{گران‌روی}}$ به $\mathbf{\text{میزان مقاومت مایع در برابر جاری شدن}}$ اشاره دارد. هر چه نیروهای بین مولکولی $\mathbf{\text{قوی‌تر}}$ باشند و مولکول‌ها $\mathbf{\text{بزرگ‌تر و سنگین‌تر}}$ باشند، $\mathbf{\text{حرکت مولکول‌ها روی یکدیگر دشوارتر}}$ می‌شود. در آلکان‌های بلند، نیروهای واندروالسی قوی، حرکت مولکول‌ها را محدود کرده و $\mathbf{\text{گران‌روی}}$ افزایش می‌یابد. --- ## چ) پیش‌بینی چسبنده‌ترین ماده **پاسخ:** $\mathbf{\text{وازلین } (C_{25}H_{52})}$ چسبنده‌تر است. **چرا؟** $\mathbf{\text{وازلین}}$ از $\mathbf{\text{مولکول‌های بزرگ‌تر}}$ (با $\mathbf{25}$ کربن) نسبت به $\mathbf{\text{گریس}}$ (با $\mathbf{18}$ کربن) تشکیل شده است. همان‌طور که در پاسخ‌های قبل دیدیم، $\mathbf{\text{اندازه بزرگ‌تر مولکول}}$ منجر به $\mathbf{\text{نیروهای واندروالسی قوی‌تر}}$ و در نتیجه $\mathbf{\text{گران‌روی بالاتر}}$ (چسبندگی بیشتر) می‌شود. 🍯

پاسخ و توضیح تمرین 2 با هم بیندیشیم صفحه 35 شیمی یازدهم این تمرین به شما کمک می‌کند تا داده‌های $\mathbf{\text{نقطه‌ی جوش}}$ را از روی نمودار بخوانید و رابطه‌ی $\mathbf{\text{جرم مولی-نقطه‌ی جوش}}$ را که اساس دسته‌بندی فیزیکی آلکان‌ها است، درک کنید. 📊 --- ## الف) آلکان‌های در حالت گاز در $\mathbf{22^irc C}$ یک ماده در دمای معین، در حالت $\mathbf{\text{گاز}}$ است اگر $\mathbf{\text{نقطه‌ی جوش آن از دمای مورد نظر پایین‌تر}}$ باشد (یعنی در آن دما جوشیده و بخار شده باشد). * **دمای مورد نظر:** $\mathbf{22^irc C}$ (دمای اتاق) با مراجعه به نمودار (و نقاط مهم از $\mathbf{\text{0}^irc C}$): * $\mathbf{C_1 \text{ (متان)}}$: نقطه‌ی جوش $\approx -162^irc C$ * $\mathbf{C_2 \text{ (اتان)}}$: نقطه‌ی جوش $\approx -89^irc C$ * $\mathbf{C_3 \text{ (پروپان)}}$: نقطه‌ی جوش $\approx -42^irc C$ * $\mathbf{C_4 \text{ (بوتان)}}$: نقطه‌ی جوش $\approx 0^irc C$ * $\mathbf{C_5 \text{ (پنتان)}}$: نقطه‌ی جوش $\approx 36^irc C$ **نتیجه:** آلکان‌هایی که نقطه‌ی جوش آن‌ها $\mathbf{\text{کمتر از } 22^irc C}$ است، در این دما $\mathbf{\text{گاز}}$ هستند. این شامل آلکان‌های با $\mathbf{\text{یک تا چهار اتم کربن}}$ است (متان، اتان، پروپان و بوتان). $$\mathbf{\text{آلکان‌های گاز: } C_1 \text{ تا } C_4}$$ --- ## ب) رابطه‌ی نقطه‌ی جوش و جرم مولی آلکان‌ها **توصیف رابطه:** بین نقطه‌ی جوش و جرم مولی (یا شمار اتم‌های کربن) آلکان‌ها، $\mathbf{\text{رابطه‌ای مستقیم}}$ وجود دارد. 1. **روند:** همان‌طور که در نمودار مشاهده می‌شود، هر چه $\mathbf{\text{شمار اتم‌های کربن افزایش}}$ یابد، $\mathbf{\text{نقطه‌ی جوش نیز افزایش}}$ می‌یابد (منحنی صعودی است). 2. **دلیل:** $\mathbf{\text{جرم مولی}}$ و $\mathbf{\text{اندازه‌ی مولکول}}$ به طور پیوسته با افزایش کربن زیاد می‌شود. این افزایش در جرم و اندازه باعث $\mathbf{\text{قوی‌تر شدن نیروهای بین مولکولی واندروالسی (لاندن)}}$ می‌شود. 3. **تغییر حالت:** غلبه بر نیروهای واندروالسی قوی‌تر، انرژی بیشتری نیاز دارد. در نتیجه، $\mathbf{\text{آلکان‌های سبک}}$ ($athbf{C_1}$ تا $\mathbf{C_4}$) $\mathbf{\text{گاز}}$ هستند، آلکان‌های با $\mathbf{5}$ تا $\mathbf{17}$ کربن $\mathbf{\text{مایع}}$ هستند، و آلکان‌های $\mathbf{\text{سنگین‌تر}}$ $\mathbf{\text{جامد}}$ (مانند وازلین و پارافین) هستند. 🔗