Help 1

‫כימיה אורגנית ‪125801‬‬

‫קינטיקה‬ ‫שטח בכימיה הדן במהירות או בקצב התרחשות ריאקציה‪.‬‬ ‫קצב תגובה )‪ -[M/sec] (reaction rate‬השינוי בריכוז מגיב או תוצר כתלות בזמן‪.‬‬

‫‪aA+bB‬‬

‫‪cC + dD‬‬

‫]‪1 d [ A‬‬ ‫] ‪1 d [ B ] 1 d [C ] 1 d [ D‬‬ ‫⋅‬ ‫⋅ ‪=−‬‬ ‫⋅ =‬ ‫⋅ =‬ ‫‪a dt‬‬ ‫‪b dt‬‬ ‫‪c dt‬‬ ‫‪d‬‬ ‫‪dt‬‬

‫‪rate = −‬‬

‫ריכוז המגיבים קטן עם התרחשות הריאקציה ולכן קצב הריאקציה עבורם הוא שלילי‪.‬‬ ‫משוואת קצב – משוואה שנקבעה באופן ניסיוני ונותנת את היחס בין קצב התגובה לקבוע‬ ‫הקצב ולריכוזי המגיבים‪.‬‬ ‫צורה כללית של משוואת קצב‪:‬‬

‫‪rate = k [A] [B ] ....‬‬ ‫‪m‬‬

‫‪n‬‬

‫‪ -k‬קבוע הקצב‪.‬‬ ‫‪ n‬ו‪ m -‬מייצגים את סדר התגובה עבור ‪ A‬ו‪ B -‬בהתאמה‪ .‬לדוגמא‪ ,‬כאשר ‪ ,n=1‬התגובה‬ ‫עבור ‪ A‬היא מסדר ראשון‪ .‬כאשר ‪ ,m=2‬התגובה עבור ‪ B‬היא מסדר שני‪.‬‬ ‫‪ = m+n‬סדר התגובה הכללי‪.‬‬ ‫באופן כללי‪ ,‬החזקות ‪ n‬ו‪ m -‬אינן שוות או קשורות באופן ישיר למקדמי‬ ‫המגיבים במשוואת התגובה המאוזנת הכללית‪.‬‬

‫אנרגיית אקטיבציה ותלות קצב התגובה בטמפרטורה‬ ‫קצב תגובה גדל עם העליה בטמפרטורה‪.‬‬ ‫קצב תגובה תלוי בתדירות של התנגשויות אפקטיביות בין מולקולות‬ ‫המגיבים‪ .‬התנגשות אפקטיבית הינה התנגשות המתרחשת באוריינטציה‬ ‫הנכונה ועם מספיק אנרגיה )אנרגית אקטיבציה ‪.(Ea‬‬ ‫אנרגיית אקטיבציה )‪ -(Ea‬האנרגיה המינימלית הדרושה לשיפעול התגובה‪.‬‬

‫‪Ea‬‬ ‫‪RT‬‬

‫משוואת ‪Ahrrenius‬‬ ‫‪ -k‬קצב תגובה‪.‬‬

‫‪−‬‬

‫‪k = A⋅e‬‬

‫‪ -A‬גורם התדירות )‪ -(frequency factor‬קבוע הכולל בתוכו גורמים כמו תדירות‬ ‫ההתנגשויות והאוריינטציה שלהם‪ .‬בעל תלות קטנה בטמפרטורה‪ .‬ניתן להתייחס אליו כקבוע‬ ‫לאורך טווחי טמפרטורה קטנים‪.‬‬ ‫‪ -Ea‬אנרגיית אקטיבציה ]‪.[kJ/mole‬‬ ‫‪ -R‬קבוע הגזים ‪.8.314 J/K.mole‬‬ ‫‪ -T‬טמפרטורה ]‪.[K‬‬ ‫העלאת טמפרטורת המערכת משמעותה הגדלת האנרגיה הקינטית‬ ‫הממוצעת של המולקולות‪ ,‬מכאן שליותר מולקולות תהיה מספיק אנרגיה‬ ‫שתאפשר להן לעבור את מחסום ‪ Ea‬ולהגיב‪ .‬בנוסף‪ ,‬תדירות ההתנגשויות‬ ‫הכללית בין המולקולות תעלה‪.‬‬ ‫‪T1 > T2‬‬

‫מנגנון ריאקציה‬ ‫רצף שלבים בסיסיים )”‪ (“elementary steps‬מוצע במהלכם מומרים המגיבים לתוצרים‪ .‬כל‬ ‫שלב בסיסי מתאר ארוע מולקולרי בודד‪ ,‬למשל שבירת או יצירת קשר‪.‬‬ ‫בשלבים הבסיסיים‪ ,‬החזקות בביטוי קצב השלב שוות למקדמי המגיבים‬ ‫במשוואת השלב המאוזנת‪.‬‬

‫שלב קובע מהירות )‪ -(Rate-Determining Step- R.D.S‬השלב האיטי ביותר במנגנון‬ ‫התגובה )בעל אנרגיית האקטיבציה הגבוהה ביותר(‪ ,‬קובע את קצב התגובה הכללי‪.‬‬

‫סדר שלב קובע מהירות צריך להתאים לסדר התגובה הניסיוני‪.‬‬

‫דיאגרמת ריאקציה – מתארת את שינויי האנרגיה לאורך קואורדינטת התגובה‪.‬‬ ‫‪K2‬‬

‫‪E‬‬

‫‪K-2‬‬

‫‪C‬‬

‫‪K1‬‬

‫‪A‬‬

‫‪K-1‬‬

‫‪D‬‬ ‫‪B‬‬ ‫‪C‬‬

‫‪E‬‬

‫אנרגיה‬

‫‪Ea‬‬

‫‪∆H‬‬ ‫‪A‬‬ ‫קואורדינאטת ריאקציה‬ ‫משוואות קצב‪:‬‬ ‫]‪d [ A‬‬ ‫] ‪= k 1 [ A] − k −1 [C‬‬ ‫‪dt‬‬ ‫]‪d[E‬‬ ‫] ‪= k 2 [C ] − k − 2 [ E‬‬ ‫‪dt‬‬ ‫‪ A‬הוא המגיב בתגובה ו‪ E-‬הוא התוצר‪.‬‬

‫‪−‬‬

‫‪ ∆H‬הינו ההפרש באנרגיה בין ‪ A‬ל‪ .E -‬עבור ‪ ∆H < 0‬התגובה היא אקסותרמית‬ ‫)תגובה שבה נפלטת אנרגיה לסביבה( ואם ‪ ∆H > 0‬התגובה היא אנדותרמית‬ ‫)תגובה שבה נקלטת אנרגיה מהסביבה(‪.‬‬ ‫‪ B‬ו‪ D -‬הם מצבי מעבר )‪ -(transition states‬מצבים לא יציבים וגבוהים באנרגיה‬ ‫)אינם ניתנים לבידוד(‪.‬‬ ‫‪ C‬הינו חומר ביניים ריאקטיבי )מינימום מקומי בדיאגרמה(‪.‬‬ ‫המעבר מ‪ A -‬ל‪ C -‬הוא שלב קובע מהירות– השלב בעל אנרגית האקטיבציה‬ ‫הגבוהה ביותר‪.‬‬ ‫בדיאגרמת הריאקציה הבאה חומר ‪ A‬יכול להגיב לקבלת חומר ‪ B‬או חומר ‪.C‬‬

‫‪Ea1‬‬

‫‪Ea2‬‬ ‫‪A‬‬

‫אנרגיה‬

‫‪C‬‬ ‫‪B‬‬ ‫קואורדינטת התגובה‬

‫תוצר קינטי – התוצר שאנרגיית האקטיבציה הדרושה לקבלתו היא הקטנה ביותר )יווצר‬ ‫מהר יותר(‪ .‬חומר ‪ C‬הוא התוצר הקינטי‪.‬‬ ‫תוצר תרמודינמי – התוצר היציב ביותר‪ ,‬בעל האנרגיה הסופית הנמוכה ביותר‪ .‬חומר ‪ B‬הוא‬ ‫התוצר התרמודינמי‪.‬‬ ‫בטמפרטורה נמוכה‪ ,‬הריאקציה תחת בקרה קינטית )קצב‪ ,‬ריאקציה בלתי‬ ‫הפיכה( והתוצר הקינטי הוא התוצר העיקרי‪.‬‬ ‫בטמפרטורה גבוהה‪ ,‬הריאקציה תחת בקרה תרמודינמית )ש"מ‪ ,‬ריאקציה‬ ‫הפיכה( התוצר התרמודינמי הוא התוצר העיקרי‪.‬‬

‫נומנקלטורה‬ IUPAC ‫כללים לקביעת שם החומר לפי‬ .‫ השם נקבע לפי הטבעת‬,‫ אם קיימת טבעת‬.‫י את הטבעת‬/‫( חפש‬1 ‫ שם התרכובת נקבע לפי השרשרת הפחממנית הארוכה‬,‫( במידה ולא קיימת טבעת‬2 :‫ביותר‬ 1C=methane

5C=pentane

9C=nonane

2C=ethane

6C=hexane

10C=decane

3C=propane

7C=heptane

11C=undecane

4C=butane

8C=octane

12C=dudecane 20C=eicosane

‫ שם‬.‫( השרשראות הצדדיות נחשבות למתמירים אלקיליים על השרשרת הראשית‬3 :yl ‫ ומקבל את הסיומת‬,‫המתמיר נקבע לפי מספר הפחמנים‬ methyl-

-CH3

ethyl-

-CH2CH3

propyl-

-CH2CH2CH3 CH3

iso-propyl- H C C 3 H

iso- butyl-

sec- butyl-

CH3 H3C C C H H2 CH3 H3C C C H2 H

CH3

tert-butyl-

H3C CH3 CH3

neopentyl-

H3C

C H2

CH3

:‫( מתמירים הלוגנים‬4 .F-flouro , Cl-chloro, Br-bromo, I-iodo

‫מספר דוגמאות למתמירים נוספים ‪:‬‬ ‫‪NO2-nitro, NHR-amino, OH-hydroxy, CN-cyano‬‬ ‫‪ (5‬ממספרים את השרשרת המרכזית מאחד הקצוות )אם יש מספר שרשראות באותו‬ ‫אורך – בוחרים בשרשרת עם מספר המתמירים הגדול ביותר( כך שבנקודת השוני‬ ‫הראשונה בשם יהיה המספר הנמוך ביותר‪ .‬אם יש שני מתמירים שונים הנמצאים‬ ‫בעמדות שוות )מיספור זהה משני הקצוות(‪ ,‬נותנים מספר נמוך יותר למתמיר‬ ‫הראשון לפי ה – ‪.ABC‬‬ ‫‪ (6‬את המתמירים רושמים לפי סדר ה‪) ABC -‬הקידומות ‪ iso, neo, cyclo‬נלקחות‬ ‫בחשבון‪ .‬הקידומות ‪ di, tri, tert, sec‬לא נלקחות בחשבון(‪.‬‬ ‫‪ (7‬יש לציין את מספר הפחמן אליו קשור המתמיר‪ .‬כל מתמיר מקבל מספר של פחמן‪,‬‬ ‫גם אם שני מתמירים )זהים או שונים( יושבים על אותו פחמן‪.‬‬ ‫‪ (8‬אם אותו מתמיר מופיע יותר מפעם אחת לאורך השרשרת‪ ,‬רושמים את מספרי‬ ‫הפחמנים עליהם המתמיר יושב ומוסיפים ‪ di, tri, tetra‬וכו' בהתאם לפני שם‬ ‫המתמיר‪ ,‬כדי להראות כמה פעמים המתמיר מופיע‪.‬‬ ‫‪ (9‬פסיקים מפרידים בין מספרים‪ ,‬מקף מפריד בין מילים למספרים‪.‬‬ ‫‪ (10‬מספור בתוך מתמיר יתחיל מאותו פחמן הקשור לשרשרת הראשית‪.‬‬ ‫‪ (11‬קשרים מרובים‪:‬‬ ‫קשר כפול– סיומת ‪ene‬‬ ‫קשר משולש– סיומת ‪yne‬‬ ‫כמו כן מוסיפים את מספר האטום הראשון של הקשר לפני השם‪.‬‬

‫‪R CH3‬‬

‫פחמן ראשוני )‪(10‬‬

‫'‪R‬‬

‫'‪R‬‬

‫'‪R‬‬

‫''‪R‬‬

‫‪R‬‬

‫‪R CH2‬‬

‫''‪R C R‬‬ ‫‪H‬‬

‫'''‪R‬‬

‫פחמן שניוני )‪(20‬‬

‫פחמן שלישוני )‪(30‬‬

‫פחמן רביעוני )‪(40‬‬

‫‪ -R‬מתמיר אלקילי כלשהוא‬