المرجع الالكتروني للمعلوماتية
المرجع الألكتروني للمعلوماتية

علم الكيمياء
عدد المواضيع في هذا القسم 11123 موضوعاً
علم الكيمياء
الكيمياء التحليلية
الكيمياء الحياتية
الكيمياء العضوية
الكيمياء الفيزيائية
الكيمياء اللاعضوية
مواضيع اخرى في الكيمياء
الكيمياء الصناعية

Untitled Document
أبحث عن شيء أخر
غزوة الحديبية والهدنة بين النبي وقريش
2024-11-01
بعد الحديبية افتروا على النبي « صلى الله عليه وآله » أنه سحر
2024-11-01
المستغفرون بالاسحار
2024-11-01
المرابطة في انتظار الفرج
2024-11-01
النضوج الجنسي للماشية sexual maturity
2024-11-01
المخرجون من ديارهم في سبيل الله
2024-11-01

حميد بن راشد أبو غسان
26-7-2017
ماضغة بادرات الحنطة (خنفساء الحبوب الارضية) Zabrus tenebrioides
22-1-2016
Gel Electrophoresis
22-4-2020
حسن بن يوسف بن إبراهيم الحبّوشي.
27-7-2016
أما فيكم أحد يحبه الرحمن؟
1-10-2019
أنواع الأحاديث الصحفية
5-12-2020


Why Does Light Induce the Chlorination of Methane?  
  
1520   03:32 مساءً   التاريخ: 23-12-2021
المؤلف : John D. Roberts and Marjorie C. Caserio
الكتاب أو المصدر : Basic Principles of Organic Chemistry : LibreTexts project
الجزء والصفحة : ........
القسم : علم الكيمياء / الكيمياء العضوية / مواضيع عامة في الكيمياء العضوية /


أقرأ أيضاً
التاريخ: 2024-04-27 697
التاريخ: 17-10-2020 1361
التاريخ: 31-10-2016 5292
التاريخ: 15-12-2016 1351

Why Does Light Induce the Chlorination of Methane?

First, we should make clear that the light does more than provide energy merely to lift the molecules of methane and chlorine over the barrier of Figure 4-4. This is evident from the fact that very little light is needed, far less than one light photon per molecule of chloromethane produced. The light could activate either methane or chlorine, or both. However, methane is colorless and chlorine is yellow-green. This indicates that chlorine, not methane, interacts with visible light. A photon of near-ultraviolet light, such as is absorbed by chlorine gas, provides more than enough energy to split the molecule into two chlorine atoms:

C L 2 goes to 2 chlorine molecules when reacted with violet light.

Bond dissociation energies at 25 degrees C.

Once produced, a chlorine atom can remove a hydrogen atom from a methane molecule and form a methyl radical and a hydrogen chloride molecule. The bond-dissociation energies of CH4 (104 kcal) and HCl (103.1kcal) suggest that this reaction is endothermic by about 1kcal:

 

Figure 4-8). The methyl radical resulting from the attack of atomic chlorine on a hydrogen of methane then can remove a chlorine atom from molecular chlorine and form chloromethane and a new chlorine atom:

C H 3 radical plus C L 2 goes to C H 3 C L plus C L with delta H of -26 kcal.

Use of bond-dissociation energies gives a calculated ΔH0ΔH0 of −26kcal for this reaction, which is certainly large enough, by our rule of thumb, to predict that KeqKeq will be greater than 1. Attack of a methyl radical on molecular chlorine is expected to require somewhat more oriented collision than for a chlorine atom reacting with methane (the chlorine molecule probably should be endwise, not sidewise, to the radical) but the interatomic repulsion probably should not be much different.

The net result of CH4+ClCH3+HCl and CH3+Cl2CH3Cl+Cl is formation of chloromethane and hydrogen chloride from methane and chlorine. Notice that the chlorine atom consumed in the first step is replaced by another one in the second step. This kind of sequence of reactions is called a chain reaction because, in principle, one atom can induce the reaction of an infinite number of molecules through operation of a "chain" or cycle of reactions. In our example, chlorine atoms formed by the action of light on

 

Figure 4-7. Cl2 can induce the chlorination of methane by the chain-propagating steps:

Top reaction: C H 4 plus C L radical goes to H C L plus C H 3 radical. Bottom reaction: C H 3 radical plus C L 2 goes to C H 3 C L plus C L radical.

In practice, chain reactions are limited by so-called termination processes. In our example, chlorine atoms or methyl radicals are destroyed by reacting with one another, as shown in the following equations:

Top reaction: C H 3 radical plus C L goes to C H 3 C L. Middle reaction: 2 C H 3 goes to C H 3 C H 3. Bottom reaction: 2 C L goes to C L 2.

Chain reactions may be considered to involve three phases: First, chain initiation must occur, which for methane chlorination is activation and conversion of chlorine molecules to chlorine atoms by light. Second, chain-propagation steps convert reactants to products with no net consumption of atoms or radicals. The propagation reactions occur in competition with chain-terminating steps, which result in destruction of atoms or radicals. Putting everything together, we can write:

Top reaction: C L 2 goes to 2 C L when reacted with light. Text: chain initiation. The second two reactions are chain propagation. First: C H 4 plus C L goes to C H 3 radical plus H C L. Second: C H 3 radical plus C L 2 goes to C H 3 C L plus C L. Next three reactions are chain termination. First: C H 3 radical plus C L goes to C H 3 C L. Second: C L plus C L goes to C L 2. Third: C H 3 radical plus C H 3 radical goes to C H 3 C H 3.

The chain-termination reactions are expected to be exceedingly fast because atoms and radicals have electrons in unfilled shells that normally are bonding. As a result, bond formation can begin as soon as the atoms or radicals approach one another closely, without need for other bonds to begin to break. The evidence is strong that bond-forming reactions between atoms and radicals usually are diffusion-controlled, that there is almost no barrier or activation energy required, and the rates of combination are simply the rates at which encounters between radicals or atoms occur.

If the rates of combination of radicals or atoms are so fast, you might well wonder how chain propagation ever could compete. Of course, competition will be possible if the propagation reactions themselves are fast, but another important consideration is the fact that the atom or radical concentrations are very low. Suppose that the concentration of Cl⋅ is 10−11 M and the CH4 concentration 1M. The probability of encounters between two Cl⋅ atoms will be proportional to 10−11×10−11, and between CH4 and Cl⋅ atoms it will be 10−11×1. Thus, other things being the same, CH4+ClCH3+HCl (propagation) would be favored over 2ClCl2 (termination) by a factor of 1011. Under favorable conditions, the methane-chlorination chain may go through 100 to 10,000 cycles before termination occurs by radical or atom combination. Consequently the efficiency (or quantum yield) of the reaction is very high in terms of the amount of chlorination that occurs relative to the amount of the light absorbed.

The overall rates of chain reactions usually are slowed very much by substances that can combine with atoms or radicals and convert them into species incapable of participating in the chain-propagation steps. Such substances are called radical traps, or inhibitors. Oxygen acts as an inhibitor in the chlorination of methane by rapidly combining with a methyl radical to form the comparatively stable (less reactive) peroxymethyl radical, CH3OO⋅. This effectively terminates the chain:

C H 3 radical plus O 2 goes to C H 3 O O radical. Text: inhibition.




هي أحد فروع علم الكيمياء. ويدرس بنية وخواص وتفاعلات المركبات والمواد العضوية، أي المواد التي تحتوي على عناصر الكربون والهيدروجين والاوكسجين والنتروجين واحيانا الكبريت (كل ما يحتويه تركيب جسم الكائن الحي مثلا البروتين يحوي تلك العناصر). وكذلك دراسة البنية تتضمن استخدام المطيافية (مثل رنين مغناطيسي نووي) ومطيافية الكتلة والطرق الفيزيائية والكيميائية الأخرى لتحديد التركيب الكيميائي والصيغة الكيميائية للمركبات العضوية. إلى عناصر أخرى و تشمل:- كيمياء عضوية فلزية و كيمياء عضوية لا فلزية.


إن هذا العلم متشعب و متفرع و له علاقة بعلوم أخرى كثيرة ويعرف بكيمياء الكائنات الحية على اختلاف أنواعها عن طريق دراسة المكونات الخلوية لهذه الكائنات من حيث التراكيب الكيميائية لهذه المكونات ومناطق تواجدها ووظائفها الحيوية فضلا عن دراسة التفاعلات الحيوية المختلفة التي تحدث داخل هذه الخلايا الحية من حيث البناء والتخليق، أو من حيث الهدم وإنتاج الطاقة .


علم يقوم على دراسة خواص وبناء مختلف المواد والجسيمات التي تتكون منها هذه المواد وذلك تبعا لتركيبها وبنائها الكيميائيين وللظروف التي توجد فيها وعلى دراسة التفاعلات الكيميائية والاشكال الأخرى من التأثير المتبادل بين المواد تبعا لتركيبها الكيميائي وبنائها ، وللظروف الفيزيائية التي تحدث فيها هذه التفاعلات. يعود نشوء الكيمياء الفيزيائية إلى منتصف القرن الثامن عشر . فقد أدت المعلومات التي تجمعت حتى تلك الفترة في فرعي الفيزياء والكيمياء إلى فصل الكيمياء الفيزيائية كمادة علمية مستقلة ، كما ساعدت على تطورها فيما بعد .