1- زيت الديزل مقتطف نفطي به ما بين $14$ - $25$ ذرة كربون ويستخدم كوقود لسيارات النقل والسفن شرح السؤال 💡 تلميح: راجع جدول المقتطفات النفطية ومواقعها في برج التجزئة. هل يتطابق حجم جزيئات الديزل المذكور مع خواصه واستخداماته في المحركات الثقيلة؟ صح خطأ الإجابة الصحيحة: صحالتوضيح: زيت الديزل يُسحب من المستويات السفلى لعمود التقطير التجزيئي عند حرارة تتراوح بين $225$ و $300^\circ \mathrm{C}$. يتكون الديزل من جزيئات هيدروكربونية ثقيلة نسبياً تتراوح بين $14$ إلى $25$ ذرة كربون. وبسبب محتواه العالي من الطاقة، يُستخدم كوقود أساسي للمحركات الثقيلة في القطارات، والحافلات، وسيارات النقل والسفن.⚠️ انتبه (خطأ شائع): مقتطف الكيروسين (البرافين) أخف من الديزل ويمتلك من $10$ إلى $16$ ذرة كربون ويستخدم للطائرات، بينما زيت التشحيم أثقل ويمتلك من $20$ إلى $70$ ذرة كربون.💡 للاطلاع: محركات الديزل لا تعتمد على شمعات الإشعال (البوجيهات) لإشعال الوقود كما في البنزين، بل تعتمد على الضغط العالي جداً الذي يرفع حرارة الهواء ليشتعل الديزل ذاتياً!(الوحدة 5: النفط والوقود، الدرس 5-2: تكرير النفط : التقطير التجزيئي، ص 81)
2- حجم جزيء مقتطف زيت التشحيم ........ ذرة كربون شرح السؤال 💡 فكر معي: زيت التشحيم يُستخرج من المستويات الدنيا لعمود التقطير التجزيئي، مما يعني أنه ذو درجة غليان عالية جداً وجزيئات ضخمة وطويلة السلسلة. $70 - 20$ $25 - 14$ $12 - 4$ $16 - 10$ الإجابة الصحيحة: $70 - 20$التوضيح: في عملية تكرير النفط بالتقطير التجزيئي، تتكون المقتطفات الثقيلة (التي تُسحب من أسفل البرج حيث الحرارة عالية وتقارب $400^\circ \mathrm{C}$) من جزيئات هيدروكربونية طويلة جداً وضخمة. زيت التشحيم والقار من هذه المقتطفات، ويصل حجم جزيء زيت التشحيم إلى ما بين $20$ و $70$ ذرة كربون، مما يجعله سائلاً شديد اللزوجة ولا يتبخر بسهولة.🧠 الحل بالاستبعاد: الخيارات ذات الأرقام الصغيرة تمثل سوائل متطايرة تُستخدم كوقود سيارات أو طائرات (يُستبعد الخياران الثالث والرابع). الخيار الثاني هو لزيت الديزل. بما أن زيت التشحيم وظيفته التزليق وليس الاحتراق السريع، فيجب أن يمتلك أضخم الجزيئات وأثقلها، إذن الخيار الأول هو الصحيح.💡 تطبيق عملي: بسبب هذه السلاسل الكربونية الطويلة جداً والمتشابكة، تكتسب زيوت التشحيم خصائصها اللزجة والمنزلقة التي تمنع احتكاك وتآكل أجزاء محرك السيارة الحديدية ببعضها.(الوحدة 5: النفط والوقود، الدرس 5-2: تكرير النفط : التقطير التجزيئي، ص 81)
3- أغطية الفقاعة في عمود التجزئة عند تكرير النفط تعمل على: شرح السؤال 💡 فكر معي: ما هي الوظيفة الهندسية لوضع هذه الأغطية في طريق الأبخرة الصاعدة؟ كيف تفصل بين المقتطفات ذات درجات الغليان المختلفة؟ ترفع درجة غليان الأبخرة ذات درجات الغليان المنخفضة ترفع درجة حرارة عمود التجزئة لا تسمح بصعود الأبخرة ذات درجات الغليان المنخفضة تكثيف الأبخرة ذات درجات الغليان العالية الإجابة الصحيحة: تكثيف الأبخرة ذات درجات الغليان العاليةالتوضيح: في برج التقطير التجزيئي، تُجبر "أغطية الفقاعة" الأبخرة النفطية الساخنة والصاعدة على المرور داخل السائل المتجمع في الصواني. هذا التلامس القسري يبرد الأبخرة ويسمح بتكثيف الأبخرة الثقيلة (التي تمتلك درجات غليان عالية)، لتبقى في الجزء السفلي كسوائل. في حين تنجح الأبخرة الخفيفة (ذات درجات الغليان المنخفضة) في النفاذ والصعود إلى قمة البرج.خطوات الحل:تحليل دور أغطية الفقاعة: زيادة كفاءة التبادل الحراري بين البخار الصاعد والسائل البارد.تأثير التبريد: تكثيف الأبخرة الثقيلة (ذات درجة الغليان العالية) لتسيل مبكراً.السماح للصعود: الأبخرة الخفيفة تتجاوزها وتصعد للقمة بحرية.الاستنتاج: الوظيفة الأساسية هي تكثيف وتجميع الأبخرة الثقيلة، وهو ما يطابق الخيار الرابع.🧠 الحل بالاستبعاد: الغرض الأساسي من البرج هو فصل المقتطفات وليس منع الأبخرة الخفيفة، فبالتالي لا تمنع صعود الأبخرة الخفيفة (نستبعد الخيار الثالث). كما أنها لا تقوم بتسخين البرج أو رفع درجة الغليان، فالحرارة تأتي من الفرن السفلي (نستبعد الخيارين الأول والثاني). الخيار الرابع يمثل المبدأ الفيزيائي الدقيق للتكثيف.💡 للاطلاع: تصميم هذه الصواني والأغطية في أبراج التكرير العملاقة يُعتبر من أعقد العمليات الهندسية، وهو ما يسمح لنا بفصل البنزين عن الكيروسين والديزل في خطوة واحدة مستمرة!(الوحدة 5: النفط والوقود، الدرس 5-2: تكرير النفط : التقطير التجزيئي، ص 79)
4- ألكان تم تكسيره إلى مركبين الأول هيدروكربون يحتوي $4$ ذرات كربون ولا يزيل لون ماء البروم ، والثاني $5$ جزيئات من مركب هيدروكربوني عدد ذرات الكربون فيه اثنان مرتبطتان برابطة تساهمية ثنائية فيكون الألكان الذي تم تكسيره هو: شرح السؤال 💡 مفتاح الحل: طبق قانون حفظ الكتلة للذرات. اجمع عدد ذرات الكربون والهيدروجين في جميع النواتج الموصوفة لتعرف الصيغة الجزيئية للألكان الأصلي. $\mathrm{C_{14}H_{30}}$ $\mathrm{C_9H_{20}}$ $\mathrm{C_6H_{14}}$ $\mathrm{C_7H_{16}}$ الإجابة الصحيحة: $\mathrm{C_{14}H_{30}}$التوضيح: عملية التكسير تحول ألكاناً كبيراً إلى ألكان أصغر وألكينات. يعتمد الحل على استنتاج صيغ النواتج من الوصف. المركب الذي لا يزيل لون البروم هو ألكان مشبع (البيوتان)، والمركب ذو الرابطة الثنائية هو ألكين (الإيثين). بجمع ذرات هذه النواتج نحصل على الألكان الأم المتكسر.خطوات الحل:تحديد الناتج الأول: ألكان به $4$ كربون $\implies$ $\mathrm{C_4H_{10}}$.تحديد الناتج الثاني: $5$ جزيئات من ألكين به ذرتي كربون $\implies$ $5 \times \mathrm{C_2H_4}$.حساب إجمالي الكربون: $4 + (5 \times 2) = 14$ ذرة كربون.حساب إجمالي الهيدروجين: $10 + (5 \times 4) = 30$ ذرة هيدروجين.الاستنتاج: الألكان الأصلي هو $\mathrm{C_{14}H_{30}}$.🧠 الحل بالاستبعاد: بمعرفة أن الناتج الثاني فقط يمتلك $10$ ذرات كربون ($5 \times 2$)، فإن الألكان الأصلي يجب أن يتجاوز $10$ ذرات كربون. الخيارات التي تحتوي على $9$ أو $6$ أو $7$ ذرات كربون مستحيلة منطقياً لأن الجزء أصغر من المجموع، مما يجعل الخيار الأول هو الوحيد الممكن.💡 للاطلاع: هذا التفاعل يمثل التكسير الحفزي النموذجي في مصافي النفط، حيث تُكسر الزيوت الثقيلة غير المرغوبة للحصول على البيوتان (وقود) والإيثين (لصناعة اللدائن).(الوحدة 5: النفط والوقود، الدرس 5-3: تكسير مقتطفات النفط، ص 81)
