نشاط الفلزات (المنهاج القديم)

مثال: يتفاعل فلز الكالسيوم مع أكسجين الهواء وفق المعادلة اللفظية التالية:




ويمكن تمثيل التفاعل بالمعادلة الرمزية التالية:





 


سؤال:



1.       اكتب معادلة كيميائية موزونة تمثل تفاعل المغنيسيوم مع الأكسجين.



2.       إذا علمت أن تكافؤ الألمنيوم = 3، وتكافؤ الأكسجين = 2، فاكتب معادلة كيميائية موزونة تمثل تفاعل الألمونيوم مع الأكسجين.



 



الحل:



1) Mg (s)  +  O2 (g)  →  2MgO (s) 2



2) (Al (s)  +  3O2 (g)  →  2Al2O3 (s4 



 



وتتفاوت الفلزات في سرعة تفاعلها مع أكسجين الهواء:



- بعض هذه الفلزات يتفاعل بسرعة مثل الصوديوم.



- البعض الآخر يصبح سطحه قاتماً بشكل تدريجي لأنه يتفاعل ببطء، ولكنه يتفاعل بسرعة أكبر عند تسخينه، مثل المغنيسيوم. 



- وهنالك فلزات لا تميل للتفاعل مع أكسجين الهواء، مثل الذهب، وهذا ما يفسر احتفاظ قناع المومياء المصرية ببريقه رغم مرور آلاف السنين عليه.




 


تفاعل الفلزات مع الماء



يتفاعل الفلز النشط مع الماء، وينتج من تفاعلهما:



- انطلاق غاز الهيدروجين، ويمكن الكشف عنه بعود ثقاب مشتعل.



- تكوّن محلول هيدروكسيد الفلز، وهو محلول يغير لون ورقة عباد الشمس إلى اللون الأزرق، أي أنه محلول قاعدي.



- انطلاق طاقة حرارية، ويستدل على ذلك من سخونة وعاء التفاعل.



 وتمثل معادلة التفاعل بالكلمات على النحو التالي:



فلز (صلب)  + ماء (سائل) ← هيدروكسيد الفلز (محلول) + هيدروجين (غاز) + حرارة



مثال: يتفاعل فلز الصوديوم مع الماء وفق المعادلة اللفظية التالية:



صوديوم (صلب) +  ماء (سائل) ← هيدروكسيد الصوديوم (محلول) + طاقة حرارية



ويمكن تمثيل التفاعل بالمعادلة الرمزية التالية:




[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]


وبما أن هيدروكسيد الصوديوم مركب أيوني، لذا فهو يوجد في المحلول على شكل أيونات، لذا يمكن كتابة المعادلة السابقة على النحو التالي:









تعد عناصر المجموعة الأولى من أنشط العناصر، ويجب التعامل معها  بحذر شديد.



تتفاعل فلزات المجموعة الأولى كالصوديوم والليثيوم والبوتاسيوم مع الماء البارد، وتعطي النواتج نفسها، إلا أنها تتفاوت في شدة تفاعلها مع الماء.


[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]



تفاعل الليثيوم مع الماء

يتفاعل الليثيوم مع الماء وينتج محلول هيدروكسيد الليثيوم ويتصاعد غاز الهيدروجين.


تفاعل البوتاسيوم مع الماء

وبالطريقة نفسها يمكن كتابة تفاعل البوتاسيوم مع الماء.


تتفاعل عناصر المجموعة الثانية مع الماء مثل عناصر جارتها المجموعة الأولى، ولكنها أقل نشاطاً منها.



 

تفاعل الكالسيوم مع الماء

يتفاعل الكالسيوم مع الماء البارد وينتج محلول هيدروكسيد الكالسيوم ويتصاعد غاز الهيدروجين.







تفاعل المغنيسيوم مع الماء

وبالطريقة نفسها يتفاعل المغنيسيوم مع الماء البارد والساخن، إلا أنه يتفاعل مع الماء ببطء.






تتفاوت الفلزات في التفاعل مع الماء، ولترتيب الفلزات حسب نشاطها الكيميائي وفقاً لتفاعلها مع الماء، يكون الترتيب على النحو التالي:

• الفلزات التي تتفاعل مع الماء البارد بشدة أنشط كيميائياً من غيرها، كالصوديوم والليثيوم والبوتاسيوم والكالسيوم.
  
• الفلزات التي تتفاعل مع الماء البارد أو الساخن ببطء أقل نشاطاً كيميائياً من الفلزات التي تتفاعل مع الماء البارد بشدة، كالمغنيسيوم.
  
• الفلزات التي لا تتفاعل مع الماء البارد أو الساخن، ولكنها تتفاعل مع بخار الماء أقل نشاطاً كيميائياً من الفلزات التي تتفاعل مع الماء البارد أو الساخن ببطء، كالألومنيوم والخارصين والحديد والرصاص.
  
• الفلزات التي لا تتفاعل مع الماء البارد أو الساخن، ولا تتفاعل مع بخار الماء أقل الفلزات نشاطاً كالنحاس.
  

 

الجدول التالي يمثل ترتيب مجموعة من الفلزات حسب نشاطها مع الماء:

 






تتفاعل الفلزات النشطة مع حمض الهيدروكلوريك المخفف، وينتج من تفاعلهما:

• انطلاق غاز الهيدروجين، ويمكن الاستدلال على تكونه بتقريب عود ثقاب مشتعل.
  
• تكوّن محلول كلوريد الفلز.
  
• انطلاق طاقة حرارية، ويستدل على ذلك سخونة وعاء التفاعل.
  

وتمثل معادلة التفاعل بالكلمات على النحو التالي:


 

مثال (1):

يتفاعل فلز الصوديوم مع حمض الهيدروكلوريك وفق المعادلة اللفظية التالية:



 

مثال (2):

يتفاعل فلز الخارصين مع حمض الهيدروكلوريك وفق المعادلة التالية:


مثال (3):

يتفاعل فلز الألومنيوم مع حمض الهيدروكلوريك وفق المعادلة التالية:


إلا أن هذا التفاعل يتأخر في البدء، لوجود طبقة من أكسيد الألومنيوم على سطح الفلز تحول دون وصول الحمض إلى سطح الفلز. 


 

المطر الحمضي

يعد تكون المطر الحمضي من الآثار السلبية لتفاعلات الحموض مع الفلزات، فالمطر الحمضي ينتج من تلوث الهواء بغاز SO₂ الذي يتفاعل مع أكسجين الهواء ليكوّن غاز SO₃ ، وعندما تهطل الأمطار يذوب الغازين SO₂ و SO₃ الموجودين في الجو وتحولهما إلى الحمضين H₂SO₃ و H₂SO₄ ، وعند تفاعل هذه الحموض مع الفلزات المكونة لأجسام المركبات والحافلات والتماثيل المعدنية فإنها تتآكل.


سلسلة النشاط الكيميائي: ترتيب الفلزات من الأكثر نشاطاً إلى الأقل نشاطاً حسب شدة تفاعلها مع كل من أكسجين الهواء، والماء البارد أو الساخن، وحمض الهيدروكلوريك المخفف.

 

الشكل التالي يمثل سلسلة النشاط الكيميائي:


من الشكل تلاحظ أن البوتاسيوم هو أكثر الفلزات نشاطاً، والنحاس أقل الفلزات نشاطاً.

سلسلة النشاط الواردة في الشكل لا تقتصر على الفلزات المذكورة فيه، فقد تم توسيع السلسلة بإضافة فلزات أخرى، كما أضيف إليها عناصر لا فلزية كالهيدروجين، وقد اتفق أن يكون موقعه بين الرصاص والنحاس.

 

سؤال:

إذا قيل لك أن العنصر X أقل نشاطاً من النحاس في سلسلة النشاط، ما توقعاتك لتفاعلاته مع الأكسجين وحمض الهيدروكلوريك المخفف؟

 

الحل:

بما أن النحاس لا يتفاعل مع كل من الأكسجين والحمض، فمن المتوقع أن لا يتفاعل العنصر X معهما، لأنه أقل نشاطاً من النحاس.



السبيكة: خليط من فلزين أو أكثر، وقد تحتوي عناصر لا فلزية في تركيبها، وتمتلك السبيكة صفات تختلف عن صفات العناصر المكونة لها.

 

تمتاز السبائك بالصلابة العالية والقوة، ويمكن تفسير ذلك بأن ذرات الفلز المضاف ذات حجم أكبر من حجم ذرات الفلز الأساسي، وعند التأثير على السبيكة بقوة، فإن تلك الذرات كبيرة الحجم تعيق انزياح الطبقات وتمنعها من الانزلاق بحرية.


 

أمثلة على السبائك:

• سبيكة البرونز: سبيكة تتكون من 97% نحاس و 3% قصدير، وتستخدم في صناعة السفن التي تمتاز بالمتانة ومقاومة التآكل الناتج عن ماء البحر، كما تستخدم في صناعة التماثيل والقطع النقدية المعدنية.
  
• الفولاذ المقاوم للصدأ: سبيكة تتكون بشكل رئيس من فلز الحديد بنسبة لا تقل عن 50% والكروم والكربون، وقد تحتوي على فلزات أخرى لتحسين صفاتها.
  
• سبيكة الدورالومين: سبيكة تتكون بشكل رئيس من خلط فلز الألومنيوم مع 4% نحاس و 0.5% من كل من المغنيسيوم والسيليكون، وتستخدم في صناعة هياكل الطائرات والزنبركات.
  
• سبيكة كوبرونيكل: سبيكة تتكون من 75% نحاس و 25% نيكل، وتمتاز بالصلابة ومقاومة التآكل، وتستخدم في صناعة العملات المعدنية فضية اللون.
  
• سبيكة اللحام: سبيكة تتكون من 70% قصدير و 30 رصاص، وتمتاز بانخفاض درجة انصهارها مقارنة بكل من القصدير والرصاص، وتستخدم في لحام الأسلاك والأنابيب المعدنية.