أكسدة الفلزات في الهواء

أكسدة الفلزات في الهواء

Oxydation des métaux dans l’Air

الأكسجين يميل إلى التفاعل مع كثير من العناصر مكوناً الأكاسيد تسمى عملية تفاعل العنصر مع الأكسجين بالأكسدة .

تتفاعل الفلزات مع الأكسجين O₂ ولكنها تندرج ضمن هذا التفاعل. الصوديوم يتآكل بسرعة عند تعريضه للهواء الجوي، الحديد يصدأ ويحتاج إلى زمن طويل نسبيا حتى يتآكل، بينما يحتفظ الذهب ببريقه حتى لو بقي معرضا للهواء الجوي آلاف السنين.

ويمكن التنبؤ بناتج تفاعل الفلز مع الأكسجين انطلاقاً من حقيقة أن صيغة الأكسيد يجب أن تكون متعادلة، فعندما يتفاعل الألمنيوم مع الأكسجين مثلاً فتجد ثلاث ذرات من الأكسجين مع ذرتين من الألمنيوم لينتج أكسيد الألمنيوم

الوسائل التعليمية :
· تحضير أربعة أنابيب قبل إنجاز الدرس بأسبوع، الأول يحتوي على مسمار حديدي و هواء جاف، الثاني يحتوي على مسمار حديدي و الماء و الهواء، الثالث يحتوي على مسمار و الماء المالح و الهواء ، الرابع يحتوي على مسمار و ماء تمت تغليته لإزالة الهواء تعلوه طبقة من الزيت لعزل الماء عن الهواء.

· قطع من الألومنيوم : الأولى نتركها في الهواء الرطب خلال أسبوع، الثانية مطلية ببرنيق ونتركها لأسبوع كذلك.
· موقد بنسن ، مسحوق الحديد، مسحوق النحاس ، مسحوق الألومنيوم ، مسحوق الزنك ، سلك من الحديد ، سلك من الألومنيوم ، خراطة النحاس، ملقط خشبي ، الولاعة( القداحة).
الأهداف المعرفية والمهاراتية :
· تعرف عوامل تكون الصدأ.
· تعرف أكسدة الحديد في الهواء الرطب كتفاعل كيميائي بطيئ يؤدي إلى تكون الصدأ و تآكل الحديد.
· تعرف أكسدة الألومنيوم في الهواء الرطب كتفاعل كيميائي بطيئ يؤدي إلى تكون الألومين دون تآكل الألومنيوم.
· معرفة كتابة معادلتي أكسدة الحديد و أكسدة الألومنيوم.
· تعرف نواتج احتراق مساحيق بعض الفلزات في الهواء وكتابة معادلة احتراق كل فلز متوازنة.
المكتسبات السابقة:
· مفهوم و قوانين التفاعل الكيميائي.
· الاحتراقات.
· معرفةكتابة المعادلات الكيميائية متوازنة.
· معرفة نسبة غاز ثنائي الأوكسجين في الهواء.
الأنشطة المقترحة:
ـ الإبراز التجريبي للعوامل المساعدة على تأكسد الحديد.ـ الإبراز التجريبي لأكسدة الحديد بواسطة ثنائي أوكسيجين الهواء.ـ إبراز أكسدة الألومنيوم في الهواء.ـ إنجاز تجارب تبرز تكون الأكاسيد الفلزية الناتجة عن احتراق الفلزات (مجزأة وغير مجزأة) التالية: Fe و Zn و Cu و Al ـ اعتماد تجارب لإبراز نواتج احتراق الورق ومادة بلاستيكية (متعدد الإثيلين مثلا) مع ثنائي أوكسيجين الهواء واستخلاص الذارت المكونة أساسا لهذه المواد.

الاستراتيجية:
يطلب من التلاميذ الإجابة على السؤالين التاليين:لماذا يفضل استعمال الألومنيوم في التلفيف و صنع علبة التعبئة و إطارات النوافذ و إطارات عجلات السيارات بدل الحديد؟ما هي العوامل التي تؤدي إلى تكون الصدأ ؟تسجيل أجوبةالتلاميذ على السبورة و مـــناقشتها.كل تلميذ سيقترح العامل الذي يسبب صدأ الحديد ويمكن للأستاذ أن يقترح بعض العوامل للتأكد منها.بعد التوصل إلى العوامل المحتملة يتم الشروع في اقتراح البروتكول التجربي للتأكدمن هذه العوامل.كل عامل اقترحه التلميذ يقدم الآستاذ نتائج التجربة التي تم تحضيرها قبل أسبوع..يقدم الأستاذ التجربة المحضرة قبل أسبوع أو يعتمد على صور التجربة الواردة في الكتاب المدرسي. بعد تقديم نتائح التجربة يجيب التلاميذ على السؤال المطروح سابقا لتحديد العوامل التي تؤدي إلى تكون الصدأ.
تحضير صفائح من الألومنيوم :نترك الصفيحة الأولى في الهواء الرطب لعدة أيام ، و الثانية مطلية بالبرنيق .

الدرس

I-) تقديم• يتكون الهواء من عدة غازات أهمها : غاز الأوكسجين (O₂ ) الذي يمثل %20تقريبا من حجم الهواء و غاز الأزوت ( N₂) الذي يمثل %80 تقريبا من حجم الهواء .
• غاز الأوكسجين غاز ضروري لعملية الاحتراق.
• الهواء نوعان : هواء رطب (l'air humide), غني ببخار الماء و هواء جاف (l'air sec), فقير ببخار الماء .
لماذا يفضل استعمال الألومنيوم في التلفيف و صنع علبة التعبئة و إطارات النوافذ و إطارات عجلات السيارات بدل الحديد ؟ما هي العوامل التي تؤدي الى تكون الصدأ؟

II- أكسدة الحديد في الهواء الرطب:

1) نشاط تجريبي:

نضع مسمارا من حديد في كل أنبوب من الأنابيب الأربعة التالية:

الأنبوب (أ) يحتوي على الهواء الجاف.
الأنبوب (ب) يحتوي على الماء و الهواء.
الأنبوب (ج) يحتوي على الماء المالح والهواء.
الأنبوب (د) يحتوي على الماء تعلوه طبقة من الزيت.

2-) الملاحظة:
بعدأسبوع نحصل على ما تبينه الصورة أسفله:

· في (الأنبون أ)لم يصدأ المسمار في الهواء الجاف مما يدل أن الهواء الجاف لا يسبب تكون الصدأ .
· في (الأنبوب د)لم يصدأ المسمار في الماء المغلى مما يدل أن الماء وحده لا يسبب الصدأ.
· في (الأنبوب ب )يصدأ المسمار في الهواء الرطب (الهواء +الماء) مما يدل أن الهواء الرطب يسبب الصدأ.
· في (الأنبوب ج )يصدأ المسمار أكثر مما يدل أن وجود الملح في الهواء الرطب يسرع تكون الصدأ. 3-) الاستنتاج الهواء الرطب هو الذي يسبب تكون الصدأ.الصدأ ناتج عن تفاعل الحديد مع ثنائي أوكسيجين الهواء الرطب و يتكون أساسا من أوكسيد الحديد II صيغته Fe₂O₃. تفاعل الحديد مع ثنائي الأوكسيجين يسمى تفاعل أكسدة أو تأكسد ( لأنه ينتج عنه أوكسيد )

معادلة أكسدة الحديد في الآوكسجين:

4Fe +3 O₂ ® 2 Fe₂O₃

4)حماية الحديد من الصدأ:
الصدأ جسم مسامي يسمح بنفاذ الهواء الرطب إلى أعماق الحديد ،و لا يحميه من التآكل ،لكي لا يصدأ الحديد يجب: · عزله عن الهواء الرطب بوضعه في علب محكمة السد.
· طلاءه بالصباغة أو بكسوه بطبقةمن فلز غير قابل للتأكسد مثل النيكل أوالكروم .
· مزجه بفلزات أخرى حسب نسب معينة مثل الفولاذ غير القابل للتأكسد INOX) ) الذي يتكون من :

75 % من الحديد،16% من الكروم ، 8% من النيكل ، 1% من الكربون .

III- أكسدة الألومنيوم في الهواء الرطب.
1 نشاط تجريبي:

نترك صفيحة من الألومنيوم و أخرى مطلية بالبرنيق في الهواء الرطب لعدة أيام .

2- الملاحظة:
لم يطرأ أي تغيير على الصفيحة المطلية بالبرنيق. تكون طبقة بيضاء على صفيحة الألومنيوم التي تركت في الهواء الرطب، و تسمى هذه الطبقة أوكسيبد الألومنيوم

3- الاستنتاج:
يؤثر الهواء الرطب على الألومنيوم مكونا أوكسيد الألومنيوم (أو الألومين) ذي الصيغة Al₂O₃.
تعتبر أكسدة الألومنيوم في الهواء تفاعلا كيميائيا بطيئا نعبر عنه بالمعادلة التالية:

4Al + 3 O₂ ® 2 Al₂O₃

ملحوظة :
أوكسيد الألومنيوم طبقة سطحية رقيقة غير مسامية لذا فهي تحمي فلز الألومنيوم من الأكسدة المعمقة(التآكل)و لهذا يمكن استعمال الألومنيوم بدون صباغة.

IV -احتراق بعض الفلزات في الهواء .

1-) احتراق فلز الحديد :
أ-) نشاط تجريبي: ننثر مسحوق الحديد فوق لهب موقد بنسن(أو نثر صوف الحديد فوق اللهب)

أكسدة الفلزات في الهواء Comb_p11

ب-) الملاحظة
يحترق مسحوق الحديد يحترق بلهب برتقالي
تكون شرارات متوهجة تسقط على شكل حبيبات رمادية اللون تسمى أوكسيد الحديد المغناطيسي صيغته الكيمائية هيFe₃O₄

ج-) الاستنتاج
ينتج عن احتراق مسحوق الحديد في الأوكسجين أوكسيد الحديد المغناطيسي حسب المعادلةالتالية :

3Fe +2 O₂ ® Fe₃O₄2-) احتراق فلز النحاس:
أ-) نشاط تجريبي: ننثر مسحوق النحاس فوق لهب الموقد .

أكسدة الفلزات في الهواء Comb_c10

ب-) الملاحظة
يحترق مسحوق النحاس بلهب أخضر ، و تكون مسحوق أسود اللون يسمى أوكسيد النحاس II صيغته CuO .

ج-) الاستنتاج:
ينتج عن احتراق مسحوق النحاس في الأوكسجين أوكسيد النحاسII حسب المعادلةالتالية :

2Cu + O₂ ® 2 CuO

3-) احتراق فلز الألومنيوم:
أ-) نشاط تجريبي : ننثر مسحوق الألومنيوم فوق لهب الموقد

أكسدة الفلزات في الهواء Comb_a12

ب-) الملاحظة:
يحترق مسحوق الألومنيم بلهب أحمر برتقالي مع تكون شرارات متوهجة وتكون غبار أبيض يسمى أوكسيد الألومنيم صيغته Al₂O₃و يسمى كذلكالألومين .

ج-) الاستنتاج:
يحترق مسحوق ينتج عن اختراق مسحوق الألومنيوم في ثنائي أكسجيت الهواء أكسيد الألومنيومAl₂O₃ حسب النعادلةالتالية :

4Al + O₂ ® 2 Al₂O₃ 3-) احتراق فلز الزنك:
أ-) نشاط تجريبي : ننثر مسحوق الزنك فوق لهب الموقد

أكسدة الفلزات في الهواء Comb_z10

ب-) الملاحظة:
يحترق مسحوق الزنك بلهب أزرق وتكون جسم صلب أبيض يسمى أكسيد الزنك صيغتهZnO.

ج-) الاستنتاج:
يحترق مسحوق ينتج عن احتراق مسحوق الزنك أكسيد الزنك حسب المعادلة التالية :

2Zn + O_[size=9]2 ® 2 ZnO [/size]

ملحوظة : تــنتج ألوان الشهب الاصطناعية عن احتراق خليط من الفلزات .

V-) خلاصة:
يؤثر الهواء الرطب على أغلب الفلزات ، وهو تفاعل بطيء.
الهواء الرطب يؤثر على الحديد فيتكون الصدأ.الصدأ مادة مسامية لا تحمي الحديد من التآكل.
يساعد الملح على تسريع تكون الصدأ.
يكتب التفاعل الكيميائي لأكسدة الفلز بصفة عامة كما يلي :
الفلز + الأوكسجين ← أوكسيد الفلز
ü احتراق الفلزات في الهواء تفاعل كيميائي بين الفلز و ثنائي الأوكسجين و يسمى تفاعل أكسدة ،و كل أوكسيد يتكون من ذرات الفلز و ذرات الأوكسجين.

الفلزات	الحديد ( Fe )	النحاس ( Cu )	الألومنيوم ( Al )
لون الفلز	أبيض رمادي	أحمر	أبيض رمادي
لون الأوكسيد الناتج	رمادي اللون	أسود	أبيض
صيغة الأوكسيد الناتج	Fe₃O₄	CuO	Al₂O₃
معادلة الأكسدة	4Fe+2O₂→Fe₃O₄	2Cu+O₂→2CuO	4Al+3O₂→2Al₂O₃

جدول : تفاعل الأكسجين مع بعض الفلزات

الفلز	الرمز	التفاعل مع الأكسجين	المعادلة الكيميائية
النحاس	Cu	تشكل طبقة سوداء غير منظمة	نحاس + أكسجين أكسيد النحاس
الرصاص	Pb	عند تبريد عينة منصهرة منه تظهر مناطق ضواء على سطح الفلز	رصاص + أكسيجن أكسيد الرصاص
الحديد	Fe	تشكل طبقة ذات لون بني غامق (الصدأ)	حديد+أكسجين أكسيد الحديد
المغنيسيوم	Mg	يحترق بلهب ساطع ويكون رمادياً أبيض	مغنيسيوم + أكسيجن أكسيد المغنيسوم
الكالسيوم	Ca	في البداية لا يحدث تفاعل، لكن بعد قليل يتوهج فجأة ويحترق بوميض أحمر تاركاً مسحوقاً أبيض	كالسيوم+أكسجين أكسيد الكالسيوم
الصوديوم	Na	يحترق بلهب أصفر، ويكون مسحوقاً أبيض	صوديوم+أكسجين أكسيد الصوديوم
الخارصين	Zn	يعطي طبقة صفراء على سطح الفلز تتحول إلى بيضاء بالتبريد	خارصين+أكسجين أكسيد الخارصين

» الفلزات وأنواعها
» نشاط الفلزات (المنهاج القديم)
» تطبيقات على القوى مقاومة الهواء
» إجابات أسئلة الفصل 1 للوحدة 2 ( تفاعلات الفلزات المألوفة )
» دراسة: ارتباط بين تلوث الهواء بسبب وانخفاض أوزان المواليد .