انت هنا الان : شبكة جامعة بابل > موقع الكلية > نظام التعليم الالكتروني > مشاهدة المحاضرة

الكيمياء اللاعضوية ف2ك3-6

الكلية كلية العلوم للبنات     القسم قسم الكيمياء     المرحلة 2
أستاذ المادة محمد حامد سعيد الدهيمي       27/04/2019 05:46:22
الكيمياء اللاعضوية
المرحلة الثانية / الفصل الثاني
المحاضرة السادسة 2018/ 2019 د. محمد حامد سعيد
المجموعة الثامنة او المجموعة الصفرية او المجموعة 18 ( مجموعة الغازات النبيلة )
تتكون المجموعة الصفرية او الثامنة عشر من سبعة عناصر كما موضح في الجدول , كانت هذه المجموعة غير معروفة عندما اقترح مندلف (Mendeleev) جدولة الدوري وقت تم اضافتها الى الجدول الدوري في وقت لاحق ان وجود هذه المجموعة ( المجموعة الصفرية ) قد يكون امر عادي عند الانتقال من مجموعة ذات سالبية كهربائية عالية مثل الهالوجينات ومجموعة ذات موجبيه كهربائية عالية مثل المجموعة الأولى ( الفلزات القلوية ).هذه المجموعة هي الوحيدة في الجدول الدوري التي يكون جميع أعضائها في الحالة الغازية وهي غير فعالة كيميائيا في الظروف الاعتيادية ولذلك يطلق عليها بالغازات الخاملة مع ذلك يمكن الحصول على بعض مركبات هذه العناصر تحت ظروف خاصة لذلك تسمى الان بمجموعة الغازات النبيلة أي انها تظهر بعض النشاط الكيميائي في ظروف خاصة , كما انه تسمى بالعناصر الصفرية وذلك لأنها تظهر حالة تكافؤ صفر بسبب الخمول الكيميائي .

ت العنصر
Element رمز العنصر
Symbol الترتيب الالكتروني
Electron
configuration طاقة التأين الأولى
First Ionization Energy(Kj mol-1) درجة الانصهار
Melting Points (K) درجة الغليان
Boiling
Points(K)
1 هيليوم
Helium 2He 1s2 2372 1 4.2
2 نييون
Neon 10Ne [He]2s22P6 2080 24.6 27.1
3 اركون
Argon 18Ar [Ne]3s23P6 1520 83.8 87.2
4 كريبتون
Krypton 38Kr [Ar]3d104s24P6 1351 115.9 119.7
5 كزينون
Xenon 54Xe [Kr]4d105s25P6 1170 161.3 165
6 رادون
Radon 86Rn [Xe]4f14 5d10 6s26P6 1037 202 211
7 الاونوكتيوم
Ununoctium 118Uuo [Rn]5f14 6d10 7s27P6 ------- ------ ---------

باستثناء العنصرين الأخيرين المشعين ( رادون والاونوكتيوم ) كل عناصر المجموعة توجد في الغلاف الجوي بكميات صغيرة جدا والتي تسمى بالغازات النادرة في الغلاف الجوي ويعود السبب في الخمول الكيميائي لعناصر هذه المجموعة الى الأسباب التالية
1- كل عناصر هذه المجموعة عدا الهيليوم يمتلك ترتيب الكتروني كامل من نوع s2 p6 في الغلاف الخارجي اما الهيليوم فان غلافة الخارجي مكتمل أيضا وهو من نوع 1s2, وبسبب الترتيب المستقر في غلاف التكافؤ لذا فان هذه العناصر ليس لها ميل لفقدان او اكتساب او مشاركة للإلكترونات مع ذرات عناصر أخرى أي قدرتها على اكتساب او فقدان الالكترونات يساوي صفر
2- جميع الاوربتالات الموجودة في ذرات هذه العناصر ممتلئة بشكل كامل ( أي تحتوي على الكترونين ) أي لا يوجد الكترون منفرد يمكن ان يشكل الاصرة التساهمية وبتالي يكون مركب تساهمي
3- طاقة التأين لعناصر هذه المجموعة عالية جدا وبتالي فان ذرات هذه العناصر ليس لديها ميل لفقدان الكترون وتكوين ايون موجب وبتالي تكوين مركب ايوني
4- السالبية الكهربائية لعناصر هذه المجموعة قليلة جدا لذلك لا تمتلك ذرات هذه العناصر ميل لاكتساب الكترون وتكوين الايون السالب وبتالي تكوين مركب ايوني



الى جانب التشابه في الترتيب الالكتروني للغلاف الخارجي والخمول الكيميائي فان النقاط أعلاه تبرر وضع هذه العناصر ضمن مجموعة واحدة . ويلاحظ أيضا التدرج في الخواص بين عناصر هذه المجموعة بزيادة العدد الذري مثلا
1- جميعهم غازات عديمة اللون وعديمة الرائحة والمذاق
2- لا تحترق هذه الغازات ولأتساعد على الاحتراق
3- توجد جميعها في الطبيعة بصورة أحادية الذرة
4- كل عناصر المجموعة تمتلك درجات انصهار وغليان واطئة وهي تزداد بزيادة العدد الذري لعناصر المجموعة . ومن ملاحظة القيم في الجدول أعلاه نلاحظ ان الهليوم يمتلك اقل درجتي انصهار وغليان ويعود السبب في ذلك الى ضعف قوى الجذب الجزيئي لكل عناصر المجموعة علما ان هذه القوى ( قوى الجذب الجزيئي) تزداد مع زيادة الكتلة الذرية من الهيليوم الى الرادون لذلك تزداد درجة الانصهار والغليان بزيادة العدد الذري .
5- في ركن العناصر الممثلة يلاحظ ان نصف القطر يقل مع زيادة العدد الذري من المجموعة الأولى الى المجموعة 17 ومع ذلك فان نصف قطر المجموعة 18 ( مجموعة الغازات النبيلة ) التي تأتي بعد المجموعة 17 تكون مرتفعة بشكل استثنائي وهذا يرجع الى حقيقة توافق نصف القطر الذري مع نصف قطر فاندر فالز في مجموعة الغازات النبيلة علما ان نصف قطر فاندر فالز يكون عادتا ( دائما ) اكبر من نصف القطر التساهمي . يزداد نصف قطر فاندرفالز للغازات النبيلة تدريجيا مع زيادة العدد الذري من الهيليوم الى الرادون وهذا ناتج عن إضافة غلاف جديد خارجي في كل مرة .
6- كل عناصر المجموعة تمتلك طاقة تأين عالية , تقل طاقة التأين هذه مع زيادة العدد الذري في المجموعة من الهيليوم الى الرادون , ولذلك فان طاقة التأين لعناصر هذه المجموعة هي الأعلى من بين العناصر في نفس الدورة
7- تمتلك عناصر هذه المجموعة قابلية ذوبان شحيحة في الماء , بشكل عام تزاد قابلية الذوبان مع زيادة العدد الذري
8- باستثناء الهيليوم يمكن امتصاص هذه الغازات بواسطة فحم جوز الهند بدرجات حرارة مناسبة
9- تعطي هذه الغازات أطياف مميزة يمكن استخدامها في التعرف عليها
10- تمتلك هذه الغازات قابلية توصيل كهرائي عالية نسبيا أي انها تنتج أضواء ملونة مميزة عند وضعها في مجال تفريغ كهربائي
11- من الصعب نسبيا تكثيف هذه الغازات وذلك لوجود قوى فاندرفالز الضعيفة في هذه الغازات ومع ذلك يصبح التسييل (التكثيف) اسهل مع زيادة العدد الذري من الهيليوم الى الزينون مع زيادة هذه القوى بشكل تدريجا
وجودها Occurrence
الغازات النبيلة (عدا الرادون ) توجد بصورة حرة ومصادرها الرئيسية هي
1- الهواء :- يعتبر مصدر مهم للعناصر الخمسة الأولى في المجموعة حيث تشكل نسبة 1% نسبة حجمية من حجم الهواء بشكل الاركون النسبة الأساسية اما باقي العناصر فتوجد بنسب صغيرة
2- الغاز الطبيعي :- يحتوي الغاز الطبيعي الموجود في بعض المناطق ( مثلا أمريكيا وكندا ) على نسبة تتراوح بين 2-7%من الهيليوم , حيث يتم الحصول حاليا على معظم حاجتنا من الهليوم من هذا المصدر
3- مياه الينابيع :- تحتوي بعض مياه الينابيع على نسبة من الهيليوم والاركون والنيون المذاب في الماء وبكميات قليلة
4- المعادن المشعة :- المعادن المشعة مثل (Monazite , Clevite ,Pitchblende and Uranite ) تحتوي على كميات قليلة من الهيليوم

يتم عزل الغازات النبيلة من الهواء ( الغلاف الجوي ) بواسطة طريقتين
أ‌- Chemico-physical method
ب‌- Physical method

استخدامات الغازات النبيلة Uses of Noble Gases :-
- الهيليوم Helium
1- نظرا لان الهليوم خفيف وغير قابل للاشتعال فهو يستخدم في ملئ المناطيد والبالونات لغرض دراسة الطقس
2- بما ان الهليوم غير قابل للذوبان في الدم حتى تحت الضغط العالي على العكس من النتروجين لذلك يستخدم مزيج يحتوي على 80%هيليوم و 20% اوكسجين بدلا من الهواء العادي لملئ قناني التنفس للغواصين ويستخدم نفس الخليط للمساعدة في التنفس للمصابين بالربو وغيرها من امراض الجهاز التنفسي
3- يستخدم الهليوم في البحوث للحفاظ على درجات حرارة منخفضة جدا
4- يستخدم في انتاج جو خامل
5- يستخدم في ملئ إطارات الطائرات
6- يستخدم لحفظ الأغذية
7- يستخدم كمادة مالئة في المحولات الكهربائية
8- نواة الهليوم ( جسيمات الفا ?- particles) تستخدم كجسيمات قاصفة في التجارب والتفاعلات الاشعاعية
- الاركون Argon
1- يستخدم على نطاق واسع في ملئ المصابيح الكهربائية ذات السلك المعدني المتوهج
2- يستخدم أيضا لملئ الصمامات الراديوية والمقاومات والمصابيح الكهربائية ( انابيب الفلورسنت )ويستخدم خليط نيون- اركون في لوحات الإعلانات الضوئية
3- يستخدم في انتاج جو خامل اثناء اللحام واستخراج المعادن المختلفة
- نيون Neon
1- يستخدم في المصابيح وفي نشرات الاعلانات الضوئية وذلك لان اضواء النيون الحمراء او البرتقالية تكون مرئية من مسافات بعيدة وحتى في ظروف الضباب وانعدام الرؤيا . اذا تم مزج بخار الزئبق مع النيون فنحصل على توهج من لون ازرق او اخضر , مصابيح النيون تستخدم فوق ابراج الاتصالات مهابط الطيارات واسطح السفن
2- يستخدم في اجهزة السلامة لحماية المعدات الكهربائية لا نه يحتوي على خاصية تحمل التيارات العالية



- الكربتون والزينون Krypton and Xenon
1- تستخدم في ملئ المصابيح ذات السلك المعدني , تعتبر هذه الغازات اكثر استخدام من الارجون , يستخدم Kryoton-85 في قياس سماكة الصفائح المعدنية والالواح البلاستيكية كما يستخدم في تنظيم الجهد في الانابيب الالكترونية
- رادون Radon
1- يتم استخدامه في العلاج الاشعاعي للسرطان
2- يستخدم في التحقق من العيوب في المسكوكات المعدنية
3- التصوير الفوتوغرافي للمواد غير الشفافة الداخلية التي تصنع بمساعدة الرادون

مركبات الغازات النبيلة Compounds of Noble Gases :-
بسبب الترتيب الالكتروني المستقر , وطاقة التأين العالية والالفة الالكترونية العالية لا يتوقع ان تكون الغازات النبيلة مركبات كيميائية مع عناصر اخرى . ومع ذلك فقد اظهرت الدراسات الحديثة انه في ظل ظروف معينة تكون هذه الغازات وخاصة الغازات الاعلى في المجموعة قادرة على تكوين بعض المركبات . كانت المركبات الوحيدة المعروفة قبل عام 1962 هي تلك التي لوحظت في انابيب التفريغ الكهربائي .
في عام 1962 استطاع Bartlett الحصول اول مركب لغاز نبيل على شكل مادة صلبة حمراء وقد افترض له الصيغة Xe+PF6- , من المعروف الان ان الصيغة هذا المركب اكثر تعقيدا من ذلك . ان كيمياء الزينون مع الفلور والاوكسجين واسعة جدا كما ان للزينون مركب مع النتروجين ولكن اكثر هذه المركبات التي يرتبط فيها الزينون مع عناصر اخرى تكون غير مستقرة .

مركبات الزينون Xenon Compounds :-
يتفاعل الزينون فقط مع الفلور بشكل مباشر ويتم الحصول على مركبته مع الاوكسجين بشكل غير مباشر وذلك من تفاعل الاوكسجين مع فلوريدات الزينون بعض هذه المركبات مستقر جدا ويمكن تحضيره بكميات كبيرة والجدول الاتي يعطي بعض المركبات المهمة للزينون مع خواصها

حالة الاكسدة المركب الشكل درجة الانصهار (م0) البنية
II XeF2 بلورات عديمة اللون 129 خطي
IV XeF4 بلورات عديمة اللون 117 مربع
VI XeF6 بلورات عديمة اللون 49.6 معقد
XeOF4 سائل عديم اللون 46 هرم مربع
XeO3 بلورات عديمة اللون - هرمي
VIII XeO4 غاز عديم الون - رباعي السطوح

- الفلوريدات:-
تبين دراسات الديناميكية الحرارية للتفاعلات
Xe + F2 XeF2
XeF2 + F2 XeF4
XeF4 + F2 XeF6

الفلوريدات الثلاثة مواد متطايرة وتتسامى بسهولة عند درجة 25 0C ويمكن حفظها في اواني من النيكل لكن XeF4 و XeF6 يتميأن بسهولة وينبغي حفظهما حتى من الكميات القليلة جدا من الماء . يحضر ثنائي فلوريد الزينون مع كميات ناقصة من الفلور عند ضغط عال يذوب المركب في الماء ليعطي محاليل غير مقبولة الرائحة من ( XeF2 ) يكون التحلل المائي بطيئا في المحلول القاعدي , لكنة سريعا بوجود القواعد

XeF2 + 2OH- Xe + 1/2 O2 + 2F- + H2O

تعد هذه المحاليل عوامل مؤكسدة قوية تحول HCl الى Cl2 , Ce+3 الى Ce+4 ويمثل XeF2 عامل فلورة معتدل للمركبات العضوية , اذ يتحول البنزين الى C6H5F يحضر رباعي فلوريد الزينون (الذي يكون تحضيره ابسط من بقية الفلوريدات ) من تسخين مزيج 5:1 من الزينون والفلور عند درجة حرارة 400 0C وضغط 6 atm لعدة ساعات . يشابه XeF6 مع XeF2 باستثناء سلوكه بالنسبة للتحلل المائي ويستعمل ( XeF4 ) لفلورة الحلقات الرومانية في مركبات مثل التلوين
يتم الحصول على سداسي فلوريد الزينون من تفاعل رباعي فلوريد الزينون مع الفلور تحت ضغط عالي او من تفاعل مباشر للزينون مع الفلور في درجات حرارة اعلى من 250 0C وضغط اعلى من 50 atm , سداسي فلوريد الزينون فعال جدا مثلا مع الكوارتز
SIO2 + 2XeF6 2XeOF4 + SiF4

تركيب ( هيكل ) فلوريدات الزينون Structure of Xenon Fluorides :-
التاصر في هذه المركبات تساهمي , يتضمن تركيبها على عدم ازدواج الكترونات في الوربتالات p ونقل الالكترونات الزائدة الى اوربتالات d الخارجية. في الحالة المثارة تكون ذرة الزينون في انواع مختلفة من التهجين حسب الترتيب الالكتروني . الالكترونات غير المزدوجة ( المنفردة ) في الاوربتالات المهجنة تكون اصرة تساهمية من نوع سيكما مع ذرات الفلور . يمكن التنبؤ بتهجين وشكل فلوريدات الزينون بمساعدة العلاقة التالية
Hybridization = 1/2 [ No. of electrons in the valence shell of central atom+ No. of monovalent atoms surrounding the central atom - charge on the cation + charge on the anion]
تهجين = 1/2 [عدد الإلكترونات في قذيفة التكافؤ من الذرة المركزية + عدد الذرات الأحادية التكافؤ المحيطة بالذرة المركزية - الشحنة على الكاتيون + الشحنة على الأنيون]


عند تكوين XeF2 تاخذ الذرة المركزية تهجين من نوع sp3d ويكون شكل الجزيئة ثنائي الهرم مثلث القاعدة (trigonal bipyramidal ) . حيث تقع ذرة الزينون وذرتي الفلور على خط مستقيم في حين تشغل المزدوجات الالكترونية الثلاثة رأوس المثلث ( القاعدة المثلثية )

في XeF4 يكون التهجين من نوع sp3d2 وشكل الجزيئة ثماني السطوح (Octahedral ) حيث تكون ذرة الزينون والاربع ذرات فلور في المربع المستوي ويكون المزدوجان الالكترونيان على خط مستقيم عمودي على المربع المستوي مرورا بذرة الزينون المركزية .


في XeF6 نوع التهجين للذرة المركزية ( ذرة الزينون ) هو sp3d3 وشكل الجزيئة ثنائي الهرم خماسي القاعدة (pentagonal bipyramidal ) ست ذرات فلور اثنان منها على خط عمودي مع ذرة الزينون والاربعة الاخرى تأخذ زوايا الشكل الخماسي في القاعدة في حين يحتل المزدوج الالكتروني الموقع الخامس في القاعدة الخماسية . بسبب وجود هذا المزدوج الالكتروني يحدث تشوه في الشكل الفراغي , ويكون الشكل الحقيقي هو ثماني السطوح المشوه



كذلك يكون الكربتون المركبات ثنائي فلوريد الكربتون KrF2 ورباعي فلوريد الكربتون KrF4 في الظروف الاعتيادية كذلك تم تحضير RnF2 . ومع ذلك فشلت كل المحاولات في تحضير مركبات مماثلة للهليوم والنيون والاركون
اكاسيد الزينون والاوكسي فلوريدات الزينون Xenon Oxides and Xenon Oxy fluorides
يكون الزينون نوعين من الاكاسيد هما (XeO3 , XeO4) ثلاثي ورباعي اوكسيد الزينون , يحضر ثلاثي اوكسيد الزينون من التحلل المائي لرباعي فلوريد الزينون وسداسي فلوريد الزينون كما في المعادلات
6XeF4 + 12H2O 4Xe + 2XeO3 + 12H2F2 +3O2
XeF6 + 3H2O XeO3 +3 H2F2
اما الاوكسيد الرباعي فيحضر حسب المعادلة التالية
Ba2[XeO6] + 2H2SO4 2BaSO4 + XeO4 + 2H2O
كما تحضر اوكسي فلوريدات الزينون حسب التفاعلات التالية
XeF4 + H2O XeOF2 + H2F2
XeF6 + H2O XeOF4 + H2F2
XeOF4 + H2O XeO2F2 + H2F2

اشكال اكاسيد الزينون والاوكسي فلوريدات الزينون
Shapes of Xenon Oxides and Xenon Oxy fluorides
يتم التنبؤ بشكل صحيح بأشكال الاكاسيد التي تحتوي على مركبات الزينون على أساس نظرية رابطة التكافؤ ونظرية تنافر زوج الإلكترون. في هذه الحالة (الكترونات باي ) يجب طرحها في حساب العدد الإجمالي لأزواج الإلكترونات في غلاف التكافؤ من الذرة المركزية.





للمزيد افتح الملف المرفق

المادة المعروضة اعلاه هي مدخل الى المحاضرة المرفوعة بواسطة استاذ(ة) المادة . وقد تبدو لك غير متكاملة . حيث يضع استاذ المادة في بعض الاحيان فقط الجزء الاول من المحاضرة من اجل الاطلاع على ما ستقوم بتحميله لاحقا . في نظام التعليم الالكتروني نوفر هذه الخدمة لكي نبقيك على اطلاع حول محتوى الملف الذي ستقوم بتحميله .