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

الااعضوية ثاني فصل اول (6)

الكلية كلية العلوم للبنات     القسم قسم الكيمياء     المرحلة 2
أستاذ المادة محمد حامد سعيد الدهيمي       19/02/2020 15:52:07

الكيمياء اللاعضوية
المرحلة الثانية / الفصل الثاني
المحاضرة السادسة 2019/ 2020 د. محمد حامد سعيد
الفلزات القلوية ومركباتها :- Alkali Metals and their Compounds
فلزات المجموعة الاولى (AI) عدا الهيدروجين تسمى بالفلزات القلوية وذلك بسبب ان هذه الفلزات عندما تتفاعل مع الماء تنتج محلول مائي قاعدي ,تحتل الفلزات القلوية مكانا في بداية كل دورة من دورات الجدول الدوري باستثناء الدورة الاولى التي تبدا بالهيدروجين , تعتبر هذه المجموعة الاكثر تجانسا من بين كل مجموعات الجدول الدوري حيث تظهر تشابها ملحوظا في تدرج خصائصها مع زيادة العدد الذري حيث يعطي التوزيع الالكتروني لذرات الفلزات القلوية بعض المعلومات عن خواصها الكيميائية وكذلك خواص المركبات التي تكونها , حيث تمتلك هذه العناصر الترتيب الالكتروني للغاز النبيل مضاف له الكترون واحد في اوربتال من نوع s , تكون طاقات التأين الاولى لعناصر هذه المجموعة واطئة وهي اوطأ مما هي علية في جميع الذرات الاخرى, وتكون طاقة التأين الثانية اعلى كثيرا من الاولى وهكذا , يعد فقدان الالكترون الاول عملية سهلة جدا ولما كان الايون الناتج يمتلك بنية الغاز النبيل الاكثر استقرارا لذا فأن هذه العملية تكون هي السائدة على كيمياء تفاعلات هذه العناصر وباستثناء بعض المركبات التي تظهر فيها الفلزات القلوية مرتبطة باصرة تساهمية فان معظم مركبات عناصر هذه المجموعة مركبات ايونية . وبسبب امتلاك ذرات وايونات الفلزات القلوية ابسط التوزيعات الالكترونية فليس غريبا ان تظهر تأثيرات الحجم والكتلة على خواصها الكيميائية والفيزيائية بصورة واضحة . وبسبب هذا التشابه في التوزيع الالكتروني للغلاف الخارجي وكذلك في التكافؤ لذا تشترك هذه العناصر في الكثير من الخواص الكيميائية. منها سلوكها كعوامل مختزله قوية جدا وتاكسدها عند تعرضها للهواء بشدة ,كما انها لا توجد بصورة منفردة في الطبيعة بسبب نشاطها الكيميائي وقدرتها على تكوين المركبات.

استمدت كلمة ((alkali قاعدي من الكلمة العربية Alquili وتعني ( رماد النباتات) . الفلزات القلوية هي الأكثر تفاعلًا بين جميع الفلزات تتفاعل بسهولة مع الماء والهواء. لا توجد الفلزات القلوية حرة في طبيعتها لكنها توجد بصيغة املاح ، كونها تتفاعل بسرعة . وبسبب فعاليتها العالية يجب تخزينها في النفط هذا يمنع تفاعل الفلزات القلوية مع الأكسجين وبخار الماء في الهواء .

الرمز الكيميائي الاسم العدد الذري
Li Lithium 3
Na Sodium 11
K Potassium 19
Rb Rubidium 37
Cs Cesium 55
Fr Francium 87

وجودها في الطبيعة :-
كما قلنا سابقا لا توجد العناصر الفلزية في الطبيعة بصورة حرة , بسبب فرط نشاطها الكيميائي , حيث تتواجد على شكل مركباتها الهالوجينيّة. فعنصر الصوديوم والبوتاسيوم يوجد على هيئة املاح من ترسبات الكلوريد والكبريتات ويمكن ان يوجد الصوديوم على هيئة بورات الصوديوم ( البوراكس ) (Na2B4O7.10H20) وأيضا على شكل كاربونات الصوديوم (Na2CO3) يعتبر كل من الصوديوم، والبوتاسيوم، من أكثر العناصر القلويّة انتشاراً في القشرة الأرضيّة فهما العنصران السابع والثامن الاكثر وفرة بالقشرة الارضية فمركباتهما شائعة جدا وقد عرفت واستخدمت منذ وقت طويل أمّا الليثيوم، والروبيديوم، والسيزيوم تكون ضعيفة الانتشار، وتبلغ نسبتها الوزنيّة المئويّة، حوالي 2.6 للصوديوم، و2.4 للبوتاسيوم، و4x10-5 لليثيوم، و10-6للروبيديوم وللسيزيوم 10-7، وتتواجد المعادن القلوية في الألومينوم سيليكات، التي تحوي على الايونات القلوية متحدةً مع السيلكون (Si) والأوكسجين (O) والألمونيوم (Al)على شكل مركبات غير ذائبة، ومعقدة التركيب فعنصر الروبيديوم يمكن الحصول علية كناتج عرضي من عملية استخراج الليثيوم من خام الليبودايت (K2Li3AL4Si7O21(OH.F)3) اما عنصر السيزيوم فيوجد في معدن يسمى البولوسايت (2Cs2O.2Al4O3.SiO2 H2O) أي ان الروبيديوم والسيزيوم توجد على شكل شوائب فقط في فلزات المعادن القلويّة، بينما يوجد الليثيوم في بعض الفلزات الطبيعيّة. العنصر الاخير هو الفرنسيوم ) عنصر مشع( فترة عمر النصف صغيرة جدا 21 دقيقة وبالتالي لايعرف الكثير عن هذا العنصر وينتج ومن خلال الانحلال الاشعاعي لنظير الاكتنيوم 89AC227 بواسطة اشعة الفا يتواجد الفرنسيوم في الطبيعة في مركبات المعادن المشعّة الطبيعيّة فقط.
89AC227 87Fr223 + 2He4

يوضح الجدول التالي النسبة المئوية والوفرة النسبية للفلزات القلوية في القشرة الارضية بالوزن
Element
العناصر Percentage
النسبة المئوية Relative abundance
الوفرة النسبية
Li 0.0018 35
Na 2.27 7
K 1.84 8
Rb 0.0078 23
Cs 0.00026 46

التوزيع الالكتروني :- Electronic Configuration
الجدول التالي يبين التوزيع الالكتروني للأغلفة الداخلية والخارجية للفلزات القلوية

تحتوي الاغلفة الخارجية ( الاوربتالات الخارجية ) لهذه العناصر على إلكترون واحد وتحتوي االاوربتالات قبل الأخيرة (التي تلي الأبعد) على 8 إلكترونات إلا في أول عضو ، وهو الليثيوم ، الذي يحتوي على إلكترونين ، وهو العدد الذري للهيليوم. وبما ان آخر إلكترون يوجد في (ns-orbital )، تسمى هذه العناصر بعناصر ( الركن S) s-block. يظهر الليثيوم خصائص غير طبيعية إلى حد ما حيث أن تكوينه الإلكتروني مختلف قليلاً عن باقي الأعضاء. بسبب تشابهها في التكوين الإلكتروني ، يتم وضعها في نفس المجموعة في الجدول الدوري .
الخواص الفيزيائية :-Physical Properties
العناصر القلوية معتدلة الصلابة لينة يمكن قطعها بالسكين باستثناء الليثيوم الذي يعد صلب جدا ويرجع ذلك إلى قلة الحجمة وزيادة السالبية الكهربائية مما يؤدي إلى زيادة قوة الرابطة بين الذراته. عناصر الفلزات القلوية بيضاء ذات بريق فضي يتلاشى بريقها عند قطعها بالسكين بسبب الاكسدة السطحية حيث يرجع المعان لهذه العناصر الى وجود الكترونات متحركة في الشبكة الفلزية وهو نفس السبب الذي يجعل هذه المعادن ناعمة وتزداد هذه النعومة مع زيادة العدد الذري بسبب النقصان المستمر في قوة الترابط بين ذرات الفلز .
تعد ذرات عناصر مجموعة الفلزات القلوية الاكبر بالمقارنة مع ذرات الدورات الافقية في الجدول الدوري , وينخفض الحجم بشكل كبير عند فقدان الكترون من الغلاف الخارجي ويتحول العنصر الى ايون موجب احادي الشحنة M+ وهذا يرجع لسببين اساسيين الاول هو انه تم ازالة غلاف خارجي لذرات ثانيا ان الشحنة الموجبة للنواة سوف تعمل على عدد اقل من الالكترونات وبذلك يكون الربط اقوى وبتالي يتقلص الحجم . بشكل عام يزاد الحجم الذري وكذلك الايوني من الليثيوم الى الفرانسيوم وذلك لزيادة عدد الاغلفة التي تحيط بالنواة.
كل عناصر المجموعة هي معادن خفيفة , كثافتها واطئة حيث يطفو الليثيوم والصوديوم والبوتاسيوم على الماء , تزداد الكثافة بزيادة العدد الذري باستثناء البوتاسيوم الذي يكون اخف من الصوديوم , ويعود سبب في الكثافة الواطئة لهذه العناصر الى امتلاكها حجم ذري كبير كما ان شذوذ في كثافة البوتاسيوم يعزى ايضا الى زيادة الحجم الذري مقارنة مع الصوديوم .
طاقة الشبكية البلورية لعناصر هذه المجموعة تكون منخفضة نسبيا بسبب وجود الكترون واحد في غلاف التكافؤ وبتالي فان هذه العناصر تمتلك درجة انصهار ودرجة غليان واطئة , ويزداد هذا الانخفاض مع زيادة العدد الذري لعناصر هذه المجموعة .
تمتلك هذه العناصر طاقات تأين واطئة وذلك لبعد الكترون التكافؤ عن النواة وبهذا يكون لها ميل كبير لفقدان الكترون التكافؤ وهذه الطاقة تقل مع زيادة العدد الذري في حين تكون طاقة التأين الثانية اكبر بكثير مقارنة مع طاقة التأين الاولى اما بما يخص السالبية الكهربائية فان هذه المعادن تمتلك سالبية كهربائية واطئة تقل مع زيادة العدد الذري لعناصر هذه المجموعة
تعد هذه العناصر موصلة جيدة للحرارة والكهرباء ويعود ذلك الى وجود الكترون في غلاف التكافؤ حر الحركة ضمن بينة ذرات عناصر هذه المجموعة حيث تمتلك الذرات بنية بلورية للمكعب مركزي الجسم

العنصر
Element طاقة التأين
Ionization Energies السالبية الكهربائية
Electronegativity نصف القطر الايوني
Ionic radii (ppm) نصف القطر الذري
Metallic radii (ppm) درجة الانصهار
Melting Point (K) درجة الغليان
Boling Point (K) الكثافة Density (g/ml)
I II
Li 5.39 75.6 1.0 76 152 454 1615 0.540
Na 5.14 47.3 0.9 102 186 371 1156 0.972
K 4.34 31.8 0.8 138 227 336 1032 0.859
Rb 4.18 27.4 0.8 152 248 312 961 1.525
Cs 3.89 23.4 0.7 167 265 302 944 1.903











لعناصر هذه المجموعة طبيعة اختزالية واضحة , وكما نعلم بان العنصر الذي يعمل كعامل مختزل يمتلك طاقة تأين واطئة وبما ان عناصر هذه المجموعة تمتلك طاقات تاين واطئة فانها تسلك سلوك عوامل مختزلة قوية , وبما ان طاقات التأين تقل مع زيادة العدد الذري لعناصر هذه المجموعة فان الخاصية الاختزالية تزداد مع زيادة العدد الذري فيكون Li اقلها وCs اكبرها قوة اختزالية

الخواص الكيميائية :- Chemical properties

الفلزات القلوية تكون اكثر الفلزات فاعلية ويعو السبب في ذلك الى
1- تمتلك طاقة تاين واطئة حيث تفقد الكترون تكافؤ بسرعة لتكون الايون الموجب الاحادي M+
2- تمتلك حرارة تبخر واطئة وسهولة تحولها الى طور البخار
3- تمتلك طاقة تميؤ عالية
تتفاعل الفلزات القلوية بدرجات متفاوتة مع الاوكسجين والهيدروجين والهالوجينات . ففي حالة الاوكسجين تعتمد طبيعة الناتج على الفلز القلوي وهكذا , لايتفاعل الليثيوم عند درجة حرارة اقل من 100م0 وعند درجة حرارة 200م0 يتكون اوكسيد الليثيوم Li2O, كما يعطي الصوديوم مزيجا من الاكاسيد والبيروكسيد Na2O2 ويعطي البوتاسيوم KO2 عند درجة 200م0 وk2O2 عند درجات الحرارة الاعلى وتحت ظروف خاصة يعطي السيزيوم اي من الاكاسيد الثانوية في السلسلةCs7O وCs4O و Cs7O2 و Os3 .
يعطي تسخين الفلزات القلوية مع الهيدروجين والهالوجينات ---- الهيدريدات والهاليدات على التوالي

2M + H2 2MH

2M + X2 2MX

بصورة عامة تزداد الفعالية للفلز القلوي مع زيادة العدد الذري فمثلا يتفاعل الليثيوم بشكل طبيعي مع سائل البروم لكن البوتاسيوم يتفجر كما يتفاعل الليثيوم بسهوله مع غاز النتروجين ويكوين النتريد

6Li + N2 2Li3N
في حين لا يحدث هذا التفاعل مع الفلزات القلوية الاخرى
تتفاعل جميع الفلزات القلوية مع الهواء حيث يتكون الهيدروجين في هذه العملية وندرج أدناه بعض التفاعلات العامة لفلزات الترابية القلوية
H2O + M MOH + 1/2 H2

C2H5OH + M C2H5 MO + 1/2 H2

2H2S+2M M2S +MSH + 3/2 H2

C2H2+ M C2 HM + 1/2 H2

NH3 + M MNH2 + 1/2 H2



الشذوذ في سلوك الليثيوم Abnormal Behavior of Lithium
الليثيوم هو العنصر الاول في مجموعة الفلزات القلوية يتشارك معها في العديد من الصفات لكنة في نفس الوقت يشذ عن عناصر المجموعة في العديد من النواحي . ان السبب وراء سلوك الليثيوم الشاذ يعود الى
1- تمتلك ذرة الليثيوم وايونها حجم صغير جدا . ايون الليثيوم (Li+ ) بسبب حجمة الصغير جدا يكون له تأثير استقطابي عالي على الايونات السالبة في مركباتها مما ينتج عنة زيادة في الصفة التساهمية لهذه المركبات
2- تمتلك ذرة الليثيوم اعلى طاقة تأين واقل خواص موجبيه كهربائية بين العناصر القلوية
3- عدم احتواء غلاف التكافؤ على اوربتال من نوع (d)
4- يمتلك الليثيوم اصرة فلزية قوية تكون مسؤوله عن انخفاض فعالية الى حد ما
يختلف الليثيوم عن باقي عناصر المجموعة ( الفلزات القلوية ) في النقاط التالية
1- اكثر صلابة واخف من باقي العناصر
2- لا يتأثر بالهواء بسهولة ولا يفقد بريقة حتى عندما يتم صهرة
3- يتفاعل ببط مع الماء ويحرر الهيدروجين
4- لا يتفاعل مع الاوكسجين بسهولة بدرجات حرارة تحت ( 0 0C) عندما يحرق مع الهواء او الاوكسجين , وينتج فقط احادي الاوكسيد Li2O بينما باقي الفلزات تنج الاوكسيد او فوق الاوكسيد
5- الليثيوم هو العنصر الوحيد في الفلزات القلوية الذي يتفاعل بشكل مباشر مع النتروجين وينتج Li3N
6- يتفكك هيدروكسيد الليثيوم في الحرارة لينتج Li2O بينما هيدروكسيدات باقي العناصر لا تتفكك
7- لا توجد بيكاربونات الليثيوم ( LiHCO3) في الحالة الصلبة ( توجد فقط في الطور السائل ) وذلك عكس بيكاربونات باقي العناصر التي توجد في الحالة الصلبة
8- كاربونات الليثيوم Li2CO3 اقل استقرار , وتتفكك بالحرارة
Li2CO3 Li2O + CO2
بينما لا تتفكك باقي كربونات العناصر
9- نترات الليثيوم (LiNO3) بالتسخين تعطي مزيج من NO2 و O2 بينما نترات باقي العناصر الفلزية تعطي الاوكسجين فقط
4 LiNO3 2 Li2O + NO2 + O2
2NaNO3 2NaNO2 + O2
10- يتفاعل الليثيوم مع البروم ببطء شديد بينما باقي العناصر بشدة مع البروم
11- هيدروكسيد الليثيوم LiOH اقل قاعدية مقارنة مع NaOH وKOH
12- (Li2CO3 LiF , Li3PO4 , Li2C2O4 , ) شحيحة الذوبان في الماء بينما الاملاح المناظرة لباقي عناصر الفلزات القلوية قابلة للذوبان في الماء



للمزيد من المعلومات 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 .