Chemical Families: Similar Elements (Chemistry Textbook)
Document Details
Uploaded by WarmheartedHaiku
Tags
Related
Summary
This chemistry textbook, for Libyan Year 3 secondary school students, introduces chemical families and the periodic table. It explains how similar elements are grouped and the relationship between their properties.
Full Transcript
كيمياء -السنة الثالثة من مرحلة التعليم الثانوي Chemical Families: Similar العائالت الكيميائية:...
كيمياء -السنة الثالثة من مرحلة التعليم الثانوي Chemical Families: Similar العائالت الكيميائية: Elements 1-1عناصر متشابهة اجلدول الدوري هو تصنيف للعناصر ،ويستخدم للتنبؤ بخواصها.يوجد أكثر نظـرا إلنتـاج ذرات قليلًا من 100عنصـر معـروف ،واليزال عـدد العناصــر في ازدياد ً اصطناعية حديثة داخل املفاعالت النووية.أصبح من الضـروري تصنيف العناصر نتيجة عددها الكبير وف ًقا خلواصهـا الفيزيائية والكيميائية.وتشمل اخلـواص الفيزيائية املظهر، واحلالة ،والكثافة ،واللون ،والرائحة ،ودرجة االنصهـار ،ودرجة الغليان ...إلخ.ونقصد ملــحوظة باخلواص الكيميائية طريقة تفاعل العنصر مع عناصر أخرى.ويقسم ذلك التصنيف العناصر وف ًقا للخواص إلى عائالت كيميائية أو مجموعات. دميتري ماندليف 1907 - 1834كان أصغــر طفــل فــي عائلته.ومــن املتفق عليه أنه مؤسس اجلدول الدوري. دورة شكل 1-1اجلدول الدوري ]ËeË’;z;ÏÁÊd2’\;oÊue’\Â;ÏË⁄Ë÷¬i’\;r·]fi∏\;á—ÖŸ;z’;ÏΩÊ ;–ÊŒ¢\;√˵ 10 اجلدول الدوري للعناصر Groups and Periods: 2-1مجموعات ودورات: Columns and Rows أعمدة وصفوف اجلدول الدوري هو ترتيب للعناصر وف ًقا للعدد (الذري) البروتوني املتزايد ،والذي هو عدد البروتونات في نواة ذرتها. تسمى األعمدة الرأسية للعناصر في اجلدول الدوري مجموعات. يتحدد رقم املجموعة بعدد اإللكترونات في الغالف اخلارجي ،وحتتوي جميع العناصر داخل أي مجموعة على نفس عدد إلكترونات التكافؤ (اخلارجي).ومن ثم تكون جدا داخل أي مجموعة من العناصر. اخلواص الكيميائية متشابهة ًّ تسمى الصفوف األفقية للعناصر في اجلدول الدوري دورات. يدل رقم الدورة على عدد األغلفة اإللكترونية.وتكون جلميع العناصر في نفس الدورة تدريجيا باإللكترونات كلما اجتهنا عبر ًّ نفس عدد األغلفة ،وميتلئ الغالف اخلارجي الدورة (من اليسار إلى اليمني).تأمل عناصر الدورة 3في جدول .1 دورة 3 Na Mg Al Si P S Cl Ar العدد البروتوني (الذري) 11 12 13 14 15 16 17 18 التشكيل اإللكتروني 2، 8، 1 2، 8، 2 2، 8، 3 2، 8، 4 2، 8، 5 2، 8، 6 2، 8، 7 2، 8، 8 األيون املتكون Na+ Mg2+ Al 3+ تساهمي الفاعلية (النشاط) فعال (نشيط) غير فعال فعال (نشيط) فعال فعال (نشيط) خامل فعال (نشيط) فعال للغاية إلى حد ما (غيرنشيط) إلى حد ما (نشيط) (نشيط) للغاية املوصلية جيدة جيدة جيدة متعادلة رديئة رديئة رديئة رديئة فلزات الفلزات جدول 1عناصر الدورة 3 تتدرج صفات العناصر من فلزات إلى ال فلزات كلما اجتهنا عبر الدورة (من اليســار بناء عليه خــواص العناصر عبر الدورات مــن فلزية (أيوناتأيضــا ً إلــى اليمــن) ،وتتغير ً موجبــة ،جيــدة التوصيــل ...إلــخ) إلى الفلزيــة (أيونات ســالبة ،رديئــة التوصيل ... إلخ). ]ËeË’;z;ÏÁÊd2’\;oÊue’\Â;ÏË⁄Ë÷¬i’\;r·]fi∏\;á—ÖŸ;z’;ÏΩÊ ;–ÊŒ¢\;√˵ 11 كيمياء -السنة الثالثة من مرحلة التعليم الثانوي التوزيع األلكتروني األفالك :مبدأ باولى لالستبعاد واالزدواج املغزلي يتكون الغالف الرئيس األول ( )n = 1من مستوى فرعي واحد يرمز له بالرمز .1S ويتكون الغالف الرئيس الثاني ( )n = 2من مستويني فرعيني يرمز لهما 2Sو 2P ويتكون الغالف الرئيس الثالث ( )n = 3من ثالثة مستويات فرعية يرمز لها 3Sو 3Pو .3d دائما له فلك واحد ،واملستوى Pله ثالثة أفالك ،أما املستوى dفله وأن املستوى ً S خمسة أفالك. ُيوجد مبدأ مهم يتعلق باألفالك ويؤثر على جميع التوزيعات اإللكترونية.ينص هذا املبدأ على أن أي فلك يستوعب من إلكترون إلى إلكترونني ال غير.والذي اقترح هذا املبدأ هو العالم الفيزيائي السويسري االسترالي وولفجاجن باولي وذلك عام 1921 وسمى املبدأ باسمه مبدأ باولى لالستبعاد. قد تستغرب عن كيفية استيعاب أي فلك إللكترونني سالبي الشحنة يفترض أنهما يتنافرا بشدة.وتفسير ذلك عن طريق فكرة االزدواج املغزلي.فباإلضافة إلى الشحنة، نقول إن لإللكترونات خاصية أخرى تعرف بالدوران املغزلي ( ،)Spinنستطيع تصور الدوران املغزلي على أن اإللكترون يدور حول محوره مبعدل ثابت.وبذلك ميكن أن يتجاور زوج من اإللكترونات في فلك واحد بحيث يدور كل منهما عكس اجتاه دوران اآلخر (شكل .)2-1وهذا من شأنه أن يخفض من أثر التنافر. شكل ( )2 – 1الدوران املغزلي لإللكترونات نبني دوران اإللكترون املغزلي في اجتاه دوران عقارب الساعة بسهم متجه من اليمني إلى اليسار وبسهم متجه من اليسار إلى اليمني إذا كان دوران اإللكترون عكس دوران عقارب الساعة. من خالل كل األدلة املعروفة ،مبا في ذلك مبدأ باولى لالستبعاد ،قرر العلماء أن الغالف( )n = 1يتسع إللكترونني كحد أقصى في فلك ،Sويحتوي الغـالف ( )n = 2على ثمانية إلكترونات كحد أقصى ،اثنان منها في فلك Sوالستة الباقية في أفالك Pالثالثة ( )Px،Py،Pzإلكترونان لكل فلك.ويحتوي الغالف ()n = 3 ثمانية عشر إلكترو ًنا ( )18كحد أقصى ،اثنان في فلك ،Sوستة في أفالك Pالثالثة وعشرة في أفالك dاخلمسة ،أي بواقع إلكترونني لكل فلك. ]ËeË’;z;ÏÁÊd2’\;oÊue’\Â;ÏË⁄Ë÷¬i’\;r·]fi∏\;á—ÖŸ;z’;ÏΩÊ ;–ÊŒ¢\;√˵ 12 اجلدول الدوري للعناصر ترتيب وملء األغلفة واألفالك يتم ترتيب وملء األغلفة واألفالك للعناصر املتتابعة ضمن اجلدول الدوري بحسب تتابع طاقاتها النسبية فالتوزيع اإللكتروني ألي ذرة هو ذلك التوزيع الذي يضمن أقل ما ميكن من حاالت الطاقة للذرة مبجملها ،وهذا يعني األفالك ذات األقل طاقة متأل أولًا ،ويكون تتابع امللء كما يلي 1S :أولًا ،ثم ...... 3d ،4s ،3p ،3s ،2p ،2sالخ. 4f 4d 4p 4s n=4 3d 3p 3s n=3 2p 2s n=2 1s n=1 شكل ( )3 – 1يبني الترتيب الذي متأل به األفالك حتى الغالف ()n = 4 كما ترى ،فإن الترتيب (كما هو موضح في شكل ( )3 – 1السابق) ليس متا ًما كما نتوقع ،يتم اتباع الترتيب املتوقع حتى الغالف الثانوي ،3Pلكن بعد ذلك حتدث اختالفات ،حيث ميأل 4Sقبل .3dهذا االختالف وغيره فيما بعد نتج بواسطة التأثيرات املعقدة املتزايدة للتجاذبات النووية وتنافرات اإللكترونات على كل إلكترون. التوزيعات اإللكترونية: متثيل التوزيعات اإللكترونية شيوعا في متثيل التوزيعات اإللكترونية للذرات مبينة فيما يلي: ً أكثر الطرق عدد الكم األساسي 1S1 عدد اإللكترونات الفلك مثالً ،لذرة الهيدروجني إلكترون واحد في فلك Sضمن غالف ذي عدد الكم األساسي (.)n = 1وللهيليوم إلكترونان ،كالهما في فلك 1Sوميثالن كما يلي .1S2 يبني اجلدول ( )2التوزيعات اإللكترونية للعناصر الثمانية عشر األولى (من Hإلى .)Ar بالنسبة ملجموعة العناصر بداية من ( 19بوتاسيوم) إلى ( 36كريبتون) يفضل متثيل جزء من التوزيع اإللكتروني على شكل لب من غاز نبيل.ففي احلالة السابقة يكون اللب عبارة عن التوزيع اإللكتروني لغاز األرجون ،عليه نلجأ أحيا ًنا إلى كتابة التوزيع اإللكتروني 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6بشكل مختصر كما يلي [ ]Arبدلًا من إعادة كتابته ال في كل مرة.يبني اجلدول ( )3بعض األمثلة. كام ً يجب مالحظة النقاط التالية: عندما ميتلئ الفلك ،4Sفإن مكان اإللكترون التالي هو فلك ( 3dانظر السكانديوم). وبذلك يبدأ نظا ًما ثاب ًتا مللء ،3dحيث يصل بنا إلى الزنك. ]ËeË’;z;ÏÁÊd2’\;oÊue’\Â;ÏË⁄Ë÷¬i’\;r·]fi∏\;á—ÖŸ;z’;ÏΩÊ ;–ÊŒ¢\;√˵ 13 كيمياء -السنة الثالثة من مرحلة التعليم الثانوي وتسمى العناصر التي تضاف اإللكترونات فيها إلى الغالف الثانوي dمجموعة عناصر أيضا (العناصر االنتقالية). dوتدعى ً هناك اختالف في منط ملء أغلفة dالثانوية للعنصر ين (كروم) 24Crو (النحاس) 29Cuفلهذين العنصرين إلكترون واحد فقط في الغالف .4Sللكروم خمسة إلكترونات بدلًا من األربعة املتوقعة في أفالك ،dوللنحاس عشرة إلكترونات بد ًال من تسعة.وهذا ناجت عن العالقات املعقدة لالجنذابات والتنافرات داخل ذراتهما. 1 H 1s1 2 He 1s2 3 Li 1s2 2s1 4 Be 1s2 2s2 5 B 1s2 2s2 2p1 6 C 1s2 2s2 2p2 7 N 1s2 2s2 2p3 8 O 1s2 2s2 2p4 9 F 1s2 2s2 2p5 10 Ne 1s2 2s2 2p6 11 Na 1s2 2s2 2p6 3s1 12 Mg 1s2 2s2 2p6 3s2 13 Al 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1 14 Si 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2 15 P 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3 16 S 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4 17 Cl 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5 18 Ar 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 جدول ( )2التوزيع اإللكتروني للعناصر الثمانية عشر األولى في اجلدول الدوري 19 (Potssium )k ]Ar] 4s1 20 (Calcium )Ca ]Ar] 4s2 21 (Scandium )Sc ] Ar] 4s2 3d1 24 (Chromium )Cr ] Ar] 4s1 3d5 25 (Manganese )Mn ] Ar] 4s2 3d5 29 (Copper )Cu ]Ar] 4s1 3d10 30 (Zinc )Zn ]Ar] 4s2 3d10 31 (Gallium )Ga ]Ar] 4s2 3d10 4p1 35 (Bromine )Br ]Ar] 4s2 3d10 4p5 36 (Krypton )Kr ]Ar] 4s2 3d10 4p6 جدول ( )3التوزيع اإللكتروني لبعض العناصر بني 19و36 حيث [ ]Arميثل التوزيع اإللكتروني لألرجون (اللب) ]ËeË’;z;ÏÁÊd2’\;oÊue’\Â;ÏË⁄Ë÷¬i’\;r·]fi∏\;á—ÖŸ;z’;ÏΩÊ ;–ÊŒ¢\;√˵ 14 اجلدول الدوري للعناصر ملء األفالك: تبدأ اإللكترونات في شغل األفالك فرادى ،كلما كان ذلك ممك ًنا.وهذا بسبب تنافر شحناتها.وتبقى اإللكترونات غير مزدوجة (فرادى) حتى يصبح بكل فلك من األفالك ذات الطاقات املتساوية إلكترون واحد ،وبزيادة عدد اإللكترونات عن واحد لكل فلك ،تبدأ عملية املزاوجة عن طريق االزدواج املغزلي.وهذا معناه أنه إذا كان هناك واحدا على األفالك الثالثة ً واحدا ً ثالثة إلكترونات مللء غالف ثانوي .Pفإنها تتوزع .Px،Py،Pzوليس اثنان في Pxوواحد في Pyكما قد يبدو. وإذا كان هناك أربعة إلكترونات ،يزدوج اثنان في أحد األفالك الثالثة ،ويبقى إلكترون واحد في كل من الفلكني اآلخرين.وعلى نفس املنوال تتوزع خمسة إلكترونات فرادى على أفالك الغالف الثانوي .d كمثال نبني فيما يلي كيفية شغل األفالك في ذرات الكربون والنيتروجني واألكسجني. الكربـون ( 6إلكترونات) 1s2 2s2 2p1x 2p1y 2p0z النيتروجني ( 7إلكترونات) 1s2 2s2 2p1x 2p1y 2p1z األكسجني ( 8إلكترونات) 1s2 2s2 2p2x 2p1y 2p1 z [عادة ما تكتب التوزيعات اإللكترونية بأقل تفصيلًا من هذا كما في اجلدول (.])3 التوزيع اإللكتروني لأليونات: يعرف عدد إلكترونات أي أيون من العدد الذري للعنصر وشحنة األيون.يبني اجلدول()4 بعض األمثلة الحظ أن لأليونني Na+و F -نفس التوزيع اإللكتروني للغاز النبيل Ne (نيون) ولهذا تأثيرات على تكوين املركب (فلوريد الصوديوم)وطريقة الربط فيه. أيون فلوريد ذرة فلور أيون صوديوم ذرة صوديوم F- F Na+ Na الرمز 9 9 11 11 العدد الذري 10 9 10 11 عدد اإللكترونات 1s2 2s2 2p6 1s2 2s2 2p5 1s2 2s2 2p6 1s2 2s2 2p6 3s1 التوزيع اإللكتروني جدول ()4 التوزيعات اإللكترونية في مربعات (صناديق) هذه طريقة عملية أخرى لتمثيل التوزيع اإللكتروني.حيث نرسم اإللكترونات على شكل أسهم ونبني دورانها املغزلي فالسهم املتجه إلى أعلى ميثل ميثل دوران دوران مغزلي مع اجتاه حركة عقارب الساعة ،والسهم املتجه إلى أسفل عكس حركة عقارب الساعة. ]ËeË’;z;ÏÁÊd2’\;oÊue’\Â;ÏË⁄Ë÷¬i’\;r·]fi∏\;á—ÖŸ;z’;ÏΩÊ ;–ÊŒ¢\;√˵ 15 كيمياء -السنة الثالثة من مرحلة التعليم الثانوي 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 1 H 2 He 3 Li 9 F 10 Ne 19 K 21 Sc 25 Mn 31 Ga 36 Kr شكل ( )4 - 1التوزيعات اإللكترونية لبعض العناصر بطريقة املربعات (الصناديق) مترين 1-1 ارسم التوزيعات اإللكترونية بطريقة املربعات للبورون واألرجون واألكسجني والنيكل والبروم. Metals and Non-Metals: الفلزات والالفلزات: Across a Period 3-1عبر دورة ميكــن تقســيم الفلــزات والالفلزات في اجلدول الدوري بخط متدرج (انظر شــكل 5-1 في الصفحة التالية).جميع العناصر حتت اخلط املتدرج فلزات ،وتكون الالفلزات فوقه. بعضا من أما العناصر القريبة من اخلط املتدرج كالســيليكون ،أو اجليرمانيوم فإنها تظهر ً وبعضا من الصفات الالفلزية.ولذلك تسمى أشباه فلزات. الصفات الفلزية ً ]ËeË’;z;ÏÁÊd2’\;oÊue’\Â;ÏË⁄Ë÷¬i’\;r·]fi∏\;á—ÖŸ;z’;ÏΩÊ ;–ÊŒ¢\;√˵ 16 اجلدول الدوري للعناصر الالفلزات عادة غازات عدا )،S(s) ،P(s) ،Br(l ) Se(s)، B(s) ،C(sالتي يكون لها فلزات املجموعة II & I درجات انصهار منخفضة.وهي موصالت تسمى فلزات قلوية (مجموعة ،)I رديئة للحرارة والكهرباء (عدا اجلرافيت) ،أشباه الفلزات وأرضية قلوية (مجموعة .)IIوهي وتكون بصفة رئيسية مركبات تساهمية.عناصر قريبة من اخلط املتدرج ،ولها فلزات فعالة (نشيطة) ،وتزداد فاعليتها خواص كل من الفلزات والالفلزات. (نشاطها) كلما اجتهنا إلى أسفل يطلق على أشباه الفلزات أسفل اخلط املجموعة. املتدرج فلزات رديئة ،مثل القصدير ( ،)Snوالرصاص (.)pb دورة تكون عادة مركبات ذات ألوان مميزة.وميكن استخدام ذلك في الكشف جدا ،ولكن ِّ ال تكون الفلزات االنتقالية فعالة (نشيطة) ًّ عن هوية أيونات الفلز االنتقالي.فتكون على سبيل املثال مركبات النحاس ( )IIزرقاء ،ومركبات احلديد ( )IIخضراء ،ومركبات احلديــد ( )IIIصفــراء وخضــراء ،ومركبــات البرمنجنــات ( )VIIبنفســجية ،ومركبات ثانــي كرومات ( )VIبرتقالية.وتســتخدم الفلزات االنتقالية ومركباتها كعوامل حفازة لتسريع التفاعالت الصناعية مثل فلز احلديد في طريقة هابر (تصنيع األمونيا) ،وفلز النيكل في تصنيع السمن النباتي من الزيوت النباتية ،والبالتني أو خامس أكسيد الفاناديوم في طريقة التالمس (لتصنيع حمض الكبريتيك). ]ËeË’;z;ÏÁÊd2’\;oÊue’\Â;ÏË⁄Ë÷¬i’\;r·]fi∏\;á—ÖŸ;z’;ÏΩÊ ;–ÊŒ¢\;√˵ 17 اختبر فهمك 1 مراجعة سريعة هل تستطيع التمييز بني ()1 مجموعة ودورة عناصر؟ عمود رأسي للعناصر في اجلدول الدوري املجموعة في أي جانب من اجلدول ()2 صف أفقي للعناصر في اجلدول الدوري الدورة الدوري توجد الغازات؟ يشير إلى عدد اإللكترونات في الغالف اخلارجي للذرة رقم املجموعة في أي جانب من اجلدول ()3 يشير إلى عدد األغلفة اإللكترونية في الذرة رقم الدورة الدوري توجد الالفلزات؟ في أي موقع من اجلدول الدوري ()4 توجد العوازل؟ في أي موضع باجلدول الدوري ()5 جتد الفلز األكثر فاعلية؟ اخلواص الفيزيائية لبعض عناصر اجلدول الدوري الكثافة درجة الغليان درجة االنصهار (جم سم)3- (˚س) (˚س) احلالة العنصر ورمزه العناصر الطرفية 2.7 2 470 660 s Al ألومنيوم الليثيوم :الفلز األخف، 8.9 2 595 1 083 s Cu نحاس كثافة 0.53 :Liجم سم 3- 19.3 2 970 1 063 s Au ذهب األوزميوم :الفلز األثقل، 7.9 3 000 1 535 s Fe حديد s 3- كثافة 22.48 :Osجم سم الفلـــــــــــزات 11.3 1 744 327 Pb رصاص 1.7 1 110 650 s Mg ماغنسيوم الزئبق :أقل درجة انصهار: 13.6 357 39- l Hg زئبق ˚38.9-س 8.9 2 730 1 453 s Ni نيكل تنجستني :أعلى درجة انصهار: 10.5 2 210 961 s Ag فضة ˚3410 +س 7.3 2 270 232 s Sn قصدير 7.1 907 420 s Zn خارصني 3.1 59 7- l Br بروم الهيدروجني :أخف غاز ،يزن 2.3 4 830 3 730 s C كربون 0.08988جم لكل لتر 0.3 35- 101- g Cl كلور g الرادون :أثقل غاز ،يزن 111.5 الال فلـــــــــــزات 0.009 252- 259- H هيدروجني 4.9 184 184 s I يود ضعف وزن الهيدروجني 0.1 196- 210- g N نيتروجني الهيليوم :أقل درجة غليان: 0.1 183- 218- g O أكسجني ˚268.9-س 1.8 280 44 s P فوسفور الكلور :أعلى درجة غليان: 2.3 2 360 1 410 s Si سيليكون ˚34.1-س 2.0 444 113 s S كبريت جدول 5اخلواص الفيزيائية لبعض عناصر اجلدول الدوري ]ËeË’;z;ÏÁÊd2’\;oÊue’\Â;ÏË⁄Ë÷¬i’\;r·]fi∏\;á—ÖŸ;z’;ÏΩÊ ;–ÊŒ¢\;√˵ 18 كيمياء -السنة الثالثة من مرحلة التعليم الثانوي يلخص جدول 6الفروق بني الفلزات والالفلزات. يالحظ من جدول ،6وجود استثناءات مع معظم العبارات عن الفلزات والالفلزات، وال يوجد مع ذلك استثناء للعبارة التالية. دائما أيونات سالبة. وتكون الالفلزات ً ِّ دائما أيونات موجبة، تكون الفلزات ً ِّ الالفلزات الفلزات عادة غازات [عدا )S(s) ،P(s) ،I (s عادة صلبة عند درجة حرارة الغرفة [C(s) ،B(s) ،Br(l) ،Si(s) ، (عدا )Hg لها درجات انصهار وغليان منخفضة لها درجات انصهار وغليان عالية (عدا Bو Cو )Si (عدا املجموعة )I موصالت رديئة للحرارة والكهرباء موصالت جيدة للحرارة والكهرباء (عدا الكربون/اجلرافيت) عادة المعة ،وقابلة للسحب ،والطرق ،عادة باهتة ولينة ،ال ميكن سحبها إلى أسالك أو فردها شرائح مستوية ولها قوة شد عالية أغلب مركباتها تساهمية معظم مركباتها أيونية أكاسيدها عادة قاعدية أو أمفوتيرية أكاسيدها عادة متعادلة أو حمضية كون غاز هيدروجني إطال ًقا مع ال ُت ِّ كون غاز هيدروجني مع عادة ُت ِّ األحماض األحماض املخففة دائما أيونات سالبة (أنيونات) كون ً ُت ِّ دائما أيونات موجبة كون ً ُت ِّ (كاتيونات) جدول 6الفروق بني الفلزات والالفلزات Group I: مجموعة :I The Alkali Metals 4-1الفلزات القلوية جميعــا عناصر ً توجــد هــذه العناصــر في العمـــود أقصى يســار اجلـــدول الــدوري ،وهي جدا.تختلف مع ذلك عن معظم الفلـزات في كون درجـات انصهـارها فعـالة (نشطـة) ًّ منخفضة ،وكونها لينة ،والشـائع منها يطفـو على املاء (انظر جدول .)6جتدها مع ذلك جدا للحرارة والكهرباء مثلها مثل الفلزات تلمــع عنــد قطعها ،كما أنها موصالت جيدة ًّ األخــرى.وتعتبــر تلــك الفلزات َف ّعا َلة (نشــطة) للغاية مــن الناحيــة الكيميائية ،وتزداد فاعليتهــا (نشــاطها) كلمــا اجتهنا أســفل املجموعة.الســيزيوم هو أكثر الفلــزات فاعلية (نشــاطً ا).ويرجــع ذلــك إلى زيادة حجم الذرات كلما اجتهنا أســفل املجموعة.فيكون مــن األســهل إللكترون التكافــؤ الوحيد اخلارجي الهــروب لتكوين أيــون ألن قوة جذب النواة تكون أضعف وأبعد. وتكون جميع الفلزات القلوية أيونات .)Li ،Na ،K ،Rb ،Cs ( M + + + + + + ِّ الكثافة درجة س)˚ ( االنصهار املظهر الرمز االسم (جم سم ) 3- 0.54 181 رصاصي فاحت Li ليثيوم 0.97 98 رصاصي خفيف فاحت Na صوديوم 0.86 63 أزرق فاحت/رصاصي K بوتاسيوم 1.53 39 أبيض فضي Rb روبيديوم 1.90 29 أبيض فضي Cs سيزيوم جدول 7فلزات قلوية ]ËeË’;z;ÏÁÊd2’\;oÊue’\Â;ÏË⁄Ë÷¬i’\;r·]fi∏\;á—ÖŸ;z’;ÏΩÊ ;–ÊŒ¢\;√˵ 19 كيمياء -السنة الثالثة من مرحلة التعليم الثانوي تتفاعــل الفلــزات القلوية بشــدة مع الهواء أو األكســجني ،فتشــتعل ،وحتترق بألوان لتكون أكاسيد بيضاء.ولتجنب ذلك ،حتفظ تلك الفلزات حتت الزيت. لهب مميزةِّ ، بوتاسيوم أكسجني أكسيد بوتاسيوم )4K (s) + O2 (g )2K2O (s أيضا بشدة مع املاء ،مكونة الهيدروكسيد القلوي ،ويتصاعد غاز الهيدروجني. تتفاعل ً صوديوم ماء هيدروجني هيدروكسيد صوديوم )2Na (s) + 2H2O (l )2NaOH (aq) + H2 (g جــدا ،فإنها تتحد مباشــرة مع وأخيــرا ،لكــون الفلــزات القلويــة فلزات فعالة (نشــيطة) ًّ ً شكل 6-1عناصر املجموعة Iتوجد في من أبيض دخان املثــال ســبيل على ينتج كالهالوجينات. (النشــيطة) الفعالة الالفلــزات أقصى يسار اجلدول الدوري. ملح الطعام (كلوريد صوديوم) عند احتراق الصوديوم في الكلور. صوديوم كلور كلوريد صوديوم )2Na (s) + C l2 (g )2NaCl (s لون اللهب فلز قلوي أحمر ليثيوم أصفر صوديوم أرجواني بوتاسيوم _ روبيديوم جدول 8ألوان لهب بعض الفلزات القلوية التفاعل مع الكلور التفاعل مع املاء التفاعل مع الهواء (األكسجني) القلوي يحترق بلهب مضيء ليتكون صلب يطفو على املاء ،ويتفاعل بسرعة الليثيوم يحترق بلهب أحمر لينتج أكسيد أبيض من كلوريد الليثيوم. لينتج هيدروكسيد الليثيوم وغاز الليثيوم وهو جسم صلب أبيض. الهيدروجني. )2Li (s) + Cl2(g )2LiCl (s) 2Li (s) + 2H2O (l )4Li (s) + O2(g )2Li2O (s )2LiOH (aq) + H2(g جدا يحترق بلهب مضيء ليتكون صلب يطفو على املاء ،ويتفاعل بسرعة ًّ الصوديوم يحترق بلهب أصفر ناصع لينتج لينتج هيدروكسيد الصوديوم وغاز أبيض من كلوريد الصوديوم. أكسيد الصوديوم األبيض. الهيدروجني. )2Na (s) + 2H2O (l )4Na (s) + O2(g )2Na2O (s )2Na (s) + Cl2(g )2NaCl(s )2NaOH (aq) + H2(g البوتاسيوم يحترق بشدة بلهب أرجواني لينتج يطفو على املاء ،ويتفاعل بشدة يحترق بشدة في الكلور بلهب مضيء (بفرقعة) لينتج هيدروكسيد أكسيد بوتاسيوم أبيض. ليتكون صلب أبيض من كلوريد بوتاسيوم وغاز هيدروجني ) 2K (s) + 2H O (lالبوتاسيوم. )4K (s) + O2(g )2K2O (s 2 )2K (s) + Cl2(g )2KCl (s )2KOH (aq) + H2 (g جدول 9ملخص لتفاعالت الفلزات القلوية ]ËeË’;z;ÏÁÊd2’\;oÊue’\Â;ÏË⁄Ë÷¬i’\;r·]fi∏\;á—ÖŸ;z’;ÏΩÊ ;–ÊŒ¢\;√˵ 20 اجلدول الدوري للعناصر Group VII: The Halogens 5-1املجموعة :VIIالهالوجينات هي الفلزات فعالة (نشيطة) ،تقل فاعليتها (نشاطها) كلما اجتهنا أسفل املجموعة، ومرتبة وف ًقا للحجم الذري ،الذي يزداد أسفل املجموعة.لذلك يكون من الصعب على النواة جذب إلكترون لتكوين أيون.و ُت ِّكون جميع الهالوجينات أيونات ذات شــحنات سالبة أحادية ( – Br – ،Cl – ،Fو – ،)Iوتوجد كجزيئات ثنائية الذرات (Br2،Cl2،F2 .)I2،وعلــى الرغــم من اختالف خواصها الفيزيائية كمــا هو مبني في جدول ،10تكون جــدا ألن لكل منها ســبعة إلكترونات تكافــؤ في غالفها خواصهــا الكيميائيــة متشــابهة ًّ اخلارجي. احلالة (عند درجة درجة االنصهار (˚س) الغليان (˚س) درجة حرارة املظهر اجلزيء االسم وضغط الغرفة) غاز 188- 220- أصفر باهت F2 فلور غاز 35- 101- أخضر مصفر Cl2 كلور سائل 59+ 7- بني -أحمر Br2 بروم صلب 184 + 114+ أسود المع I2 يود جدول 10عائلة الهالوجينات احلاالت الفيزيائية لعناصر املجموعة VII الكلور :غاز أخضـر مصفـر يوجد كجزيئات ثنائيــة الــذرات.تكــون تلــك اجلـــزيئات غاز الكلور متباعدة عن بعضها ،وتتحرك بسرعة عالية. شكل 7-1توجد عناصر املجموعة VII في اجلانب األمين من اجلدول الدوري البروم :ســائل بني محمـــر شــديد التطاير، بخار ألن له درجـــة غليان منخفضـــة (˚59س)، سائل متطاير البروم ويتحــول بسهولة إلى بخار. سائل البروم )(L ملــحوظة اليود :عنصر صلب رمادي/أســود.تكون جزيئات اليود ثنائيــة الذرات متراصة بجوار يود مبرد متسامي كل أسمــــاء الهـــالـــوجينـات مشتقة بعضهــا فــي ترتيب منتظــم.يتســامى اليود بخار يود بخار اليود من اللغة اإلغريقية باستثنـاء واحد بالتســخني الهادئ ،ألنه يتحول مباشــرة إلى بنفسجي فقط. بخــار بنفســجي دون املرور باحلالة الســائلة. ويتكثــف البخــار علــى األجــزاء البــاردة من صلب اليود أنبوبــة االختبــار ،ويتحول إلى جســم صلب املعنى األصل االسم المع مرة أخرى. I صانع هالوجني هال (إغريقي) حرارة ملح جني (إغريقي) ينساب فلور (فرنسي) فلور كلوروز (إغريقي) أخضر مصفر كلور بروموز (إغريقي) رائحة كريهة بروم يودوز (إغريقي) بنفسجي يود ]ËeË’;z;ÏÁÊd2’\;oÊue’\Â;ÏË⁄Ë÷¬i’\;r·]fi∏\;á—ÖŸ;z’;ÏΩÊ ;–ÊŒ¢\;√˵ 21 كيمياء -السنة الثالثة من مرحلة التعليم الثانوي تقل فاعلية (نشــاط) الهالوجينات كلما اجتهنا أســفل املجموعة .VIIالهالوجني األكثر علميا فكر ًّ فاعلية (نشاطً ا) هو الفلور ،واألقل فاعلية (نشاطً ا) هو اليود. ويعنــي ذلــك أن أي هالوجــن يعلو آخر في املجموعة ،ســيزيحه مــن محلول ملحه. تسمى مثل تلك التفاعالت تفاعالت إزاحة. مثالُ :يرى لون البروم البني احملمر عند دفع غاز كلور كفقاقيع خالل محلول عدمي اللون من بروميد بوتاسيوم. غاز كلور بروميد بوتاسيوم كلوريد بوتاسيوم بروم )Cl2 (g + )2KBr (aq )2KCl (aq) + Br2 (l بنفــس الطريقــة ،إذا دفــع غاز الكلــور كفقاقيع خالل محلول عــدمي اللون من يوديد ما الهـــالوجني الذي يضـاف بكميات قليلة لقتل البكتريا الضارة في املاء؟ البوتاسيوم ،يتحول إلى اللون البني ،ويتكون في النهاية راسب أسود من اليود. غازكلور يوديد بوتاسيوم كلوريد بوتاسيوم يود )Cl2 (g + )2KI (aq )2KCl (aq )+ I2 (s Experiment 1-1 جتربة 1-1 The Reactivity of the Halogens فاعلية الهالوجينات قطارة بها محلول هالوجني مائيا من كلوريد البوتاسيوم (هاليد). كون محلولًا ًّ ِّ -1 محاليل هالوجني -2صب احمللول الرائق من أي هاليد غير ذائب في أنبوبة اختبار. محلول هاليد مستخدما قطارة كما بالشكل في الصفحة -3أضف ماء البروم (هالوجني) ببطء رائق ً التالية. ثالثي كلورو إيثان -4سجل أي تغير في اللون ،والحظ ما إذا كانت إضافة كمية قليلة من -1،1،1ثالثي كلورو إيثان تقتم أي لون. محلول ماء الهالوجني ماء -5اغسل أنبوبة االختبار وكرر اإلجراء مع كلوريد البوتاسيوم املائي ومحلول اليود. يود بروم كلور الهاليد مستخدما هاليدات مائية مختلفة مع الهالوجينات املختلفة -6كرر اإلجراء الكامل ً كلوريد (معطيا ست نتائج في اإلجمالي). إلكمال اجلدول املبني بوتاسيوم ً بروميد بوتاسيوم يوديد حاول هذا ! بوتاسيوم ( أ ) ما االسم العام للتفاعالت التي أجريتها؟ (ب) من نتائجك ،اكتب قائمة توضح الهالوجينات مرتبة حسب فاعليتها مبتدءا باألكثر فاعلية (نشاطً ا). ً (نشاطها) ملــحوظة (جـ) اكتب معادالت كيميائية متوازنة لبيان التفاعل الكيميائي الذي حدث. املوائــع املســتخدمة فــي محــو الكتابة حتتــوي عادة على ثالثــي كلورو إيثان علميا فكر ًّ ()C2H3Cl3 استنتج هوية العناصر من ( أ إلى د) من اخلواص األربع لكل مما يلي. وهوشديد التطاير ( أ ) ( )1عنصر موجود في الدورة .3 (يتحول بسهـولة إلى بخـار). يتبخر هذا السائل ? ( )2غاز مخضر أكثر كثافة من الهواء. ( )3يزيح اليود من يوديد الصوديوم. ( )4يستخدم في حمامات السباحة لقتل اجلراثيم. عنــد تعـــرضه للهــواء ،تــاركً ا املــادة الصلبة البيضاء املعروفة. ]ËeË’;z;ÏÁÊd2’\;oÊue’\Â;ÏË⁄Ë÷¬i’\;r·]fi∏\;á—ÖŸ;z’;ÏΩÊ ;–ÊŒ¢\;√˵ 22 اجلدول الدوري للعناصر اختبر فهمك 2 (ب) ( )1عنصر يحترق في الهواء بلهب أصفر. ما الفلز القلوي األقل فاعلية؟ ما الهالوجني األكثر فاعلية؟ ()1 ()2 ? ( )2فلز لني ،يقطع بسهولة بالسكني. ( )3يحترق في الكلور مكو ًنا دخا ًنا أبيض. ( )4ذرة لها ثالثة أغلفة إلكترونية. ما لون لهب احتراق الصوديوم؟ ()3 كيف حتقق ذرات الفلز القلوي ()4 (جـ) ( )1عنصر غير فعال ،وهو غاز عدمي اللون. الثبات؟ كيف حتقق ذرات الهالوجني الثبات؟ ()5 ? ( )2حتتوي ذرته على نفس عدد البروتونات، والنيوترونات ،واإللكترونات. ( )3يستخدم في املناطيد. أي هالوجني يكون سائلًا عند ()6 ( )4له غالف خارجي مكتمل. درجة حرارة وضغط الغرفة؟ (د) ( )1فلز انتقالي مفيد وردي اللون. ? كون مركبات ذات تكافؤ متغير. ( )3موصل جيد للحرارة. (ُ )2ي ِّ كون أيو ًنا أزرق اللون. (ُ )4ي ِّ Group O or VIII: املجموعة الصفرية أو :VIII The Noble or Inert Gases 6-1الغازات النبيلة أو اخلاملة تعتبر هذه العائلة من الغازات أحادية الذرات (وحيدة الذرة) غير فعالة (غير نشــيطة) كيميائيا ،ويرجع خمولها إلى اكتمال غالفها اخلارجي.ال متيل ًّ متاما.ونقول إنها خاملة ً كيميائيا.توجد ًّ أيونيا؛ ولذا فهي خاملة تســاهميا أو ًّ ًّ إلى االحتاد مع عناصر أخرى ســواء تلك الغازات كذرات أحادية غير متحدة ،وتسمى بالغازات أحادية الذرات. لــم يعــرف حتى عــام 1962أي مركب لتلــك الغازات ،ولكن تصنــع اآلن مركبات اختبر فهمك 3 معينة مثل رابع فلوريد الزينون ،وتسمى لهذا السبب بالنبيلة بدلًا من اخلاملة. تقريبــا جميع اســتخدامات تلك الغــازات النبيلة على اخلمــول الكيميائيوتعتمــد ً مستخدما البيانات التالية ، ً ()1 للغاز. بيانيا يوضح تغير ارسم شكلًا ًّ ويتضــح مــن جــدول ،11وجــود زيــادة فــي درجة غليــان الغــاز كلما اجتهنا أســفل املجموعة.يرجع ذلك إلى الزيادة في الكتلة الذرية النسبية ،واجلذب املتزايد بني الذرات.درجات غليان الغازات النبيلة (احملور ص) مع الكتلة الذرية النسبية (احملور س). درجة الغليان الغاز اخلامل درجة Ar االستخدامات الغليان (˚س) الرمز االسم 269- 4 هيليوم 246- 20 نيون في املناطيد ،وبالونات الطقس 269- He هيليوم أرجون 185- 153- 40 84 كريبتون في أضواء اإلعالنات 246- Ne نيون 109- 131 زينون كغاز خامل في مصابيح اإلضاءة، 185- Ar أرجون رادون 62- 222 واللحام ،وصنع الفوالذ ( )2ماذا يبني الشكل البياني؟ غاز في األجهزة اإللكترونية والليزر 153- Kr كريبتون ( )3هل ميكنك تفسير ذلك؟ مسدسات الضوء اإللكتروني 109- Xe زينون غاز مشع طبيعي 62- Rn رادون جدول 11الغازات النبيلة ]ËeË’;z;ÏÁÊd2’\;oÊue’\Â;ÏË⁄Ë÷¬i’\;r·]fi∏\;á—ÖŸ;z’;ÏΩÊ ;–ÊŒ¢\;√˵ 23 كيمياء -السنة الثالثة من مرحلة التعليم الثانوي Transition Metals: Typical 7-1الفلزات االنتقالية: Metals فلزات منوذجية توجد هذه املجمـوعة من العناصـر الفلـزية بني املجمـوعة IIواملجمـوعة IIIفي اجلـدول الدوري. درجة االنصهار درجة الغليان الكثافة (جم/ األيونات الشائعة سم)3 (˚س) (˚س) العنصر ثاني كرومات ()VI Cr2O72- 7.2 2 482 1 890 الكروم برمنجانات ()VII MnO4- 7.2 2 100 1 240 املنجنيز حديد ()II Fe2+ 7.9 3 000 1 535 احلديد حديد ()III Fe3+ نيكل ()II Ni2+ 8.9 2 730 1 453 النيكل نحاس ()I Cu+ 8.9 2595 1 083 النحاس نحاس ()II Cu2+ جدول 12الفلزات االنتقالية الشائعة Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd La* Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg ملــحوظة شكل 8-1العناصر االنتقالية متســابقو الدراجــات فــي األلعــاب األوليمبيــة ميلــؤون اإلطــارات بغــاز الهيليوم بدلًا مــن الهواء.هل ميكنك تفسير ذلك؟ محلول ثاني محلول كرومات محلول كبريتات بوتاسيوم برمنجانات نحاس ()II بوتاسيوم برتقالي بنفسجي أزرق األلوان أخضر أصفر أخضر محلول محلول كبريتات محلول كبريتات نيكل كلوريد حديد حديد ()II ()III شكل 9-1لون بعض مركبات الفلزات االنتقالية الشائعة ]ËeË’;z;ÏÁÊd2’\;oÊue’\Â;ÏË⁄Ë÷¬i’\;r·]fi∏\;á—ÖŸ;z’;ÏΩÊ ;–ÊŒ¢\;√˵ 24 اجلدول الدوري للعناصر اخلواص املشتركة للفلزات االنتقالية هي: ُت َك ِّون عادة مركبات ملونة.تكون على سبيل املثال مركبات النحاس ( )IIزرقاء، ويكون احلديدوز أخضر ،واحلديديك أصفر ....إلخ. قد يكون للفلز االنتقالي حالة تأكسد متغيرة ،مما يعني أنه ميكنه تكوين أكثر من اختبر فهمك 4 أيـون واحـد.مثل احلـديد ( ،Fe2+ )IIواحلـديد ( ،Fe3+ )IIIوالنحـاس ( )1أي مجموعة تسمى الغازات ( ،Cu+ )Iوالنحاس (.Cu2+ )II اخلاملة؟ اذكر ثال ًثا منها. لها درجـات انصهـار ،ودرجـات غليان ،وكثافـات عالية.فاألوزميـوم أحـد ( )2كم عدد اإللكترونات في العناصـر االنتقـالية ،كثافته 22.5جم سم 3-وهي ضعف كثافـة الرصـاص. الغالف اخلارجي لذرات تلك والتنجستني فلـز انتقالي آخر ،درجة انصهاره ˚3410س. الغازات؟ خواص حفزية ،ويتضح ذلك في ميكن أن يكون للفلزات االنتقالية أو مركباتها َّ تكون كثيرا ما ِّ ( )3ما الفلزات التي ً بعض العمليات الصناعية: مركبات ملونة؟ ( )4ما الشحنة املوجودة على األيون تستخدم خامس أكسيد الفاناديوم للمساعدة في -طريقة التالمس: الفلزي للمجموعة II؟ التحويل إلى ثالث أكسيد الكبريت . ( )5ما الشحنة املوجودة على األيون الالفلزي في املجموعة VI؟ كثيرا ما تستخدم حفاز حديد مع معززات أكسيد حديد -طريقة هابر: ( )6ما الفلزات التي ً تستخدم كعوامل حفازة؟ لتكوين غاز األمونيا . -تصنيع السمن النباتي :تستخدم حفاز النيكل في هدرجة األلكني الكروم فلز صلد ،غير فعال (غيرنشيط) (محمي بطبقة من األكسيد) وجذاب. ومن ثم يستخدم في الطالء الكرومي وصناعة الفوالذ الالصدؤ. التنجستني يستخدم في فتيل مصابيح اإلضاءة الكهربية ألنه قابل للسحب التيتانيوم وسبائكه خفيفة ولكن ودرجة انصهاره أعلى من ˚ 3000س قوية كالفوالذ؛ ومن ثم تستخدم في بناء الطائرات. الفلزات االنتقالية املنجنيز فلز صلد سريع االنكسار النحاس فلز غير فعـال (غير نشيط) يستخدم في تصليد الفوالذ. وقابل للطرق؛ ومن ثم يستخدم في صناعة مواسير املياه. النيكل فلز قوي ،يقاوم التآكل ،ويستخدم في صناعة الفوالذ الالصدؤ وفلزات العمالت مثل اخلارصني فلز رمادي مييل إلى األزرق النحاسونيكل التي لها مظهر فضي جذاب. واستخدامه الرئيس في جلفنة احلديد حلمايته من الصدأ. شكل 10-1استخدام الفلزات االنتقالية. ]ËeË’;z;ÏÁÊd2’\;oÊue’\Â;ÏË⁄Ë÷¬i’\;r·]fi∏\;á—ÖŸ;z’;ÏΩÊ ;–ÊŒ¢\;√˵ 25 كيمياء -السنة الثالثة من مرحلة التعليم الثانوي علميا فكر ًّ يبــن اجلــدول التالي األلــوان املختلفة للزجــاج الذي ميكــن صناعته بإضافة أكاسيد فلزية انتقالية مختلفة. ملــحوظة اللون أزرق األكاسيد CoO األلــوان املختلفة للشــعر تكون نتيجة أزرق قامت CuO بني NiO وجــود مركبــات فلــزات انتقاليــة. أصفر Fe2O3 يحتوي الشــعر األحمــر على مركبات وردي MnO2 املوليبدنيــوم ،والشــعر األشــقر علــى مركبــات التيتانيــوم ،والشــعر البنــي اذكر أسماء تلك األكاسيد وحالة التأكسد الصحيحة للفلز االنتقالي. علــى خليط مــن مركبــات الكوبلت، كيف ميكنك صنع زجاج أخضر؟ والنحاس ،واحلديد. The Similarity of Chemical Formulae 8-1تشابه الصيغ الكيميائية يتحدد ذلك باملجموعة التي ينتمي إليها العنصر.تأمل املجموعة ،Iيحتوي كل عنصر يكون أيونات بشحنة موجبة أحادية. فيها على إلكترون واحد في غالفه اخلارجي ،لذلك ِّ وبنــاء عليــه تكــون قوة احتاد أو تكافــؤ كل عنصر باملجموعة متطابقــة.وبنفس الطريقة، ً يكــون لــكل عنصــر داخل نفس املجموعة نفــس عدد اإللكترونات فــي غالفه اخلارجي. ومــن ثــم تكون الشــحنة على أيونــه أو عدد اإللكترونات التي يشــارك بهــا عند تكوين دائمــا متســاوية.يبني جــدول 13كيفية تســاوي الصيــغ الكيميائية ملركبات املركبــات ً مجموعة معينة في نسبة الذرات نتيجة قدرة االحتاد أو التكافؤ املتساوية. الكلوريد الكربونات الكبريتات النترات الهيدروكسيد األكسيد املجموعة NaCl Na2CO3 Na2SO4