الوسم: الفلزات

عن الفلزات
مقدمة:

كثرت في الفترة الأخيرة استخدام كلمة الفلزات فنقول مثلاً العنصر س ليس فلز والعنصر ص فلز فعلى أي أساس تم تسمية هذه العناصر وعلى أي أساس تم تقسيمها وما هي خواصها ومميزاتها.
قد يتبادر في ذهن الإنسان أن الفلز هو مادة صلبة أو مادة قوية ولكن في الواقع ليس شرطاً أن تكون بهذه المواصفات وسنلاحظ ذلك من خلال هذا التقرير

الموضوع :

1) تعريف الفلز
· الفلز: هو العنصر الذي يسهل تاينه بفقدان بعض الإلكترونات وعدد الإلكترونات المفقودة من كل ذرة هو تكافؤ الفلز.
· يحمل الأيون الناتج عددًا من الشحنات الموجبة مساويًا لعدد الإلكترونات المفقودة.
· كلما زادت سهولة فقد الإلكترون زادت القوة الفلزية للعنصر.
· يعتبر الصوديوم والبوتاسيوم أقوى العناصر من الناحية الفلزية (أي من ناحية سهولة فقد الإلكترونات)، من ناحية القوة الفلزية لا يمكن استخدامهما في بناء جسر لدرجة ليونتهما التي تسمح بقطعهما بالسكين وبسبب كثافتهما الأقل من الماء.

2) وجود الفلزات في الطبيعة

صورة الفلز

أمثلة

عنصري

الذهب Au – الفضة Ag – النحاس Cu – البلاتين Pt

أكاسيد

ألمونيوم Al2O3 – حديد Fe3O4. Fe2O3. FeO – نحاس Cu2O

كربونات

كالسيوم CaCO3 – حديد FeCO3 – مغنسيوم MgCO3

كبريتيد

فضة Ag2S – نحاس Cu2S. CuS – رصاص PbS – خارصين ZnS – حديد FeS2

هاليد

صوديوم NaCl – بوتاسيوم KCl – فضة AgCl – مغنسيوم MgCl2

كبريتات

باريوم BaSO4 – كاسيوم CaSO4 – رصاص PbSO4

سليكات وفوسفات

مغنسيوم MgSiO3 – كالسيوم Ca3(PO4)2

3) النشاط النسبي للفلزات

تحل بعض الفلزات محل فلزات أخرى في محاليل أملاحها المائية, على سبيل المثال يحل الحديد محل النحاس في محلول كبريتات النحاس II,ويحل الخارصين محل الفضة في محلول نترات الرصاص:
Fe + CuSO4 FeSO4 + Cu
Zn + AgNO3 Zn(NO3)2 + Ag

يمكن بجهاز بسيط تعيين فرق الجهد بين عنصرين أحدهما ثابت (ليكن الكربون) والآخر فلز,وبإستخدام فلزات مختلفة وتسجيل قراءة الفولتميتر ثم الترتيب تنازلياً حسب القراءات نحصل على سلسلة تشير إلى تدرج نشاط الفلزات النسبي وفيها يمكن أن يحل الفلزات التي تليه من محاليل أملاحها, وكلما كانت المسافة بين الفلزين أكبر – في السلسلة – كان الإحلال أسهل,وسمي هذا الترتيب بالسلسلة الكهروكيميائية الممثلة بالجدول.
يلاحظ أن الهيدروجين ليس فلزاً إلا أنه وضع بين الفلزات للإشارة إلى المكان الذي يجب أن يوضع فيه في السلسلة,وتحل الفلزات المتقدمة على الهيدرجين في السلسلة محله في الأحماض:
Zn + HCl ZnCl2 + H2

عناصر المجموعة الأولى A (1) (الفلزات القلوية)
1) مقدمة
· تعتبر من عناصر الفئة s وتقع في الطرف الأيسر من الجدول الدوري.
· تتكون من الليثيوم والصوديوم والبوتاسيوم والروبيديوم والسيزيوم والفرانسيوم ولا توجد في صورها العنصرية إطلاقًا لأنها فلزات المرتبة الأعلى من حيث النشاط الكيميائي.
· يعتبر الملح الصخري من أكبر مصادر الصوديوم، والبوتاسيوم يتواجد في ماء البحر على هيئة KCl وعلى صورة رسوبيات كارنالايت KCl.MgCl2.6H2O، والفرانسيوم لا يتواجد في الطبيعة لأنه عنصر مشع وقترة نصف العمر له قصيرة (21 دقيقة).

2) التوزيع الإلكتروني لذرات عناصر المجموعة الأولى
· يوجد إلكترون في الفلك الكروي (s) في جميع عناصر المجموعة IA (1).

العنصر

الرمز

التوزيع الإلكتروني

ليثيوم

Li

[He] 2s1

صوديوم

Na

[Ne] 3s1

بوتاسيوم

K

[Ar] 4s1

روبيديوم

Rb

[Kr] 5s1

سيزيوم

Cs

[Xe] 6s1

فرانسيوم

Fr

[Rn] 7s1

3) الخواص العامة لعناصر المجموعة IA (1)
(1) الجدول (3-3) ص92.
(2) نشطة كيميائيًا جدًا، حيث تفقد لمعانها بسرعة في الهواء بسبب تكوين أكاسيد وإذا تفاعلت مع الماء تكون الهيدروكسيدات (أقوى القواعد) ويتصاعد الهيدروجين.
(3) عندما تحترق في الهواء يتكون ليثيوم أحادي الأكسيد Li2O ويكون الصوديوم بيروكسيد Na2O2 وتكون العناصر الأخرى سوبر أكسيد من النوع MO2.
(4) تتفاعل كل الفلزات القلوية مع الكبريت لتكون كبريتيدات مثل Na2S.
(5) تتفاعل كل الفلزات القلوية مع الهيدروجين لتكون هيدريدات تحتوي على أيونات الهيدروجين التي تتصاعد عند الأنود في التحليل الكهربي، وعند تفاعل الهيدريدات مع الماء يتصاعد الهيدروجين، ويعتبر هيدريد الليثيوم مصدرًا جيدًا للهيدروجين حيث يعطي هيدروجين أكثر من الموجود في الهيدريد نفسه.
LiH + H2O LiOH + H2

(6) كلما صغر حجم الأيون زادت قدرته على التوصيل الكهربي، وبالرغم من ذلك فإن أيون الليثيوم وهو أصغر أيون لا يوصل أفضل من باقي عناصر المجموعة الأولى، بسبب إماهة الأيونات في المحلول، فأيون الليثيوم Li+ يتميه بغزارة ومن ثم يتحرك ببطء وايون السيزيوم أقل تميهًا وأسرعها تحركًا، فتقريبًا كل أملاح الليثيوم مماهة وتقل نسب الإماهة من الصوديوم إلى البوتاسيوم حتى لا توجد أملاح مماهة للروبيديوم أو السيزيوم.
(7) الأملاح الأكسجينية لفلزات المجموعة الأولى ثابتة جدًا من ناحية تأثير الحرارة بسبب الكهروموجبية العالية أو الطبيعة لهذه الفلزات، حيث تنصهر الكربونات دون أن تتفكك عند حرارة أعلى من 1000س.
(8) عندما يسخن الليثيوم مع الكربون يتكون كربيد الليثيوم وتكون الفلزات الأخرى كربيدات عند تسخينها مع الأستيلين، وعند تحليلها كهربيًا تعطي أسيتيلين لذا تسمى أسيتيليدات.
4) الصويودم (2311Na)
· تحضير الصوديوم:
ليس من السهل استخلاص الفلزات عظيمة النشاط الكيميائي كالصوديوم بوساطة الاختزال الكيميائي لأنها عوامل مختزلة قوية ولها كهروموجبية عالية ولذلك لا تستعمل المحاليل المائية لإحلال فلز مكان آخر، ولا يستعمل التحليل الكهربي للمحلول بسبب تفاعل الفلز مع الماء، لذلك يمكن الحصول عليها بالتحليل الكهربي لمصهور كلوريد الصوديوم، وتستعمل خلية دونز لهذا الغرض.
NaCl Na + Cl2

· الخواص العامة للصوديوم:
(1) إذا استخدم لهب لتسخين الصوديوم في الهواء أو في جو من الأكسجين فإنه يحترق ويكسب لونًا ذهبيًا، ويتكون بيروكسيد الصوديوم.
Na + O2 Na2O2

(2) إذا وضعت قطعة صغيرة من الصوديوم على سطح الماء في إناء كبير فإن قطعة الصوديوم تندفع كالسهم في كل اتجاه وتنصهر متحولة إلى كرة فضية من مصهور الصوديوم، ويتصاعد الهيدروجين مخلفًا وراءه هيدروكسيد الصوديوم.
Na + H2O NaOH + H2 + Heat حرارة

(3) يتأثر الصوديوم باكسجين وبخار ماء الهواء الجوي، لذا يحفظ تحت سطح الكيروسين.
(4) يشتعل الصوديوم الساخن في الكلور مكونًا كلوريد الصوديوم.
(5) يتفاعل مع أكسيد الهواء الجوي ليكون أكسيد الصوديوم، وتتحد الرطوبة الموجودة في الجو مع بعض الأكسيد لتكون الهيدروكسيد، وأخيرًا بعد بعض الوقت يتحد CO2 الموجود في الهواء مع هيدروكسيد الصوديوم ليكون كربونات الصوديوم التي تتبلور على هيئة بلورات شفافة يحتوي كل جزء من جزيئاتها على عشرة جزيئات ماء Na2CO3.10H2O وتسمى "صودا الغسيل"، وإذا تعرضت للهواء تتخلص من تسعة جزيئات وتتحول إلى Na2CO3. H2O:
Na + O2 Na2O
Na2O + H2O NaOH
NaOH + CO2 Na2CO3 + H2

(6) شديد التفاعل مع الأحماض، حيث يحل محل هيدروجين الحمض، لذلك يجب عدم محاولة إجراء هذا التفاعل.
Na + HCl NaCl + H2

· بعض مركبات الصوديوم:
1- الصودا الكاوية (هيدروكسيد الصوديوم NaOH)
– تحضير الصودا الكاوية:
(1) بتفاعله الصوديوم مع الماء.
Na + H2O NaOH + H2 + Heat حرارة

(2) باستخدام خلية:
يختزل أيون الصوديوم عند الكاثود ويذوب الفلز في الزئبق مكونًا ما يسمى بمملغم الصوديوم، ثم يدفع مملغم الصوديوم عن طريق مضخة إلى إناء منفصل ليتفاعل الصوديوم مع الماء على سطح الزئبق فيتصاعد الهيدروجين ويتبقى محلول نقي من NaOH.
Na (in Hg) + H2O Na+ + OH- + H2

– خواص الصودا الكاوية:
(1) تذوب في الماء، ويتكون محلول هيدروكسيد الصدويوم قلوي التأثير، ويصاحبه ارتفاع في درجة الحرارة.
(2) تتفاعل بعد تمييعها في الماء مع ثاني أكسيد الكربون الموجود في الجو، مكونة قشرة من كربونات الصوديوم التي يمكن تعرفها بتفاعلها مع حمض الهيدروكلوريك وتصاعد CO2.
(3) تتفاعل مع بعض الفلزات مثل الألمنيوم والخارصين (الفلزات ذات الأكاسيد المترددة)، أي تتفاعل أكاسيدها مع الأحماض كأنها قواعد ويتكون ملح وماء، وتتفاعل مع القلويات كأنها أحماض ويتصاعد الهيدروجين.
NaOH + Zn Na2ZnO2 (خارصينات صوديوم) +H2
NaOH + Al + H2O Na2AlO2 (ألومينات صوديوم) + H2

(4) تتفاعل مع أكاسيد الفلزات المترددة مكونةص ملحصا وماء.
NaOH + Al2O3 NaAlO2 + H2O

(5) تتفاعل مع أكاسيد اللافلزات مكونةص املاح وماءً وتتفاعل كذلك مع المواد الزجاجية والفخاريةى ببطء مكونة سليكات الصوديوم لذا لا توضع الصودا الكاوية في آنية زجاجية بل تحفظ في آنية من الحديد أو النيكل لأنها لا تتفاعل معهما.
NaOH + SiO2 Na2SiO3 + H2O

(6) عند إضافة محلول هيدروكسيد الصوديوم إلى محاليل الفلزات يتكون هيدروكسيد الفلز، بعض هيدروكسيدات الفلزات تذوب في كثرة من الصودا الكاوية مثل هيدروكسيد الألمنيوم.
CuSO4 + NaOH Na2SO4 + Cu(OH)2 راسب أزرق
FeSO4 + NaOH Na2SO4 + Fe(OH)2 راسب مخضر
FeCl3 + NaOH NaCl + Fe(OH)3 راسب بني محمر
Al2(SO4)3 + NaOH Na2SO4 + Al(OH)3

راسب أبيض جيلاتيني يذوب في زيادة من الصودا الكاوية

Al (OH)3 + NaOH NaAlO2 + H2O ألومينات صوديوم ذائبة

2- كربونات الصوديوم Na2CO3
– أهم استخداماتها:
(1) يضاف كربونات الصوديوم والكالسيوم إلى ثاني أكسيد السيليكون في الأفران مع مواد أخرى لينتج خليط السيليكات الذي يكون الزجاج.
Na2CO3 + SiO2 Na2SiO3 + CO2
CaCO3 + SiO2 CaSiO3 + CO2

(2) تصنيع الزجاج المائي الذي يستخدم في حفظ البيض والوقاية من الحريق وإنتاج الإسمنت، وذلك بصهر كربونات الصوديوم مع السيليكا لينتج سيليكات الصوديوم التي تظهر على هيئة مادة صلبة زجاجية وغليها مع الماء وتبخيرها لينتج الزجاج المائي.
(3) يستخدم لإزالة عسر الماء في المنازل، حيث إن أيون الكالسيوم Ca2+الذي يعتبر سبب عسر لماء يمكن ترسيبه على هيئة كربونات كالسيوم Ca2+CO32- بإضافة كربونات الصوديوم.
(4) يستخدم في صناعة البوراكس والعديد من مساحيق الصابون الجاف.
(5) يستخدم في تفاعلات التعادل فيعمل كما لو كان قلويًا.
Na2CO3 + HCl NaCl + H2O + CO2

– تحضير كربونات الصوديوم في المختبر:
يمرر CO2 (خاليًا من HCl) في محلول متوسط التركيز من هيدروكسيد الصوديوم لبعض الوقت إلى أن تظهر مؤخرًا مادة بيضاء صلبة (كربونات الصوديوم الهيدروجينية) في قاع أنبوبة الغليان، ترشح هذه المادة الصلبة وتغسل بالماء البارد ثم تنقل إلى وعاء وتسخن فتتكون كربونات الصوديوم.

الخاتمة :
إن ما توصلنا إليه يعتبر أهم المواضيع التي قد يتناولها الإنسان في الحديث عن الفلزات ولذلك فإن هذه المواضيع إذا لم يعرفها الشخص فإنه لن يستطيع أن يفسر بقية المواضيع.
إن الفلزات ليست مجرد عناصر يستخدمها العلماء في مختبراتهم بل هي جزء من حياتنا العلمية والعملية وقد يلجأ الإنسان إليها ويتعامل معها مع أنه لا يعلم أنها من الفلزات أو غيرها.

المراجع :
1- اساسيات الالعناصر الكيمياء : أحوال وجودها */ تأليف أحمد مدحت اسلام.