[عاطف خليفة]

العناصر المثالية
عناصر الفئة ( S )

أولاً : عناصر الفئة (S)

1- عناصر المجموعة 1A - الأقلاء
2- تسمي الاقلاء لأنها تذوب في الماء مكونه قلويات قوية
تشمل الليثيوم Li - الصوديوم Na - البوتاسيوم K - الروبيديوم Rb السيزيوم Cs - الفرانسيوم F

3- أهم خاماتها الكلوريدات NaCl - KCl
وينتج الفرانسيوم من انحلال الاكتنيوم

+

42He

4- خواصها :
أ) التوزيع الإلكتروني جميعها تنتهي بـ ns1

Li3 = [He2 ], 2s1 Na11= {Ne10}, 3s1
K19 = [Ar18] , 4s1 Rb37 = {Kr36} ,5s1

Fr87 = {Rn86}, 7s1

Cs55= [Xe54],6s1

ب) وجود إلكترون مفرد في مستوي الطاقة الأخير.

- يقع كل عنصر في بدء دورة جديدة
- عدد تأكسد كل منها +1
- تتميز بنشاطها الكبير لسهولة فقد الإلكترون الأخير
- جهد التأين الأول صغير والثاني كبير ،إذ يتسبب في كسر مستوي طاقة مكتمل
- معظم مركباتها أيونية وتتوقف خواص أملاحها على الأيون السالب
- عوامل مختزلة قوية
- أكثر الفلزات ليونة وأقل في درجات الغليان والانصهار

جـ) كبر حجم الذرة

- لها سالبية كهربية صغيرة ولذلك فهي عناصر كهروموجبة
- صغر الميل الإلكتروني وجهد التأين
- يستخدم السيزيوم والبوتاسيوم في الخلايا الكهروضوئية
والسبب : نصف قطر الذرة كبير - جهد التأين صغير لذلك عند تعرضها للضوء تتحرر إلكترونات التكافؤ مكونه تياراً كهربياً
- عند إثارة إلكتروناتها تعطي ألواناً مميزة (كشف اللهب)
لون اللهب في حالة الليثوم قرمزي.
في حالة الصوديوم أصفر ذهبي .
في حالة البوتاسيوم بنفسجي فاتح .
في حالة السيزيوم أزرق بنفسجي .
-تحفظ بعيداً عن الهواء والرطوبة بسبب نشاطها لذلك تحفظ تحت الكيروسين

تفاعلاتها الكيميائية :

أثر الهواء الجوي : يتفاعل الليثوم فقط مع النتروجين

2Li3N

6Li + N2
3LiOH + NH3 Li3N + 3H2O

مع الماء . تتفاعل بشدة ويتصاعد الهيدروجين وحرارة تكفي لاشتعال الهيدروجين لذلك لا يستخدم الماء في إطفاء حرائق الصوديوم
2NaOH + H2 2Na +2H2O

مع الأكسجين : تعطي أنواعاً ثلاثة من الأكاسيد عند احتراقها

4Li + O22Li2O

أكسيد ليثيوم

2Na + O2 Na2O2

فوق أكسيد الصوديوم

K + O2 KO2

سوبر أكسيد البوتاسيوم
فوق الأكاسيد والسوبر أكسيد عوامل مؤكسدة قوية .
الأكاسيد تتفاعل مع الماء أو الأحماض

Li2O + H2O 2LiOH
Na2O2 + 2H2O 2NaOH + H2O2
2KO2 + 2H2O 2KOH + H2O2 + O2
Na2O2 + 2HCl2NaCl + H2O2

يتفاعل السوبر أكسيد مع ثاني أكسيد الكربون

4KO2+ 2CO2

2K2CO3 + 3O2

لذلك يستخدم سوبر أكسيد البوتاسيوم في الأماكن المغلقة مثل الغواصات والطائرات التي تحلق على ارتفاعات عالية

-تحضير الأكاسيد :

يذاب الفلز في النوشادر المسال - ثم تضاف كمية الأكسجين المطلوبة والأكاسيد قواعد قوية، تذوب في الماء مكونة قلوياً قوياً

4-مع الأحماض .

2NaCl + H2

2Na + 2HCl

5- مع الهيدروجين ،تكون الهيدريدات:

2LiH

2Li + H2
2NaH 2Na + H2

الهيدريدات هي مركبات أيونية عدد تأكسد الهيدروجين =-1
الهيدريدات عوامل مختزلة قوية تذوب في الماء وتعطي الهيدروجين


6- مع الهالوجنيات :

2Na + Cl2 2NaCl
2K + Br2 2KBr

8- أثر الحرارة على الأملاح الأكسجينية :

أ) الكربونات لا تحل لثباتها الحراري ماعدا كربونات الليثوم

Li2CO3 Li2O + CO2

ب) النترات

2NaNO3 2NaNO2 +O2

تنحل نترات البوتاسيوم إلي نتريت وأكسجين مع حدوث انفجار شديد؛لذلك تستخدم في صناعة البارود ولا تصلح نترات الصوديوم لأنها تمتص الرطوبة من الجو (متميعة).
استخلاص الفلزات : بسبب نشاطها يستخدم التحليل الكهربي مع إضافة مادة صهارة لمصهور هاليدراتها لخفض درجة الأنصهار (طريقة ديفي )

Na+ + Cl-

NaCl

المجموعة الخامسة ( أ )

عناصر المجموعة هي النيتروجين -الفوسفور - الزرنيخ - الأنتيمون والبزموت

* خواص العناصر :

1- التوزيع الإلكتروني

7

N = [H2e] 2s2 ,2P3

15

P = [Ne10] 3s2 , 3P3

33

AS= [Ar18]4s2 ,3d10, 4P3

51

Sb= [Kr36]5s2, 4d10,5p3

83

Bi = [Xe54] 652, 4f14 , 5d10,6p3

2- الحالة العنصرية :

-النيتروجين - الفوسفور لافلزات
-الزرنيخ - والأنتيمون أشباه فلزات
-البزموت فلز

3-جزئ النتروجين N2
الفوسفور والزرنيخ والأنتيمون في الحالة البخارية Sb4 - As4 - P4 البزموت Bi2

4-أعداد التأكسد تتراوح من -3 إلي +5

5-تفاعلاتها

أ) مع الأكسجين

مع الهيدروجين : تكون النشادر NH3 - الفوسفين PH3
وهي تكون رابطة تناسقية مع البروتون مكونه أيون الامونيوم NH4+ والفوسفونيوم PH4+

* التآصل : في اللافلزات الصلبة

" وجود العنصر في عدة صور تختلف في خواصها الفيزيائية وتتفق في خواصها الكيميائية "
السبب في ظاهرة التآصل اختلاف ترتيب الجزئيات وعددها، وبذلك يختلف الشكل البللوري

* النتروجين N2

تحضيره في المعمل

NaNO2 + NH4ClNaCl + H2O + N2

خواصه :

1- مع الهيدروجين

N2 + 3H22NH3

2- مع الأكسجين

N2+ O22NO
2NO + O22NO2

مع الفلزات

3Mg+ N2Mg3N2

نيتريد ماغنسيوم

مع كربيد الكالسيوم

CaC2 + N2CaCN2 + C

سياناميد الكالسيوم

CaCN2 + 3H2O CaCO3 + 2NH3

ويستخدم سيناميد الكالسيوم كمصدر للنشادر أثناء ري الأراضي الزراعية

* النشادر (الأمونيا) NH3

تحضيرها في المعمل

2NH4Cl + Ca(OH)2 CaCl2 + 2H2O + 2NH3

يستخدم الجير الحي للتجفيف .
يجمع الغاز بإزاحة الهواء لأسفل لأنه أخف من الهواء
يستخدم الجير الحي للتجفيف
أنظر الرسم

تحضير النشادر في الصناعة (طريقة هابر )

* حمض النيتريك

تحضيره في المعمل

2KNO3 + H2SO4K2SO4 + 2HNO3

خواص الحمض :

1- أثر الحرارة، ينحل بالتسخين :

4HNO3 2H2O + 4NO2 + O2

2- عامل مؤكسد :
تتوقف نتيجة تفاعل الفلزات مع الحمض على تركيز الحمض ودرجة الحرارة
ونوع الفلز والشوائب الموجودة في الفلز
مع النحاس

3Cu + 8HNO3 3Cu (NO3)2 + 4H2O +2NO
Cu + 4HNO3 Cu(NO3)2 +2H2O +2NO2

مع الحديد :

2Fe + 8HNO3 2Fe (NO3)3 + 4H2O +2NO

نترات الحديد III

* الخمول الكيميائي :

لا يتفاعل حمض النتريك المركز مع بعض الفلزات مثل الحديد والكروم والألومنيوم لتكون طبقة غير مسامية من الأكسيد تحيط بالفلز وتمنع التفاعل .

* الأهمية الاقتصادية لعناصر المجموعة الخامسة

النيتروجين : يدخل في صناعة النوشادر - الأسمدة - وتحضير حمض النتريك
الفوسفور : يدخل في صناعة الثقاب - مبيد الفئران - القنابل الحارقة - الألعاب النارية - وسبيكة برونز الفوسفور
الانتيمون في المركم الرصاصي وفي الصبغات
البزموت في عمل سبائك منخفضة درجة الانصهار

ملخص الباب الرابع

اولا :عناصر المجموعة( 1A)الأقلاء

1- عناصر الاقلاء تشمل اللثيوم والصوديوم والبوتاسيوم والربيديوم والسيزيوم والفرانسيوم
2- تنتهي عناصر المجموعةب
3- تتميز عناصرها بكبر حجم الذرة- وقلة جهدالتأين.

4- تفقد إلكترونات مكونة أيونات موجبة
5- تحفظ بعيداً عن الهواء والرطوبة(تحت الكيروسين)بسبب نشاطها الكيميائي
6- معادلاتها

6Li + N2 2 Li3N

مع الماء

Li3N +3H2O 3LiOH + NH3
2Na + 2H2O 2NaOH + H2

مع الاكسجين

4Li + O2 2Li2O
2 Na + O2 Na2O2
K + O2 KO2

الاكاسيد مع الماء

Li2O + H2O 2LiOH
Na2O2 + 2H2O 2NaOH + H2O2
2KO2 + 2 H2O 2 KOH + H2O2 + O2

استخدام سوبر أكسيد البوتاسيوم في تنقية هواء الغواصات

4KO2 +2CO2 2K2CO3 + 3O2

مع الأحماض

2Na + 2HCl 2NaCl + H2

مع الهيدروجين

2Na + H2 2 NaH

الهيدريدات عوامل مختزلة

NaH + H2O NaOH + H2

مع الهالوجينات

2Na + Cl2 2 NaCl

مع اللافلزات

2Na + S Na2S

أثر الحرارة علي بعض الأملاح

Li2CO3 Li 2O + CO2
2NaNO3 2NaNO2 + O2

ثانيا: المجموعة الخامسة 5A) )

1- عناصر المجموعة النيتروجين- الفوسفور-الزرنيخ- الأنتيمون والبزموت
2- التوزيع الإلكتروني لعناصر المجموعةتنتهي ب

ns2,np3

3- النيتروجين والفوسفور لافلزات-الزرنيخ والأنتيمون اشباه فلزات - البزموت فلز
4- تتراوح أعداد التأكسد من -3 الي +5

5- تفاعلاتها
أ) مع الاكسجين

2N2 + 3O2 2N2O3

ب) مع الهيدروجين تكون

NH3

،PH3

وهذه المواد تكون رابطة تناسقية مع البروتون،مكونة أيون الأمونيومNH4+ او الفوسفونيوم PH4+
ج) ظاهرة التآصل : هي وجود العنصر الواحد في عدة صور تتفق في خواصها الكيميائية،وتختلف في خواصها الفيزيائية
6- النيتروجين
تحضيره في المعمل:

NaNO2 + NH4Cl NaCl + H2O + N2

خواصة:

N2 + 3H2 2NH3
N2 + O2 2NO
2NO + O2 2NO2
3Mg + N2 Mg3N2
Mg3N2+ 6H2O 3Mg(OH)2 + 2NH3
CaC2 + N2 CaCN2 +C
CaCN2 + 3H2O CaCO3 + 2NH3

7- الأمونياNH3
تحضيرها في المعمل

2NH4Cl + Ca(OH)2 CaCl2 + 2H2O + 2NH3

تحضيرها في الصناعة

N2 + 3 N2 2NH3

يتم التفاعل في وجود الحديدوالمولبيدنيوم ،وتحت ضغط 200 ضغط جوي و500 درجةحرارة مئوية

8- حمض النتريك HNO3

تحضيرة في المعمل

2KNO3 + H2SO4 K2SO4 + 2HNO3

تحضيرة في الصناعة
أ) من الأمونيا

4NH3 + 5O2 6H2O + 4NO
2NO + O2 2NO2
2NO2+ H2O HNO3 + HNO2
3HNO2 HNO3 +H2O + 2NO

ب) طريقة القوس الكهربي (بركلاند\ آيد)

N2 + O2 2NO
2NO + O2 2NO2
2NO2+ H2O HNO3 + HNO2
3HNO2 HNO3 +H2O + 2NO

خواص حمض النيتريك:

أ)أثر الحرارة

4HNO3 2H2O + 4 NO2 + O2

ب) عامل مؤكسد
جـ) مع الفلزات

3Cu + 8HNO3 3Cu(NO3)2 + 4H2O + 2NO
Cu + 4HNO3 Cu(NO3)2 + 2H2O + 2NO2
2Fe + 8HNO3 2Fe(NO3)3 + 4H2O + 2NO

الخمول الكيميائي:

تكون طبقة غير مسامية من الأكسيد تحيط بالفلز وتوقف التفاعل

الأهمية الاقتصادية:

يدخل النتروجين في صناعة الأسمدةوالنوشادر وحمض النيتريك
ويدخل الفوسفور في صناعة الثقاب ومبيد للفئران والقنابل الحارقة والألعاب الناريةوالسبائك
يدخل الأنتيمون في صناعةالمركم الرصاصي والصبغات.
يدخل البزموت في عمل السبائك.