تقع عناصر الزمرتين الأولى والثانية في الطرف الأيسر من الجدول الدوري.
عناصر الزمرة الأولى (IA): الفلزات القلوية
تضم عناصر: ليثيوم (Li)، صوديوم (Na)، بوتاسيوم (K)، روبيديوم (Rb)، سيزيوم (Cs)، فرانسيوم (Fr).
عناصر الزمرة الثانية (IIA): الفلزات الأتربة القلوية
تضم عناصر: بيريليوم (Be)، مغنيسيوم (Mg)، كالسيوم (Ca)، سترونشيوم (Sr)، باريوم (Ba)، راديوم (Ra).
الصفات العامة لعناصر الزمرتين (IA و IIA):
- عناصر هاتين الزمرتين لهما طاقة تأين واطئة وكهروسلبية واطئة.
- الغلاف الخارجي لعناصر الزمرة الأولى يحتوي على إلكترون واحد، ولعناصر الزمرة الثانية يحتوي إلكترونين.
- لا توجد عناصر الزمرتين حرة في الطبيعة لشدة فعاليتها.
علل: لا توجد عناصر الزمرتين الأولى والثانية حرة في الطبيعة؟
ج: وذلك بسبب شدة فعاليتها.
س: ما هو الاختلاف بين عناصر الزمرتين الأولى والثانية؟ مع ذكر السبب.
ج: تكون عناصر الزمرة الثانية أقل فلزية وأعلى طاقة تأين من عناصر الزمرة الأولى بسبب نقصان الحجم الذري لها.
أهم الخواص الفيزيائية لعناصر الزمرتين الأولى والثانية:
- تتناقص درجات الانصهار والغليان لهما مع تزايد الأعداد الذرية.
- مركبات هذه الفلزات مثل الكلوريدات (NaCl و KCl) تلون لهب مصباح بنزن بألوان مميزة لكل فلز (ليثيوم: قرمزي، صوديوم: أصفر براق، كالسيوم: أحمر طابوقي، سترونشيوم: قرمزي، باريوم: أخضر مصفر).
- كثافة العناصر غير منتظمة الزيادة أو النقصان مع تزايد العدد الذري، علما أن كثافة العناصر الأولى أقل من كثافة الماء وهي (Li, Na, K) بدرجة حرارة 25°C.
بعض الخواص الكيميائية لعناصر الزمرتين:
- الغلاف الخارجي لعناصر الزمرة الأولى يحتوي على إلكترون واحد إذا فقدته تتحول إلى أيون موجب الشحنة (+M)، ولعناصر الزمرة الثانية يحتوي على إلكترونين إذا فقدته تتحول إلى أيون موجب الشحنة (M²⁺).
- تتحد عناصر الزمرتين مع اللافلزات وتعطي أملاح مستقرة كثيرة الذوبان في الماء ماعدا الليثيوم الذي يكون أقل ذوبانية وذلك بسبب صغر حجمه وقوة الجذب الكبيرة للنواة على إلكتروناته.
- تسلك هذه العناصر سلوك عوامل مختزلة قوية لسهولة تأكسدها لأنها تميل إلى فقدان إلكترونات التكافؤ الخارجية بسهولة.
- سميت عناصر الزمرة الأولى بالفلزات القلوية لأن محاليلها عالية القاعدية، كما سميت عناصر الزمرة الثانية بفلزات الأتربة القلوية لأن بعض أكاسيدها عرفت بالأتربة القلوية.
تعليلات على الخواص الكيميائية:
علل 1: تتحد عناصر الزمرتين الأولى والثانية مع اللافلزات لتعطي أملاح مستقرة كثيرة الذوبانية ما عدا الليثيوم يعطي أملاح أقل ذوبانية؟ أو (أملاح الليثيوم قليلة الذوبانية)؟
ج: وذلك بسبب صغر حجمه وقوة الجذب الكبيرة للنواة على إلكتروناته.
علل 2: تسلك عناصر الزمرتين الأولى والثانية سلوك عوامل مختزلة قوية؟
ج: وذلك بسبب سهولة تأكسدها لأنها تميل إلى فقدان إلكترونات التكافؤ بسهولة.
علل 3: سميت عناصر الزمرة الأولى بالفلزات القلوية؟
ج: لأن محاليلها عالية القاعدية.
علل 4: سميت عناصر الزمرة الثانية بفلزات الأتربة القلوية؟
ج: لأن بعض أكاسيدها عرفت بالأتربة القلوية.
عنصر الصوديوم (Na)
الرمز الكيميائي: Na
العدد الذري: 11
عدد الكتلة: 23
[شكل توضيحي لذرة الصوديوم]
وجوده:
لا يوجد الصوديوم حراً في الطبيعة لشدة فعاليته، بل يوجد متحداً مع غيره من العناصر مكوناً مركبات ثابتة منها كلوريد الصوديوم وكبريتات الصوديوم وسليكات الصوديوم. يحفظ في سوائل لا يتفاعل معها مثل البنزين النقي والكيروسين (النفط الأبيض) لكونه يشتعل عند تعرضه للهواء.
علل: لا يوجد الصوديوم حراً في الطبيعة؟
ج: لشدة فعاليته.
خواص الصوديوم الفيزيائية:
- فلز لين له بريق فضي إذا قطع حديثاً.
- كثافته أقل من كثافة الماء.
- ينصهر بدرجة 97.81°C.
- يغلي بدرجة 882.9°C.
الخواص الكيميائية للصوديوم:
- يتحد مباشرة مع أكسجين الهواء الجوي وعند تعريض قطعة من الصوديوم للهواء الرطب يزول بريقها وتكتسي بطبقة بيضاء.
- يتحد الصوديوم مع غاز الكلور مباشرة ويشتعل إذا سخن معه:
2Na + Cl₂ → 2NaCl - يتفاعل الصوديوم بشدة مع الماء مكوناً هيدروكسيد الصوديوم ومحرراً غاز الهيدروجين:
2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂↑ - يتفاعل الصوديوم بشدة مع الحوامض المخففة مكوناً ملح الحامض ومحرراً غاز الهيدروجين:
2Na + 2HCl → 2NaCl + H₂↑ - يتفاعل الصوديوم مع كثير من الأكاسيد والكلوريدات كما في المعادلتين الآتيتين:
2Na + MgO → Na₂O + Mg
3Na + AlCl₃ → 3NaCl + Al
ملاحظة: السهم للأعلى (↑) يدل على أن المادة الموجودة غاز.
علل: اختفاء لمعان قطعة الصوديوم المقطوعة حديثاً بعد فترة؟
ج: لأنه يتحد مباشرة مع أكسجين الهواء الجوي.
استعمالات الصوديوم:
- يستعمل كعامل مختزل قوي في بعض التفاعلات العضوية لشدة وسرعة تأكسده.
- يستعمل في إنتاج سيانيد الصوديوم لتنقية الذهب.
- يستعمل في عمليات التعدين للتخلص من أكسجين الهواء المتحد مع الفلزات أو الذائب في منصهراتها.
علل: يستعمل الصوديوم كعامل مختزل قوي؟
ج: لشدة وسرعة تأكسده.
علل: يستعمل الصوديوم في عمليات التعدين؟
ج: للتخلص من أكسجين الهواء المتحد مع الفلزات أو الذائب في منصهراتها.
الكشف عن أيون الصوديوم في مركباته:
نستعمل كشف اللهب (الكشف الجاف) لعناصر الزمرة الأولى حيث يلون الصوديوم باللهب باللون الأصفر.
بعض مركبات الصوديوم:
أولاً: كلوريد الصوديوم (NaCl):
هو ملح الطعام النقي وهو من أكثر مركبات الصوديوم انتشاراً في الطبيعة، ويوجد بأشكال مختلفة:
- بشكل صخور ملحية.
- بشكل ترسبات ملحية تحت سطح الأرض.
- يوجد بكميات هائلة في مياه البحار والبحيرات والينابيع.
استخراج كلوريد الصوديوم:
- إذا وجد بشكل ترسبات ملحية تحت سطح الأرض: يستخرج بحفر آبار يضخ إليها الماء ليتكون محلول ملحي يسحب بواسطة ماصات إلى سطح الأرض ثم يبخر الماء فتتخلف بلورات الملح ثم ينقى.
- إذا وجد في مياه البحار بنسبة عالية: يستخرج عن طريق ضخ هذه المياه إلى أحواض واسعة ضحلة ثم يبخر الماء بحرارة الشمس وتتخلف بلورات الملح وبعد ذلك ينقى من الشوائب بطرق مختلفة.
استعمالات كلوريد الصوديوم:
- المادة الرئيسية في تحضير العديد من مركبات الصوديوم مثل كربونات الصوديوم (صودا الغسيل) التي تستخدم في صناعة الورق والزجاج وفي صناعة خميرة الخبز.
- يستعمل في تحضير هيدروكسيد الصوديوم المستعمل في صناعة الصابون والورق وتصفية النفط.
- يستعمل في تحضير غاز الكلور المهم صناعياً.
- يستفاد منه في حفظ المواد الغذائية مثل اللحوم والأسماك لأن محلوله المركز يقتل البكتيريا المسببة لتعفنها.
- يستعمل في دباغة الجلود وعمليات صناعة الثلج للتبريد وتثبيت الأصباغ.
علل: يستفاد من كلوريد الصوديوم في حفظ المواد الغذائية مثل اللحوم والأسماك؟
ج: لأن محلوله المركز يقتل البكتيريا المسببة لتعفنها.
خواص كلوريد الصوديوم (ظاهرة التميؤ):
- الملح العادي (غير النقي): يترطب ويمتص الرطوبة من الجو بسبب احتوائه على شوائب (مثل كلوريد الكالسيوم أو المغنيسيوم) وهي مواد متميئة.
- الملح النقي: لا يتميأ لعدم احتوائه على شوائب.
التميؤ: هي ظاهرة امتصاص الرطوبة من الجو والتحول إلى مادة مبتلة مثل ملح كلوريد الصوديوم العادي.
س: ما الفرق بين الملح النقي (كلوريد الصوديوم) والملح الاعتيادي (غير النقي)؟
| NaCl النقي | NaCl غير النقي |
|---|---|
| لا يتميأ (لا يمتص الرطوبة) | يتميأ (يمتص الرطوبة) |
| لا يحتوي على شوائب | يحتوي على شوائب (كلوريد الكالسيوم/المغنيسيوم) |
س: سبب حدوث التميؤ؟
ج: بسبب احتواء المادة على شوائب مثل كلوريد الكالسيوم أو كلوريد المغنيسيوم أو كليهما.
علل: ملح كلوريد الصوديوم العادي مادة متميئة؟
ج: بسبب احتوائه على الشوائب.
ثانياً: هيدروكسيد الصوديوم (NaOH):
مادة صلبة تتميأ عند تعرضها للهواء الرطب. تتفاعل الطبقة المتميئة مع ثاني أكسيد الكربون (CO₂) مكونة طبقة من كربونات الصوديوم (Na₂CO₃) لا تذوب في محلول NaOH المركز، فتشكل قشرة جافة.
CO₂ + 2NaOH (متميئة) → Na₂CO₃ + H₂O
استعمالات هيدروكسيد الصوديوم:
- قاعدة كثيرة الذوبان في الماء تستعمل في صناعة الصابون والمنظفات والأنسجة والورق.
- مادة أولية في تحضير العديد من المركبات المستعملة في الصناعة.
عنصر الكالسيوم (Ca)
الرمز الكيميائي: Ca
العدد الذري: 20
عدد الكتلة: 40
وجوده:
لا يوجد حراً في الطبيعة لشدة فعاليته. يوجد متحداً على شكل:
- كربونات: المرمر، حجر الكلس.
- كبريتات: الجبس.
- فوسفات: فوسفات الكالسيوم.
- سليكات.
يدخل في تركيب بعض أنواع الأغذية مثل الحليب والأسماك.
استخلاصه:
يستخلص بالتحليل الكهربائي لمنصهر كلوريد وفلوريد الكالسيوم.
مركبات الكالسيوم:
أولاً: هيدروكسيد الكالسيوم Ca(OH)₂ (الجير المطفأ أو ماء الكلس الصافي):
يحضر بإضافة الماء إلى أكسيد الكالسيوم CaO (النورة أو الجير الحي) في عملية إطفاء الجير.
CaO + H₂O → Ca(OH)₂
عند إمرار غاز CO₂ على محلول هيدروكسيد الكالسيوم (ماء الكلس الصافي)، يتعكر المحلول لتكون راسب أبيض من كربونات الكالسيوم.
Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃↓ + H₂O
ثانياً: كبريتات الكالسيوم:
- الجبس الاعتيادي (CaSO₄·2H₂O): يحتوي جزيئتين ماء تبلور.
- جبس باريس (CaSO₄)₂·H₂O): ينتج من تسخين الجبس الاعتيادي وفقدانه جزءاً من ماء التبلور. يتصلب عند التقاطه الماء.
الفرق بين الجبس الاعتيادي وجبس باريس:
| الجبس الاعتيادي | جبس باريس |
|---|---|
| CaSO₄·2H₂O | (CaSO₄)₂·H₂O |
| يحتوي جزيئتين ماء | يحتوي جزيئة ماء لكل جزيئتين CaSO₄ |
| يفقد ماء بالتسخين | يلتقط ماء ليتصلب |
| يستعمل في البناء | يستعمل في التجبير وصنع التماثيل والبناء |
2(CaSO₄·2H₂O) ⇌ (CaSO₄)₂·H₂O + 3H₂O (تسخين وفقدان ماء / إضافة ماء وتصلب)
شاهد فيديو الشرح للأستاذة زينب عبد الكاظم من قناة الباحث العلمي
هذا الفيديو تكملة الفصل الثاني
شكرا لكم لاتنسونا الدعاء