الفلزات القلوية | عناصر الفصيلة الأولى
- خصائص ومواصفات العناصر القلوية
- وجود العناصر القلوية في القشرة الأرضية
- تشكيل الفلزات القلوية للأكاسيد
- تشكيل المركبات القلوية
- تشكيل الهدريدات الملحية
- التفاعل مع اللامعادن
تدعى هذه الفصيلة بعناصر المجموعة S حيث تمتلك الكترون واحد في طبقتها الخارجية وتشمل هذه الفصيلة العناصر التالية :
الليثيوم Li الصوديوم Na البوتاسيوم K الروبيديوم Rb السيزيوم Cs وأخيراً العنصر المشع الفرانسيوم Fr
خصائص ومواصفات الفلزات القلوية
إن التشابه في البنية الالكترونية السطحية لعناصر هذه الفصيلة يؤدي إلى سلوك كيميائي متشابه حيث تمتاز هذه العناصر بأنها.
- طرية نوعاً ما
- أحادية التكافؤ
- ذات فعالية كيميائية عالية جداً
- تعطي مركبات شاردية منحلة في الماء عديمة اللون
- يسهل فيها نزع الإلكترون الخارجي مما يجعل كمونات تشردها قليلة الإرتفاع حيث تتناقص بازدياد حجم الذرة
- تصدر هذه العناصر الإلكترونات عند تعرضها للضوء وهذا ما يجعل السيزيوم والبوتاسيوم مستخدمين في صناعة الخلايا الكهربائية
- درجات إنصهارها وغليانها ضعيفة جداً حيث تتناقص عندما تزداد أبعاد الذرة
باستثناء الليثيوم حيث يتميز بدرجة إنصهار مختلفة عن باقي عناصر هذه المجموعة ويعود السبب في ذلك إلى صغر حجم الذرة وشدة إرتباط الالكترون السطحي بالنواة.
وجود العناصر القلوية في القشرة الأرضية
- يحتل الصوديوم والبوتاسيوم المرتبة السادسة و السابعة على التوالي من حيث وفرتهما في القشرة الأرضية بالمقارنة مع عناصر الجدول الدوري .
- يعد كلوريد الصوديوم NaCl المنبع الرئيسي لاستخراج الصوديوم ومعظم مركباته .
- أما البوتاسيوم فيعتمد بالدرجة الأولى على الكارناليت KMgCl3.6H2O وهو الملح المضاعف.
- أما باقي عناصر هذه الفصيلة فتنتشر بنسب ضئيلة جداً.
الخواص الكيميائية للفلزات القلوية
1- تشكيل المعادن القلوية للأكاسيد
- تعد عناصر الفصيلة الأولى من الناحية الكيميائية فعالة جداً فهي تتأكسد بسرعة لدى تعرضها للهواء مُشكلةً الأكاسيد أو النتريت كما في حالة الليثيوم لذا ينصح دائماً الإحتفاظ بها بمعزل عن الهواء لمنعها من الأكسدة و الأحتراق
- حيث أن الروبيديوم Rb والسيزيوم Cs يشتعلان تلقائياً لدى تعريضهما للهواء وفي درجات الحرارة العادية .
- لايتشكل الأكسيد البسيط M2O ( حيث M عبار عن المعدن القلوي) نتيجة إحتراق هذه العناصر بالهواء ( باستثناء عنصر الليثيوم حيث يتشكل Li2O) وإنما تتشكل فوق الأكاسيد مثل Na2O2 أو الأكاسيد العليا مثل KO2 و CsO2
- لايمكن الحصول على فوق أكسيد الليثيوم بسهولة إلا بترسيبه في محلول كحولي لهيدروكسيد الليثيوم بوجود الماء الاكسجيني وفق التفاعل التالي:
→ 2LiOH+2H2O2+H2O
Li2O2,H2O2,3H2O راسب
- يمكن تفسير عدم قدرة الليثيوم على تشكيل فوق الاكاسيد بالطريقة المباشرة إلى صغر الشرجبة Li+ والتي تخلق حولها حقلاً كهربائياً قوياً يكفي لمنع إنتقال الغيمة الالكترونية من شاردة الاكسيد إلى ذرة أكسجين أخرى .
- تحضر عادةً الأكاسيد البسيطة بطريقة غير مباشرة وهي إما بإرجاع فوق الأكاسيد
- أو إرجاع ( إختزال) النترات أو النتريت بالمعدن القلوي ذاته وذلك في الدرجات العالية من الحرارة وبمعزل عن الهواء
- وذلك وفق التفاعل التالي :
وحيثُ أن M ترمز للمعدن القلوي
MNO3 + 5M → 3M2O
MNO2 + 3M → 2M2O+1/2N2
- تُعد الأكاسيد البسيطة أجساماً صلبة عديمة اللون في الدرجات العادية من الحرارة .
2- تشكيل المركبات القلوية
- تنحل الأكاسيد البسيطة وكذلك فوق الأكاسيد والأكاسيد العليا في الماء وتعطي محلولاً يتمتع بصفات قلوية قوية جداً .
- تستطيع الفلزات القلوية أن تفكك الماء معطية الهيدروكسيد وينطلق الهيدروجين وذلك وفق التفاعل التالي :
M + H2O → MOH+1/2H2
حيث أفترضنا M هو المعدن القلوي .
- تتدرج شدة التفاعل بدءاً من عنصر الليثيوم Li وحتى السيزيوم Cs.
- وهكذا فإن الليثيوم يتفاعل بهدوء ليغدو التفاعل عنيفاً في حالة البوتاسيوم.
- أما السيزيوم فإنه يحترق لدى تماسه مع الماء .
- تُعد هيدروكسيدات المعادن القلوية من القلويات القوية والمنحلة جيداً في الماء باستثناء هيدروكسيد الليثيوم LiOH .
- فيلاحظ أن انحلاليته في الدرجة C°10 ضعيفة بالمقارنة مع NaOH الذي تبلغ انحلاليته 12 جزيئ في الليتر في حين انحلالية LiOH تبلغ 4 جزيئات في الليتر.
- كما أن LiOH أقل ثباتاً من الناحية الحرارية بالمقارنة مع الهيدروكسيدات الأخرى وهو يتفكك في حالته الصلبة
2LiOH → Li2OH+H2O
( طبعاً هذا التفاعل عكوس والمواد الداخلة والناتجة تكون في حالة صلبة باستثناء الماء يكون في حالة غازية )
في حين أن الهيدروكسيدات الأخرى يمكن أن تنصهر دون تفكك .
3- تشكيل الهدريدات الملحية :
- تشكل الفلزات القلوية مع الهيدروجين ما يدعى بالهدريدات الملحية الشاردية حيث تستطيع هذه الهدريدات تحرير الهيدروجين إما بفعل التحليل الكهربائي أو بتأثير الماء عليها.
- يُعد هدريد الليثيوم منبعاً نافعاً للحصول على الهيدروجين بسبب كتلته الجزيئية الصغيرة وكمية الهيدروجين المتحرر والأكثر وفرة من الهدريد نفسه
- بالإضافة إلى كونه شديد الثبات
LiH+H2O → LiOH+H2
- إن لهدريد الألومنيوم والليثيوم المضاعف أهمية كبيرة في الكيمياء العضوية حيث يحضر هذا الهدريد وفق التفاعل التالي في محلول إيتري
4LiH+AlCl3 → Li[AlH4] +3LiCl
تدخل المعادن القلوية بتفاعلات استبدال مع ذرات الهيدروجين في مركب النشادر لتكوين أميد المعدن
4- التفاعل مع اللامعادن :
- تتفاعل الفلزات القلوية مع اللامعادن بسهولة كبيرة، إذ يكون تفاعل كل من البوتاسيوم والروبيديوم والسيزيوم مع البروم السائل تفاعلاً عنيفاً، في حين أن هذا التفاعل يكون سطحياً مع الصوديوم و الليثيوم في الدرجات العادية من الحرارة.
- تحترق المعادن القلوية في جو من الكلور الرطب.
- يتم تفاعل العناصر القلوية مع الكبريت بانفجار شديد لتشكيل كبريت المعدن الموافق.
- الآزوت والكربون لا يتفاعلان مباشرةً إلا مع الليثيوم حيث يتشكل وفق هذا التفاعل في درجة الحرارة العادية كل من نتريد الليثيوم Li3N وكربيد الليثيوم Li2C2 .
- تتفاعل الحموض مع المعادن القلوية بعنف شديد مطلقةً الهيدروجين بالإضافة لتكوين الملح الموافق للمعدن القلوي .
- تستعمل العناصر القلوية على نطاق واسع في العديد من الخلائط المعدنية فيكسبها الليثيوم قساوة وقدرة على المقاومة، ولكن بالمقابل يجعلها سهلة الكسر.
- كما يستعمل الليثيوم مع الألومنيوم والزنك والمغنزيوم بنسبة تتراوح بين 0.05%. و 10%. تستعمل الخلائط الثلاثية المؤلفة من الومنيوم وسيزيوم مع الباريوم أو السترونسيوم في صناعة الخلايا الكهرضوئية. ويستخدم الصوديوم السائل أو خليطة الصوديوم مع البوتاسيوم في نقل الحرارة وتفريغها من قلب بعض المفاعلات النووية.