Back to chapter

8.6:

المعادن القلوية

JoVE Core
Chemistry
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Chemistry
Alkali Metals

Languages

Share

الفلزات القلوية هي عناصر المجموعة 1،بما في ذلك الليثيوم،الصوديوم،البوتاسيوم،الروبيديوم،السيزيوم،وفرانسيوم. الفرانسيوم مشع وليس له نظائر مستقرة. جميع المعادن القلوية ناعمة بشكل غير عادي وتتشارك مع المعادن في الخواص،مثل قابلية توصيل الكهرباء والحرارة العالية.بالتحرك أسفل المجموعة فإنّالكتلة والكثافة ونصف القطر الذري تزداد،بينما نقاط الانصهار وطاقات التأين تنخفض. التكوين الإلكتروني لهذه العناصر يتضمن أن غلاف التكافؤ يحتوي على إلكترون واحد فقط. طاقات التأين المنخفضة تشير على أن المعادن القلوية تفقد الإلكترونات بسهولة لتصبح كاتيونات بتكوين غاز نبيل.وهذا يفسر أيضًا سبب كون الفلزات القلوية عوامل اختزال ممتازة،مع كون الليثيوم أقلها تفاعلاًوالسيزيوم أكثرها. تتفاعل المعادن القلوية بقوة مع اللافلزات،مثل الهالوجينات لتشكيل الأملاح. تفاعل فلز الصوديوم مع غاز الكلور طارد للحرارة بدرجة عالية ويطلق شرارات وحرارة.تزداد شدة التفاعل بإتجاه أسفل المجموعة،حيث طاقات تأين المعادن القلوية تنخفض. تتفاعل المعادن القلوية بشدة مع الماء لتوليد غاز الهيدروجين ومحلول هيدروكسيد فلزي قلوي مثل هيدروكسيد البوتاسيوم،وهي قاعدة تستخدم غالبًا في صناعة الصابون. يصبح رد الفعل أكثر عنفًا للمعادن القلوية الأكثر ثقلاًنظرا لطاقات التأين المنخفضة الخاصة بهم.الحرارة الناتجة أثناء التفاعل،قد تشعل غاز الهيدروجين المتحرر،مما يؤدي الى اضرام النار أو الانفجار. يمكن أن تتفاعل المعادن القلوية أيضًا مع الهيدروجين لتشكيل هيدرات الفلزات القلوية،وغالبًا ما تستخدم كقواعد قوية. في هذا التفاعل،تكتسب ذرة الهيدروجين إلكترونًا وهو موجود مثل أيون الهيدريد.بسبب قابليتها العالية للتفاعل،فإنّالمعادن القلوية تتأكسد بسهولة عند التعرض للهواء،وبالتالي يتم تخزينها في زيوت معدنية. عندما توضع الأملاح المعدنية القلوية في اللهب تختزل إلى ذراتها المعدنية الغازية،تنبعث منها ألوان مميزة. تثير الحرارة إلكترون التكافؤ إلى مستوى طاقة أعلى.عندما تعود الإلكترونات المثارة إلى الحالة الأساسية،تنبعث الطاقة في شكل إشعاع في المنطقة المرئية. طيف الانبعاث لكل عنصر فريد من نوعه ويستخدم لتحديد العنصر نوعيًا.

8.6:

المعادن القلوية

عناصر المجموعة 1 عبارة عن مواد صلبة معدنية ناعمة ولامعة. فهي مرنة وقابلة للطرق وجيدة التوصيل للحرارة والكهرباء. تكون نقاط انصهار المعادن القلوية منخفضة بشكل غير عادي بالنسبة للمعادن وتقل عند النزول في المجموعة الدورية. تنخفض الكثافة أيضاً في نفس الاتجاه ، باستثناء البوتاسيوم (الجدول 1).

الجدول 1: خصائص الفلزات القلوية

العنصر تكوين الإلكترون نصف القطر الذري (pm) IE 1 (كيلوجول/مول) درجة الانصهار (&deg؛C) الكثافة عند 25 درجة مئوية (غ/سم 3 )
Li [He] 2 s 1 152 520 181 0.53
Na [Ne] 3 s 1 186 496 98 0.97
K [Ar] 4 s 1 227 420 64 0.86
Rb [Kr] 5 s 1 248 400 39 1.53
Cs [Xe] 6 s 1 265 380 29 1.93

عند النزول في المجموعة الدورية، يزيد العدد الكمي الأساسي n بمقدار واحد لكل عنصر. وهكذا، تبتعد الإلكترونات الخارجية عن النواة، ويزداد نصف القطر الذري من الليثيوم إلى السيزيوم.

يوضح تكوين الإلكترون لهذه العناصر أن غلاف التكافؤ يحتوي على إلكترون واحد فقط (الجدول 1). ينتج عن فقدان هذا الإلكترون كاتيون بتكوين الغاز النبيل. وبالتالي، فإن المعادن القلوية لديها ميل كبير للتخلي عن هذا الإلكترون ولها طاقات تأين أوليّة منخفضة، وهي تقل بالنزول في المجموعة الدورية. قدرتها على فقدان الإلكترون بسهولة تجعلها عوامل اختزال عالية التفاعل وممتازة.

تتفاعل المعادن القلوية بقوة مع اللامعادن، مثل الهالوجينات. تفاعل الصوديوم والكلور لإنتاج كلوريد الصوديوم طارد للحرارة. تتفاعل المعادن القلوية أيضاً بعنف مع الماء، وينتج غاز الهيدروجين وهيدروكسيد معدن قلوي. يمكن أن تؤدي الحرارة الناتجة أثناء التفاعل إلى إشتعال غاز الهيدروجين، مما يؤدي إلى حدوث انفجار. يصبح كلا التفاعلين أكثر إصداراً للحرارة للمعادن القلوية الثقيلة بسبب طاقات التأين المنخفضة.

إن التعرض للهواء، حيث يتم التفاعل مع الأكسجين لتكوين أكاسيد، يقوم باختزال اللمعان المعدني للمعادن القلوية. يتفاعل الليثيوم مع الأكسجين ليعطي أكسيد الليثيوم، بينما تشكل المعادن القلوية الأخرى مثل الصوديوم أكاسيد و بيروكسيدات. يحتوي أيون البيروكسيد على رابطة تساهمية أكسجين-أكسجين واحدة وهو متقبل قوي لأيون الهيدروجين، مما يجعل بيروكسيدات المعادن القلوية قواعد قوية. تنتج المعادن القلوية مثل البوتاسيوم والروبيديوم والسيزيوم أيضاً أكسيدات فائقة. تتميز الأكسيدات الفائقة بوجود O2. أكسيد البوتاسيوم الفائق مادة صلبة صفراء تتحلل عند 560°C. 

هذا النص مقتبس من Openstax, Chemistry 2e, Section 6.5: Periodic Variations in Element Properties.