حمض الهيدروكلوريك

حمض الهيدروكلوريك

حمض الهيدروكلوريك Hydrochloric acid
يعتبر حمض الهيدروكلوريك من الأحماض الهيدروجينية والتي تتألف بصفة أساسية من الهيدروجين مع عناصر أخرى , إلا أنها لاتحتوي على عنصر الأكسجين بصورة أو بأخرى .
تم التعرف على حمض الهيدروكلوريك في القرن الخامس عشر الميلادي , وأول من اكتشف حمض الهيدروكلوريك هو العالم العربي جابر بن حيان .
تفرزمعدة الإنسان كميات صغيرة من هذا الحمض الذي يساعد في عملية الهضم (يوجد حمض الهيدروكلوريك في المعدة بنسبة 2% وقد تزيد هذه النسبة أو تقل ) . ومع ذلك فإنّ زيادة إفراز المعدة لهذا الحمض تسهم في تكوين تقرحات بالمعدة .
الصيغة الكيميائية
HCl
الوزن الجزيئي
36.46
التركيب الكيميائي والخواص الفيزيائية
يوجد هذا الحمض في الظروف العادية على شكل غاز وينحل الغاز بسهولة في الماء مكوناً حمض كلوريد الهيدروجين HCl بتراكيز مختلفة تعتمد على كمية الغاز المذاب في الماء , ويوجد الحمض تجارياً بثلاثة تراكيز هي 28 % و 32 % و 37 % .
حمض الهيدروكلوريك سائل عديم اللون برائحة لاذعة كريهة . ( عندما يكون الحمض ذو لون أصفر فهذا يعني أنه يحتوي على شوائب من معادن مذابة فيه ) .
الكثافة 1.18 جم / سم3 ( عند تركيز 38 % )
درجة الغليان 48 درجة مئوية
درجة الانصهار -26 درجة مئوية
حمض الهيدروكلوريك ذو توصيل ردئ للتيار الكهربي , يذوب حمض الهيدروكلوريك في البنزين والكحول والايثر بينما لا يذوب في الهيدروكربونات .
تحضير حمض الهيدروكلوريك
تحضير حمض الهيدروكلوريك في الصناعة
تتمثل طرق صناعة حمض الهيدروكلوريك في أربع طرق رئيسية هي :
1- تفاعل أملاح الكلوريدات مع حمض الكبريتيك : مثل تفاعل كلوريد الصوديوم مع حمض الكبريت وذلك كما يلي :
H2SO4 + 2NaCl ------> Na2SO4 + 2HCl
ويتم ذلك حسب الخطوات التالية :
1- يُحمص ( يشوى ) ملح كلوريد الصوديوم وحمض الكبريت في فرن ليتشكل غاز ( HCl ) وكبريتات الصوديوم .


2- تمرر نواتج التفاعل على مبرد ( مبادل حراري ) , ثم يمرر الغاز المبرد في برج يحتوي على فحم الكوك وذلك لتنقيته من الشوائب .
3- يؤخذ غاز كلوريد الهيدروجين النقي من أعلى برج فحم الكوك ثم يمرر على برج الامتصاص بالماء فيذوب الغاز في الماء مكوناً حمض كلوريد الهيدروجين الذي يتم سحبه من أسفل البرج الى الخزانات .
2- الاتحاد المباشر بين الكلور والهيدروجين وفقاً للتفاعل التالي :
Cl2 + H2 ------> 2HClثم إذابة الغاز الناتج (HCl ) في الماء بعد ذلك يتم تركيز المحلول للحصول على حمض الهيدروكلوريك المركز النقي .
3- كناتج ثانوي عند كلورة الهيدروكربونات الأروماتية أو الأليفاتية وفقاً للمعادلة
التالية :
C6H6 + Cl2 ------> C6H5Cl + HCl
4- تفاعل كلوريد الصوديوم مع غاز ثاني أكسيد الكبريت في وجود الأكسجين وفقاً للمعادلة التالية :
x4NaCl + 2SO2 + O2 + 2H2O ------> 2Na2SO4 + 4HCl
تحضير حمض الهيدروكلوريك في المختبر
يتم تحضير حمض الهيدروكلوريك في المختبر بتفاعل حمض الكبريتيك المركز الساخن مع كلوريد الصوديوم حيث يتكون غاز كلوريد الهيدروجين الذي يذوب بشدة في الماء وينتج حمض الهيدروكلوريك .
H2SO4 + 2NaCl ------> Na2SO4 + 2HCl
الخواص الكيميائية
يتفاعل حمض الهيدروكلوريك مع معظم المعادن الشائعة حيث يحرر الهيدروجين ويشكّل
كلوريد المعدن كما في التفاعلات التالية :
تفاعل حمض الهيدروكلوريك مع الصوديوم
تفاعل حمض الهيدروكلوريك مع المغنيسيوم
تفاعل حمض الهيدروكلوريك مع الزنك
تفاعل حمض الهيدروكلوريك مع الحديد
كما يتفاعل حمض الهيدروكلوريك المخفف مع أكسيد الحديد ليتكون كلوريد الحديد
FeO + 2 HCl ------> FeCl2 + H2O
يتفاعل حمض الهيدروكلوريك مع الإيثاين ببطء شديد
C2H2 + HCl -----> H2C=CHCl + HCl -----> CH3CHCl2
يتفاعل حمض الهيدروكلوريك مع كل الإيثانول والميثانول في وجود ( ZnCl2 ) حيث يتكون كلوريد الإيثيل وكلوريد الميثيل على التوالي :
C2H5OH + HCl ------> C2H5Cl + H2O
CH3OH + HCl ------> CH3Cl + H2O


-أيضاً يتفاعل حمض الهيدروكلوريك مع ثاني أكسيد المنجنيز ليتكون الكلور
MnO2 + 4 HCl ------> MnCl2 + 2 H2O + Cl2
استخدامات حمض الهيدروكلوريك :
لحمض الهيدروكلوريك استخدامات عديدة أهمها صناعة المعادن وتستهلك 47 % من الإنتاج العالمي للحامض , وصناعة المواد الكيميائية ( كصناعة حمض الفوسفوريك , ثاني أكسيد الكلور , كلوريد الأمونيوم , كلوريد الفينيل , كلوريد الألكيل , الأسمدة , الحريرالصناعي , صبغات الألوان , المطاط الصناعي ) والصيدلانية ( 33 % ) , والصناعات الغذائية ( 7 % ) ( كصناعة تكرير السكر وانتاج الجلاتين ) .
وصناعة النفط ( 6 % ) , وبعض الصناعات الأخرى ( 7 % ) مثل تحضير الصمغ , واستخلاص الأحماض العضوية الدسمة , وتهيئة السطوح المراد طلاؤها , وتنظيف الستيل , وإزالة الطبقة المؤكسدة ( الصدأ ) .
Fe2O3 + Fe + 6HCl -----> 3FeCl2 + 3H2O
الآثار السميئة لحمض الهيدروكلوريك:
يتميز حمض الهيدروكلوريك بأنه سريع التطاير ولذلك تكثر معه الأعراض التنفسية
الرئوية وعسر التنفس والاختناق والتعرض له قد يسبب انهيار قد يقود إلى الموت
(الجرعة القاتلة منه تبلغ حوالي 15سم3 ) كما يسبب حروق القرنية , والتهاب وتقرح
الجهاز التنفسي , التهاب الجلد , حروق الجلد , التهاب الأنف , التهاب الحنجرة ,
التهاب القصبة الهوائية , الالتهاب الرئوي , تآكل الأسنان , الخشونة , الاختناق ,
الغثيان , التقيؤ , الألم البطني , الإسهال , الجفاف , التشنجات , هبوط في ضغط الدم
, نزلات البرد , الصدمة , الخمول , الغيبوبة , الضرر البصري الدائم , الكحة
والاختناق , وعند بلعة أو اتصال الجلد به يمكن أن يسبب تآكل الأغشية المخاطية والفم
والحلق والمرئ , كما يسبب ألم وعسر بلع فوريين , أيضاً يمكن أن يسبب النزيف المعدي والعطش الشديد .


تحضير حمض الهيدروكلوريك في المختبر :
فكرة التحضير :
إحلال حمض الكبريتيك ( الأكثر ثباتاً) محل حمض الهيدروكلوريك ( الأقل ثباتاً)
في ملح الطعام ، حيث يتفاعل حمض الكبريتيك المركز الساخن مع كلوريك الصوديوم ويطرد غاز كلوريد الهيدروجين الذي يذوب بشدة في الماء وينتج حمض الهيدروكلوريك .
H2SO4 + 2NaCl ----- Na2SO4 + 2HCl
المواد والأدوات :
حمض الكبريتيك المركز .
كلوريد الصوديوم .

ماء المقطر .
ورق تباع الشمس .
دورق زجاجي كروي
سداد زجاجي كروي .
سداد من المطاط بفتحتين .
أنبوبة توصيل زجاجية على شكل زاويتين قائمتين ( U) .
قمع زجاجي .
حوض زجاجي .
وصلات مطاطية .
لهب بنزن .
خطوات العمل :
ركب الجهاز كما هو مبين بالشكل .
صل طرف أنبوبة التوصيل بقمع زجاجي ذي فوهة واسعة بوساطة وصلة مطاطية . اغمر حافة القمع إلى مسافة قليلة جداً تحت سطح الماء في الحوض .
ضع في دورق التسخين كمية مناسبة من كلوريد الصوديوم ( ملح الطعام ).
صب في القمع حمض كبريتيك مركز حتى يغمر الملح ويبقى طرف ساق القمع تحت سطح الحمض .
سخن الدورق بلهب هادئ .
ماذا تشاهد ؟ ...... حدوث تفاعل .....
استمر في التسخين حتى يبدأ الغاز في الخروج من ماء الحوض على شكل فقاعات اولا يرتفع المحلول في القمع ، ثم افصل القمع و أبعد اللهب .
اختبر المحلول الناتج بورقتي تباع شمس احداهما زرقاء والاخرى حمراء . ماذا
تشاهد ؟
وماذا تستنتج ؟ تحمر ورقة تباع الشمس الزرقاء ، والحمراء تبقى كما هي ، تصاعد غاز HCl


حمض هيدروكلوريك
المركب الكيميائي حمض الهيدروكلوريك أو حمض كلور الماء (بالإنجليزية: Hydrochloric acid) هو محلول مائي لغاز كلوريد الهيدروجين HCl وهو حمض معدني قوي، وهو المكون الرئيس لحمض المعدة، وله نطاق استخدام واسع في الصناعة. التعامل مع حمض الهيدروكلوريك يجب أن يتم بحرص شديد مع اتخاذ احتياطات الامان الملائمة حيث أنه سائل شديد التآكلية.
كان لحمض الهيدروكلوريك أو حمض الميوريتك كما كان يسمى قديماً ، أهمية كبيرة منذ قديم الازل. واكتشفه جابر ابن الحيان في حوالي عام 800 م. واستخدم حمض الهيدروكلوريك في العصور الوسطى حيث كان السعي الدؤوب لإيجاد حجر الفيلسوف. ولاحقاً استخدمه العلماء الاوروبيين أمثال جلوبر ودافي وبريستلي ليتعلموا مباديء الكيماء الحديثة. خلال الثورة الصناعية أصبح سلعة كيميائية مهمة للكثير من التطبيقات ، وعلى ذلك انتاج المركبات العضوية على نطاق واسع ، كانتاج كلوريد الفينيل لصناعة لدائن بي في سي وال ام دي اي/تي دي اي لصناعة عديد اليوريثان ، وتطبيقات على نطاق صغير مثل انتاج الجيلاتين ومكونات أخرى في الغذاء ، ومعالجة الجلود. حالياً ، يبلغ انتاج العالم من غاز كلوريد الهيدروجين مايقارب ال 20 مليون طن.
حمض الهيدروكلوريك حمض احادي البروتون والذي يعني أنه يتأين ويعطي أيون هيدروجين واحد(بروتون واحد) H+. في حمض الهيدوكلوريك المائي يتحد أيون الهيدروجين مع جزيء ماء ليكون أيون الهيدرونيوم H3O+
الاصطناع المباشر
عادة عند إنتاج حمض الهيدروكلوريك على نطاق واسع فذلك يتم بتكامل مع إنتاج كيماويات أخرى ، أي يتم إنتاجه على مجال واسع كعنصر يدخل في إنتاج مركبات كيميائية أخرى. في صناعة الكلورقلوي ، يتم تحليل الملح كهربياً وينتج الكلور الحر وكلوريد الصوديوم والهيدروجين. يتم إعادة اتحاد الكلور النقي مع الهيدروجين ويتم تكوين غاز كلوريد الهيدروجين النقي. وذلك التفاعل تفاعل طارد للحرارة.
Cl2 + H2 → 2 HCl
غاز كلوريد الهيدروجين الناتج يتم إذابته في ماء منزوع الأيونات حيث ينتج حمض هيدروكلوريك نقي.


الاصطناع العضوي:
يتكامل أكبر إنتاج لحمض الهيدروكلوريك مع صناعة المركبات العضوية المكلورة والمفلورة. وعادة في حالات الإنتاج مثل هذه فإنه يتم إستهلاك الحمض فور تحضيره في نفس مكان اصطناعه.
تطبيقات
حمض الهيدروكلوريك حمض لاعضوي قوي ويستخدم في الكثير من العمليات الصناعية. وعادة مايكون التطبيق هو المحدد لجودة المنتج المطلوب.
اعادة توليد مبادلات الأيونات
من تطبيقات حمض الهيدروكلوريك عالي الجودة هو اعادة توليد مبادلات الأيونات الراتنجية.
الأمان
يكون حمض الهيدروكلوريك ضباب حمضي في حالة التركيزات العالية. كلاً من المحلول والضباب لهم تأثير تآكلي على أنسجة الإنسان ، ويدمر أعضاء التنفس والعين والجلد والأمعاء.
انظر أيضاً
مركبات كيميائية ذات علاقة
حمض الكلوريك ، وملحه الكلورات.
الكلوريدات ، وهي أملاح حمض الهيدروكلوريك الاعضوية.
حمض الكلوروز ، وملحه الكلوريت.
تحضير غاز الكلور:
يعتبر غاز الكلور من أنشط العناصر في الجدول الدوري ويوجد ضمن المجموعة
السابعة " الهالوجينات "
ويوجد في الطبيعة في مياه البحر على شكل كلوريد الصوديوم وعلى شكل طبقات
صخرية نتيجة تبخر بحار قديمة ... كما يوجد بشكل ملح مختلط " ملح البوتاسيوم
والمغنيسيوم " ويطلق عليه خام الكارناليت " ستراسفير " وملح البوتاسيوم
والصوديوم واسمه سفلين ..
الخواص الفيزيائية لغاز الكلور ..
غاز اللون له رائحة خانقة ، وهو سام جداً ..
وقد عزله لأول مرة الكيميائي شيل عام 1774م نتيجة تأثير حمض الهيدروكلوريك
على ثاني أكسيد المنجنيز MnO2 إلا أنه يُحضر حالياً بالتحليل الكهربائي
الكيميائي لمحلول مركز من كلوريد الصوديوم .
و ينصهر عند درجة حرارة 101٫6˚ م . ويغلي عند درجة حرارة ـ 34٫6˚ م ..
تحضيره ..
أ - في المختبر ..
يمكن تحضيره من خلال تفاعل حمض الهيدروكلوريك أو كلوريد الصوديوم المصهور مع
حمض الكبريتيك في ثاني أكسيد المنجنيز ...
وقد استخدم هذا التفاعل قديماً كطريقة صناعية للحصول على الكلور وذلك في عام
1866م ، حيث كان المنجنيز على شكل كلوريد المنجنيز MnCl2 . يؤكسد هذا المركب بهيدروكسيد الكالسيوم Ca(OH)2 ، والهواء فنحصل على MnO2 .
ويمكن تحضير الكلور أيضاً من حمض الهيدروكلوريك على شكل بخار إذ يؤكسد HCl مباشرة بأكسجين الجو في وجود عامل حافز مثل كلوريد النحاسيك CuCl2 ..
ملاحظات مهمة أثناء التحضير ..
يتم غسل الغاز بالماء ... وذلك لإزالة شائب كلوريد الهيدروجين منه .
استخدام حمض الكبريتيك في القارورة الثانية : وذلك لتجفيف الغاز .
استعمال ثيوكبريتات الصوديوم في التجربة وذلك ليتفاعل مع غاز الكلور الفائض
حتى ليؤدي إلى تلوث الهواء بهذا الغاز السام .
ب - في الصناعة ...
يُحضر غاز الكلور في الصناعة من خلال التحليل الكهربائي لكلوريد الصوديوم
وهناك طريقتين ..
أ – التحليل الكهربائي لمصهور كلوريد الصوديوم :
حيث يتحول كلوريد الصوديوم إلى مصهور موصل للتيار الكهربائي ، فتتجه أيونات الصوديوم إلى القطب السالب " المهبط " وتترسب على شكل فلز الصوديوم أما
أيونات الكلور فهي تتجه إلى القطب الموجب " المصعد " ويتصاعد غاز الكلور عند
المصعد ونظراً لأن كلوريد الصوديوم ينصهر عند درجة حرارة 800˚ م فإن أقطاب جهاز التحليل تتلف بفعل الحرارة والعناصر التي تظهر عليها ..
ب- التحليل الكهربائي لمحلول كلوريد الصوديوم :
وتعتمد هذه الطريقة على إذابة كلوريد الصوديوم في الماء ثم إجراء عملية
التحلل الكهربائي للمحلول الناتج حيث تختزل أيونات الصوديوم وتتأكسد أيونات
الكلوريد عند الأقطاب المرادفة محررة الصوديوم والكلور على تلك الأقطاب ..


وتعتبر هذه الطريقة هي الطريقة المُثلى في تحضير الكلور في الوقت الحاضر..
وهناك مراجع ذُكرت فيها هذه الطريقة باسم " خلية كاستر كلينر " .
وميزة هذه الخلية بأنها تعمل على منع تكوّن كميات من هيدروكسيد الصوديوم ..
فمن المعروف أن التحليل الكهربائي يؤدي في البداية إلى تصاعد غاز الكلور
والهيدروجين على المصعد والمهبط على التوالي ، ويتحول المحلول تدريجياً من
محلول كلوريد الصوديوم إلى هيدروكسيد الصوديوم أيضاً . ولكن بإزدياد كمية
هيدروكسيد الصوديوم يحدث أمران : أولهما أن الكلور الناتج على المصعد سيختلط
بالأكسجين الذي يبدأ في التكوين بتعادل أيونات الهيدروكسيد ...
والثاني هو تفاعل الكلور مع هيدروكسيد الصوديوم ليتكون هيبوكلوريت الصوديوم
وربما كلورات الصوديوم أيضاً .. وبالتالي تفسد العملية ...
فهذا هو الهدف من طريقة كاستر كلينر حيث تعمل على تجنب فصل أجزاء الخلية التي تظهر عليها النواتج ، وذلك يتحقق باستخدام أقطاب من الزئبق السيال " المتحرك
يتكون المصعد في خلية كاستر كلينر من صفائح التيتانيوم مغموسة في محلول مركز للملح " 25 % " وعلى هذا القطب يتحرر الكلور .
ويمر الكلور عبرأنابيب إلى حيث يُغسل ويُجفف ثم يحول إلى سائل يعبأ في
اسطوانات أو خزانات كبيرة لينقل إلى المستهلكين ..
أما المهبط فهو تيار من الزئبق .. و استخدام قطب من الزئبق يجعل تعادل أيون
الصوديوم مفضلاً على اختزال الماء وانطلاق الهيدروجين ، وهو ما يحدث لو كان
القطب من معدن آخر كالبلاتين مثلاً . ويذوب الصوديوم في الزئبق مكوناً ملغماً
يسيل مع تيار الزئبق ...
وسؤال مهم جداً أطرحه : هناك عبارة مكتوبة في كتاب البنات والبنين وهي : غاز
الكلور يتصاعد عند المصعد ، بينما يتكون فلز الصوديوم عند المهبط .. ويُجمع
الصوديوم فوق الزئبق حيث يكوّن جزءُ منه مُملغم الصوديوم ..
خواص الكلور الخواص الكيميائية
يعتبر غاز الكلور من العناصر الفعالة جداً فيتحد مع اغلب العناصر
لتشكيل الكلوريدات عند درجة الحرارة العادية أو بالتسخين القليل ..
1 - التفاعل مع الفلزات :
يتفاعل الكلور بفعالية مع الفلزات ، فهو يهاجم الفلزات القلوية ليعطي
مركبات الفلزات . وكذلك مع بقية الفلزات الآخرى .
أمثـــلـة ..
أ - مع الصوديوم ..
ب - مع الألومينيوم . .
2 – التفاعل مع الماء :
ينحل الكلور بالماء ليعطي ماء الكلور عند الدرجة ( صفر إلى9 º م )



ويكون على شكل بلورات هيدراتية Cl2.H2O .
وماء الكلور سائل مائل للصفرة وهو من المواد المؤكسدة حيث يعمل
على تقصير الألوان ..
3 – التفاعل مع الهيدروجين :
يتحد الكلور مع الهيدروجين بشدة وبفعالية كبيرة جداً مما قد يسبب
انفجار ويعطي لهباً أو إشعاعاً ضوئياً من شدته .
الكلور وحبه للهيدروجين
4 – التفاعل مع الهيدروكربونات المشبعة والغير مشبعة :
وهذا التفاعل هو نوع من أنواع تفاعلات الاستبدال والإحلال
حيث يحل الكلور محل ذرات الهيدروجين ..
أمثلـــة ....
التفاعل مع الميثان ..
ومع البنزين ..
ومع الأسيتلين ..
5- الكلور عامل مؤكسد قوي جداً .
من المعروف أن الهالوجينات عوامل أكسدة قوية جداً ..
فيحل الكلور محل البروم واليود في حموضها أو أملاحها طارداً البروم
واليود .
% * استخدامات الكلور * % *
يعد غاز الكلور من العناصر المهمة صناعياً فهو يستخدم مؤكسداً لإزالة
الألوان وتبييض عجينة السيليولوز والخيوط النسيجية الطبيعية سواء
بحالته الطبيعية أو على شكل هيبوكلورايت ..
يستخدم أيضاً لتعقيم مياه الشرب وللحصول على حمض
الهيدروكلوريك .. كما يدخل في تحضير عدد كبير من المركبات العضوية
المكلورة بتفاعل مباشر أو غير مباشر ..
كما يستخدم الكلور في المبيدات الحشرية كــ " DDT " وفي بعض
المركبات الطبية كالكورال " CCl3CHO " والكلوروفورم " CHCl3 " ....
ولكنداخلة بسيطة وهي أن ماء الكلور يقصر الألوان لأنه يعطي في وجود
الضوء أكسجين ذري نشط O يقصر الألوان وليس أكسجين جزيئي O2 كما فى
المعادلة :confused: وعموماً المعادلة الصحيحة هي :Cl2 + H2O
..........................> 2 HCl + O

دراسة فنية واقتصادية كاملة لطلاء المعادن بالتحليل الكهربى

دراسة فنية واقتصادية كاملة لطلاء المعادن بالتحليل الكهربى

دراسة لبعض الفلزات وعلاقتها بالطلاء بالكهربية

1) تعريف الفلزات
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 الفلزأمثلة
عنصريالذهب Au - الفضة Ag - النحاس Cu – البلاتين Pt
أكاسيدألمونيوم Al2O3 - حديد Fe3O4. Fe2O3. FeO - نحاس Cu2O
كربوناتكالسيوم CaCO3 - حديد FeCO3 - مغنسيوم MgCO3
كبريتيدفضة Ag2S - نحاس Cu2S. CuS - رصاص PbS - خارصين ZnS - حديد FeS2
هاليدصوديوم NaCl - بوتاسيوم KCl - فضة AgCl - مغنسيوم MgCl2
كبريتاتباريوم BaSO4 - كاسيوم CaSO4 - رصاص PbSO4
سليكات وفوسفاتمغنسيوم 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
3-2 عناصر المجموعة الأولى A 1)) (الفلزات القلوية)
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).
التوزيع الإلكتروني لذرات عناصر المجموعة الأولى
يوجد إلكترون في الفلك الكروي (s) في جميع عناصر المجموعة IA (1).
العنصرالرمزالتوزيع الإلكتروني
ليثيومLi[He] 2s1
صوديومNa[Ne] 3s1
بوتاسيومK[Ar] 4s1
روبيديومRb[Kr] 5s1
سيزيومCs[Xe] 6s1
فرانسيومFr[Rn] 7s1
الخواص العامة لعناصر المجموعة IA 1))
الجدول (3-3) ص92.
نشطة كيميائيًا جدًا، حيث تفقد لمعانها بسرعة في الهواء بسبب تكوين أكاسيد وإذا
تفاعلت مع الماء تكون الهيدروكسيدات (أقوى القواعد) ويتصاعد الهيدروجين.
عندما تحترق في الهواء يتكون ليثيوم أحادي الأكسيد Li2O ويكون الصوديوم بيروكسيد
Na2O2 وتكون العناصر الأخرى سوبر أكسيد من النوع MO2.
تتفاعل كل الفلزات القلوية مع الكبريت لتكون كبريتيدات مثل Na2S.
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
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.
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.
عندما يسخن الليثيوم مع الكربون يتكون كربيد الليثيوم وتكون الفلزات الأخرى
كربيدات عند تسخينها مع الأستيلين، وعند تحليلها كهربيًا تعطي أسيتيلين لذا تسمى
أسيتيليدات.
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:
إذا استخدم لهب لتسخين الصوديوم في الهواء أو في جو من الأكسجين فإنه يحترق ويكسب
لونًا ذهبيًا، ويتكون بيروكسيد الصوديوم.
Na + O2 Na2O2
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
يتأثر الصوديوم باكسجين وبخار ماء الهواء الجوي، لذا يحفظ تحت سطح الكيروسين.
يشتعل الصوديوم الساخن في الكلور مكونًا كلوريد الصوديوم.
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
شديد التفاعل مع الأحماض، حيث يحل محل هيدروجين الحمض، لذلك يجب عدم محاولة إجراء هذا التفاعل.
Na + HCl NaCl + H2
بعض مركبات الصوديوم:
الصودا الكاوية (هيدروكسيد الصوديوم NaOH)
تحضير الصودا الكاوية:
بتفاعله الصوديوم مع الماء.
Na + H2O NaOH + H2 + Heat حرارة
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:
تذوب في الماء، ويتكون محلول هيدروكسيد الصدويوم قلوي التأثير، ويصاحبه ارتفاع في
درجة الحرارة.
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.
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
تتفاعل مع أكاسيد الفلزات المترددة مكونةص ملحصا وماء.
NaOH + Al2O3 NaAlO2 + H2O
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
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
كربونات الصوديوم Na2CO3
أهم استخداماتها:
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
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.
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.
يستخدم في صناعة البوراكس والعديد من مساحيق الصابون الجاف.
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.