المجموعة 2

A-Level الكيمياء · الموضوع 10

عرض الشرائح تدريب

10.1

فلزات المجموعة 2

المنهج

وصف وكتابة معادلات تفاعل العناصر مع الأكسجين والماء وأحماض الهيدروكلوريك والكبريتيك المخففة
وصف وكتابة معادلات تفاعل أكاسيد الهيدروكسيدات والكربونات مع الماء وأحماض الهيدروكلوريك والكبريتيك المخففة
وصف وكتابة معادلات التحلل الحراري للنترات والكربونات، بما في ذلك اتجاه الثبات الحراري
وصف والتنبؤ من خلال اتجاهات الخواص الفيزيائية والكيميائية للعناصر المشاركة في التفاعلات في 10.1.1 والمركبات المشاركة في 10.1.2 و10.1.3 و10.1.5
بيان التغير في ذوبانية الهيدروكسيدات والكبريتات

المصدر: منهج كامبريدج الدولي

أصخر الجير الساحلية من كربونات الكالسيوم — الجير هو كربونات الكالسيوم — مركب من فلز المجموعة 2 الكالسيوم.

المجموعة 2 تحتوي على الفلزات المغنيسيوم والكالسيوم والسترونشيوم والباريوم. جميعها possesses two outer electrons، تفقدها لتكوين أيونات $2+$. عند النزول أسفل المجموعة، تصبح الذرات أكبر وتكون الإلكترونات الخارجية أسهل في الفقدان، لذلك تصبح الفلزات أكثر نشاطًا — تزداد نشاطها كلما نزلنا في المجموعة.

ذرات المجموعة 2 تكبر من المغنيسيوم حتى الباريوم، بجانب سهم هبوطي مكتوب عليه يزداد النشاط — يزداد النشاط نزولاً في المجموعة 2: الذرات الأكبر تمسك بإلكتروناتها الخارجية الثنائية بشكل أقل قوة، لذا تفقد بسهولة أكبر

تفاعلات العناصر

مع الأكسجين، تحترق لتكوين أكسيد:

$$2\text{Mg} + \text{O}_2 \rightarrow 2\text{MgO}$$

شريط من المغنيسيوم ممسوق بملاقط يحترق بضوء أبيض زاهٍ، مطلقًا دخانًا أبيض من أكسيد المغنيسيوم — يحترق المغنيسيوم في الهواء بلهب أبيض لامع، مكونًا أكسيد المغنيسيوم الأبيض

مع الماء، تكون هيدروكسيد وهيدروجين. يزداد سرعة التفاعل نزولاً في المجموعة:

$$\text{Ca} + 2\text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{Ca(OH)}_2 + \text{H}_2$$

المغنيسيوم بطيء مع الماء البارد لكنه يتفاعل بسرعة مع البخار، مُعطي $\text{MgO}$ و$\text{H}_2$.

مع حمض الهيدروكلوريك المخفف أو حمض الكبريتيك المخفف، تكون ملحًا وهيدروجين:

$$\text{Mg} + 2\text{HCl} \rightarrow \text{MgCl}_2 + \text{H}_2 \qquad \text{Mg} + \text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{MgSO}_4 + \text{H}_2$$

مع حمض الكبريتيك يتباطأ التفاعل نزولاً في المجموعة، لأن الكبريتات المتكونة (مثل $\text{BaSO}_4$) غير قابلة للذوبان وتغطي الفلز.

تفاعلات المركبات

الأكاسيد والهيدروكسيدات قاعدية. تتفاعل مع الماء والأحماض المخففة:

$$\text{MgO} + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{Mg(OH)}_2 \qquad \text{Mg(OH)}_2 + 2\text{HCl} \rightarrow \text{MgCl}_2 + 2\text{H}_2\text{O}$$

الكربونات تتفاعل مع الأحماض المخففة لتعطي ملحًا وماءً وثاني أكسيد الكربون:

$$\text{CaCO}_3 + 2\text{HCl} \rightarrow \text{CaCl}_2 + \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2$$

التحلل الحراري

التحلل الحراري يعني تكسير مركب عن طريق تسخينه.

تتكسر الكربونات إلى الأكسيد وثاني أكسيد الكربون:

$$\text{CaCO}_3 \rightarrow \text{CaO} + \text{CO}_2$$

تتكسر النترات إلى الأكسيد وغاز ثاني أكسيد النيتروجين البني والأكسجين:

$$2\text{Ca(NO}_3)_2 \rightarrow 2\text{CaO} + 4\text{NO}_2 + \text{O}_2$$

الثبات الحراري لكل من الكربونات والنترات يزداد نزولاً في المجموعة. أيون الفلز الأكبر يسحب أقل على أيون الكربونات أو النترات، لذا يكون المركب أصعب في التكسير — يحتاج إلى درجة حرارة أعلى. لذا تتحلل كربونات المغنيسيوم بسهولة أكبر، وكربونات الباريوم هي الأصعب.

أيون مغنيسيوم صغير يشوه بقوة أيون الكربونات بجوار أيون باريوم كبير لا يشوهه إلا قليلاً — يزداد الثبات الحراري نزولاً في المجموعة: الكاتيون الصغير يستقطب (يشوه) أيون الكربونات أكثر، مما يضعفه ليتحلل بسهولة أكبر

اتجاهات الذوبانية

مركب	اتجاه الذوبانية نزولاً في المجموعة
هيدروكسيدات	تزيد (Mg(OH)$_2$ شبه غير قابل للذوبان؛ Ba(OH)$_2$ قابل للذوبان)
كبريتات	تتناقص (MgSO$_4$ قابل للذوبان؛ BaSO$_4$ غير قابل للذوبان)

خطين بمقياس لوغاريتمي يتقاطعان: ذوبانية الهيدروكسيدات تتزايد من Mg إلى Ba وذوبانية الكبريتات تتناقص — نزولاً في المجموعة 2 تصبح الهيدروكسيدات أكثر ذوبانية بينما تصبح الكبريتات أقل ذوبانية (لاحظ المقياس اللوغاريتمي)

من هذه الاتجاهات يمكن التنبؤ بخصائص العنصر التالي نزولاً، الراديوم، ومركباته.

مثال محلول. $\text{MgCO}_3$ يتحلل عند حوالي $540\ °\text{C}$ و$\text{BaCO}_3$ عند حوالي $1360\ °\text{C}$. اشرح الاتجاه وتنبأ بموقع $\text{CaCO}_3$. نزولاً في المجموعة 2 يصبح الكاتيون أكبر، فتنتشر شحنته على مساحة أكبر ويقل قوة الاستقطاب. الكاتيون الأقل استقطاباً يشوه أيون الكربونات أقل، لذا يُضعف الرابطة $\text{C-O}$ بشكل أقل وتُحتاج حرارة أكبر لكسرها. لذلك تزداد الثبات الحراري نزولاً في المجموعة، و$\text{CaCO}_3$، الواقع بين المغنيسيوم والباريوم، يتحلل عند درجة حرارة وسطى تبلغ حوالي $900\ °\text{C}$. برهن على السلسلة كاملة - حجم الكاتيون، ثم قوة الاستقطاب، ثم تشوه الأنيون؛ "إنه أكثر نشاطاً" لا يفسر شيئاً هنا.

استكشف

سلم نشاط المجموعة 2

انزل في المجموعة 2 لترى لماذا تصبح التفاعلات أكثر عنفاً.

استكشف

مختبر اتجاهات المجموعة 2

قارن اتجاهات الثبات الحراري والذوبانية عبر المجموعة 2.

مفردات تدريب

English	العربية
group/ɡruːp/	مجموعة
reactivity/rɪəkˈtɪvɪti/	النشاط الكيميائي
sulfate/ˈsʌlfeɪt/	كبريتات
oxide/ˈɒksaɪd/	أكسيد
hydroxide/haɪˈdrɒksaɪd/	هيدروكسيد
carbonate/ˈkɑːbəneɪt/	كربونات
thermal decomposition/ˈθɜːml ˌdiːkɒmpəˈzɪʃn/	تحلل حراري
nitrate/ˈnaɪtreɪt/	نترات
thermal stability/ˈθɜːml stəˈbɪlɪti/	الثبات الحراري
solubility/ˌsɒljuːˈbɪlɪti/	ذوبانية

10.1

نصائح للامتحان

يزيد التفاعل بالانتقال أسفل المجموعة 2: تنخفض طاقة التأين كلما كبرت الذرات، لذا تُفقَد الإلكترونات بسهولة أكبر.
تصبح التفاعلات مع الماء أكثر حدة بالانتقال أسفل المجموعة؛ يتفاعل المغنيسيوم ببطء مع الماء البارد لكن بسرعة مع البخار (→ MgO).
الهيدروكسيدات تصبح أكثر ذوبانية نزولاً في المجموعة؛ الكبريتات تصبح أقل ذوبانية ($\text{BaSO}_4$ غير قابل للذوبان — وهو أساس اختبار الكبريتات).
اكتب المعادلات مع أيون $+2$ الصحيح واذكر الملاحظات (الفوران، الذوبان).