سلسلة التفاعلات

📅 آخر تحديث: ٢٨ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٨ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 1 صور
الموسوعة الحرة

في الكيمياء، تُعرف سلسلة التفاعلية (أو سلسلة تفاعلية العناصر ) بأنها تسلسل تجريبي وحسابي وتحليلي بنيوي [ 1 ] لسلسلة من الفلزات ، مرتبة حسب تفاعليتها من الأعلى إلى الأدنى. [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] وتُستخدم لتلخيص المعلومات المتعلقة بتفاعلات الفلزات مع الأحماض والماء ، وتفاعلات الإحلال الأحادي ، واستخلاص الفلزات من خاماتها . [ 5 ]

طاولة

معدنأيونالتفاعلاِستِخلاص
السيزيوم  CsCs +يتفاعل مع الماء الباردالتحليل الكهربائي (المعروف أيضًا باسم التكرير الإلكتروليتي)
الروبيديوم  RbRb +
بوتاسيوم  Kك +
صوديوم NaNa +
الليثيوم  Liلي +
الباريوم  BaBa 2+
السترونتيوم  SrSr 2+
الكالسيوم CaCa 2+
المغنيسيوم  MgMg 2+يتفاعل ببطء شديد مع الماء البارد، ولكن بسرعة في الماء المغلي، وبقوة شديدة مع الأحماض.
بريليوم  بيكن 2+يتفاعل مع الأحماض والبخار
ألومنيوم  AlAl 3+
التيتانيوم  TiTi 4+يتفاعل مع الأحماض المعدنية المركزةالاستخلاص الحراري باستخدام المغنيسيوم ، أو بشكل أقل شيوعًا باستخدام معادن قلوية أخرى ، أو الهيدروجين أو الكالسيوم في عملية كرول
المنغنيز (  Mn)Mn 2+يتفاعل مع الأحماض ؛ ويتفاعل بشكل ضعيف جداً مع البخارالصهر باستخدام فحم الكوك
الزنك  ZnZn 2+
الكروم  CrCr 3+تفاعل ألومينوثيرم
حديد  FeFe 2+الصهر باستخدام فحم الكوك
الكادميوم  (Cd)Cd 2+
 شركة كوبالتثاني أكسيد الكربون
نيكل  NiNi 2+
القصدير ​Sn 2+
الرصاص ​Pb 2+
الأنتيمون  SbSb 3+قد يتفاعل مع بعض الأحماض المؤكسدة القويةالاستخلاص الحراري أو الفيزيائي
البزموت  بيثنائي 3+
نحاس  CuCu 2+يتفاعل ببطء مع الهواء
التنجستن  WW 3+قد يتفاعل مع بعض الأحماض المؤكسدة القوية
الزئبق  (Hg)Hg 2+
الفضة ​Ag +
ذهب  أوAu 3+ [ 6 ] [ 7 ]
بلاتينيوم ​الجزء 4+

بالانتقال من أسفل الجدول إلى أعلاه، نجد المعادن التالية:

  • زيادة في التفاعل؛
  • تفقد الإلكترونات ( تتأكسد ) بسهولة أكبر لتكوين أيونات موجبة؛
  • تتآكل أو تتلطخ بسهولة أكبر؛
  • تتطلب عملية عزلها من مركباتها طاقة أكبر (وأساليب مختلفة)؛
  • تصبح عوامل اختزال أقوى ( مانحات للإلكترونات ).

تحديد ردود الفعل

لا توجد طريقة فريدة ومتسقة تمامًا لتحديد سلسلة التفاعلية، ولكن من الشائع استخدام الأنواع الثلاثة من التفاعلات المذكورة أدناه، والتي يمكن إجراء العديد منها في مختبر المدرسة الثانوية (على الأقل كعروض توضيحية). [ 6 ]

التفاعل مع الماء والأحماض

تتفاعل المعادن الأكثر نشاطاً، مثل الصوديوم ، مع الماء البارد لإنتاج الهيدروجين وهيدروكسيد المعدن :

2 Na (s) + 2 H 2 O (l) → 2 NaOH (aq) + H 2 (g)

المعادن الأقل نشاطاً قليلاً، مثل المغنيسيوم والزنك ، لا تتفاعل بسهولة مع الماء البارد، ولكنها تتفاعل مع البخار لإنتاج الهيدروجين وأكسيد المعدن :

Mg (s) + H 2 O (g) → MgO (s) + H 2 (g)

تتفاعل المعادن الموجودة في منتصف سلسلة النشاط الكيميائي، مثل الحديد ، مع الأحماض مثل حمض الكبريتيك (ولكن ليس مع الماء في درجات الحرارة العادية) لإنتاج الهيدروجين وملح معدني ، مثل كبريتات الحديد (II) :

Fe (s) + H 2 SO 4 (aq) → FeSO 4 (aq) + H 2 (g)

يوجد بعض الغموض عند الحدود الفاصلة بين المجموعات. يتفاعل المغنيسيوم والألومنيوم والزنك مع الماء ، لكن التفاعل عادةً ما يكون بطيئًا جدًا ما لم تُحضّر عينات المعادن خصيصًا لإزالة طبقة الأكسيد السطحية الواقية التي تحمي باقي المعدن. يتفاعل النحاس والفضة مع حمض النيتريك ؛ ولكن نظرًا لأن حمض النيتريك حمض مؤكسد ، فإن العامل المؤكسد ليس أيون الهيدروجين (H + ) كما هو الحال في الأحماض العادية، بل أيون النترات ( NO3- ) .

مقارنة مع جهود الأقطاب الكهربائية القياسية

تُذكر سلسلة التفاعلية أحيانًا بترتيب عكسي صارم لجهود الأقطاب القياسية ، وعندها تُعرف أيضًا باسم " السلسلة الكهروكيميائية ". [ 8 ]

تتضمن القائمة التالية العناصر المعدنية للدورات الست الأولى. وهي تستند في معظمها إلى جداول مقدمة من المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST) . [ 9 ] [ 10 ] مع ذلك، لا تُعطي جميع المصادر القيم نفسها: فهناك بعض الاختلافات بين القيم الدقيقة التي يقدمها المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST) ودليل CRC للكيمياء والفيزياء . في الدورات الست الأولى، لا يؤثر هذا على الترتيب النسبي، ولكنه يؤثر في الدورة السابعة، لذا تم استبعاد عناصر الدورة السابعة. (على أي حال، فإن حالات الأكسدة النموذجية لعنصري الثوريوم واليورانيوم ، وهما أكثر عناصر الدورة السابعة سهولة في الوصول إليها، مرتفعة للغاية بحيث لا تسمح بإجراء مقارنة مباشرة). [ 11 ]

تم إدراج الهيدروجين كمعيار مرجعي، على الرغم من أنه ليس فلزًا. كما تم إدراج الجرمانيوم والأنتيمون والأستاتين ، وهي عناصر تقع على الحدود بين الفلزات . وتم استبعاد بعض العناصر الأخرى الواقعة في منتصف سلسلتي 4d و5d (مثل الزركونيوم والتكنيتيوم، والهافنيوم والأوزميوم) نظرًا لأن كاتيوناتها البسيطة ذات شحنة عالية جدًا أو وجودها مشكوك فيه. تشير الصفوف المظللة باللون الرمادي إلى قيم مبنية على التقدير لا على التجربة.

Zطبيعيعنصررد فعلE° (V)
3ليالليثيومLi + + e − →Li-3.04
55جالسيزيومCs + + e − → Cs-3.03
37RbالروبيديومRb + + e − → Rb-2.94
19كالبوتاسيومK + + e − → K-2.94
56باالباريومBa 2+ + 2 e − → Ba-2.91
38كبيرالسترونتيومSr²⁺ + 2 e⁻ → Sr-2.90
20كاليفورنياالكالسيومCa 2+ + 2 e − → Ca-2.87
11ناالصوديومNa + + e − → Na-2.71
57لااللانثانومLa 3+ + 3 e − → La-2.38
39YالإيتريومY 3+ + 3 e − → Y-2.38
12المغنيسيومالمغنيسيومMg 2+ + 2 e − → Mg-2.36
59بروبراسيوديميومPr 3+ + 3 e − → Pr-2.35
58سيالسيريومCe 3+ + 3 e − → Ce-2.34
68إيهالإربيومEr 3+ + 3 e − → Er-2.33
67هوالهولميومHo 3+ + 3 e − → Ho-2.33
60اختصار الثانيالنيوديميومNd 3+ + 3 e − → Nd-2.32
69™الثوليومTm 3+ + 3 e − → Tm-2.32
62صغيرالساماريومSm 3+ + 3 e − → Sm-2.30
61مساءًبروميثيومPm 3+ + 3 e − → Pm-2.30
66ديديسبروسيومDy 3+ + 3 e − → Dy-2.29
71لواللوتيتيوملو 3+ + 3 ه − → لو-2.28
65السلتيربيومTb 3+ + 3 e − → Tb-2.28
64اللهالغادولينيومGd 3+ + 3 e − → Gd-2.28
70YbالإيتربيومYb 3+ + 3 e − → Yb-2.19
21العلومالسكانديومSc 3+ + 3 e − → Sc-2.09
63الاتحاد الأوروبياليوروبيومEu 3+ + 3 e − → Eu-1.99
4يكونالبريليومBe 2+ + 2 e − → Be-1.97
13الالألومنيومAl 3+ + 3 e − → Al-1.68
22تيالتيتانيومTi 3+ + 3 e − → Ti-1.37
25المنغنيزالمنغنيزMn 2+ + 2 e − → Mn-1.18
23VالفاناديومV 2+ + 2 e − → V-1.12
24CrالكرومCr 2+ + 2 e − → Cr-0.89
30الزنكالزنكZn 2+ + 2 e − → Zn-0.76
31جاالغاليومجا 3+ + 3 ه − → جا-0.55
26FeحديدFe 2+ + 2 e − → Fe-0.44
48قرص مضغوطالكادميومCd²⁺ + 2 e⁻ → Cd-0.40
49فيالإنديومIn 3+ + 3 e − → In-0.34
81تي إلالثاليومTl + + e − → Tl-0.34
27شركةالكوبالتCo 2+ + 2 e − → Co-0.28
28نيالنيكلNi 2+ + 2 e − → Ni-0.24
50سنالقصديرSn 2+ + 2 e − → Sn-0.14
82الرصاصيقودPb 2+ + 2 e − → Pb-0.13
1حهيدروجين2 H + + 2 e − → H 20.00
32جيالجرمانيومGe 2+ + 2 e − → Ge+0.1
51SbالأنتيمونSb 3+ + 3 e − → Sb+0.15
83ثنائي الجنسالبزموتBi 3+ + 3 e − → Bi+0.31
29النحاسنحاسCu 2+ + 2 e − → Cu+0.34
84بوالبولونيومPo 2+ + 2 e − → Po+0.6
44روالروثينيومرو 3+ + 3 ه − → رو+0.60
45RhالروديومRh 3+ + 3 e − → Rh+0.76
47الزراعةفضيAg + + e − → Ag+0.80
80الزئبقالزئبقHg 2+ + 2 e − → Hg+0.85
46PdالبلاديومPd 2+ + 2 e − → Pd+0.92
77إيرالإيريديومIr 3+ + 3 e − → Ir+1.0
85فيالأستاتينAt + + e − → At+1.0
78نقطةالبلاتينPt 2+ + 2 e − → Pt+1.18
79أسترالياذهبAu 3+ + 3 e − → Au+1.50

يتم تغيير مواقع الليثيوم والصوديوم في هذه السلسلة.

توفر جهود الأقطاب الكهربائية القياسية مقياسًا كميًا لقوة العامل المختزل، بدلًا من الاعتبارات النوعية لسلاسل التفاعل الأخرى. ومع ذلك، فهي صالحة فقط في الظروف القياسية : على وجه الخصوص، تنطبق فقط على التفاعلات في المحلول المائي. حتى مع هذا الشرط، تبدو جهود أقطاب الليثيوم والصوديوم - وبالتالي مواقعها في السلسلة الكهروكيميائية - شاذة. يبدو ترتيب التفاعل، كما يتضح من قوة التفاعل مع الماء أو سرعة تأكسد سطح المعدن في الهواء،

Cs > K > Na > Li > المعادن القلوية الترابية،

أي أن الفلزات القلوية > الفلزات القلوية الترابية،

وهو نفس الترتيب العكسي لطاقات التأين (في الطور الغازي) . ويتضح ذلك من خلال استخلاص الليثيوم المعدني عن طريق التحليل الكهربائي لمزيج يوتكتيكي من كلوريد الليثيوم وكلوريد البوتاسيوم : حيث يتكون معدن الليثيوم عند المهبط، وليس البوتاسيوم. [ 1 ]

مقارنة بقيم السالبية الكهربية

تُظهر الصورة مقتطفًا من الجدول الدوري مع قيم الكهرسلبية للمعادن. [ 12 ]

يميز وولفسبيرج [ 13 ] بين: المعادن الكهروإيجابية للغاية ذات قيم السالبية الكهربائية الأقل من 1.4؛ والمعادن الكهروإيجابية ذات القيم بين 1.4 و 1.9؛ والمعادن السالبة الكهربائية ذات القيم بين 1.9 و 2.54.       

من الصورة، يتضح أن فلزات المجموعتين 1 و2، بالإضافة إلى اللانثانيدات والأكتينيدات ، تتميز بكهرسلبية عالية إلى موجبة؛ بينما تتميز الفلزات الانتقالية في المجموعات من 3 إلى 12 بكهرسلبية عالية إلى سالبة؛ أما الفلزات ما بعد الانتقالية فتتميز بكهرسلبية إلى سالبة. أما الفلزات النبيلة ، الواقعة داخل الحدود المتقطعة (كمجموعة فرعية من الفلزات الانتقالية)، فهي سالبة للغاية.

انظر أيضاً

  • التفاعلية (الكيمياء) ، والتي تناقش الطريقة غير المتسقة التي يتم بها استخدام مصطلح "التفاعلية" في الكيمياء.

مراجع

  1. 1 2 غرينوود، نورمان ن .؛ إيرنشو، آلان (1984). كيمياء العناصر . أكسفورد: مطبعة بيرغامون . ص 82-87 . ISBN  978-0-08-022057-4.
  2. ↑ فرانس، كولين (2008)، سلسلة تفاعلية المعادن
  3. ↑ بريغز، جي جي آر (2005)، العلوم في التركيز، الكيمياء لمستوى GCE 'O' ، بيرسون للتعليم، ص 172 
  4. ↑ ليم إنج واه (2005)، دليل لونجمان الدراسي المختصر لمستوى "O" في العلوم - الكيمياء ، بيرسون للتعليم، ص 190 
  5. ↑ "استخلاص المعادن وسلسلة التفاعل - سلسلة تفاعل المعادن - مراجعة كيمياء الشهادة العامة للتعليم الثانوي (العلوم الفردية) - مجلس امتحانات غرب إنجلترا" . بي بي سي بايت سايز . تم الاطلاع عليه بتاريخ 24 مارس 2023 .
  6. 1 2 "سلسلة أنشطة" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 2019-05-07 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2016-11-08 .
  7. ↑ وولسبرغ، غاري (2000). الكيمياء غير العضوية . ص 294. ISBN  9781891389016.
  8. ↑ "ملصق الجدول الدوري" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 24-02-2022 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 24-02-2022 .{{cite web}}: CS1 maint: bot: original URL status unknown ( link ) by AV Kulsha and TA Kolevich gives:
    Li > Cs > Rb > K > Ba > Sr > Ca > Na > La > Y > Mg > Ce > Sc > Be > Al > Ti > Mn > V > Cr > Zn > Ga > Fe > Cd > In > Tl > Co > Ni > Sn > Pb > ( H ) > Sb > Bi > Cu > Po > Ru > Rh > Ag > Hg > Pd > Ir > Pt > Au
  9. ↑ جهود الأقطاب الكهربائية القياسية ومعاملات درجة الحرارة في الماء عند 298.15 كلفن ، ستيفن جي. براتش (المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا)
  10. ↑ بالنسبة للأنتيمون: الأنتيمون - الخصائص الفيزيائية والكيميائية - داكتاري
  11. ↑ ليد، ديفيد ر.، محرر. (2006). دليل سي آر سي للكيمياء والفيزياء (الطبعة 87 ). بوكا راتون، فلوريدا: مطبعة سي آر سي . رقم ISBN  0-8493-0487-3.
  12. ↑ أيلوارد، ج؛ فيندلاي، ت (2008). بيانات النظام الدولي للوحدات الكيميائية ( الطبعة السادسة). ميلتون، كوينزلاند: جون وايلي وأولاده. ص 126. ISBN   978-0-470-81638-7.
  13. ↑ وولفسبيرغ، ج. (2018). أسس الكيمياء غير العضوية . ميل فالي: منشورات جامعة العلوم. ص 319. ISBN  978-1-891389-95-5.
  • الكيمياء (الخط العلمي)