خصائص واتجاهات مركبات عناصر الكتلة S والفوسفور - الجلسة 1

نحن نعلم أن الذوبان هو قدرة المركب سواء في الحالة الصلبة أو السائلة أو الغازية على الذوبان في مذيب معين. الأملاح المتكونة من عناصر كتلة s تذوب في الماء في الغالب. ويرجع ذلك إلى الخصائص الإيجابية الكهربائية العالية لعناصر الكتلة s. عندما تذوب هذه الأملاح في الماء، فإنها تتأين إلى أيونات فردية. ثم تُحاط هذه الأيونات بجزيئات الماء. تُسمى عملية إحاطة الأيونات بجزيئات الماء بالترطيب. تسمى الطاقة المنطلقة خلال هذه العملية طاقة الترطيب. يُطلق على تغير المحتوى الحراري عندما تتشكل بلورة أيونية من أيوناتها اسم المحتوى الحراري الشبكي.

نحن نعلم أنه عندما يتحد حمض مع قاعدة، فإنه يشكل الملح والماء. إذا كانت إنثالبي الترطيب أكبر من إنثالبي الشبكة للملح، فإنه يكون قابلاً للذوبان في الماء. على سبيل المثال، أملاح الكلوريد التي تتكون من عناصر الكتلة s هي كلوريد الصوديوم، وكلوريد البوتاسيوم، وكلوريد البريليوم، وكلوريد المغنيسيوم، وكلوريد الكالسيوم، وكلوريد السترونشيوم، وكلوريد الباريوم. بعض هذه الأملاح قابلة للذوبان في الماء. لكن مدى ذوبان هذه الأملاح يختلف.

على سبيل المثال، كلوريد الصوديوم أكثر قابلية للذوبان في الماء مقارنة بكلوريد البوتاسيوم. ويرجع ذلك إلى صغر حجم أيون الصوديوم مقارنة بأيون البوتاسيوم. طاقة ترطيب أيون الصوديوم أكبر أيضًا من أيون البوتاسيوم. تقل قابلية ذوبان أملاح الكلوريد للمعادن القلوية الترابية نزولاً في المجموعة من البريليوم إلى الباريوم.

يعتبر كلوريد البريليوم أكثر قابلية للذوبان في الماء مقارنة بكلوريد الباريوم. ويرجع ذلك إلى الحجم الكبير لأيون الباريوم مقارنة بأيون البريليوم. كما أن طاقة ترطيب أيون البريليوم أكبر من أيون الباريوم. يتم توضيح الترتيب التنازلي لذوبان كلوريدات المعادن القلوية الترابية هنا.

وبالمثل، تنخفض قابلية ذوبان أملاح اليوديد وأملاح البروميد من المعادن القلوية الترابية باتجاه نزول المجموعة. يعتبر بروميد الصوديوم أكثر قابلية للذوبان في الماء مقارنة ببروميد البوتاسيوم. أيهما سيكون أكثر قابلية للذوبان في الماء؟. يوديد الصوديوم أو يوديد البوتاسيوم؟. الآن دعونا نناقش ذوبان أملاح الكبريتات لعناصر الكتلة s. تنخفض أيضًا قابلية ذوبان أملاح الكبريتات لعناصر الكتلة s من الأعلى إلى الأسفل في المجموعة.

على سبيل المثال، كبريتات المغنيسيوم أكثر قابلية للذوبان في الماء مقارنة بكبريتات الباريوم. يرجع ذلك إلى حقيقة أنه من أعلى إلى أسفل في المجموعة، يكون الانخفاض في طاقة الترطيب أكبر مقارنة بانخفاض الطاقة في الشبكة. ولهذا السبب فإن كبريتات الباريوم أقل قابلية للذوبان في الماء مقارنة بكبريتات المغنيسيوم. يوضح الشكل الترتيب التنازلي لذوبان أملاح كبريتات المعادن القلوية الترابية في الماء.

تذوب كربونات الصوديوم والبوتاسيوم في الماء. تذوب كربونات البريليوم أيضًا في الماء. كربونات المغنيسيوم وكربونات الكالسيوم وكربونات السترونشيوم وكربونات الباريوم غير قابلة للذوبان في الماء. وذلك لأن طاقة ترطيبهم أقل من طاقة شبكتهم. تنخفض قابلية ذوبان أملاح الكربونات والبيكربونات من المعادن القلوية الترابية إلى الأسفل في المجموعة بسبب انخفاض طاقة الترطيب. يوضح هذا الرسم الترتيب التنازلي لذوبان أملاح الكربونات والبيكربونات للمعادن القلوية الترابية.

أملاح النتريت لعناصر الكتلة s كلها قابلة للذوبان في الماء. تنخفض قابليتها للذوبان إلى الأسفل في المجموعة بسبب انخفاض إنثالبي ترطيب الكاتيونات من الأعلى إلى الأسفل في المجموعة. على سبيل المثال، يعتبر نتريت البريليوم أكثر قابلية للذوبان في الماء مقارنة بنتريت الباريوم. تنخفض أيضًا قابلية ذوبان أملاح الكبريتيت لعناصر الكتلة s باتجاه الأسفل في المجموعة. يرجع ذلك إلى انخفاض إنثالبي ترطيب الكاتيونات من الأعلى إلى الأسفل في المجموعة.

كبريتيدات جميع المعادن باستثناء الكالسيوم والسيزيوم magnesium والباريوم قابلة للذوبان في الماء بشكل قليل. وهذا بسبب عدم استقرار أيونات الكبريتيد. تخضع أيونات الكبريتيد للتحلل المائي. كبريتيد الليثيوم قابل للذوبان في الماء. كما أن كبريتيد الصوديوم قابل للذوبان في الماء بسهولة. في حين أن كبريتيد البوتاسيوم قابل للذوبان بشكل معتدل في الماء.

سنناقش الآن الاستقرار الحراري لأملاح الكربونات والبيكربونات والنترات المتكونة من عناصر كتلة s. التحلل الحراري هو تقسيم المركب عن طريق تسخينه. سنناقش أولاً الاستقرار الحراري لنترات عناصر الكتلة s. تتحلل نترات عناصر المجموعة الأولى والمجموعة الثانية بالتسخين لتعطي أكسيد المعدن وغاز ثاني أكسيد النيتروجين وغاز الأكسجين. تفاعل التحلل موضح في الرسم التوضيحي.

الاستقرار الحراري العالي يعني أن المركب سيكون أقل عرضة للتحلل عند التسخين. ترتفع الاستقرارية الحرارية لنترات عناصر المجموعة الأولى والمجموعة الثانية من الأعلى إلى الأسفل في المجموعة. ويرجع ذلك إلى الطبيعة الأيونية للكاتيونات. على سبيل المثال، نترات الباريوم أكثر استقرارًا حراريًا مقارنة بنترات المغنيسيوم. يرجع ذلك إلى صغر حجم الكاتيون في المغنيسيوم مقارنة بالباريوم. كلا الأيونات لهما نفس +2.

ولكن بسبب صغر حجم أيون المغنيسيوم، فإن كثافة الشحنة تتركز أكثر على أيون المغنيسيوم. وبسبب هذا، فإنه يجذب كثافة الإلكترون لذرة الأكسجين عالية الكهربية السلبية في النترات أكثر نحو نفسها. وبذلك يصبح أيون النترات مستقطبا. وبعبارة أخرى يمكننا القول أن الرابطة بين ذرة النيتروجين وذرة الأكسجين في أيون النترات تصبح أكثر استقطابا. إذا كان الأنيون أكثر استقطابًا، فسوف تكون هناك حاجة إلى قدر أقل من الحرارة للتحلل. ونتيجة لذلك يتم كسر الرابطة بين ذرة النيتروجين وذرة الأكسجين بسهولة.

في حالة نترات الباريوم، وبسبب الحجم الكاتيوني الكبير لأيون الباريوم، فإن كثافة الشحنة ليست مركزة ولا تجذب كثافة الإلكترون لذرة الأكسجين في أيون النترات تجاهها. ونتيجة لذلك، أصبح أيون النترات أقل استقطابًا. وهذا يعني أن هناك حاجة إلى مزيد من الحرارة لكسر الرابطة بين ذرة النيتروجين وذرة الأكسجين في أيون النترات. وهذا يجعل نترات الباريوم أكثر استقرارا حراريا.

سنناقش الآن الاستقرار الحراري لأملاح الكربونات لعناصر الكتلة s. أملاح الكربونات Group Iو Group IIتتحلل العناصر بالتسخين لتعطي أكسيد المعدن وغاز ثاني أكسيد الكربون. تفاعل التحلل موضح في الرسم التوضيحي. الاستقرار الحراري لكربونات Group Iو Group IIترتفع العناصر من الأعلى إلى الأسفل في المجموعة. ويرجع ذلك إلى الطبيعة الأيونية للكاتيون.

على سبيل المثال، يعتبر كربونات الباريوم أكثر استقرارًا حراريًا مقارنة بكربونات المغنيسيوم. يرجع ذلك إلى صغر حجم الكاتيون في المغنيسيوم مقارنة بالباريوم. كلا الأيونات لهما نفس الشيء +2. ولكن بسبب صغر حجم أيون المغنيسيوم، فإن كثافة الشحنة تتركز بشكل أكبر على أيون المغنيسيوم. وبسبب هذا فإنه يجذب كثافة الإلكترون لذرة الأكسجين عالية الكهربية السلبية في أيون الكربونات أكثر نحو نفسه. يصبح أيون الكربونات مستقطبا.

كما نعلم أنه إذا كان الأنيون أكثر استقطابًا، فسوف يتطلب التحلل كمية أقل من الحرارة. ونتيجة لذلك يتم كسر الرابطة بين ذرة الكربون وذرة الأكسجين بسهولة. في هذه الأثناء، في حالة كربونات الباريوم، بسبب الحجم الكاتيوني الكبير لأيون الباريوم، فإن كثافة الشحنة ليست مركزة ولا تجذب كثافة الإلكترون لذرة الأكسجين في أيون النترات أكثر نحو نفسها. ونتيجة لذلك، أصبح أيون الكربونات أقل استقطابا. وهذا يعني أن المزيد من الحرارة ستكون مطلوبة لكسر الرابطة بين ذرة الكربون وذرة الأكسجين في أيون الكربونات. وهذا يجعل كربونات الباريوم أكثر استقرارا حراريا.

بيكربونات Group Iو Group IIتتحلل المعادن بالتسخين لتعطي كربونات معدنية وثاني أكسيد الكربون والماء. تنخفض الاستقرارية الحرارية للبيكربونات إلى الأسفل في المجموعة بسبب انخفاض القوة الاستقطابية للكاتيون المعدني. تنخفض الاستقرارية الحرارية لأملاح الكربونات والبيكربونات إلى الأسفل في المجموعة. بين بيكربونات الكالسيوم وبيكربونات الباريوم أيهما أكثر استقرارا حراريا ولماذا؟.