خصائص وتفاعلات العناصر ومركبات عناصر الكتلة الفوسفاتية - الجلسة الثانية

كما نعلم، في التفاعل الكيميائي، فإن فقدان ذرة أو جزيء أو أيون لإلكترون واحد أو أكثر يسمى الأكسدة. في حين أن اكتساب ذرة أو جزيء أو أيون لإلكترون واحد أو أكثر يسمى بالاختزال. على سبيل المثال، عندما يتفاعل الأكسجين مع المغنيسيوم يتكون أكسيد المغنيسيوم. تتغير حالة أكسدة الأكسجين من الصفر إلى سالب اثنين. يظهر هذا أن الأكسجين يكتسب إلكترونين من المغنيسيوم. لقد تعرض الأكسجين للانخفاض. وبالمثل، يفقد المغنيسيوم إلكترونين. لقد تعرض الماغنيسيوم للتخفيض.

تشير القدرة المؤكسدة إلى قدرة مادة ما على أكسدة مادة أخرى عن طريق قبول الإلكترونات منها. بمعنى آخر، هي قدرة مادة ما على إحداث الأكسدة في مادة أخرى. المادة التي تؤكسد مادة أخرى تسمى عامل مؤكسد. العامل المؤكسد نفسه يتعرض للاختزال. على سبيل المثال، يمكن استخدام التفاعل بين الحديد والأكسجين لشرح القدرة على الأكسدة. في هذا التفاعل يفقد الحديد الإلكترونات ويكتسب الأكسجين الإلكترونات. الأكسجين هو العامل المؤكسد لأنه يسبب أكسدة الحديد.

يمكن أن تظهر عناصر الكتلة P قدرات أكسدة مختلفة اعتمادًا على تكوينها الإلكتروني وحجمها الذري. على سبيل المثال، الأكسجين لديه كهرسلبية عالية وحجم ذري صغير. يمكنه بسهولة قبول الإلكترونات من العناصر الأخرى، مما يجعله عامل مؤكسد قوي. في التفاعل بين الأكسجين والهيدروجين يستقبل الأكسجين الإلكترونات من الهيدروجين لتكوين الماء. وهو بالتالي عامل مؤكسد.

بعد الأكسجين، يتمتع عنصر كتلة الـ P وهو الكلور بسالبية كهربائية عالية. إن حجمه الذري صغير، يشبه الأكسجين. ويمكنه أيضًا قبول الإلكترونات بسهولة، مما يجعله عامل مؤكسد قوي. على سبيل المثال، في التفاعل بين الكلور والحديد، تتغير حالة أكسدة الكلور من الصفر إلى سالب واحد. يستقبل الكلور الإلكترونات من الحديد لتكوين كلوريد الحديد. يؤكسد الحديد. وهو بالتالي عامل مؤكسد.

يحتوي عنصر النيتروجين في الكتلة الفوسفورية على سالبية كهربية معتدلة وحجم ذري أكبر مقارنة بالأكسجين والكلور. ويمكنه أيضًا أن يعمل كعامل مؤكسد، ولكن ليس بقوة الأكسجين والكلور. على سبيل المثال، في التفاعل بين النيتروجين والهيدروجين، يستقبل النيتروجين الإلكترونات من الهيدروجين لتكوين الأمونيا. تتغير حالة أكسدة النيتروجين من الصفر إلى سالب ثلاثة. وهو بالتالي عامل مؤكسد.

تنخفض قدرة الأكسدة لعناصر كتلة الفوسفور عمومًا إلى الأسفل في المجموعة، لأن الحجم الذري يزداد وتقل السالبية الكهربية. بسبب انخفاض السالبية الكهربية، تصبح هذه العناصر أقل قدرة على قبول الإلكترونات. لذلك فإن احتمالية عملها كعوامل مؤكسدة أقل. ومع ذلك، تزداد القدرة على الأكسدة عمومًا عبر فترة من اليسار إلى اليمين، لأن الحجم الذري يتناقص وتزداد السالبية الكهربية. وهذا يعني أن هذه العناصر أكثر قدرة على قبول الإلكترونات والعمل كعوامل مؤكسدة.

تشير القدرة الاختزالية إلى قدرة مادة ما على اختزال مادة أخرى عن طريق التبرع بالإلكترونات لها. بمعنى آخر، هي قدرة المادة على التسبب في اختزال مادة أخرى. المادة التي تسبب الاختزال في مادة أخرى وتتعرض هي نفسها للأكسدة تسمى عامل الاختزال. على سبيل المثال، عندما يتفاعل الكربون مع الأكسجين، فإنه يشكل ثاني أكسيد الكربون. تتغير حالة أكسدة الكربون من الصفر إلى موجب أربعة. يتعرض للأكسدة. الكربون يقلل من الأكسجين.

يمكن أن تظهر العناصر الكتلية الفوسفاتية قدرات اختزال مختلفة اعتمادًا على تكوينها الإلكتروني وحجمها الذري. يتمتع البورون بسالبية كهربائية منخفضة وحجم ذري صغير، مما يسمح له بالتبرع بالإلكترونات بسهولة والعمل كعامل اختزال. على سبيل المثال، في التفاعل بين البورون والفلور، يمنح البورون الإلكترونات للفلور لتكوين ثلاثي فلوريد البورون. تتغير حالة أكسدة البورون من الصفر إلى الموجب ثلاثة. البورون يقلل الفلور. يعتبر البورون عامل اختزال جيد.

يتمتع عنصر كتلة السيليكون بسالبية كهربائية معتدلة وحجم ذري أكبر مقارنة بالبورون. وهذا يجعله عامل اختزال أضعف. على سبيل المثال، في التفاعل بين السيليكون والكلور، يتبرع السيليكون بالإلكترونات إلى الكلور لتكوين رباعي كلوريد السيليكون. تتغير حالة أكسدة السيليكون من الصفر إلى الموجب أربعة. السيليكون يقلل الكلور. لذلك فإن السيليكون هو العامل المختزل.

تزداد قدرة العناصر من فئة P على الاختزال بشكل عام نحو الأسفل في المجموعة، وذلك لأن الحجم الذري يزداد والسالبية الكهربية تقل. وهذا يعني أن هذه العناصر أكثر عرضة للتبرع بالإلكترونات والعمل كعوامل اختزال. ومع ذلك، فإن القدرة على الاختزال تتناقص عمومًا عبر فترة من اليسار إلى اليمين، لأن الحجم الذري يتناقص والسلبية الكهربية تزداد. وهذا يعني أن هذه العناصر أقل احتمالا للتبرع بالإلكترونات والعمل كعوامل اختزال.

وهنا حقيقة مثيرة للاهتمام. بعض مركبات العناصر العازلة للفوسفور تعمل كعوامل مؤكسدة وعوامل مختزلة. على سبيل المثال، عندما يتفاعل كبريتيد الهيدروجين مع المعادن مثل النحاس، فإنه يعمل كعامل مؤكسد. المنتج الناتج من هذا التفاعل هو كبريتيد النحاس وغاز الهيدروجين. كبريتيد الهيدروجين يؤكسد النحاس. تتغير حالة أكسدة النحاس من الصفر إلى موجب اثنين.

يعمل كبريتيد الهيدروجين أيضًا كعامل اختزال عندما يتفاعل مع برمنجنات البوتاسيوم أو ثنائي كرومات البوتاسيوم. يؤدي كبريتيد الهيدروجين إلى تقليل برمنجنات البوتاسيوم ويتعرض هو نفسه للأكسدة. تتغير حالة أكسدة الكبريت من سالب اثنين إلى صفر. وهذا يوضح أن كبريتيد الهيدروجين يتعرض للأكسدة. تتغير حالة أكسدة المنغنيز من موجب سبعة إلى موجب اثنين. وهذا يوضح أن برمنجنات البوتاسيوم تخضع للاختزال. يمكننا القول أن كبريتيد الهيدروجين يقلل من برمنجنات البوتاسيوم ويعمل كعامل اختزال.

يعمل ثاني أكسيد الكبريت كعامل اختزال عندما يتفاعل مع الهالوجينات. على سبيل المثال، عندما يتفاعل ثاني أكسيد الكبريت مع الكلور، فإنه يشكل حمض الكبريتيك وحمض الهيدروكلوريك. تتغير حالة أكسدة الكبريت من موجب أربعة إلى موجب ستة. وهذا يعني أن ثاني أكسيد الكبريت يتعرض للأكسدة. تتغير حالة أكسدة الكلور من الصفر إلى سالب واحد. وهذا يعني أن الكلور قد خضع للتخفيض. وهذا يوضح أن ثاني أكسيد الكبريت يقلل من الكلور، ويتعرض هو نفسه للأكسدة. لذا فإن ثاني أكسيد الكبريت يعمل كعامل اختزال هنا.

عندما يتفاعل ثاني أكسيد الكبريت مع المعادن، فإنه يعمل كعامل مؤكسد. على سبيل المثال، عندما يتفاعل ثاني أكسيد الكبريت مع معدن المغنيسيوم، فإنه يشكل أكسيد المغنيسيوم والكبريت. تتغير حالة أكسدة الكبريت من +4الى 0. وفي الوقت نفسه تتغير حالة أكسدة المغنيسيوم من 0 إلى +2. يوضح هذا أن ثاني أكسيد الكبريت يستقبل الإلكترونات من المغنيسيوم ويؤكسد المغنيسيوم. لذا فإن ثاني أكسيد الكبريت يعمل كعامل مؤكسد.

تعتبر خاصية عدم التناسب سمة فريدة لعناصر الكتلة p. إنها تتضمن أكسدة واختزال نفس العنصر في تفاعل كيميائي واحد. في هذه العملية، تخضع ذرة واحدة من العنصر للأكسدة والاختزال في نفس الوقت، مما ينتج حالتين أكسدة مختلفتين لهذا العنصر. تعتبر هذه الخاصية شائعة بشكل خاص في عناصر المجموعة 15 والمجموعة 16 والمجموعة 17، مثل النيتروجين والفوسفور والكلور والبروم والزرنيخ والأنتيمون والكبريت والسيلينيوم والتيلوريوم. تميل هذه العناصر إلى التواجد في حالات أكسدة متعددة، مما يجعلها قادرة على الخضوع لتفاعلات عدم التناسب.

على سبيل المثال، ضع في اعتبارك تفاعل ثاني أكسيد الكلور ClO₂مع الماء H₂Oلتشكيل HClO₃و HCl. في هذا التفاعل، الكلور في ClO₂يتم أكسدة الجزيء في نفس الوقت من +4الى +5حالة الأكسدة في HClO₃. وفي الوقت نفسه يتم تخفيضه من +4حالة الأكسدة في ClO₂ل -1حالة الأكسدة في HCl.

وبالمثل، يمكن للنيتروجين أن يخضع لتفاعلات عدم التناسب. ويظهر ذلك هنا في رد الفعل NH3مع غاز الكلور. في هذا التفاعل، يتأكسد النيتروجين من -3حالة الأكسدة في NH3إلى حالة الأكسدة الصفرية في النيتروجين. كما يتم تخفيضه من +3حالة الأكسدة في NH₃ل -1حالة الأكسدة في NH₄Cl.

المواد البرمائية هي جزيئات أو أيونات يمكنها أن تعمل كأحماض وقواعد عن طريق التبرع وقبول البروتو. بعبارة أخرى، التبرع H⁺أيون. تشمل أمثلة المواد البرمائية الماء والأحماض الأمينية و HCO₃⁻أيون. يمكن أن يعمل الماء كحمض من خلال التبرع بـ H⁺إلى قاعدة قوية. وبالتالي، يتم تكوين أيون الهيدرونيوم، المكتوب على النحو التالي: H3O⁺ ion. ويمكنه أيضًا أن يعمل كقاعدة من خلال قبول H⁺من حمض قوي، مكونًا أيون هيدروكسيد OH- ion.