خصائص وتفاعلات العناصر ومركبات عناصر الكتلة الفوسفاتية - الجلسة 3

البيروكسيدات هي فئة من المركبات الكيميائية التي تحتوي على رابطة أحادية بين ذرتي أكسجين. البيروكسيدات لها مجموعة وظيفية R-O-O-R. R يمثل أي عنصر. حالة أكسدة الأكسجين في البيروكسيدات هي سالبة. بعض الأمثلة على البيروكسيدات تشمل بيروكسيد الهيدروجين H2O2وبيروكسيدات المعادن مثل بيروكسيد الصوديوم Na2O2وبيروكسيد magnesium Mg2O2.

يعمل بيروكسيد الهيدروجين كعامل اختزال. عندما يتفاعل بيروكسيد الهيدروجين مع أكسيد الفضة، فإنه يتحول أكسيد الفضة إلى فضة. تتغير حالة أكسدة الفضة من واحد موجب في أكسيد الفضة إلى صفر في الفضة. أكسيد الفضة يتعرض للاختزال. يعمل بيروكسيد الهيدروجين أيضًا كعامل مؤكسد. عندما يتفاعل بيروكسيد الهيدروجين مع كبريتيد الرصاص، فإنه يؤكسد كبريتيد الرصاص إلى كبريتات الرصاص. تتغير حالة أكسدة الكبريت من سالب اثنين في كبريتيد الرصاص إلى موجب ستة في كبريتات الرصاص. يتحول بيروكسيد الهيدروجين نفسه إلى الماء.

تظهر بعض عناصر الكتلة P حالات أكسدة متغيرة. على سبيل المثال، ذرة الكربون لها حالة أكسدة سالبة أربعة في بعض المركبات مثل الميثان CH4. وذلك لأن ذرة الكربون أكثر كهرسلبية من ذرة الهيدروجين. ويظهر الكربون أيضًا حالة أكسدة موجبة رباعية في ثاني أكسيد الكربون CO2. وذلك لأن الأكسجين أكثر كهرسلبية من الكربون. الكربون الموجود في حمض الفورميك الكربوني له حالة أكسدة موجبة اثنين. الكربون الموجود في الفورمالديهايد له حالة أكسدة تساوي صفر. الكربون في الميثانول له حالة أكسدة سالبة اثنين.

يمكن أن يظهر النيتروجين مجموعة من حالات الأكسدة من السالب إلى الثلاثي في المركبات مثل الأمونيا NH3إلى خمسة موجبة في مركبات مثل حمض النيتريك HNO3. الأكسجين عادة ما يكون لديه حالة أكسدة سالبة اثنين. على سبيل المثال في الماء H2Oالأكسجين له حالتان أكسدة سالبتان. يمكن للأكسجين أيضًا أن يظهر حالات أكسدة إيجابية في بعض المركبات. على سبيل المثال في بيروكسيد الهيدروجين H2O2حالة أكسدة الأكسجين هي سالبة واحدة.

الهالوجينات مثل الكلور عادة ما يكون لها حالة أكسدة سالبة واحدة. على سبيل المثال في كلوريد الهيدروجين HClحالة أكسدة الكلور هي سالبة واحد. يمكن أن يظهر الكلور أيضًا حالة أكسدة إيجابية. على سبيل المثال، في أحماض الكلور مثل حمض البيركلوريك HClO4حالة أكسدة الكلور هي موجبة سبعة. وذلك لأن الأكسجين أكثر كهرسلبية من الكلور.

يمكن أن يظهر الفوسفور حالات أكسدة تتراوح من سالب ثلاثة في مركبات مثل الفوسفين PH3إلى خمسة موجبة في مركبات مثل حمض الفوسفوريك H3PO4. الكبريت (S) - يمكن للكبريت أن يظهر حالات أكسدة تتراوح من سالب اثنين في مركبات مثل كبريتيد الهيدروجين H2Sإلى ستة موجبة في مركبات مثل حمض الكبريتيك H2SO4.

هاليدات الهيدروجين هي مجموعة من الأحماض الثنائية تتكون من ذرة هيدروجين وذرة هالوجين. يُطلق على الفلور والكلور والبروم واليود اسم الهالوجينات. تشمل هاليدات الهيدروجين هذه حمض الهيدروفلوريك HFحمض الهيدروكلوريك HClحمض الهيدروبروميك HBrوحمض الهيدرويوديك HI. حمض الهيدروفلوريك HFهو أضعف حمض بين هاليدات الهيدروجين. حمض الهيدرويوديك HIهو أقوى حمض بين هاليدات الهيدروجين.

ترتفع القوة الحمضية لهذه الهاليدات الهيدروجينية كلما تحركنا نحو الأسفل في الجدول الدوري من فلوريد الهيدروجين HFإلى يوديد الهيدروجين HI. عندما نتحرك نحو الأسفل في المجموعة، يزداد حجم ذرة الهالوجين. ويؤدي هذا إلى انخفاض قوة الرابطة بين ذرة الهيدروجين وذرة الهالوجين. وبالتالي يصبح من الأسهل فصل الرابطة بين ذرة الهيدروجين وذرة الهالوجين. ونتيجة لذلك أيون الهيدروجين H+ ionيتم إطلاقه بسهولة مما يؤدي إلى زيادة القوة الحمضية.

هناك عامل آخر مسؤول عن ارتفاع القوة الحمضية من فلوريد الهيدروجين إلى يوديد الهيدروجين وهو السالبية الكهربية. تنخفض السالبية الكهربية لذرات الهالوجين كلما اتجهنا إلى أسفل المجموعة. وهذا يعني أن ذرات الهالوجين تصبح أقل فعالية في جذب الإلكترونات نحو نفسها. لذلك، يكون الزوج المشترك من الإلكترونات في الرابطة الهالوجينية الهيدروجينية أقل استقطابًا تجاه ذرة الهالوجين. وهذا يجعل من السهل كسر الرابطة وإطلاق أيونات الهيدروجين.

إن استقرار أيون الهاليد يحدد أيضًا القوة الحمضية لهاليد الهيدروجين. عندما يذوب هاليد الهيدروجين في الماء، فإنه يتفكك إلى أيونات الهيدروجين وأيون هاليد. إذا كان أيون الهاليد في هاليد الهيدروجين مستقرًا، فإن هاليد الهيدروجين هذا يكون شديد الحموضة. على سبيل المثال، أيون اليوديد I- ionأكثر استقرارا من أيون الكلوريد Cl- ionبسبب الجانب الكبير من أيون اليوديد. وهذا يجعل يوديد الهيدروجين أكثر حمضية من كلوريد الهيدروجين.

التحلل المائي هو تفاعل كيميائي يتم فيه استخدام الماء لتفكيك مركب إلى مكونات أصغر. يمكن أن تخضع مركبات عناصر الكتلة p مثل البورون والكربون والنيتروجين والأكسجين والفلور والسيليكون لتفاعلات التحلل المائي. يمكن أن يؤدي تحلل مركبات كتلة p إلى تكوين أحماض أو قواعد، اعتمادًا على طبيعة المركب. تحلل ثلاثي كلوريد البورون BCl3ويؤدي إلى تكوين حمض البوريك وحمض الهيدروكلوريك. وبنفس الطريقة يؤدي تحلل السيليكون إلى تكوين حمض السيليسيك وحمض الهيدروكلوريك.

تخضع كلوريدات عناصر المجموعة الخامسة عشرة أيضًا للتحلل المائي. على سبيل المثال، تحلل كلوريد الأمونيوم NH4Clويؤدي إلى تكوين الأمونيا وحمض الهيدروكلوريك. يؤدي التحلل المائي لثلاثي كلوريد الفوسفور إلى تكوين حمض الفوسفور وحمض الهيدروكلوريك. يمكن استخدام تفاعلات التحلل المائي لتركيب مركبات جديدة ودراسة الخصائص الكيميائية للعناصر المختلفة.

تسمى عناصر المجموعة الثامنة عشرة بالغازات النبيلة. وتشمل هذه العناصر الهيليوم، النيون، الأرجون، الكريبتون، الزينون والرادون. الغازات النبيلة غير تفاعلية بشكل عام ولا تشكل روابط كيميائية مع العناصر الأخرى بسهولة. غلاف التكافؤ الخاص بهم ممتلئ بالكامل بالإلكترونات. ومع ذلك، في ظل الظروف القاسية، فإنها قد تشكل مركبات مع بعض العناصر الأخرى. من بين الغازات النبيلة، يشكل الزينون مركبات مستقرة.

يتفاعل الزينون مع الفلور في وجود محفز لتكوين رباعي فلوريد الزينون. يعتبر هذا التفاعل طاردًا للحرارة بدرجة عالية، ويكون المنتج عبارة عن مادة صلبة بلورية صفراء اللون شديدة التفاعل. عندما يتفاعل الزينون مع غاز الفلور في وجود عامل مؤكسد قوي، مثل فلوريد الكوبالت، يتكون سداسي فلوريد الزينون. يعتبر هذا التفاعل أيضًا طاردًا للحرارة بدرجة عالية، ويكون المنتج عبارة عن مادة صلبة بلورية عديمة اللون. يمكن أن يتفاعل سداسي فلوريد الزينون مع الماء لتكوين أكسيد الزينون وفلوريد الهيدروجين.

تشير الطبيعة الأمفوتيرية إلى قدرة النوع الكيميائي على التصرف كحمض وقاعدة في نفس الوقت، اعتمادًا على ظروف التفاعل. تظهر العديد من عناصر الكتلة p سلوكًا أمفوتيريًا. يمكنها التفاعل مع الأحماض والقواعد لتكوين مجموعة متنوعة من المنتجات. على سبيل المثال، يمكن للألمنيوم أن يتفاعل مع حمض مثل حمض الهيدروكلوريك لتكوين كلوريد الألومنيوم وغاز الهيدروجين. يمكن للألمنيوم أيضًا أن يتفاعل مع القاعدة مثل هيدروكسيد الصوديوم لتكوين ألومينات الصوديوم وغاز الهيدروجين.

وبنفس الطريقة يمكن للكبريت أيضًا أن يتفاعل مع الأحماض والقواعد. يتفاعل الكبريت مع حمض الكبريتيك لتكوين غاز ثاني أكسيد الكبريت والماء. عندما يتفاعل الكبريت مع قاعدة مثل هيدروكسيد الصوديوم وكبريتيد الصوديوم وثيوكبريتيد الصوديوم والماء.