تفاعلات الفلزات القلوية

الفلزات القلوية هي عبارة عن المجموعة الأولى في الجدول الدوري، وتعرف أنها من العناصر ذات الكهروسلبية القليلة، والمقصود بالكهروسلبية هي قدرة الذرة على جذب الإلكترونات إليها.

الفلزات القلوية

تتفاعل الفلزات القلوية مع مجموعة كبيرة ومتنوعة من العناصر اللافلزية، حيث إن العناصر الفلزية القلوية تتكون من: عنصر الليثيوم، عنصر الصوديوم، عنصر البوتاسيوم، عنصر الروبيديوم، عنصر السيزيوم، عنصر الفرنسيوم.

تفاعلات العناصر القلوية مع الأكسجين

تميل الفلزات القلوية إلى تكوين مواد صلبة أيونية يكون فيها المعدن القلوي ذو عدد تأكسد يساوي +1، لذلك، يمكن تصنيف المركبات المتعادلة التي تحتوي على الأكسجين بسهولة وفقًا لطبيعة أنواع الأكسجين المعنية:

1. إذا كان المركب يشمل نوع الأكسجين الأيوني O^-2  تسمى أكسيد (oxide).
2. إذا كان المركب يشمل نوع الأكسجين الأيوني O₂²  تسمى بيروكسيد (peroxide).
3. إذا كان المركب يشمل نوع الأكسجين الأيونيO₂^– تسمى أكسيد فائق (superoxide).
4. إذا كان المركب يشمل نوع الأكسجين الأيوني O₃^– تسمى الأوزون (ozonied).

عندما يتم تسخين معادن المجموعة الأولى بوجود الهواء الزائد أو في وجود الأكسجين O2، فإن نتائج هذا التفاعل يعتمد على المعدن الذي قام بالتفاعل فالنواتج المحتملة كالتالي: أكسيد الليثيوم  Li2O، بيروكسيد الصوديوم Na2O2، أكاسيد فائقة KO2 و RbO2 و CsO2.

• مثال على مركب يصنف تحت مجموعة أحادي الأكسجين (monoxide) كالتالي:(M₂O).

• مثال على مركب يصنف تحت مجموعة البيروكسيد (peroxide) كالتالي:(M₂O₂).

• مثال على مركب يصنف تحت مجموعة أكاسيد فائقة (superoxide) كالتالي:(MO₂).

• مثال على مركب يصنف تحت مجموعة الأوزون (ozonied) كالتالي:(MO₃).

• مثال على مركب يصنف نحن مجموعة السيسكوسايد (sesquioxide) كالتالي:(M₄O₆).

يشبه الليثيوم في تفاعله الكيميائي المجموعة الثانية من الجدول الدوري أكثر من المعادن الأخرى في مجموعته الخاصة، حيث إنه أقل تفاعلًا من المعادن القلوية الأخرى مع الماء والأكسجين والهالوجينات وأكثر تفاعلًا مع النيتروجين والكربون والهيدروجين، حيث أنه يكون أول أكسيد وبيروكسيد فقط عند تفاعله مع الأكسجين.

تتفاعل العناصر القلوية مع الأكسجين بشكل مباشر:

تفاعل الليثيوم

• 4Li(s)+O2(g)→2Li2O(s)
• 2Li(s)+O2(g)→Li2O2(s)

تفاعل الصوديوم

• 4Na(s)+O2(g)→2Na2O(s)
• 2Na(s)+O2(g)→Na2O2(s)

تفاعلات البوتاسيوم

• 2K(s)+O2(g)→K2O2(s)
• K(s)+O2(g)→KO2(s)

تفاعلات عنصر الروبيديوم، عنصر السيزيوم، عنصر الفرنسيوم. (Rb, Cs, Fr) تتبع التفاعل الآتي:

• M(s)+O2(g)→MO2(s)

تفاعلات العناصر القلوية مع الماء

يتكون الماء من ذرتين هيدروجين وذرة أكسجين واحدة، وهو من المركبات القطبية ويتواجد في الطبيعة بحالات المادة الثلاث. بسبب قطبيته يعرف أنه مذيبًا جيدًا ويستخدم في العديد من التفاعلات كمذيب، بسبب وفرة المياه على الأرض يعتبر الماء كمذيب عام، من المهم ملاحظة أنها تشارك في العديد من التفاعلات الكيميائية.

والآن بالنسبة لتفاعل عناصر المجموعة الأولى مع الماء فهو يتم كالتالي:

2M(s)+2H2O(l)⟶2M+(aq)+2OH−(aq)+H2(g)

M + H₂O → MOH + 1/2 H₂

المعادلات:

1. 2Na(s) + H₂O(l) → 2NaOH(aq) + H₂(g)
2. 2Li(s) + 2H₂O(l) → 2LiOH(aq) + H₂(g)
3. 2K(s) + 2H₂O(l) → 2KOH(aq) + H₂(g)

من خلال هذا التفاعل، من الواضح أنه قد نتج أيون الهيدروكسيد OH-، مما يخلق بيئة قاعدية أو قلوية، كما تسمى عناصر المجموعة الأولى بالمعادن القلوية نظرًا لقدرتها على إزالة H2(g) من الماء وإنشاء محلول قاعدي.

من المعروف أيضًا أن الفلزات القلوية تتفاعل بسرعة وعنف عند تفاعلها مع الماء، وهذا بسبب إطلاق قدر كافٍ من الحرارة أثناء التفاعل الطارد للحرارة لإشعال H2(g). يعتمد معدل التفاعل وسرعته على درجة سطح المعدن المعروض على السائل. مع القطرات المعدنية الصغيرة أو الأغشية الرقيقة من المعدن القلوي، يمكن أن يكون التفاعل انفجاريًا.

يزداد معدل تفاعل الماء مع الفلزات القلوية مع زيادة الوزن الذري للمعدن، ومع الفلزات القلوية الأثقل، تكون الهيدروكسيدات شديدة الذوبان، وبالتالي يتم إزالتها بسهولة من سطح التفاعل، ويمكن أن يستمر التفاعل بقوة بلا توقف. هذه التفاعلات شديدة الحرارة (تطلق حرارة)، ويمكن للهيدروجين المتولد أن يتفاعل مع الأكسجين لزيادة الحرارة المتولدة.

تفاعلات العناصر القلوية مع الأمونيا

هنالك ميزة تمتاز بها الفلزات القلوية هي قدرتها على الذوبان بشكل عكسي في الأمونيا السائلة، تمامًا كما هو الحال في تفاعلاتها مع الماء، ينتج عن تفاعل الفلزات القلوية مع الأمونيا السائلة في النهاية غاز الهيدروجين والملح المعدني للقاعدة المترافقة للمذيب، في هذه الحالة، أيون الأميد (NH2−) بدلاً من أيون الهيدروكسيد (OH-).

M(s)+NH3(l)→12H2(g)+M+(am)+NH2⁻(am)

 (am) معناها محلول الأمونيا أما (aq) محلول مائي أما بالنسبة (g) معناها بالحالة الغازية و (l) معناها بالحالة السائلة و (s) في الحالة الصلبة.

تفاعلات العناصر القلوية مع الهالوجينات

عندما تتفاعل الفلزات القلوية مع الهالوجينات المختلفة، وهي عبارة عن عناصر المجموعة السابعة من الجدول الدوري، تُعرف مجموعة المركبات الناتجة عن هذا التفاعل باسم هاليدات الفلزات القلوية. هناك ملاحظة هامة بخصوص الهالوجينات، حيث أنها سامة، لذا يجب إجراء هذه التفاعلات في خزانة خاصة بحيث تقوم بالتخلص من الغازات السامة، وهنالك معلومة تفيد أن جميع هاليدات الفلزات القلوية هي عبارة عن مواد صلبة بيضاء.

تفاعل الليثيوم مع الهالوجينات

1. تفاعل الليثيوم مع عنصر الكلور 2Li(s) +  Cl₂(g) → 2LiCl(s)
2. تفاعل الليثيوم مع عنصر البروم 2Li(s) + Br₂(g) → 2LiBr(s)
3. تفاعل الليثيوم مع عنصر اليود 2Li(s) + I₂(g) → 2LiI(s)

هنالك ملاحظة أن جميع تفاعلات عنصر الليثيوم مع الهالوجينات تنتج لهبًا قرمزيًا.

تفاعل الصوديوم مع الهالوجينات

1. تفاعل الليثيوم مع عنصر الكلور 2Na(s) + Cl₂(g) → 2NaCl(s)
2. تفاعل الليثيوم مع عنصر البروم 2Na(s) + Br₂(g) → 2NaBr(s)
3. تفاعل الليثيوم مع عنصر اليود 2Na(s) + I₂(g) → 2NaI(s)

هنالك ملاحظة أن جميع تفاعلات عنصر الصوديوم مع الهالوجينات تنتج لهبًا أصفر.

تفاعل البوتاسيوم مع الهالوجينات

1. تفاعل الليثيوم مع عنصر الكلور 2K(s) + Cl₂(g) → 2KCl(s)
2. تفاعل الليثيوم مع عنصر البروم 2K(s) + Br₂(g) → 2KBr(s)
3. تفاعل الليثيوم مع عنصر اليود 2K(s) + I₂(g) → 2KI(s)

هنالك ملاحظة أن جميع تفاعلات عنصر البوتاسيوم مع الهالوجينات تنتج لهبًا أرجوانيًا.

تفاعلات العناصر القلوية مع اللافلزات

من المعادن القلوية، يتفاعل الليثيوم فقط مع النيتروجين، ويشكل نيتريد (Li3N)، تبعا لهذه الحالة فهو يشبه الفلزات القلوية الأرضية أكثر من معادن المجموعة الأولى أو ما يسمى بالعناصر الفلزية، كما يشكل الليثيوم أيضًا هيدريدًا مستقرًا نسبيًا، بينما تشكل الفلزات القلوية الأخرى هيدرات أكثر تفاعلًا. وأيضا يشكل الليثيوم كربيد (Li2C2) مشابهًا للكالسيوم، حيث لا تشكل المعادن القلوية الأخرى كربيدات مستقرة، على الرغم من أنها تتفاعل مع الجرافيت وهو شكل من أشكال الكربون، لإعطاء مركبات الإقحام (المواد التي يتم فيها إدخال ذرات المعدن بين طبقات ذرات الكربون في بنية الجرافيت).

يمكن حرق المعادن القلوية في الغلاف الجوي للهالوجينات المختلفة لتكوين الهاليدات، حيث يظهر ردود فعل شديدة للحرارة. يتم إنتاج ما يصل إلى 235 كيلو كالوري لكل مول لفلوريد الليثيوم، وتتفاعل الفلزات القلوية مع اللافلزات في المجموعتين الخامسة والسادسة من الجدول الدوري.

يمكن تكوين الكبريتيدات عن طريق التفاعل المباشر للمعادن القلوية مع عنصر الكبريت، مما يؤدي إلى توفير مجموعة متنوعة من الكبريتيدات. وأيضا يتحد الفوسفور مع الفلزات القلوية لتكوين الفسفيدات مع الصيغة العامة M3P. تستطيع الفلزات القلوية عمل مركبات معقدة عند نفاعلها مع مركبات عضوية.