العلاقة القطرية في الجدول الدوري

يقع عنصر الليثيوم في المجموعة الأولى، وهي مجموعة الفلزات القلوية، ويقع عنصر البيريليوم وعنصر المغنيسيوم في المجموعة الثانية، وهي مجموعة العناصر القلوية الترابية، أما عنصر الألمنيوم فيقع في المجموعة الثالثة، وهي مجموعة البورون.

مقدمة في العلاقة القطرية بين العناصر:

العلاقة القطرية في الجدول الدوي تعرف ب(diagonal relationship). لاحظنا أن خصائص عنصر الليثيوم Li و مركباته غالبًا ما تعتبر شاذة، عندما يتم مقارنتها مع عناصر المجموعة الأولى ومركباتها. ووجد أنه توجد علاقة قطرية بين عنصر الليثيوم Li وعنصر المغنيسيوم Mg.

عند المقارنة بين خصائص الليثيوم (Li) الفيزيائية مع خصائص الصوديوم Na والبوتاسيوم K أو مقارنة  الليثيوم Li مع المغنيسيوم Mg، يمكن ملاحظة أن عنصر الليثيوم يشبه عنصر المغنيسيوم أكثر من تشابهه مع بقية عناصر المجموعة الأولى الخاصة به.

بنفس المفهوم السابق عند المقارنة بين الخصائص الفيزيائية لكل من عنصر البيريليوم Be وعنصر المغنيسيوم Mg وعنصر الكالسيوم Ca وعنصر الألمنيوم Al، نصل إلى استنتاج مفاده أن الخصائص الفيزيائية للبيريليوم تشبه تلك الخصائص الفيزيائية الخاصة بعنصر الألمنيوم Al أكثر من تشابه هذه الخصائص مع الخصائص الفيزيائية الخاصة ببقية عناصر مجموعته وهي مجموعة العناصر القلوية الترابية.

أيون الليثيوم (+Li) صغير وشديدة الاستقطاب، وهذا يؤدي إلى درجة من التساهم في بعض مركباته.

عند الذهاب من عنصر الليثيوم إلى عنصر البيريليوم في الدورة الثانية يتناقص نصف القطر الأيوني للأيونات الخاصة بهم، بينما عندما ننزل من الأعلى للأسفل في المجموعة الثانية يزداد نصف القطر الأيوني من أيون البريليوم إلى أيون المغنيسيوم. والنتيجة النهائية لهذا الكلام هي أن حجم أيون الليثيوم (+Li) وحجم أيون المغنيسيوم (2+Mg)متشابهان. ونلاحظ أيضا أنماطًا متشابهة في السلوك بين الليثيوم والمغنيسيوم بالرغم من حقيقة أنهما في مجموعتين مختلفتين.

العلاقة القطرية هي موجودة فعلا بين الليثيوم أيون (+Li)  والمغنيسيوم أيون (2+Mg)، ولوحظ وجودها بين أيون البيريليوم (Be+2) وأيون الألمنيوم (+Al3) وبين أيون الصوديوم (Na+)وأيون الكالسيوم (Ca+2) وأيون (Y+3).

الليثيوم والمغنيسيوم:

بعض الخصائص الكيميائية لعنصر الليثيوم تجعله يرتبط بعلاقة قطرية مع عنصر المغنيسيوم بدلا من ارتباطه عموديا مع المعادن القلوية التي ينتمي إليها:

• يتحد الليثيوم بسهولة مع N2 ليعطي النيتريد Li3N، يتفاعل Mg مع N2 ليعطي Mg3N2.

• يتحد الليثيوم مع O2 ليعطي أكسيد الليثيوم Li2O بدلاً من البيروكسيد أو أكسيد فائق، المغنيسيوم عند اتحاده مع الأكسجين يعطي أكسيد المغنيسيوم MgO. ويمكن أن يتم إنتاج وتشكيل بيروكسيدات كلا المعدنين عن طريق تفاعل LiOH أو Mg (OH)2 مع الهيدروجين بيروكسيد H2O2.

• تتحلل كربونات الليثيوم والمغنيسيوم بسهولة مع التسخين لإعطاء Li2O و CO2 و MgO و CO2 على التوالي، عندما ننتقل في المجموعة الأولى، كربونات هذه المعادن تصبح مستقرة بشكل متزايد فيما يتعلق بالتحلل الحرارة كلما انتقلنا مع أعلى لأسفل.

• تتحلل نترات الليثيوم والمغنيسيوم عند التسخين من خلال المعادلات الآتية، حيث إنه وهنا يجب أن يتم بواسطة تسخين لكلا التفاعلين:

4LiNO3 → 2Li2O +2N2O4 + O2

 2Mg(NO3)2→ 2MgO + 2N2O4 +O2

• بينما تتحلل NaNO3 ونترات الفلزات القلوية المتبقية في المجموعة وفقًا للمعادلة الآتية:

2MNO3 → 2MNO2 +O2

حيث أن الرمز M عبارة عن أحد العناصر الآتية: (Na ،K ،Rb ،Cs).

• أيون الليثيوم وأيون المغنيسيوم أقوى كهيدرات لديها قدرة أكبر على التميؤ (strongly hydrated) من أيونات المجموعتين الأولى والثانية.

• LiF و MgF2 هي مركبات قليلة الذوبان في الماء، أما مركبات الفلوريدات لبقية العناصر في المجموعة الأولى والمجموعة الثانية لديها قابلية للذوبان في الماء.

• LiOH أقل قابلية للذوبان في الماء من هيدروكسيدات المعادن القلوية الأخرى، و Mg (OH)2 قابل للذوبان بشكل ضئيل.

• LiClO4 أكثر قابلية للذوبان في الماء من بيركلورات الفلزات القلوية الآخرى، Mg(ClO4)2 وما بعده من بيركلورات مجموعة الفلزات القلوية الترابية المعدنية قابلة للذوبان للغاية.

البريليوم والألمنيوم:

الخصائص الكيميائية التمثيلية للبيريليوم Be التي تجعلها مرتبطة قطريًا بالألمنيوم Al بدلاً من ارتباطها عموديًا بالفلزات القلوية الترابية الأخرى هي:

• أيون البيريليوم +Be2 هو أيون رطب في المحلول المائي، ويقوم بإنتاج المركب(2+[Be(OH2)4])،حيث يكون أيون البريليوم بشكل ملحوظ في مركز القطبية ويقوم باستقطاب روابط O-H القطبية بالفعل، مما يؤدي لفقدان البروتون +H. قيمة pKa تساوي 5.4 لمركب (2+[Be(OH2)4]) وهي قيمة مقاربة لقيمة pKa لمركب +3[Al(OH2)6] وتساوي 5.0. والذي يحتوي على أيون الألمنيوم شديد الاستقطاب +Al3.

• يتفاعل كل من Be و Al مع القلويات المائية، مما يؤدي إلى تحرير H2، بينما لا يتفاعل المغنيسيوم مع القلويات المائية.

• يتفاعل كل من BeCl2 و AlCl3 في الهواء الرطب لإعطاء حمض الهيدروكلوريك.

• يكون Be (OH)2 و Al (OH)3 عبارة عن مركبات متذبذبة، يتفاعل كليهما مع الأحماض ومع القواعد. بينما الهيدروكسيدات الناتجة من بقية المجموعة الثانية عبارة عن قواعد.

• يشكل كل من Be و Al هاليدات معقدة، ومن هنا تأتي القدرة من الكلوريدات لتعمل كمحفزات فريدل كرافتس(Friedel–Crafts catalysts).