كيمياء – حالات التأكسد للصف الثالث الثانوي 2015-2016

حالاتالتأكسد

              المستوى الفرعى 3d

           المجموعة  VIIB ثم تبدأ فى التناقص حتى تصل إلى حالة التأكسد (+2) فى الخارصين يقع فى المجموعة  IIB

             الفضة، الذهب).

          لتقارب طاقة المستويين الفرعيين (4s,3d) فعندما تتأكسد العناصر الإنتقالية تخرج إلكترونات 4s أولاً ثم يتتابع خروج إلكترونات 3d  لتعطى حالات تأكسد متعددة

         لا يمكن الحصول على Al⁺⁴ , Mg⁺³ , Na⁺² بتفاعلات كيميائية عادية .

العنصرالإنتقالى

هو عنصر تكون فيه أوربيتالات(d أو f) مشغولة بالإلكترونات ولكنها غير تامة الإمتلاء سواء فى الحالة الذرية أو

 أى حالة من حالات التأكسد .

س: هل تعتبر فلزات العملة النحاس ₂₉Cu ، الفضة ₄₇Ag ، الذهب ₇₉Au عناصر انتقالية علما بأن التركيب الإلكتروني لأوربتالاتها

الخارجية ( ₂₉Cu ( 4s¹ , 3d¹⁰ ) ، ₄₇Ag ( 5s¹ , 4d¹⁰)، ₇₉Au (6s¹, 5d¹⁰ ؟

جـ: تعتبر فلزات العملة عناصر إنتقالية لأنه رغم إمتلاء المستوى الفرعى d لها بالإلكترونات d¹⁰ فى الحالة الذرية

 إلا أنها عندما تكون فى حالات التأكسد (+2) و (+3) يكون المستوى الفرعى d غير ممتلئ d⁸ , d⁹ على الترتيب .

س: هل تعتبر فلزات الخارصين ₃₀Zn ، والكادميوم ₄₈Cd، والزئبق ₈₀Hg عناصر انتقالية علما بأن التركيب اللإكتروني لأوربتالاتها الخارجية₃₀Zn (4s², 3d¹⁰) ، ₄₈Cd (5s², 4d¹⁰) ، ₈₀Hg (6s², 5d¹⁰) ؟

لا تعتبر فلزات المجموعة IIB  (الخارصين – الكادميوم – الزئبق ) عناصر إنتقالية لأن المستوى الفرعى d لها ممتلئ بالإلكترونات

d¹⁰ فى الحالة الذرية وأيضاً فى حالة التأكسد الحالة المتأينة (+2)

الخواص العامة لعناصر السلسلة الإنتقالية الأولى

أولاً: الكتلة الذرية

بزيادة العدد الذرى تزداد الكتلة الذرية تدريجياً ويشذ عن ذلك عنصر النيكل Ni لأن له خمسة نظائر مستقرة المتوسط  الحسابى لها

 58.7u

ثانيا: نصف القطر ( الحجم الذري)

بسبب عاملين متعاكسين هما :

العامل الأول: يعمل على نقص نصف قطر الذرة؛ فبزيادة العدد الذرى تزداد شحنة النواة الفعالة فيزداد جذب النواة  

للإلكترونات مماي سبب نقص الحجم الذرى .

العاملالثاني: يعمل على زيادة نصف قطر الذرة؛ فبزيادة العدد الذرى تزداد عدد إلكترونات المستوى الفرعى 3d  

فتزداد قوة التنافر بينها مما يسبب زيادة حجم الذرة .

س: علل : تستخدم العناصر الإنتقالية فى صناعة السبائك .

بسبب الثبات النسبى لأنصاف أقطار ذراتها .

ثالثاً: الخاصية الفلزية

تتضح الصفة الفلزية لهذه العناصر بوضوح وذلك فى :

        لقوة الترابط بين ذراتها نتيجة إشتراك إلكترونات 3d,4s فى هذا الترابط

             لزيادة كتلة الذرة مع الثبات النسبى للحجم الذرى .

        عند تعرضه للهواء الرطب وبعضها شديد النشاط مثل السكانديوم الذى يحل محل هيدروجين الماء بشدة .

 رابعا: الخواص المغناطيسية

دراسة الخواص المغناطيسية كان له دور كبير فى فهمنا لكيمياء العناصر الإنتقالية .

يوجد أنواع مختلفة من الخواص المغناطيسية سندرس منها :

الخاصية البارامغناطيسية                             والخاصية الديامغناطيسية

الخاصية البارامغناطيسية:

خاصية تظهر فى الأيون أو الذرة أو الجزيئ نتيجة وجود إلكترونات مفردة ( ↑  فىالأوربيتالات) .

ينشأ عن الحركة المغزلية للإلكترون المفرد حول محوره ظهور مجال مغناطيسى صغير يتجاذب مع المجال المغناطيسى الخارجى .

المادة البارامغناطيسية   مادة تنجذب للمجال المغناطيس نتيجة وجود إلكترونات مفردة فى أوربيتالاتها

مثال : أيون النحاس – d⁹ II أيون الحديد d⁶ II

الخاصية الديامغناطيسية :

خاصية تظهر فى الأيون أو الذرة أو الجزيئ نتيجة وجود جميع الإلكترونات فى حالة إزدواج فى الأوربيتالات

غزل كل إلكترونين فى حالة إزدواج يكون فى إتجاهين متضادين فيكون عزمهما المغناطيسى صفر .

المادة الديامغناطيسية

مادة تتنافر مع المجال المغناطيس نتيجة وجود جميع إلكتروناتها فى حالة إزدواج فى أوربيتالاتها

مثال :ذرةالخارصين (d¹⁰)

العزم المغناطيسي:  هو عدد الإلكترونات المفردة الموجودة فى الأوربيتالات

العزم المغناطيسى فى العناصر الإنتقالية هو عدد الإلكترونات المفردة فى أوربيتالات المستوى d

المادة البارامغناطيسية عزمها يكون 1 ≤  بينما المادة الديامغناطيسية عزمها = صفر .

أهميةالعزمالمغناطيسى: تحديد عدد الإلكترونات المفردة وبالتالى تحديد التركيب الإلكترونى لأيون الفلز .

س: علل : يمكن تحديد التركيب الإلكترونى للمادة من قياس عزمها المغناطيسى .

جـ: لإمكانية تحديد عدد الإلكترونات المفردة وتحديد التركيب الإلكترونى لأيون الفلز حيث تتناسب قيمة العزم المغناطيسى طردياً مع  

عدد الإلكترونات المفردة فى d

س : رتب كاتيونات المركبات التالية تصاعدياً حسب عزمها المغناطيسى :

TiO₂ – Cu₂Cl₂ – FeCl₃ – Cr₂O₃  علماً بأن عدد تأكسد الأكسجين= (-2) ، الكلور= (-1)

 خامساً: النشاط  الحفزي

تعتبر العناصر الإنتقالية عوامل حفز مثالية (علل) 

لأن إلكترونات 4s,3d  تستخدم فى تكوين روابط بين جزيئات  

المتفاعلات وسطح الفلز مما يؤدى إلى تركيز هذه المتفاعلات على سطح الحافز (الفلز) وإضعاف الرابطة فى

 الجزيئات المتفاعلة فتقل طاقة التنشيط وتزداد سرعة التفاعل .

أمثلة لدور العامل الحفاز فى الصناعة :

خامس أكسيد الفانديوم يستخدم كعامل حفاز فى تحضير حمض الكبريتيك بطريقة التلامس :

النيكل المجزأ في عمليات هدرجة الزيوت. 

سادساً: الأيونات الملونة:

        بسبب الإمتلاء الجزئى  (1-9e لأوربيتالاتالمستوىالفرعى) d وجود إلكترونات مفردة فى أوربيتالات( d )

تفسير اللون فى المواد:

يظهر لون المادة بسبب إمتصاص المادة لبعض فوتونات الضوء المرئى (الأبيض) وعدم إمتصاصها البعض

الآخر فترى العين المادة بمحصلة الألوان التى لم تمتصها (المنعكسة). 

 ملاحظات :

س: علل : أيون Cu⁺¹ عديم اللون ولكن أيون Cu⁺² أزرق اللون .

جـ: أيون Cu⁺¹ عديم اللون لأن جميع أوربيتالات d ممتلة بالإلكترونات Ar], 3d¹⁰ , 4S⁰] بينما أيون Cu⁺² لونه أزرق لأنه يمتص اللون البرتقالى ويعكس اللون المتتم وهو اللون الأزرق لأن أوبيتالات d تحتوى على إلكترون مفرد  Ar], 3d⁹ , 4S⁰]