تم إلغاء تنشيط البوابة. يُرجَى الاتصال بمسؤول البوابة لديك.

شارح الدرس: تفاعلات الأكاسيد الكيمياء

في هذا الشارح، سوف نتعلَّم كيف نَصِف ونكتب معادلات تفاعلات الأكاسيد.

الأكسيد نوعٌ شائع من المركبات الكيميائية يتكوَّن من ذرة أكسجين واحدة على الأقل متحدة مع عنصر آخر.

تعريف: الأكسيد

الأكسيد مركب كيميائي يحتوي على ذرة أكسجين واحدة على الأقل مرتبطة كيميائيًّا بذرة عنصر آخر.

يُوجَد عدد كبير من أكاسيد العناصر المختلفة، ويشمل ذلك الفلزات واللافلزات. للأكاسيد العديد من الاستخدامات في المجتمع. يُستخدَم أكسيد الكالسيوم (CaO) في إنتاج الأسمنت، ويُستخدَم أكسيد النيتروز (NO2) مخدِّرًا في عمليات طب الأسنان.

مثال ١: تعريف الأجزاء المكوِّنة للأكسيد

أيُّ عنصر يُوجَد في الأكسيد — مركب يحتوي على عنصرين — ويحتوي الأكسيد على ذرة واحدة منه على الأقل؟

الحل

الأكسيد مركب كيميائي يحتوي على عنصر الأكسجين. والأكسجين في المركب سيكون مرتبطًا بعنصر واحد آخر، وهو ما يُنتِج مركبًا ثنائيًّا. على سبيل المثال، عندما يتفاعل فلز النحاس مع غاز الأكسجين، يتكوَّن أكسيد النحاس الثنائي (CuO). ومن ثَمَّ، يحتوي الأكسيد على ذرة أكسجين واحدة على الأقل.

تتضمَّن أكاسيد الفلزات الشائعة: أكسيد المغنيسيوم، وأكسيد الصوديوم، وأكسيد النحاس الثنائي. ترتبط سهولة تكوُّن أكاسيد الفلزات بالنشاط الكيميائي للفلز.

تُعرَف الفلزات القلوية للمجموعة 1 بأنها نشطة كيميائيًّا للغاية؛ ومن ثَمَّ، تُخزَّن تحت الزيت للحيلولة دون تفاعلها مع الأكسجين والرطوبة الموجودين في الهواء. إذا قطعت قطعة من فلز ينتمي للمجموعة 1 مثل الليثيوم، فسرعان ما يصبح السطح اللامع باهتًا؛ حيث يتفاعل الليثيوم مع الأكسجين الموجود في الهواء، مكوِّنًا طبقة من أكسيد الليثيوم LiO2: 4Li()+O()2LiO()sgs22

لن تتفاعل الفلزات الأقل نشاطًا كيميائيًّا، مثل النحاس، بسهولة مع الأكسجين. ويجب تسخين فلز النحاس البرتقالي البني بشدة في لهب موقد بنسن، ليستمر تفاعله مع الأكسجين. ويؤدِّي هذا إلى تكوُّن أكسيد النحاس الثنائي الأسود على سطح فلز النحاس: 2Cu()+O()2CuO()sgs2

يُعَد ثاني أكسيد الكربون أحد الأكاسيد اللافلزية الأكثر شيوعًا. ولأن ثاني أكسيد الكربون أحد نواتج التنفس في جسم الإنسان، فهو يخرج من جسمنا في كل مرة نقوم فيها بالزفير. وينتج أيضًا خلال احتراق الكربون: C()+O()CO()sgg22

يؤدِّي حرق الكبريت في أكسجين نقي في أسطوانة غاز، إلى احتراقه مصحوبًا بلهب أزرق متوهِّج، وهو ما يُنتِج غاز ثاني أكسيد الكبريت: S()+O()SO()sgg22

احتراق الكبريت في كوب

لاحِظ أن الصورة توضِّح قطعة ورقة عباد شمس في الجزء الخلفي من أسطوانة الغاز؛ حيث تحوَّلت الورقة إلى اللون الأحمر وبدأت فقدان اللون. ويعود سبب فقدان اللون إلى إنتاج غاز ثاني أكسيد الكبريت الحمضي.

المثال الأخير على تكوُّن الأكسيد اللافلزي هو تفاعل الفوسفور مع الأكسجين. في حالته النقية، يُعَد الفوسفور عنصرًا نشطًا للغاية؛ حيث يشتعل تلقائيًّا بفرقعة في وجود الأكسجين: P()+5O()PO()42410sgs

يمكن تصنيف الأكاسيد بدلالة طبيعتها الحمضية أو القاعدية. هناك أربعة تصنيفات: حمضي، وقاعدي، ومتذبذب، ومتعادل.

كلما تحرَّكنا عبر كل دورة من الجدول الدوري، يزيد العدد الذري، وتزيد كذلك الطبيعة الحمضية لأكاسيد هذه العناصر. ويَنتج عن هذا أن تكون أكاسيد الفلزات بوجهٍ عام قاعدية، وأن تكون أكاسيد اللافلزات حمضية.

تؤثِّر حمضية أو قاعدية الأكسيد تأثيرًا كبيرًا على تفاعلاته مع الأحماض والقلويات. تتفاعل أكاسيد الفلزات القاعدية مع الأحماض المعدنية لتكوِّن الملح المناظر والماء. على سبيل المثال، يتفاعل أكسيد النحاس مع حمض الهيدروكلوريك المخفَّف: CuO()+2HCl()CuCl()+HO()saqaql22

ويُعرَف هذا النوع من التفاعل بتفاعل التعادل، الذي تكون له المعادلة العامة الآتية.

معادلة: التعادل

ااةااء++

من الممكن استخدام هذه المعادلة العامة لمساعدتنا في تحديد المواد المجهولة. على سبيل المثال، إذا كان الملح الناتج عن تفاعل التعادل يحتوي على أيونات ار، يكون الحمض المُستخدَم هو حمض الهيدروكلوريك. ويمكن ملاحظة ذلك في التفاعل بين أكسيد الصوديوم وحمض الهيدروكلوريك: NaO()+2HCl()2NaCl()+HO()22saqaql

وإذا نتج عن تفاعل التعادل ملحٌ يحتوي على أيونات ات، يكون الحمض المُستخدَم هو حمض الكبريتيك: CaO()+HSO()CaSO()+HO()saqaql2442

وأخيرًا، إذا نتج عن تفاعل التعادل ملحٌ يحتوي على أيونات النيترات، يكون الحمض المُستخدَم هو حمض النيتريك لمعادلة القاعدة: MgO()+2HNO()Mg(NO)()+HO()saqaql3322

مثال ٢: تحديد أكسيد الفلز والحمض اللازمين لتكوين كلوريد الزنك

تفاعَلَ أكسيد فلز مع حمض ليكوِّنا كلوريد الزنك والماء. ماذا كان أكسيد الفلز والحمض؟

  1. أكسيد الزنك وحمض الهيدروكلوريك
  2. أكسيد الزنك وحمض الكبريتيك
  3. فلز الزنك وحمض النيتريك
  4. فلز الزنك وحمض الهيدروكلوريك
  5. كلوريد الزنك وأكسيد الزنك

الحل

يُعَد التفاعل بين أكسيد الفلز والحمض مثالًا على تفاعل التعادل. في تفاعل التعادل، يتفاعل حمض مع قاعدة لتكوين ملح وماء. في هذه الحالة، الملح المتكوِّن هو كلوريد الزنك.

يتكوَّن الحمض من أيونات الهيدروجين وأحد الأنيونات العديدة. وهذه الأنيونات ستكون هي الأنيونات نفسها التي ستظهر في الملح الناتج. ويكون الكاتيون أو أيون الفلز الموجب الموجود في الملح من أكسيد الفلز. وأخيرًا، ترتبط ذرة أكسجين من الأكسيد بهيدروجين من الحمض لتكوين الماء.

في هذا المثال، الملح الناتج هو كلوريد الزنك. ومن ثَمَّ، يجب أن يكون الزنك قد أتى من أكسيد الزنك، ويجب أن يكون الكلوريد قد أتى من حمض الهيدروكلوريك. ومن ثَمَّ، تكون الإجابة الصحيحة هي (أ).

على الرغم من أنه يمكن ملاحظة الطبيعة القاعدية لأكاسيد الفلزات من خلال تفاعلها مع الأحماض المخفَّفة، فإن بعض أكاسيد الفلزات قابلة للذوبان في الماء جزئيًّا، وستكوِّن محاليل قلوية: MgO()+HO()Mg(OH)()slaq22

بالتحرُّك عبر الجدول الدوري وفحص أكاسيد اللافلزات، يتضح التغيُّر في الطبيعة الحمضية لهذه المركبات.

على سبيل المثال، ثاني أكسيد الكربون قليل الذوبان في الماء، وسيكوِّن محلول حمض الكربونيك الحمضي: CO()+HO()HCO()2223glaq

يمكننا أن نتأكَّد من أن محلول حمض الكربونيك حمضي باستخدام دليل عام. عند إضافة بضع قطرات من الدليل العام إلى المحلول، سيَنتج لون أحمر، وهو ما يُشير إلى أن المحلول حمضي. تتكوَّن المحاليل الحمضية عند ذوبان أكاسيد اللافلزات في الماء.

يُعَد خامس أكسيد الفوسفور أكسيدًا حمضيًّا لا فلزيًّا آخر يتفاعل مع محلول هيدروكسيد الصوديوم لإنتاج فوسفات الصوديوم والماء: PO()+12NaOH()4NaPO()+6HO()410342saqaql

مثال ٣: تحديد أكسيد حمضي من بين مجموعة أكاسيد

أيُّ الأكاسيد الآتية يكون أكسيدًا حمضيًّا على الأرجح؟

  1. CuO
  2. NaO2
  3. MgO
  4. CaO
  5. CO2

الحل

في هذا السؤال، لدينا خمسة أكاسيد مختلفة، وعلينا تحديد الأكسيد الذي يُرجَّح أن يكون حمضيًّا.

للوهلة الأولى، يبدو أن اختيار الأكاسيد في هذا السؤال متشابهًا. لكن بالفحص الدقيق، يمكننا ملاحظة أن الإجابة (هـ) بها فارق هام.

ثاني أكسيد الكربون أكسيد لا فلزي، على عكس أكسيد النحاس، وأكسيد الصوديوم، وأكسيد المغنيسيوم، وأكسيد الكالسيوم، التي جميعها أكاسيد فلزية. الأكاسيد الفلزية قاعدية، والأكاسيد اللافلزية حمضية؛ ومن ثَمَّ، فالأكسيد الذي يُرجَّح أن يكون حمضيًّا في هذه المجموعة هو الإجابة (هـ)، CO2.

لا يمكن تصنيف جميع الأكاسيد على أنها أكاسيد حمضية أو قاعدية. الفلزات مثل الزنك والألومنيوم لها أكاسيد ذات طبيعة حمضية وقاعدية، ويُشار إليها بأنها متذبذبة.

يمكن أن يتفاعل الأكسيد المتذبذب مع كلٍّ من الأحماض والقواعد. يتفاعل أكسيد الألومنيوم مع حمض الهيدروكلوريك المخفَّف ليكوِّنا كلوريد الألومنيوم والماء: AlO()+6HCl()2AlCl()+3HO()2332saqaql

ومع ذلك يتفاعل أكسيد الألومنيوم أيضًا مع محلول هيدروكسيد الصوديوم، ويكوِّن ملحًا يُعرَف باسم ألومينات الصوديوم والماء: AlO()+6NaOH()2NaAlO()+3HO()23332saqaql

في التفاعل الأول، يتصرَّف أكسيد الألومنيوم كقاعدة، وفي التفاعل الثاني، يتصرَّف كحمض.

الأكسيد الآخر الذي يُظهِر خواص حمضية وقاعدية ويمكن اعتباره متذبذبًا، هو أكسيد الزنك، الذي يتفاعل مع القلويات والأحماض المعدنية المخفَّفة بالطرق الآتية: ZnO()+HSO()ZnSO()+HO()ZnO()+2NaOH()NaZnO()+HO()saqaqlsaqaql2442222

هناك نوع أخير من الأكاسيد ينبغي تناوله. الأكاسيد المتعادلة ليست ذات طبيعة حمضية أو قاعدية؛ لذا، لا تتفاعل مع الأحماض أو القواعد. وتتضمَّن أمثلة الأكاسيد المتعادلة أول أكسيد الكربون (CO) وأكسيد النيتروز (NO2).

مثال ٤: توقُّع اللون الذي يتغيَّر إليه دليل عام في محاليل مائية مختلفة للأكاسيد

أُعِدَّت تجربة لتحديد قيمة الأس الهيدروجيني لأكاسيد مُتنوِّعة. مُلِئَتْ ثلاث كئوس زجاجية بمقدار 0.5 L من ماء مُزال الأيونات، وأُضِيفَت بضع قطرات من دليل عام. أُضِيفَت بعد ذلك ملعقة واحدة من كلِّ أكسيد من الأكاسيد الآتية إلى كلِّ كأس زجاجية.

ما اللون الذي يتغيَّر إليه كلُّ محلول بعد إضافة الأكسيد؟

  1. (أ): الأخضر، (ب): الأحمر، (ج): الأزرق
  2. (أ): الأحمر، (ب): الأخضر، (ج): الأزرق
  3. (أ): الأزرق، (ب): الأخضر، (ج): الأحمر
  4. (أ): الأحمر، (ب): الأزرق، (ج): الأخضر
  5. (أ): الأزرق، (ب): الأحمر، (ج) الأخضر

الحل

في هذا السؤال، لدينا ثلاثة أكاسيد مختلفة من الفوسفور والمغنيسيوم والألومنيوم. المغنيسيوم فلز في المجموعة الثانية من الجدول الدوري، ويُكوِّن أكاسيد قاعدية تذوب في الماء لتكوِّن محاليل قلوية. ينتمي الفوسفور إلى المجموعة 15 من الجدول الدوري، وبوصفه لا فلزًّا، فإنه يذوب في الماء ليُكوِّن محلولًا حمضيًّا. أما أكسيد الألومنيوم، فيكوِّن أكسيدًا متذبذبًا له طبيعة حمضية وقاعدية.

الدليل العام دليلٌ شائعٌ يُستخدَم لتحديد إذا ما كان المحلول حمضيًّا أو قلويًّا. في وجود الحمض، يتحوَّل الدليل العام إلى محلول لونه أصفر ثم أحمر. وفي وجود محلول قلوي، يتحوَّل الدليل العام إلى محلول لونه أزرق ثم بنفسجي. وسيكون الدليل العام أخضر اللون في وجود محلول متعادل.

إذا دمجنا هذه المعلومات، فينبغي أن نتوقَّع أن تكون الكأس الزجاجية (أ) التي تحتوي على أكسيد الفوسفور الحمضي حمراء اللون. تحتوي الكأس الزجاجية (ب) على أكسيد المغنيسيوم القاعدي؛ ولذا، نتوقَّع أن يكون هذا المحلول أزرق اللون، وأن تكون الكأس الزجاجية (ج) التي تحتوي على أكسيد الألومنيوم المتذبذب خضراء اللون. وهذا يتوافق مع الإجابة (د)، وهي الإجابة الصحيحة.

يُوجَد تدرُّج في الصفات لأكاسيد العناصر في مجموعات معيَّنة في الجدول الدوري. في المجموعات الموجودة في الجانب الأيسر من الجدول الدوري، مثل المجموعة 1 والمجموعة 2، تزيد الخواص القاعدية للأكاسيد بالنزول لأسفل المجموعة.

إذا أخذنا في الاعتبار التفاعلات التي تناولناها إجمالًا، يمكننا أن نلاحظ أنه كلما تحرَّكنا عبر الجدول الدوري، يزيد العدد الذري، وتصبح أكاسيد العناصر ذات طبيعة حمضية بشكل متزايد.

لتوضيح بعض هذه المفاهيم، يمكننا النظر إلى الأحماض والقواعد على أنها مركبات هيدروكسيلية صيغتها العامة MOH؛ حيث يمثِّل M ذرة العنصر الذي نفحصه.

يمكن أن يتأيَّن المركب الهيدروكسيلي بطريقتين مختلفتين: MOHM+OHMOHMO+H()()اةا++

تتحدَّد الطريقة التي تتأيَّن بها المركبات الهيدروكسيلية بالتجاذب والتنافر الموجود بين الأيونات الثلاثة المكوِّنة للمادة. يوضِّح الشكل الآتي مثلثًا به قوى تجاذب بين الأيونات ذات الشحنات المتضادة، وتنافر بين الأيونات ذات الشحنات المتشابهة.

يمكننا استخدام هذا النموذج لتوضيح التدرُّج في المجموعتين اللتين ناقشناهما سابقًا. إذا كانت قوة التجاذب بين H+ وO أكبر من قوة التجاذب بين M+ وO، فستتأيَّن المادة لتكوِّن قاعدة. على سبيل المثال، بالنزول لأسفل المجموعة 1، تتكوَّن أكاسيد أكثر قاعدية. تزداد الأعداد الذرية؛ ومن ثَمَّ، يزداد حجم الأيون، وتقل كثافة الشحنة؛ وعليه، يقل التجاذب بين M+ وO، وتتكوَّن أيونات الهيدروكسيل بسهولة أكبر.

إذا كانت قوة التجاذب بين M+ وO أكبر من قوة التجاذب بين H+ وO، فستتأيَّن المادة لتكوِّن حمضًا. وهذا ما نراه يحدث بالتحرُّك عبر دورات الجدول الدوري من المجموعة 1 إلى المجموعة 17.

عندما تتأيَّن الأكاسيد اللافلزية مثل الأحماض، تعتمد قوة الحمض المؤكسج المتكوِّن على عدد ذرات الأكسجين في الأنيون، غير المرتبطة بذرات هيدروجين.

يمكننا تحليل بعض الأمثلة على هذه القوة المتغيِّرة باستخدام الصيغة العامة MO(OH)، التي تعتمد على الصيغة العامة التي استخدمناها سابقًا.

كلما زاد عدد ذرات الأكسجين غير المرتبطة بذرات هيدروجين (O)، زادت قوة الحمض، كما يتضح في الأمثلة الموجودة في الجدول الآتي.

تُوجَد صور أخرى أقل شيوعًا للأكاسيد، مثل البيروكسيدات والأكاسيد الفائقة. البيروكسيد نوعٌ معيَّنٌ من المركبات ترتبط فيه ذرتَا أكسجين برابطة تساهمية أحادية، كما هو الحال في مركب بيروكسيد الهيدروجين، الموضَّح في الآتي.

OOHH

تحتوي مركبات الأكاسيد الفائقة على أيون أكسيد فائق سالب، O2، كما في KO2. مركبات الأكاسيد الفائقة مهمة بشكل خاص في علم الأحياء؛ حيث يُنتِج جهاز المناعة مركبات الأكاسيد الفائقة لقتل الكائنات الحية الدقيقة التي تهاجم الجسم.

مثال ٥: وصف أكسيد الألومنيوم

AlO23 هو أحد الأكاسيد التي يمكنها التفاعل مع الأحماض والقواعد، كما هو موضَّح في المعادلتين الآتيتين: AlO+3HSOAl(SO)+3HOAlO+2NaOH2NaAlO+HO232424322322

أيُّ العبارات الآتية تَصِف هذا الأكسيد؟

  1. هو أكسيد فلزي مُتعادِل.
  2. هو أكسيد لا فلزي متذبذب.
  3. هو بيروكسيد.
  4. هو أكسيد فلزي متذبذب.
  5. هو أكسيد لا فلزي مُتعادِل.

الحل

في هذا السؤال، مطلوبٌ منا وصف أكسيد الألومنيوم من التفاعلين الواردين. يوضِّح التفاعل الأول تفاعُل أكسيد الألومنيوم مع حمض، وهو حمض الكبريتيك. وتوضِّح المعادلة الثانية تفاعُل أكسيد الألومنيوم مع قاعدة، وهي هيدروكسيد الصوديوم. من هاتين المعادلتين، يمكننا أن نلاحظ أن أكسيد الألومنيوم يتفاعل مع كلٍّ من الأحماض والقواعد.

تَصِف الإجابة (أ) الألومنيوم بأنه أكسيد فلزي متعادل. لكن الأكاسيد المتعادلة لا تتفاعل مع الأحماض المعدنية المخفَّفة أو المحاليل القلوية؛ ومن ثَمَّ، يجب أن تكون هذه الإجابة غير صحيحة.

تَصِف الإجابة (ب) أكسيد الألومنيوم بأنه أكسيد لا فلزي متذبذب، لكن موقعه في المجموعة 13 من الجدول الدوري يعني أن الألومنيوم فلز؛ ومن ثَمَّ، فهذه الإجابة غير صحيحة أيضًا.

البيروكسيد نوعٌ معيَّنٌ من المركبات يحتوي على ذرتَي أكسجين مرتبطتين معًا برابطة تساهمية أحادية. يحتوي أكسيد الألومنيوم على ثلاث ذرات أكسجين، ولا يمكن اعتباره بيروكسيدًا؛ ومن ثَمَّ، فالإجابة (ج) غير صحيحة.

تَصِف الإجابة (د) أكسيد الألومنيوم بأنه أكسيد فلزي متذبذب. بالفعل، الألومنيوم فلز نتيجةً لموقعه في المجموعة 13 من الجدول الدوري، ويمكن اعتباره متذبذبًا عند تفاعله مع كلٍّ من الأحماض والقلويات، وهو ما يمكن ملاحظته في المعادلتين الكيميائيتين الواردتين سابقًا.

وبما أن الإجابة (هـ) تتكوَّن من خيارات استبعدناها بالفعل، إذن الإجابة الصحيحة هي (د).

نلخِّص النقاط التي تناولناها في هذا الشارح.

النقاط الرئيسية

  • الأكسيد مركب يحتوي على ذرة أكسجين واحدة وذرة عنصر آخر على الأقل.
  • ترتبط السهولة التي يمكن أن يتكوَّن بها الأكسيد من أحد العناصر بالنشاط الكيميائي لهذا العنصر الفلزي أو اللافلزي.
  • تُكوِّن الفلزات بصفة عامة أكاسيد قاعدية.
  • تُكوِّن اللافلزات بصفة عامة أكاسيد حمضية.
  • تُكوِّن بعض العناصر الموجودة في منتصف الجدول الدوري أكاسيد متذبذبة، تتفاعل مع الأحماض والقواعد.
  • تتفاعل الأكاسيد القاعدية مع الأحماض لتكوين أملاح وماء.
  • تتفاعل الأكاسيد الحمضية مع القلويات لتكوين أملاح وماء في كثير من الأحيان.
  • يمكن استخدام قياسات الأس الهيدروجيني لتحديد إذا ما كان الأكسيد حمضيًّا أو قاعديًّا.
  • تُكوِّن بعض العناصر أكاسيد متعادلة لا تتفاعل مع الأحماض أو القواعد.
  • تزيد الخاصية الحمضية للأكسيد عبر الجدول الدوري.
  • كلما زاد عدد ذرات الأكسجين غير المرتبطة بذرات هيدروجين (O)، زادت قوة الحمض.

تستخدم نجوى ملفات تعريف الارتباط لضمان حصولك على أفضل تجربة على موقعنا. معرفة المزيد حول سياسة الخصوصية لدينا.