شارح الدرس: خواص عنصر الصوديوم ومركباته | نجوى شارح الدرس: خواص عنصر الصوديوم ومركباته | نجوى

شارح الدرس: خواص عنصر الصوديوم ومركباته الكيمياء

في هذا الشارح، سوف نتعلَّم كيف نصِف ونفسِّر خواص عنصر الصوديوم ومركَّباته.

الصوديوم عنصر مهم للغاية ويدرِّسه الكيميائيون باهتمام كبير. يلعب الصوديوم دورًا مهمًّا في العديد من العمليات الصناعية، وكثيرًا ما توجد مركبات الصوديوم في اللوازم المنزلية اليومية. الصوديوم ليس مهمًّا للمجتمع الحديث فقط؛ ولكنه ضروري أيضًا لتنظيم وظائف الجسم الأساسية. تحتاج أجسامنا إلى أيونات الصوديوم والبوتاسيوم لإجراء عمليات الاستتباب الضرورية، مثل الحفاظ على حجم السوائل وضغط الدم.

والصوديوم عنصر ينتمي إلى المجموعة الأولى، وشأنه شأن الفلزات القلوية الأخرى، فهو عامل مختزِل قوي. يُعَدُّ الصوديوم بوجه عامٍّ عنصرًا نشطًا للغاية؛ لأنه يمكن أن يفقد إلكترونَ تكافُئِه بسهولة. وبالتالي، ليس من المفاجئ أن الصوديوم لا يوجد في حالة منفردة، ويوجد دائمًا مرتبطًا بعناصر أخرى. يوجد الصوديوم بشكل شائع في الأملاح المعدنية لكلوريد الصوديوم (NaCl).

لاستخلاص فلز الصوديوم من كلوريد الصوديوم، يُستخدم التحليل الكهربي للملح المنصهر، ويكون ذلك عادة باستخدام الإسالة لتقليل درجة انصهار الملح الهاليدي.

أثناء عملية التحليل الكهربي، تُكتسب الإلكترونات عند المهبط كما هو موضح في المعادلة: 2Na()+2e2Na()+ls وتُفقد عند المصعد كما هو موضح في المعادلة: 2Cl()Cl()+2e2lg

مثال ١: تحديد الأكسدة والاختزال خلال التحليل الكهربي لكلوريد الصوديوم المنصهر

يمكن تحضير فلز الصوديوم من خاماته عن طريق التحليل الكهربي لكلوريد الصوديوم المنصهر. أي من الآتي يصف جيدًا هذه العملية؟

  1. تتأكسد أيونات الكلوريد عند المهبط، وتُختزل أيونات الصوديوم عند المصعد.
  2. تُختزل أيونات الكلوريد عند المصعد، وتتأكسد أيونات الصوديوم عند المهبط.
  3. تتأكسد أيونات الكلوريد عند المصعد، وتُختزل أيونات الصوديوم عند المهبط.
  4. تُختزل أيونات الكلوريد عند المهبط، وتتأكسد أيونات الصوديوم عند المصعد.

الحل

يمكن تبسيط التحليل الكهربي لكلوريد الصوديوم من خلال استخدام المعادلات النصفية التي تصف التفاعلات التي تحدث عند القطبين المنفصلين.

أثناء التحليل الكهربي لكلوريد الصوديوم، تنجذب أيونات الصوديوم الموجبة إلى المهبط السالب حيث تكتسب إلكترونًا لتصبح ذرات فلز الصوديوم. وتنجذب أيونات الكلوريد السالبة إلى المصعد الموجب حيث تفقد الإلكترونات وتُكوِّن جزيئات الكلور المرتبطة تساهميًّا. يمكن النظر إلى الأكسدة والاختزال بدلالة اكتساب الإلكترونات وفقدها، حيث يكون اكتساب الإلكترونات اختزالًا ويكون فَقْد الإلكترونات أكسدة.

بالجمع بين هذه المعلومات، نعلم أن أيونات الكلوريد تتأكسد عند المصعد، وأن أيونات الصوديوم تُختزل عند المهبط، وهو ما يقودنا إلى الإجابة الصحيحة، ج.

سنتناول عددًا كبيرًا من التفاعلات في هذا الشارح، وسنبدأ بالنظر في التفاعلات المتعلقة بالعنصر نفسه بدلًا من مركبات الصوديوم.

ربما يكون التفاعل الأكثر شهرة الذي يتضمَّن فلز الصوديوم هو تفاعل فلز الصوديوم مع الماء، الذي يُعد تفاعلًا طاردًا للحرارة بشدة وينتج محلولًا قلويًّا قويًّا وغاز الهيدروجين الذي يمكن أن يشتعل أثناء التفاعل: 2Na()+2HO()2NaOH()+H()slaqg22

وفي تفاعل قوي مماثل، يتفاعل الصوديوم مع الأحماض المعدنية المخففة لإنتاج محاليل الأملاح وغاز الهيدروجين، كما يحدث في هذا التفاعل مع حمض الهيدروكلوريك: 2Na()+2HCl()2NaCl()+H()saqaqg2

يمكن أن يتفاعل الصوديوم أيضًا في تفاعل اتحاد مباشر مع الهيدروجين لتكوين هيدريد الصوديوم: 2Na()+H()2NaH()sgs2

ويمكن أن يتفاعل الهيدريد بعد ذلك مع الماء لتكوين الهيدروكسيد وغاز الهيدروجين بطريقة مشابهة للتفاعل بين فلز الصوديوم والماء: NaH()+HO()NaOH()+H()slaqg22

أما تفاعلات الاتحاد المباشر الأخرى التي تتضمن فلز الصوديوم هي التفاعلات مع الهالوجينات لتكوين المركبات الهاليدية الأيونية المعروفة: 2Na()+Cl()2NaCl()sgs2

في تفاعلات الاتحاد المباشر الأخرى، يتفاعل فلز الصوديوم مع الكبريت والفوسفور العنصريين لتكوين كبريتيد الصوديوم وفوسفيد الصوديوم على الترتيب: 2Na()+S()NaS()3Na()+P()NaP(s)sssss23

التفاعلات الأخيرة التي سندرسها وتتضمن فلز الصوديوم هي التفاعلات مع الأكسجين، التي تكوّن أكاسيد مختلفة. تُنتِج أبسط أشكال هذه التفاعلات أكاسيد المجموعة الأولى الشائعة: 4Na()+O()2NaO()sgs22

من الممكن أيضًا أن تتكون البيروكسيدات والأكاسيد الفائقة المختلفة عند تفاعل الصوديوم مع الأكسجين. يمكن أن يتفاعل الصوديوم مع الأكسجين ويُكوِّن مركب بيروكسيد الصوديوم (NaO22): 2Na()+O()NaO()sgs222

ويمكن أن يتفاعل الصوديوم أيضًا مع الأكسجين ويُكوِّن جزيء فوق أكسيد الصوديوم: Na()+O()NaO()sgs22

تُعد البيروكسيدات والأكاسيد الفائقة في حد ذاتها مركبات نشطة للغاية، ويمكن أن تتفاعل مع الماء لتكوين بيروكسيد الهيدروجين في المحاليل القلوية: NaO()+2HO()2NaOH()+HO()2NaO()+2HO()2NaOH()+HO()+O()2222222222slaqaqslaqaqgردرد

تتفاعل البيروكسيدات والأكاسيد الفائقة أيضًا مع الأحماض المعدنية المخففة: NaO()+2HCl()2NaCl()+HO()2NaO()+2HCl()2NaCl()+HO()+O()22222222saqaqaqsaqaqaqg

في جزء رائع من تاريخ الكيمياء، استُخدِم شكل من أشكال ثاني أكسيد الصوديوم (NaO2) سابقًا في تطوير جهاز نجاة للغواصات البدائية في بداية القرن العشرين.

حيث كان يوضع المركَّب المعروف باسم «اﻷوﻛﺴﻴﻠﻴﺖ» بإحكام داخل خوذة رجال الغواصة، ويسبب غاز ثاني أكسيد الكربون الناتج عن تنفسهم تفاعلًا يُنتِج الأكسجين، وهو ما يمنعهم نظريًّا من الاختناق. ويمثل التفاعل التالي تفاعلًا مماثلًا: 4NaO()+2CO()2NaCO()+3O()22232sgsgCuCl2ز

لكن، هذا التصميم لم يخلُ من المشاكل، وكما رأينا، فهذه الأكاسيد الفائقة نشطة بشكل مذهل، وهو ما يعني أن ثاني أكسيد الصوديوم كان يميل إلى الاشتعال عند ملامسته للماء، وهي واقعة كانت قابلة للحدوث بشكل كبير خلال العهد الأول للغواصات!

مثال ٢: تحديد النواتج والمتفاعلات في التفاعل بين بيروكسيد الصوديوم والماء

يتفاعل فلز الصوديوم مع الأكسجين لتكوين البيروكسيد X. عدد تأكسد الأكسجين في البيروكسيد X هو 1. يتفاعل البيروكسيد X بعد ذلك مع الماء لتكوين مادة كيميائية كاوية، ونوع مائي ثانٍ يُسمَّى Y.

  1. ما الصيغة الكيميائية للبيروكسيد X؟
  2. ما ماهية Y؟

الحل

الجزء 1

لكي نحدد بطريقة صحيحة الصيغة الكيميائية للبيروكسيد X، لدينا معلومة عن عدد تأكسد الأكسجين. قد نكون نعرف بالفعل صيغة البيروكسيد X، لكن ماذا لو لم نكن نعرفها؛ نعلم أن عدد تأكسد الصوديوم يساوي دائمًا +1 ويُمكن للصوديوم أن يُكوِّن أكاسيد مختلفة مثل NaO2، NaO22، NaO2. باستخدام الرياضيات البسيطة، يمكننا تحديد صيغة البيروكسيد على أنها NaO22.

الجزء 2

عندما يتفاعل بيروكسيد الصوديوم مع الماء، يتكون هيدروكسيد الصوديوم، وهو المادة الكيميائية الكاوية المذكورة في السؤال. والناتج الآخر المتكوِّن في هذا التفاعل هو بيروكسيد الهيدروجين.

بينما ننتقل الآن إلى النصف الثاني من هذا الشارح، سنبدأ باستعراض بعض خواص مركبات الصوديوم الشائعة وتفاعلاتها.

قد يكون أحد مركبات الصوديوم الأكثر شيوعًا هو هيدروكسيد الصوديوم، وهو المركب المسترطب الأبيض، الموضح أدناه. فهو زلق الملمس ويسبب تآكل الجلد.

حُبيبات من هيدروكسيد الصوديوم على صفيحة زجاجية

تعريف: مسترطب

تميل المواد المسترطبة إلى جذب جزيئات الماء من الهواء والاحتفاظ بها من خلال الامتصاص أو الامتزاز.

مثال ٣: تحديد رمز السلامة الصحيح للمواد المسببة للتآكل

أي رموز السلامة الآتية يمكن أن تراه على وعاء هيدروكسيد الصوديوم؟

الحل

من المهم أن يكون لدى جميع الكيميائيين وطلاب الكيمياء فهم دقيق للغاية لمعاني رموز السلامة المختلفة. يشير الرمز الموجود في الإجابة أ إلى أن المادة الكيميائية قابلة للاشتعال، ويشير الرمز الموجود في الإجابة ب إلى أن المادة الكيميائية قد تكون ضارة بالبيئة، ويشير الرمز الموجود في الإجابة ج إلى أن المادة الكيميائية قد تكون مسببة للتآكل، وهذه هي الإجابة الصحيحة. يشير الرمز الموجود في الإجابة د إلى أن المادة الكيميائية تمثل خطر الانفجار، ويشير الرمز الموجود في الإجابة هـ إلى أن المادة الكيميائية مؤكسِدة. وبالتالي، الإجابة الصحيحة هي ج.

غالبًا ما يذوب هيدروكسيد الصوديوم في الماء لتكوين محلول قلوي، ويمكن أن يتفاعل مع حمض الهيدروكلوريك لتكوين كلوريد الصوديوم: NaOH()+HCl()NaCl()+HO()aqaqaql2

يمكن أن يتفاعل هيدروكسيد الصوديوم أيضًا مع حمض الكبريتيك لتكوين كبريتات الصوديوم: 2NaOH()+HSO()NaSO()+2HO()aqaqaql24242

لهيدروكسيد الصوديوم استخدامات عديدة. ومن بين أهم هذه الاستخدامات استخدامه في صناعة الصابون، والحرير الصناعي، والورق؛ كما أنه يُستخدم أيضًا في صناعة البترول لمعالجة الشوائب الحمضية.

ويمكن أيضًا استخدام هيدروكسيد الصوديوم للكشف عن وجود الشقوق القاعدية، مثل أيونات النحاس الثنائي. في البداية، تتفاعل أيونات الهيدروكسيد مع أيونات النحاس لتكوين راسب هيدروكسيد النحاس الثنائي الأزرق الشاحب غير القابل للذوبان: 2NaOH()+CuSO()NaSO()+Cu(OH)()aqaqaqs4242

يمكن التأكد من هوية هيدروكسيد النحاس الثنائي من خلال التسخين؛ حيث يتحلل هيدروكسيد النحاس الثنائي إلى أكسيد النحاس الثنائي، الذي له لون أسود مميز: Cu(OH)()CuO()+HO()22ssgارة

ويُعد التحليل الكيفي والكشف عن أيونات الألومنيوم من خلال إنتاج راسب أبيض مثالًا آخر على استخدامات هيدروكسيد الصوديوم. أولًا، يكون هناك إنتاج أولي لهيدروكسيد الألومنيوم الغير قابل للذوبان: Al()+3OH()Al(OH)()3+3aqaqs

بعد ذلك، تُذيب كمية إضافية من محلول هيدروكسيد الصوديوم المائي الهيدروكسيد الصلب، مكوِّنًا ميتا ألومينات الصوديوم: Al(OH)()+NaOH()NaAlO()+2HO()322saqaql

لا تذوب الرواسب البيضاء الأخرى، مثل هيدروكسيد المغنيسيوم، في كمية فائضة من القلوي بنفس طريقة هيدروكسيد الألومنيوم.

مركب آخر من مركبات الصوديوم هو نيترات الصوديوم، وعلى الرغم من أن نيترات البوتاسيوم تنفجر عند تسخينها، تخضع نيترات الصوديوم، في الواقع، للتحلل الحراري لتعطي النيتريت وغاز الأكسجين: 2NaNO()2NaNO()+O()322ssg

يُعد مركب كربونات الصوديوم (NaCO23) أحد مركبات الصوديوم المهمة للغاية وذلك لأهميته الصناعية، ويمكن تحضيره في المختبر بإمرار غاز ثاني أكسيد الكربون خلال محلول ساخن من هيدروكسيد الصوديوم: 2NaOH()+CO()NaCO()+HO()aqgaql2232

كربونات الصوديوم المتكونة في التفاعل السابق هي الصورة المُماهة للكربونات، ويشار إليها أحيانًا باسم «صودا الغسيل» وصيغتها الكيميائية هي NaCO10HO232. يتعلق مصطلح «صودا الغسيل» بقدرة هذا المركب على إزالة أيونات الكالسيوم والمغنيسيوم من مصادر الماء العسر من خلال ترسيب الكربونات غير القابلة للذوبان: NaCO()+CaCl()2NaCl()+CaCO()NaCO()+MgSO()NaSO()+MgCO()2323234243aqaqaqsaqaqaqs

عندما تكون هناك حاجة إلى كميات كبيرة من كربونات الصوديوم على المستوى الصناعي، تُستخدم عملية سولفاي. وتتضمن هذه العملية خطوتين. أولًا، يتم إنتاج بيكربونات الصوديوم من محلول كلوريد صوديوم مشبَّع، يحتوي على الأمونيا وتمرر فيه فقاعات من غاز ثاني أكسيد الكربون: NH()+CO()+NaCl()+HO()NaHCO()+NHCl()32234ggaqlaqaq

بعد ذلك، تتحلل البيكربونات الناتجة حراريًّا لإنتاج كربونات الصوديوم المطلوبة: 2NaHCO()NaCO()+CO()+HO()32322aqaqggارة

يتم إنتاج كميات كبيرة من كربونات الصوديوم، حيث إن لها عددًا كبيرًا من الاستخدامات؛ نظرًا لحقيقة أنه يمكن إذابتها في الماء لإنتاج محلول قاعدي ضعيف، وأنها مقاومة للتحلل، على عكس كربونات الليثيوم التي تتفكك إلى أكسيد الليثيوم وغاز ثاني أكسيد الكربون. ويمكن أيضًا استخدام كربونات الصوديوم لمعادلة الأحماض: NaCO()+2HCl()2NaCl()+CO()+HO()2322aqaqaqgl

هذه التفاعلات وتفاعلات أخرى غيرها هي التي تجعل كربونات الصوديوم مهمة للغاية في صناعة الزجاج والورق والنسيج بالإضافة إلى معالجة عسر الماء في البلدات والمدن.

مثال ٤: تحديد الاستخدامات الشائعة لكربونات الصوديوم

أي من الآتي ليس استخدامًا شائعًا لكربونات الصوديوم؟

  1. تُضاف كربونات الصوديوم إلى السليكا ومُركَّبات أخرى لصناعة الزجاج.
  2. تُغلَى المواد النباتية في محلول كربونات الصوديوم لإنتاج الورق.
  3. تُستخدَم كربونات الصوديوم لمعالجة عسر الماء عن طريق إزالة أيونات المغنيسيوم والكالسيوم.
  4. كربونات الصوديوم هي المُكوِّن الرئيسي لمُنظِّفات الأفران ومحاليل معالجة انسداد المصارف.
  5. تُستخدَم كربونات الصوديوم في معالجة الألياف، وفي الصباغة والطباعة في صناعة النسيج.

الحل

نعلم أن كربونات الصوديوم مهمة للغاية في صناعة الزجاج والورق والنسيج، وأنها تُستخدم أيضًا لمعالجة عسر الماء. بوضع هذه المعلومات في الاعتبار، دعونا ننظر عن كثب في الاستخدامات المقترحة في هذا السؤال.

تتضمن الإجابة أ استخدام السليكا وكربونات الصوديوم في صناعة الزجاج، وهو أحد الاستخدامات الشائعة لكربونات الصوديوم ولذلك فهي ليست الإجابة الصحيحة. وبالمثل، تعطينا الإجابة ب بعض المعلومات الإضافية، لكن مرة أخرى، نعلم أن كربونات الصوديوم تُستخدم في صناعة الورق. لذا، يبدو أن الإجابة ب ليست هي الإجابة التي نبحث عنها. في الإجابة ج، تُستخدم كربونات الصوديوم لمعالجة عسر الماء، ونحن نعلم أن كربونات المغنيسيوم وكربونات الكالسيوم كربونات غير قابلة للذوبان، وأن هذا هو المبدأ الأساسي وراء إمكانية استخدام كربونات الصوديوم لمعالجة الماء العسِر. لذا، فالإجابة ج غير صحيحة. وبالتالي تكون الإجابة الصحيحة هي د.

تتضمن الإجابة د استخدام كربونات الصوديوم في تنظيف الأفران ومعالجة انسداد المصارف. ومع ذلك، تتطلب مهمات التنظيف هذه مادة كاوية، وهي كذلك، في الواقع، يُستخدم غالبًا هيدروكسيد الصوديوم في كلتا المهمتين، وهو ما يعني أن الإجابة د هي الإجابة التي نبحث عنها. لاستبعاد الإجابة هـ، يمكننا ملاحظة أن كربونات الصوديوم هنا تُستخدم خلال خطوات عمليات الصباغة والطباعة في صناعة النسيج، التي نعلم أنها أحد الاستخدامات الشائعة. لذا، فإن الإجابة د هي الإجابة الصحيحة.

وكما اكتشفنا في هذا الشارح، للصوديوم عدد لا حصر له من التفاعلات والمركبات والاستخدامات المختلفة، ويُعد عنصرًا مهمًا للغاية للتفاعلات التي تحدث داخل خلايا الجسم كما هو الحال بالنسبة إلى التفاعلات التي تنتج ملايين الأطنان من النواتج على النطاق الصناعي في جميع أنحاء العالم.

النقاط الرئيسية

  • الصوديوم فلز ينتمي إلى المجموعة الأولى، وهو نشط للغاية ويجب فصله باستخدام التحليل الكهربي.
  • يتفاعل الصوديوم مع اللافلزات مثل الأكسجين، والهيدروجين، والكبريت، والفوسفور.
  • يستطيع الصوديوم تكوين أنواع مختلفة من الأكاسيد، مثل: NaO2، NaO22، NaO2.
  • يُعد هيدروكسيد الصوديوم أحد مركبات الصوديوم الشائعة وهو مادة كاوية بطبيعتها، لها العديد من الاستخدامات، ويخضع للعديد من التفاعلات الكيميائية المختلفة.
  • يُعد كربونات الصوديوم مركبًا آخر معنيًّا بالصناعة، ويُنتج بكميات كبيرة باستخدام عملية سولفاي.

انضم إلى نجوى كلاسيز

شارك في الحصص المباشرة على نجوى كلاسيز وحقق التميز الدراسي بإرشاد وتوجيه من معلم خبير!

  • حصص تفاعلية
  • دردشة ورسائل
  • أسئلة امتحانات واقعية

تستخدم «نجوى» ملفات تعريف الارتباط لضمان حصولك على أفضل تجربة على موقعنا. اعرف المزيد عن سياسة الخصوصية