شارح الدرس: خواص عنصر الصوديوم ومركباته الكيمياء • الصف الثاني الثانوي

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 ().

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: وتُفقد عند المصعد كما هو موضح في المعادلة:

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:

وفي تفاعل قوي مماثل، يتفاعل الصوديوم مع الأحماض المعدنية المخففة لإنتاج محاليل الأملاح وغاز الهيدروجين، كما يحدث في هذا التفاعل مع حمض الهيدروكلوريك:

يمكن أن يتفاعل الصوديوم أيضًا في تفاعل اتحاد مباشر مع الهيدروجين لتكوين هيدريد الصوديوم:

ويمكن أن يتفاعل الهيدريد بعد ذلك مع الماء لتكوين الهيدروكسيد وغاز الهيدروجين بطريقة مشابهة للتفاعل بين فلز الصوديوم والماء:

أما تفاعلات الاتحاد المباشر الأخرى التي تتضمن فلز الصوديوم هي التفاعلات مع الهالوجينات لتكوين المركبات الهاليدية الأيونية المعروفة:

في تفاعلات الاتحاد المباشر الأخرى، يتفاعل فلز الصوديوم مع الكبريت والفوسفور العنصريين لتكوين كبريتيد الصوديوم وفوسفيد الصوديوم على الترتيب:

التفاعلات الأخيرة التي سندرسها وتتضمن فلز الصوديوم هي التفاعلات مع الأكسجين، التي تكوّن أكاسيد مختلفة. تُنتِج أبسط أشكال هذه التفاعلات أكاسيد المجموعة الأولى الشائعة:

من الممكن أيضًا أن تتكون البيروكسيدات والأكاسيد الفائقة المختلفة عند تفاعل الصوديوم مع الأكسجين. يمكن أن يتفاعل الصوديوم مع الأكسجين ويُكوِّن مركب بيروكسيد الصوديوم ():

ويمكن أن يتفاعل الصوديوم أيضًا مع الأكسجين ويُكوِّن جزيء فوق أكسيد الصوديوم:

تُعد البيروكسيدات والأكاسيد الفائقة في حد ذاتها مركبات نشطة للغاية، ويمكن أن تتفاعل مع الماء لتكوين بيروكسيد الهيدروجين في المحاليل القلوية:

تتفاعل البيروكسيدات والأكاسيد الفائقة أيضًا مع الأحماض المعدنية المخففة:

في جزء رائع من تاريخ الكيمياء، استُخدِم شكل من أشكال ثاني أكسيد الصوديوم () 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:

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!

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.

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:

يمكن أن يتفاعل هيدروكسيد الصوديوم أيضًا مع حمض الكبريتيك لتكوين كبريتات الصوديوم:

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:

يمكن التأكد من هوية هيدروكسيد النحاس الثنائي من خلال التسخين؛ حيث يتحلل هيدروكسيد النحاس الثنائي إلى أكسيد النحاس الثنائي، الذي له لون أسود مميز:

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:

بعد ذلك، تُذيب كمية إضافية من محلول هيدروكسيد الصوديوم المائي الهيدروكسيد الصلب، مكوِّنًا ميتا ألومينات الصوديوم:

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:

يُعد مركب كربونات الصوديوم () أحد مركبات الصوديوم المهمة للغاية وذلك لأهميته الصناعية، ويمكن تحضيره في المختبر بإمرار غاز ثاني أكسيد الكربون خلال محلول ساخن من هيدروكسيد الصوديوم:

كربونات الصوديوم المتكونة في التفاعل السابق هي الصورة المُماهة للكربونات، ويشار إليها أحيانًا باسم «صودا الغسيل» وصيغتها الكيميائية هي . يتعلق مصطلح «صودا الغسيل» بقدرة هذا المركب على إزالة أيونات الكالسيوم والمغنيسيوم من مصادر الماء العسر من خلال ترسيب الكربونات غير القابلة للذوبان:

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:

بعد ذلك، تتحلل البيكربونات الناتجة حراريًّا لإنتاج كربونات الصوديوم المطلوبة:

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:

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.

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.