الفلزات القلوية شديدة التفاعل لأنها تحتوي على إلكترون تكافؤ واحد في مستوى الطاقة الخارجي لها، والذي يُفقد بسهولة. وهذا التكوين الإلكتروني يجعلها مستعدة للتخلي عن هذا الإلكترون والحصول على تكوين مستقر للغازات النبيلة، مما يؤدي إلى تفاعلها العالي مع العناصر الأخرى.
حسنًا، كانت تلك مجرد إجابة بسيطة. ولكن هناك بعض الأشياء الإضافية التي يجب معرفتها حول هذا الموضوع والتي ستجعل مفهومك واضحًا للغاية.
لذلك دعونا ننتقل مباشرة إلى ذلك.
الوجبات السريعة الرئيسية: لماذا الفلزات القلوية شديدة التفاعل؟
- الفلزات القلوية شديدة التفاعل لأنها تحتوي على إلكترون تكافؤ واحد في مستوى الطاقة الخارجي، والذي تفقده بسهولة لتحقيق تكوين إلكتروني مستقر.
- تتأثر تفاعليتها بعوامل مثل طاقة التأين المنخفضة والحجم الذري الكبير وتكوين تكوينات الثماني المستقرة.
- تتفاعل الفلزات القلوية بقوة مع الماء، منتجة غاز الهيدروجين وأيونات الهيدروكسيد، بسبب التفاعل الطارد للحرارة الناتج عن فقدان إلكترون التكافؤ.
- كما أنها تتفاعل مع الأكسجين والهالوجينات ، مكونة أكاسيد فلزية وهاليدات فلزية قلوية، على التوالي، من خلال تفاعلات طاردة للحرارة للغاية.
التفسير: لماذا تتفاعل الفلزات القلوية؟
الفلزات القلوية شديدة التفاعل بسبب وجود إلكترون تكافؤ واحد في مستوى الطاقة الخارجي لها (المعروف أيضًا باسم غلاف التكافؤ). وهذا التكوين الإلكتروني يجعلها عرضة جدًا لفقد هذا الإلكترون الخارجي وتكوين أيون موجب ذي تكوين إلكتروني مستقر.
فيما يلي بعض الأسباب التي تجعل الفلزات القلوية تظهر مثل هذا التفاعل:
- طاقة تأين منخفضة: تحتوي الفلزات القلوية على طاقات تأين منخفضة، مما يعني أنها تتطلب طاقة قليلة نسبيًا لإزالة الإلكترون الخارجي. تسمح لهم طاقة التأين المنخفضة بفقد هذا الإلكترون بسهولة وتكوين أيون موجب الشحنة (كاتيون).
- الحجم الذري الكبير: تحتوي الفلزات القلوية على أحجام ذرية كبيرة نسبيًا بسبب وجود إلكترون واحد في مستوى الطاقة الخارجي لها. وينتج عن الحجم الكبير تجاذب ضعيف بين إلكترون التكافؤ والنواة موجبة الشحنة، مما يسهل إزالة الإلكترون.
- تكوين ثماني مستقر: من خلال فقدان إلكترون التكافؤ الفردي، تحقق الفلزات القلوية تكوينًا إلكترونيًا مستقرًا مشابهًا لتكوين الغاز النبيل لعنصر الغاز النبيل السابق. هذا التكوين الثماني المستقر (ثمانية إلكترونات في الغلاف الخارجي) يزيد من استقرار الكاتيون الناتج.
- التجاذب الكهروستاتيكي مع الذرات الأخرى: بمجرد أن تفقد الفلزات القلوية إلكترون تكافؤها وتشكل أيونًا موجبًا، فإنها تنجذب بقوة إلى الأنواع الأخرى ذات الشحنة السالبة، مثل الأيونات غير المعدنية أو الأيونات متعددة الذرات. يؤدي هذا الجذب الكهروستاتيكي إلى تكوين مركبات أيونية، حيث يكون كاتيون الفلز القلوي محاطًا بأيونات سالبة الشحنة.
بسبب تفاعلها، فإن الفلزات القلوية تتفاعل بشدة مع الماء والهواء ويجب التعامل معها بحذر. ويمكن أن تتفاعل بقوة مع الماء، وتطلق غاز الهيدروجين وتشكل هيدروكسيدات الفلزات القلوية. كما أنها تتأكسد بسهولة في الهواء، وتشكل أكاسيد أو هيدروكسيدات على سطحها.
تفاعل قوي للمعادن القلوية مع الماء
تفاعل الفلزات القلوية مع الماء قوي للغاية بسبب تفاعلها العالي. عندما تتلامس الفلزات القلوية، مثل الصوديوم أو البوتاسيوم، مع الماء، فإنها تخضع لتفاعل طارد للحرارة سريع.
وفيما يلي شرح مبسط للرد:
- عند ملامسته للماء، يتفاعل الفلز القلوي مع جزيئات الماء.
- تفقد ذرة المعدن إلكترون التكافؤ الخارجي الخاص بها، لتشكل أيون فلز قلوي موجب الشحنة (كاتيون).
- يتحد الإلكترون المتحرر مع جزيئات الماء، منتجًا غاز الهيدروجين (H₂) وأيونات الهيدروكسيد (OH⁻).
- تتحد أيونات الفلز القلوي وأيونات الهيدروكسيد لتكوين مركب هيدروكسيد الفلز القلوي.
يكون التفاعل طاردًا للحرارة بدرجة كبيرة، مما يعني أنه يطلق كمية كبيرة من الحرارة. هذه الحرارة، جنبًا إلى جنب مع الإطلاق السريع لغاز الهيدروجين، تجعل التفاعل نشطًا للغاية وفي بعض الأحيان متفجرًا. يعد تفاعل الفلزات القلوية مع الماء دليلا كلاسيكيا على تفاعلها، ولكن من المهم ملاحظة أنه يمكن أن يكون خطيرا ويجب تنفيذه بحذر.
أمثلة أخرى توضح تفاعلية أعلى للمعادن القلوية
فيما يلي بعض الأمثلة التي توضح التفاعل الأكبر للمعادن القلوية:
التفاعل مع الماء: تتفاعل الفلزات القلوية، مثل الصوديوم (Na) والبوتاسيوم (K)، بقوة مع الماء. عند وضع الصوديوم في الماء فإنه يتفاعل بعنف وينتج غاز الهيدروجين وهيدروكسيد الصوديوم:
2Na + 2H 2 O -> 2NaOH + H 2
يكون التفاعل طاردًا للحرارة للغاية ويطلق غاز الهيدروجين بسرعة. يزداد التفاعل كلما انتقلت إلى أسفل المجموعة، حيث يكون البوتاسيوم أكثر تفاعلاً من الصوديوم.
التفاعل مع الأكسجين: تتفاعل الفلزات القلوية بسهولة مع الأكسجين الموجود في الهواء، مما يؤدي إلى تكوين أكاسيد الفلزات. على سبيل المثال، عندما يتعرض البوتاسيوم للهواء، فإنه يشكل أكسيد البوتاسيوم بسرعة:
4K + O2 -> 2K2O
هذا التفاعل طارد للحرارة ويمكن أن يتسبب في اشتعال الفلز القلوي. ويزداد التفاعل مع الأكسجين أيضًا عندما يتحرك الشخص إلى أسفل المجموعة.
التفاعل مع الهالوجينات: تتفاعل الفلزات القلوية بقوة مع الهالوجينات، مثل الكلور (Cl) أو البروم (Br)، لتكوين هاليدات الفلزات القلوية. على سبيل المثال، عندما يتفاعل الصوديوم مع غاز الكلور، يتكون كلوريد الصوديوم:
2Na + Cl2 -> 2NaCl
التفاعل طارد للحرارة للغاية ويمكن أن يطلق كمية كبيرة من الطاقة. تتخلى الفلزات القلوية بسهولة عن إلكترونها الخارجي إلى الهالوجينات، لتشكل مركبات أيونية مستقرة.
توضح هذه الأمثلة التفاعلية العالية للفلزات القلوية، مما يسلط الضوء على ميلها إلى فقدان الإلكترونات بسهولة وتكوين مركبات مع عناصر أخرى. إن استجابتها تجعلها مفيدة في العديد من التطبيقات ولكنها تتطلب أيضًا معالجة دقيقة بسبب المخاطر المحتملة.
قراءة متعمقة
لماذا لا تتفاعل الغازات النبيلة؟
هل الثلج معدن؟
هل الجرانيت معدن؟
هل الكهرمان معدن؟
هل الليثيوم معدن؟