الأسبوع 1 · الباب الأول «العناصر الانتقالية» (١): المقدمة والأهداف والعناصر الانتقالية الرئيسية والداخلية والسلاسل الانتقالية الأربع والسلسلة الأولى من Sc إلى Zn واستخدامات كل عنصر منها · 3 دروس
2
السلسلة الأولى في الاستخدام: من الاسكانديوم إلى المنجنيز
Chemistry Sec 3 Term 1, Chapter 1: pp. 1–8
الهدفاربط كلًّا من الاسكانديوم والتيتانيوم والفاناديوم والكروم والمنجنيز بخاصية نافعة وباستخدام، مع مركب لكل منها.
كلمات جديدة
السبيكة · فلز مخلوط بكميات صغيرة من عناصر أخرى لتحسين خواصهطبقة الأكسيد · غشاء رقيق من أكسيد الفلز على سطحه؛ وإذا كان محكمًا حمى الفلز الذي تحتهالعامل المؤكسد · مادة تأخذ إلكترونات من مادة أخرى في التفاعل
الشرح
تشكّل السلسلة الأولى نحو 6 % من كتلة القشرة الأرضية، والحديد وحده نحو 5 % منها. وكلها فلزات صلبة ذات درجات انصهار مرتفعة، لكن لكل منها خاصية مميزة تحدد استخدامه. الاسكانديوم: قليل منه في الألومنيوم يعطي سبيكة خفيفة شديدة الصلابة لأجزاء الطائرات والأدوات الرياضية، ويُضاف إلى بعض المصابيح ليعطي ضوءًا قريبًا من ضوء النهار. التيتانيوم: قوي كالصلب وأخف منه، وخامل في الجسم، فيُستعمل في أجزاء الطائرات والمفاصل وزراعة الأسنان؛ وجسيمات أكسيده TiO₂ الدقيقة في واقيات الشمس تحجب الأشعة فوق البنفسجية. الفاناديوم: قليل منه في الصلب يعطي صلبًا شديد الصلابة يقاوم التآكل يصلح للنوابض؛ وV₂O₅ يلوّن الزجاج والخزف وهو عامل حفاز. الكروم: فلز نشيط ومع ذلك تحميه طبقة أكسيد رقيقة محكمة، فيُستعمل في الطلاء ودبغ الجلود؛ وCr₂O₃ صبغة خضراء وK₂Cr₂O₇ عامل مؤكسد. المنجنيز: هش وحده، فيُستعمل في سبائك (فيرومنجنيز للقضبان الحديدية، وألومنيوم–منجنيز لعلب المشروبات) أو في مركبات مثل MnO₂ وKMnO₄ وكلاهما عامل مؤكسد.
العنصر
الخاصية المهمة
الاستخدام
الاسكانديوم
سبيكة شديدة الصلابة وخفيفة مع الألومنيوم
أجزاء الطائرات، المصابيح
التيتانيوم
قوي وخفيف وخامل
أجزاء الطائرات، الزراعة في الجسم، TiO₂ في واقيات الشمس
الفاناديوم
يقسّي الصلب ويقاوم التآكل
النوابض، V₂O₅ تلوين وحفز
الكروم
طبقة أكسيد محكمة
الطلاء، الدبغ، صبغة Cr₂O₃
المنجنيز
سبائك أصلب من الصلب؛ هش وحده
القضبان، علب المشروبات، MnO₂ وKMnO₄
أمثلة محلولة
اختر الفلز. يحتاج مصمم إلى فلز قوي كالصلب وأخف منه، وخامل في الجسم. الخاصية الأولى تناسب أجزاء الطائرات والثانية تناسب الزراعة في الجسم، والاثنتان تدلان على التيتانيوم.
لماذا لا يُستعمل المنجنيز فلزًّا نقيًّا؟ لأنه هش ينكسر بدل أن ينثني. فإذا خُلط بالحديد أعطى الفيرومنجنيز الأصلب من الصلب العادي ويُستعمل في القضبان الحديدية؛ وإذا خُلط بالألومنيوم أعطى سبيكة تقاوم التآكل تُستعمل في علب المشروبات.
صنبور مطلي بالكروم يبقى لامعًا مع أن الكروم فلز نشيط. الكروم يتفاعل مع الأكسجين فورًا، لكن الأكسيد يتكوّن طبقة رقيقة محكمة تغطي السطح بلا فجوات (فالأكسيد يشغل حيّزًا أكبر من ذرات الفلز التي تكوّن منها). فلا يصل الأكسجين إلى الفلز تحتها، ويتوقف التفاعل بعد الطبقة الرقيقة الأولى.
نشاط الفصل
بحث عن الفلزات في البيت بمساعدة شخص بالغ. ابحث عن ثلاثة أشياء فلزية، مثل نابض أو علبة مشروب أو صنبور أو قطعة دراجة. اكتب لكل منها أهم خاصية في فلزها: الصلابة أو قلة الكتلة أو مقاومة التآكل أو اللمعان. واقرأ أي بطاقة على الشيء ودوّن الفلزات المذكورة فيها. لا تخدش شيئًا ولا تقطعه ولا تسخّنه.
تدرّب
1
طابق كل استخدام بأحد العناصر V, Ti, Mn: (أ) نوابض من صلب يقاوم التآكل، (ب) علب المشروبات، (ج) الزراعة في الجسم.
(أ) الفاناديوم، (ب) المنجنيز (مع الألومنيوم في سبيكة)، (ج) التيتانيوم.
2
أي عنصر في هذا الدرس فلز نشيط لكنه يقاوم التآكل، ولماذا؟
الكروم. فطبقة أكسيده الرقيقة المحكمة تمنع الأكسجين من الوصول إلى الفلز تحتها.
3
اذكر استخدامًا لكل مركب: (أ) TiO₂، (ب) V₂O₅، (ج) K₂Cr₂O₇.
(أ) جسيمات دقيقة في واقيات الشمس تحجب الأشعة فوق البنفسجية، (ب) تلوين الزجاج والخزف، وعامل حفاز، (ج) عامل مؤكسد.
4
يوجد الاسكانديوم بكميات ضئيلة موزعة بخفة في القشرة الأرضية. فلماذا يظل مفيدًا أن يُضاف قليل منه إلى الألومنيوم؟
لأن كمية صغيرة منه تجعل سبيكة الألومنيوم أشد صلابة بكثير وهي ما زالت خفيفة، فالقليل منه يكفي.