☰ خطة العام · الكيمياء (بالعربية)

خواص السلسلة الأولى ومغناطيسيتها وعواملها الحفازة

الأسبوع 3 · الباب الأول (٣): الخواص العامة لعناصر السلسلة الأولى (الكتلة الذرية ونصف القطر والكثافة والخاصية الفلزية) والخاصيتان البارامغناطيسية والديامغناطيسية وعدّ الإلكترونات المفردة والنشاط الحفزي للفلزات الانتقالية · 3 دروس
2

الخاصية الفلزية والمغناطيسية: عدّ الإلكترونات المفردة

Chemistry Sec 3 Term 1, Chapter 1: pp. 12–15
الهدفصف الخاصية الفلزية للسلسلة باختصار، وعرّف البارامغناطيسية والديامغناطيسية، وحدّد أيّ الأيونات هي أيّ نوع بعدّ الإلكترونات المفردة.
كلمات جديدة
بارامغناطيسي · ينجذب إلى المجال المغناطيسي لأن في الجسيم إلكترونات مفردةديامغناطيسي · يُدفع قليلًا إلى خارج المجال المغناطيسي لأن كل إلكترونات الجسيم مزدوجةالعزم المغناطيسي · مقياس لمدى سلوك الجسيم كمغناطيس؛ ويزداد بزيادة عدد الإلكترونات المفردة
الشرح

فلزات السلسلة الأولى صلبة لامعة توصّل الحرارة والكهرباء، ذات درجات انصهار وكثافات مرتفعة. وتشترك إلكترونات ⁦4s⁩ و⁦3d⁩ لدى الذرات المتجاورة في الرابطة الفلزية فتجعلها قوية ودرجات الانصهار عالية. ويتفاوت نشاطها الكيميائي كثيرًا: النحاس قليل النشاط، والحديد يصدأ، والاسكانديوم نشيط يتفاعل مع الماء (معلومة بالكلمات فقط). ومصدر المغناطيسية دوران الإلكترون حول نفسه. فالإلكترون الدائر مغناطيس صغير، وإلكترونان في أوربيتال واحد يدوران في اتجاهين متعاكسين فيلغي أثرُ أحدهما أثرَ الآخر. لذا يكون الجسيم الذي فيه إلكترونات مفردة بارامغناطيسيًّا: ينجذب إلى المجال المغناطيسي، وكلما زاد عدد إلكتروناته المفردة زاد عزمه المغناطيسي وقوي انجذابه. أما الجسيم الذي كل إلكتروناته مزدوجة فعزمه المغناطيسي صفر وهو ديامغناطيسي، يُدفع إلى الخارج دفعًا ضعيفًا. ومعظم مركبات العناصر الانتقالية بارامغناطيسية لأن في أيوناتها مستويات ⁦d⁩ ممتلئة جزئيًّا. وللحكم على جسيم: اكتب تركيب ⁦d⁩ للأيون وارسم الصناديق بقاعدة هوند وعُدّ الأسهم المنفردة.

النوعالإلكتروناتفي المجال المغناطيسيالعزم المغناطيسي
بارامغناطيسيإلكترون مفرد واحد على الأقلينجذبأكبر من الصفر
ديامغناطيسيكلها مزدوجةيُدفع قليلًاصفر
أمثلة محلولة
3d7Co²⁺
⁦Co²⁺⁩. الكوبلت ⁦[Ar] 3d⁷ 4s²⁩؛ و⁦Co²⁺⁩ يفقد إلكترونَي ⁦4s⁩ فهو ⁦3d⁷⁩. في الصناديق الخمسة 5 إلكترونات منفردة ويُضاف إلكترونان في أزواج، فالمفردة 3. الأيون بارامغناطيسي.
الأيونتركيب ⁦d⁩المفردةالسلوك
⁦V³⁺⁩⁦3d²⁩2بارامغناطيسي
⁦Cu⁺⁩⁦3d¹⁰⁩0ديامغناطيسي
أيونان آخران. ⁦V³⁺⁩ هو ⁦3d²⁩ وفيه إلكترونان مفردان: بارامغناطيسي. و⁦Cu⁺⁩ هو ⁦3d¹⁰⁩ مستوى ممتلئ كل إلكتروناته مزدوجة: ديامغناطيسي، عزمه المغناطيسي صفر.
012345Cu²⁺Cr³⁺Mn²⁺العددالإلكترونات المفردة
ترتيب. رتّب ⁦Mn²⁺⁩ و⁦Cr³⁺⁩ و⁦Cu²⁺⁩ بحسب العزم المغناطيسي المتزايد. عُدّ أولًا: ⁦Cu²⁺⁩ هو ⁦3d⁹⁩ (مفرد واحد)، و⁦Cr³⁺⁩ هو ⁦3d³⁩ (3)، و⁦Mn²⁺⁩ هو ⁦3d⁵⁩ (5). الترتيب ⁦Cu²⁺ < Cr³⁺ < Mn²⁺⁩.
نشاط الفصل

اختبار مغناطيس منصف بمساعدة شخص بالغ. ضع مسمار حديد ومشبك ورق وعملة معدنية وكرة من ورق الألومنيوم وشوكة صلب وملعقة بلاستيك. توقّع لكل منها هل سيرفعه مغناطيس الثلاجة، ثم اختبر وأكمل جدولًا. الأشياء المنجذبة تحتوي حديدًا، وشدّ انجذابها أقوى بكثير من البارامغناطيسية الضعيفة للأيونات التي لا تُلحظ في البيت. اكتب جملة واحدة تميّز بين «الانجذاب إلى مجال بسبب إلكترونات مفردة» و«الرفع بمغناطيس في المطبخ». لا تقرّب أي مغناطيس من هاتف أو بطاقة مصرفية.

تدرّب
1
قرّر هل ⁦Ni²⁺⁩ بارامغناطيسي أم ديامغناطيسي. (ذرة النيكل: ⁦[Ar] 3d⁸ 4s²⁩.)
2
تركيب التيتانيوم (IV) ⁦Ti⁴⁺⁩ مثل تركيب الأرجون. هل هو بارامغناطيسي؟
3
رتّب ⁦Fe²⁺⁩ و⁦Ni²⁺⁩ و⁦Zn²⁺⁩ من أصغر عزم مغناطيسي إلى أكبره.
4
لماذا يكون العزم المغناطيسي للجسيم الديامغناطيسي صفرًا؟