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
3
الفلزات الانتقالية عوامل حفز
Chemistry Sec 3 Term 1, Chapter 1: pp. 12–15
الهدففسّر عمل العامل الحفاز، وسمِّ أربعة عوامل حفازة من السلسلة، واحسب الكتل والحجوم للتفاعلات التي تُسرّعها.
كلمات جديدة
العامل الحفاز · مادة تُسرّع التفاعل وتُسترد دون تغيّر في نهايتهطاقة التنشيط · أقل طاقة يلزم أن تمتلكها الجسيمات المتصادمة ليحدث التفاعلالسطح · الطبقة الخارجية للعامل الحفاز الصلب، حيث تلتصق جزيئات المتفاعلات
الشرح
لا يحدث التفاعل إلا إذا امتلكت الجسيمات المتصادمة طاقة كافية، هي طاقة التنشيط. والعامل الحفاز يوفر للتفاعل طريقًا أسهل بطاقة تنشيط أقل، فينجح عدد أكبر من التصادمات ويصبح التفاعل أسرع. ولا يُستهلك العامل الحفاز، وتبقى كمية الناتج من كمية معينة من المتفاعل كما هي. والفلزات الانتقالية ومركباتها عوامل حفازة جيدة لأن إلكترونات 4s و3d فيها تستطيع تكوين روابط مؤقتة مع جزيئات المتفاعلات الملتصقة بسطح الفلز. فتتجمع الجزيئات هناك وتضعف روابطها، فتقل طاقة التنشيط؛ ثم تغادر النواتج ويتحرر السطح من جديد. ولذلك يُستعمل العامل الحفاز مسحوقًا ناعمًا أو شبكة ذات سطح واسع. أربعة أمثلة: النيكل المجزأ في تقسية الزيوت بالهيدروجين؛ والحديد في N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃؛ وأكسيد الفاناديوم (V) في 2SO₂ + O₂ ⇌ 2SO₃ ثم SO₃ + H₂O → H₂SO₄؛ وأكسيد المنجنيز (IV) في 2H₂O₂ → 2H₂O + O₂. ويُكتب العامل الحفاز فوق السهم ولا يدخل في المعادلة الموزونة. وهذه العمليات الصناعية تفاعلات على الورق هنا.
أمثلة محلولة
ƒالمعادلة
2H₂O₂(aq) → 2H₂O(l) + O₂(g)
العامل الحفاز: MnO₂
فوق أكسيد الهيدروجين على الورق. 2H₂O₂ → 2H₂O + O₂ والعامل الحفاز MnO₂. في مسألة 6.8 g من H₂O₂ (H = 1, O = 16). M = 2 × 1 + 2 × 16 = 34 g/mol فـ n = 6.8 ÷ 34 = 0.2 mol. النسبة H₂O₂ : O₂ هي 2 : 1، فـ n(O₂) = 0.1 mol وm = 0.1 × 32 = 3.2 g وV = 0.1 × 22.4 = 2.24 L عند STP. ويبقى MnO₂ دون تغيّر في النهاية.
ƒالمعادلة
2SO₂(g) + O₂(g) ⇌ 2SO₃(g)
العامل الحفاز: V₂O₅
طريقة التلامس على الورق. 2SO₂ + O₂ ⇌ 2SO₃ والعامل الحفاز V₂O₅ (S = 32, O = 16). من 6.4 g من SO₂: M = 64 g/mol فـ n = 0.1 mol. النسبة SO₂ : O₂ : SO₃ هي 2 : 1 : 2، فيلزم 0.05 mol من O₂ (1.6 g)، وأكبر كمية ممكنة من SO₃ هي 0.1 mol × 80 g/mol = 8.0 g. نقول «أكبر كمية ممكنة» لأن التفاعل عكسي.
ƒالمعادلة
N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g)
العامل الحفاز: Fe
الأمونيا على الورق. N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃ والعامل الحفاز Fe (N = 14, H = 1). من 5.6 g من N₂: n = 5.6 ÷ 28 = 0.2 mol. يلزمها 3 × 0.2 = 0.6 mol من H₂ أي 1.2 g، وتعطي على الأكثر 2 × 0.2 = 0.4 mol من NH₃ أي 0.4 × 17 = 6.8 g. تحقّق من الكتلة: 5.6 g + 1.2 g = 6.8 g.
نشاط الفصل
تلّ على الورق. ارسم واديين متجاورين، واحدًا للمتفاعلات وآخر للنواتج، وبينهما تلّ. على الكرة أن تحصل على طاقة كافية لتتدحرج فوق القمة: علّم هذا الارتفاع طاقة التنشيط. ثم ارسم بلون آخر تلًّا ثانيًا أخفض للطريق بوجود عامل حفاز، وعلّم الطاقة الأصغر اللازمة. واكتب تحتها ما يبقى كما هو (الواديان) وما يتغير (التل). لا تُستعمل مواد كيميائية.
تدرّب
1
في مسألة 17 g من فوق أكسيد الهيدروجين H₂O₂ (H = 1, O = 16) تتحلل وفق 2H₂O₂ → 2H₂O + O₂. أوجد كتلة الأكسجين وحجمه عند STP (22.4 L/mol).
