الفصل الثالث: عناصر الزمرة الثالثة (الألمنيوم)
مقدمة عن الزمرة الثالثة (IIIA)
لماذا وضعت في زمرة واحدة؟
بسبب احتواء الغلاف الخارجي لذراتها على ثلاثة إلكترونات رغم اختلافها بالأعداد الذرية.
عناصر الزمرة: البورون (B)، الألمنيوم (Al)، الغاليوم (Ga)، الإنديوم (In)، الثاليوم (Tl).
الصفات العامة للزمرة الثالثة
- جميعها فلزات ما عدا البورون شبه فلز.
- طاقة التأين لها أقل من المجموعة الثانية (بسبب وجود إلكترون واحد في الغلاف p).
- تقل طاقة التأين بزيادة العدد الذري (كلما اتجهنا للأسفل) بسبب كبر الحجم الذري.
- عدد التأكسد المتوقع هو (+3).
- تزداد الصفة القاعدية وتقل الحامضية بزيادة العدد الذري (البورون حامضي، الألمنيوم أمفوتيري، البقية قاعدي).
علل: يحصل نقصان في طاقة تأين عناصر الزمرة الثالثة كلما اتجهنا نحو الأسفل؟
الجواب: بسبب كبر حجومها الذرية وابتعاد إلكترونات التكافؤ عن النواة.
دراسة عنصر الألمنيوم (Al)
بطاقة العنصر
الرمز: Al | العدد الذري: 13 | العدد الكتلي: 27
وجوده: لا يوجد حراً لشدة فعاليته. يشكل 8% من القشرة الأرضية (الثالث انتشاراً بعد O و Si).
أهم خامات الألمنيوم (مهم جداً)
- البوكسايت (Al₂O₃·2H₂O): أكسيد الألمنيوم المائي (الخام الرئيسي).
- الكريولايت (Na₃AlF₆): فلوريد مزدوج (مهم في الاستخلاص لتقليل درجة الانصهار).
استخلاص الألمنيوم (طريقة هول)
- تنقية خام البوكسايت للحصول على الألومينا النقية (Al₂O₃).
- إذابة الألومينا في منصهر الكريولايت (لخفض درجة الانصهار).
- التحليل الكهربائي في خلية هول باستخدام أقطاب كاربون.
- سحب الألمنيوم المنصهر من أسفل الخلية.
الخواص الكيميائية الهامة
1. تفاعل الثرميت (سلوك عامل مختزل)
تفاعل مسحوق الألمنيوم مع أكسيد الحديد الثلاثي، مصحوباً بحرارة عالية وشرر.
2Al + Fe₂O₃ → Al₂O₃ + 2Fe + طاقة حرارية
فائدته: لحيم الأجهزة الحديدية الكبيرة وقضبان السكك، واستخلاص الفلزات.
2. السلوك الأمفوتيري
هو تفاعل الألمنيوم مع الحوامض و القواعد محرراً غاز الهيدروجين في كلتا الحالتين.
مع الحوامض: 2Al + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂↑
مقارنة: تأكسد الألمنيوم vs الحديد
| تأكسد الألمنيوم | تأكسد الحديد |
|---|
| تتكون طبقة أكسيد صلدة شديدة الالتصاق بالسطح تمنع استمرار التآكل (تقيه). | تتكون طبقة أكسيد هشة (تتفتت) تسمح باستمرار التآكل (الصدأ) حتى تلف المعدن. |
سبائك الألمنيوم
| سبيكة الديورالومين | سبيكة برونز الألمنيوم |
|---|
| المكونات: نسبة عالية من Al + قليل من Cu, Mg. | المكونات: نسبة قليلة من Al + عالية من Cu. |
| الميزة: الخفة والصلابة. | الميزة: مقاومة التآكل وتغير اللون. |
| الاستخدام: بناء أجزاء الطائرات. | الاستخدام: أدوات الزينة. |
الشب (شب البوتاس)
ملح مزدوج من كبريتات الألمنيوم والبوتاسيوم. الصيغة: KAl(SO₄)₂·12H₂O
استعمالاته:
- تعقيم الجروح الخفيفة (يساعد على تخثر الدم).
- تثبيت الأصباغ.
- تصفية مياه الشرب.
الكشف عن أيون الألمنيوم
يتم بإضافة محلول قاعدي (NaOH) إلى محلول أيون الألمنيوم، فيتكون راسب أبيض جيلاتيني هو هيدروكسيد الألمنيوم.
Al³⁺ + 3OH⁻ → Al(OH)₃↓
شاهد فيديو الشرح للفصل الثالث:
(الفيديو متاح عبر الروابط أعلاه)
شكراً لكم، لا تنسونا من الدعاء