شیمی یازدهم؛ فلزات قلیایی و ویژگی های آن به زبان ساده

امروز فضای مجازی و بستر اینترنت به یکی از مراجع مهم برای دانش آموزان تبدیل شده است تا با مراجعه به آن پاسخ بسیاری از پرسش های خود را بیابند.

تحریریه مدرسه آنلاین تلاش می کند تا در این بخش اطلاعات به روز و مستندی را پیرامون موضوعات درسی تهیه و در اختیار کاربران فضای مجازی قرار دهد.

امروز بحث فلزات قلیایی از شیمی یازدهم را با هم می‌خوانیم.

فلزات قلیایی 

به عناصر گروه اول جدول تناوبی شامل لیتیم، سدیم، پتاسیم، روبیدیم، سزیم و فرانسیم فلزات قلیایی گفته می‌شود. هیدروژن در صدر این گروه قرار دارد اما فلز قلیایی نیست. در زمان‌های گذشته انسان متوجه شد با حل کردن خاکستر چوب در آب محلولی به دست می‌آید که چربی ها را در خود حل می‌کند، به این محلول قلیا گفتند. به دلیل اینکه عنصرهای گروه اول در خاکستر چوب موجودن، نام فلزات قلیایی را به این گروه دادند.

فلزات قلیایی و ویژگی آن‌

فلزات قلیایی براق، نرم و بسیار واکنش پذیر در دما و فشار استاندارد هستند و به آسانی بیرونی‌ترین الکترون خود را از دست می‌دهند تا کاتیون‌هایی با بار ۱+ تشکیل دهند. همه آنها را می‌توان به دلیل نرمی به راحتی با چاقو برش داد و سطحی براقی را مشاهده کرد. که به دلیل اکسیداسیون توسط رطوبت و اکسیژن جو به سرعت در هوا کدر می‌شوند.

به دلیل واکنش پذیری بالایی که دارند، برای جلوگیری از واکنش با هوا باید در زیر روغن نگهداری شوند. به طور طبیعی فقط در نمک‌ها و هرگز به عنوان عناصر آزاد یافت نمی‌شوند. سزیم، پنجمین فلز قلیایی و واکنش پذیرترین فلز در بین تمام فلزات است. تمام فلزات قلیایی با آب واکنش می‌‌دهند.

در طبیعت فلزات قلیایی کشف شده به صورت ترکیبات وجود دارند. به ترتیب فراوانی، سدیم بیشترین فراوانی را دارد و پس از آن پتاسیم، لیتیوم، روبیدیم، سزیم و در نهایت فرانسیم قرار دارند که به دلیل رادیواکتیویته بسیار زیاد، نادر است.

خواص فیزیکی و شیمیایی فلزات قلیایی

خواص فیزیکی و شیمیایی فلزات قلیایی، به سادگی با بررسی آرایش الکترونی $$n{s}^1$$ در لایه آخر و پیوندهای ضعیف فلزی بیان می‌شود. این عناصر، فلزاتی نرم با نقطه جوش، نقطه ذوب و چگالی پایین هستند. آنتالپی ذوب، تبخیر و تصعید هم در این فلزات همانند دیگر خواص پایین است. آزاد شدن الکترون از فلزات قلیایی علت رنگ شعله در این عناصر است. شعاع اتمی، هدایت الکتریکی و گرمایی در این عناصر به دلیل آرایش الکترونی بسیار زیاد و در روندهای تناوبی قابل بررسی است.

پنج عنصر اول این دسته از فلزات به خوبی شناخته شده‌اند؛ اما عنصر سزیم به دلیل رادیواکتیو بودن، جزو عناصر ناشناخته است و تنها احتمال می‌رود که خواصی مشابه سزیم داشته باشد. فلزات قلیایی به شدت واکنش‌پذیراند و به صورت عنصر خالص در طبیعت یافت نمی‌شوند و به همین علت در نفت و پارافین نگهداری می‌شوند. این عناصر با هالوژن‌ها به شدت واکنش و تشکیل هالیدهای فلزی سفیدرنگ می‌دهند. همچنین در واکنش با آب تشکیل هیدروکسید قلیایی می‌دهند که در حمل نقل آنها باید مسايل ایمنی را در نظر گرفت.

شعاع اتمی و یونی

در مقایسه با شعاع یونی و اتمی فلزات قلیایی، شعاع فلزات قلیایی خاکی به واسطه ی بار هسته ی بالاتر که باعث می شود الکترون ها به سمت هسته جذب شوند، و از این رو منجر به کاهش اندازه ی اتمی و یونی می شود، کوچکتر می باشد. همچنان که از بریلیوم به سمت رادیوم در گروه حرکت می کنیم، مشاهده می شود که شعاع اتمی به واسطه ی افزایش عدد اتمی، تعداد پوسته ها و اثر غربالگری افزایش می یابد.

نقاط ذوب و جوش

دمایی که در آن عنصر جامد به حالت مایع و عنصر مایع به حالت بخار تبدیل می شود، به ترتیب نقاط ذوب و جوش می نامند. در مورد فلزات قلیایی، همچنان که عدد اتمی افزایش می یابد، نقطه ی جوش و نقطه ی ذوب آن ها در این گروه کاهش می یابد. با این وجود، در مورد عناصر قلیایی خاکی هیچ گونه الگو یا روند منظمی دیده نشده است. بریلیوم بالاترین نقطه ی ذوب و جوش را در گروه داشته و منیزیم پایین ترین نقطه ی ذوب و جوش را دارا می باشد. با این حال، از آن جا که شعاع اتمی فلزات قلیایی خاکی کوچک تر از شعاع فلزات قلیایی می باشد، نقاط ذوب و جوش گروه عناصر II بالاتر از عناصر گروه I می باشند. بنابراین، ما می توانیم از تست نقاط ذوب و جوش به منظور تمایز بین عناصر گروه II و I استفاده کنیم.

انرژی یونیزاسیون

از آن جا که عناصر گروه II دارای شعاع بزرگتری هستند، پس آن ها انرژی های یونیزاسیون بالاتری در مقایسه با عناصر گروه I دارند. همچنان که به انتهای گروه II حرکت می کنیم، عدد اتمی و اندازه کاهش یافته و تعداد لایه ها افزایش می یابد و مقدار اثر غربالگری بالاتری نیز دیده می شود. با این حال، این ها باعث می شود که انرژی یونیزاسیون در پایین گروه کاهش یابد.

صفت فلزی و تراکم

عناصر قلیایی خاکی در طبیعت الکترو مثبت می باشد. با این حال عناصر گروه II به دلیل انرژی های یونیزاسیون بالاتر آن ها، به اندازه ی عناصر گروه I الکترو مثبت نیستند. این عناصر در مقایسه با فلزات قلیایی سخت تر و متراکم تر می باشند. این امر به دلیل اندازه ی اتمی کوچک تر بوده که باعث می شود الکترون ها به صورت متراکم تر قرار داشته باشند و از این رو تشکیل پیوندهای فلزی قوی تری می دهند. به همین دلیل این فلزات سخت تر و متراکم تر از فلزات قلیایی هستند.

واکنش‌پذیری

واکنش‌پذیری تمامی فلزات قلیایی از بالا به پایین افزایش پیدا می‌کند. از آنجایی که انرژی یونش اول، از بالا به پایین کاهش پیدا می‌کند،‌ حذف الکترون در لایه آخر با انجام واکنش شیمیایی بسیار ساده‌تر، و در نتیجه واکنش‌پذیری از بالا به پایین رو به افزایش است.

کاربرد فلزات قلیایی

لیتیم به عنوان یکی از اجزای مهم در باتری های لیتیم- یونی در رایانه ها و تلفن های همراه می باشد. استفاده از لیتیم در صنعت داروسازی حائز اهمیت است و از لیتیم کلرید به عنوان خشک کننده استفاده می کنند. کاربرد مهم سدیم در ساخت نمک طعام و استفاده از آن در ساخت صابون، تهیه آلیاژ سدیم پتاسیم و تولید لامپ های بخار سدیم مهم است. در ترکیب کود شیمیایی پتاس اکسید پتاسیم استفاده شده، همین طور پتاسیم به عنوان کنترل کننده PH در محلول ها استفاده می شود. کاربردهای دیگر آن ساخت شیشه و ساخت باروت است. از روبیدیم و سزیم در ساخت ساعت های دقیق اتمی استفاده می شود. فرانسیم در آزمایش های اسپکتروسکوپی کاربرد دارد.