"الخصائص الفيزيائية للعناصر القلوية: مقارنة بعض الخصائص الفيزيائية للعناصر القلوية: الخصائص الكيميائية للعناصر القلوية: تطبيقات على العناصر القلوية:
جميع العناصر في المجموعة الأولى، والتي تسمى بالعناصر القلوية تتشارك بخصائص كيميائية وفيزيائية متشابهة، وتعرف هذه المجموعة بأنها أكثر وضوحا من أي مجموعة أخرى في الجدول الدوري.
الخصائص الفيزيائية للعناصر القلوية:
هنالك عدة خصائص فيزيائية للعناصر القلوية:
تعرف عناصر المجموعة الأولى بطراوتها إذ أنه بإمكاننا تقطيعها بواسطة سكين.
تعرف بامتلاكها درجات انصهار منخفضة.
تعرف أنها ذو كثافة منخفضة، حيث أن كلّا من هذه العناصر: الليثيوم والصوديوم والبوتاسيوم لديهم القدرة على الطوافان على سطح الماء، حيث أن هذه العناصر تمتلك كثافة أقل من الماء.
مع زيادة العدد الذري تصبح الذرات أكبر، وتقل قوة الرابطة المعدنية.
عندما تكون عناصر المجموعة الأولى في الحالة الغازية فإنها تتواجد على شكل جزيئات M2.
قوة الرابطة التشاركية بين (M-M) تقل كلما ذهبنا إلى الأسفل.
التوزيع الإلكتروني (kJ/mol) 78 (kJ/mol) 82 (kJ/mol) 90 (kJ/mol) 108 (kJ/mol)171 الإنثالبي (?Hat)عند 298.15 كلفن (kJ/mol) 44 (kJ/mol) 49 (kJ/mol) 55 (kJ/mol) 74 (kJ/mol)110 الطاقة اللازمة للتفكك عند 298.15كلفن 301.5 كلفن 312 كلفن 336 كلفن 371 كلفن 453.5 كلفن درجة الانصهار 942 كلفن 959 كلفن 1032 كلفن 1156 كلفن 161.5 كلفن درجة الغليان (kJ/mol)2.1 (kJ/mol)2.2 (kJ/mol)2.3 (kJ/mol)2.6 (kJ/mol)3.0 المحتوى الحراري للانصهار عند ظروف ثابتة أو ما يسمى Standard ?Hْ fus (kJ/mol)375.7 (kJ/mol)403.0 (kJ/mol)418.8 (kJ/mol)495.8 (kJ/mol)520.2 طاقة التأين الأولى (kJ/mol)2234 (kJ/mol)2633 (kJ/mol)3052 (kJ/mol)4562 (kJ/mol)7298 طاقة التأين الثانية
kJ/mol تعني كيلو جول/مول، ظروف (Standard) تعني أننا تحت ظروف ثابتة:
درجة حرارة تساوي 25 سيلسيوس وتساوي 298 كلفن.
ضغط يساوي 1 وحدة ضغط جوية.
الخصائص الكيميائية للعناصر القلوية:
جميعها تمتلك إلكترون واحد في غلافها الأخير.
جميع هذه العناصر لديها عدد تأكسد يساوي +1.
جميع عناصر المجموعة الأولى تتفاعل مع الماء لإنتاج هيدروكسيد العنصر والهيدروجين مع خروج الطاقة الناتجة من عملية حرق الهيدروجين مصاحبة لهذا التفاعل.
مثال على ذلك:
2K(s) + 2H2O(l) ? 2KOH(aq) + H2(g)
هيدروكسيد العنصر الناتج من التفاعل مع الماء يمتلك درجة حموضة أكبر من 7 لأنه محلول قاعدي. وعند تفاعل هذه العناصر مع الماء تم ملاحظة عدة أمور مختلفة تبعا للعنصر الذي قام بالتفاعل :
فعند تفاعل الصوديوم مع الماء وجد أن الصوديوم يذوب ليشكل كرة وتحدث فرقعة بشكل سريع وشديد وتصبح أصغر فأصغر حتى تختفي. أما عند تفاعل الليثيوم مع الماء وجد أنه يفور ببطء ويصبح أصغر فأصغر حتى يختفي. وفي حالة تفاعل البوتاسيوم مع الماء نجد أنه يذوب بسرعة ليشكل كرة، ويحترق بشدة ويصدر لهب أرجواني، ويختفي اللهب بسرعة، غالبًا يحدث هذا التفاعل مع انفجار صغير.
تطبيقات على العناصر القلوية:
هنالك عدة تطبيقات على عناصر المجموعة الأولى التي سنعرضها الآن:
حفظ الوقت مع السيزيوم (ساعة السيزيوم الذرية): في عام 1993، المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST) أدخلت حيز الاستخدام ساعة ذرية قائمة على السيزيوم تسمى (NIST-7) التي أبقت الوقت القياسي الدولي في حدود وقت ثانية واحدة في مليون سنة، يعتمد النظام على التحولات المتكررة من الحالة الأرضية لذرة السيزويوم إلى الحالة المثارة، وتم رصد وتيرة الاشعاع الكهرومغناطيسي المنبعثة.
وفي عام 1995م، تم إنشاء أول ساعة نافورة لذرات السيزيوم في مرصد باريس في فرنسا. ساعة نافورة (NIST-F1) تم تقديمها في عام 1999 في الولايات المتحدة لتكون بمثابة الوقت الأساسي للبلد ومعيار التكرار. (NIST-F1) هي دقيقة بمقدار ثانية واحدة في 80 مليون سنة، يتم العمل على تحسين عدم الدقة وتقليل نسبة الخطأ في القياس باستمرار، بينما تم ملاحظة ساعات السيزيوم السابقة في محيط الحرارة.
ساعات نافورة السيزيوم تستخدم الليزر لإبطاء وتبريد الذرات إلى درجات حرارة تقترب من الصفر بوحدة كلفن. يركز بحث الساعات الذري الآن على التحولات البصرية من الذرات المتعادلة أو الأيونات المنفردة. كما أن العمليات في هذا المجال أصبحت متاحة، ويتم العمل بها بعد عام 1999 عندما أصبحت العدادات البصرية القائمة على أساس ليزر الفيمتو متاحة.
بطاريات أيونات المعدن القلوية: تعمل بطارية الصوديوم والكبريت بحوالي 570-620 كلفن ويتكون من المصعد (أنود)الذي يتكون من الصوديوم المنصهر والمهبط (كاثود) الذي يتكون من الكبريت السائل الذي يحتوي على مصفوفة من ألياف الكربون للتوصيل، يتم الفصل بين القطب الموجب والسالب بواسطة بيتا الألمنيوم الصلبة الكهرلي.
وينعكس التفاعل الذي يحدث حينها، حيث يتم إعادة شحن البطارية عن طريق تغيير قطبية الخلية. وفي التسعينيات، ظهر أن بطاريات الصوديوم والكبريت قد يكون لهما تطبيقات محتملة في كهرباء المركبات (EV) في السوق، ولكن ارتفاع درجة حرارة التشغيل لبطاريتي الصوديوم والكبريت تعتبر عيب في صناعة السيارات، لذا حلت تقنيات بطاريات أخرى بدلا من هذه البطاريات للسيارات الكهربائية والهجينة.
بطاريات الصوديوم والكبريت تستخدم في تخزين الطاقة، خاصة في اليابان، هذا التطبيق يأتي من حقيقة أن التفريغ الذاتي لبطاريات الصوديوم والكبريت يحدث فقط عند مستويات منخفضة جدًا. شهد معرض إكسبو 2005 في أيتشي باليابان تجربة تجريبية لنظام طاقة يشتمل على الخلايا الشمسية وخلايا الوقود الكهربائية ومولدات الطاقة ونظام بطاريتي الصوديوم والكبريت لتخزين الطاقة.
تم التوصل إلى أن استخدام نظام تخزين فعال يسمح بالتوازن بين توليد الطاقة والطلب عليها والعمل على تنظيم الطاقة الكهربائية. كما كان التقدم المهم والإيجابية في تكنولوجيا البطاريات هو تطوير بطاريات أيون الليثيوم قابلة لإعادة الشحن وذات طاقة عالية، تم طرحها لأول مرة في السوق التجاري في عام 1991،بلغت قيمة بطاريات الليثيوم أيون عشرة مليارات دولار أمريكي، بيعت في عام 2008م، ويستمر السوق في النمو.
عند بدء عمل البطارية وبعد أن يتم توصيلها بدائرة خارجية، يقوم التيار الخارجي بالمرور داخل البطارية من المصعد إلى المهبط وهو ما يحصل في أي خلية غلفانية عادية أو بمسمى آخر بطارية، تقوم أيونات الليثيوم الموجبة بالتحرك من المصعد إلى المهبط في البطارية خلال مادة كهرلية (شرط الا تكون هذه المادة محلول مائي سنعرف بعد قليل لماذا لا يمكن ذلك)، وغشاء فاصل حتى يمنع حدوث خلط بين مكونات المصعد والمهبط.
كما تمتلك هذه البطاريات فرق جهد يساوي تقريبا 3.6 إلكترون فولت، وعند إعادة الشحن يتم عكس التفاعل فقط. ويستخدم مخلوط من الكربونات العضوية لتشكيل المادة الكهرلية، ويجب أن يحتوي أيضا على أيونات الليثيوم، ويستخدم لذلك عدة أملاح مثل LiAsF6.
لا يمكن أن نستخدم الماء كمحلول كهرلي؛ لأن الليثيوم يتفاعل مع الماء بسبب نشاطه الكيميائي ويكون هيدروكسيد الليثيوم.
مصابيح بخار الصوديوم.
تدخل كعوامل مساعدة في التفاعلات لتزيد من سرعة التفاعل وتقليل طاقة التنشيط.
تدخل في صناعة الدهانات.
حيث إن هنالك عدة تطبيقات أخرى خاصة بالعناصر القلوية، هذه العناصر تمتلك مجال واسع ومهم في الحياة.
نحن نستخدم ملفات تعريف الارتباط (كوكيز) لفهم كيفية استخدامك لموقعنا ولتحسين تجربتك. من خلال الاستمرار في استخدام موقعنا ، فإنك توافق على استخدامنا لملفات تعريف الارتباط.
