حالات تكافؤ الحديد والأكسدة. الموسوعة الكبرى للنفط والغاز

التكافؤ هو قدرة ذرة عنصر معين على تكوين عدد معين من الروابط الكيميائية.

بالمعنى المجازي، التكافؤ هو عدد "الأيدي" التي تتشبث بها الذرة بالذرات الأخرى. بطبيعة الحال، ليس لدى الذرات أي "أيدي"؛ يتم لعب دورهم من قبل ما يسمى. إلكترونات التكافؤ.

يمكنك أن تقول ذلك بشكل مختلف: التكافؤ هو قدرة ذرة عنصر معين على ربط عدد معين من الذرات الأخرى.

ويجب فهم المبادئ التالية بوضوح:

هناك عناصر ذات تكافؤ ثابت (عددها قليل نسبيًا) وعناصر ذات تكافؤ متغير (وأغلبيتها موجودة).

يجب تذكر العناصر ذات التكافؤ الثابت:

قد تظهر العناصر المتبقية تكافؤات مختلفة.

أعلى تكافؤ للعنصر في معظم الحالات يتزامن مع رقم المجموعة التي يقع فيها العنصر.

على سبيل المثال، المنغنيز يقع في المجموعة السابعة (المجموعة الفرعية الجانبية)، وأعلى تكافؤ للمنغنيز هو سبعة. يقع السيليكون في المجموعة الرابعة (المجموعة الفرعية الرئيسية)، وأعلى تكافؤ له هو أربعة.

ومع ذلك، يجب أن نتذكر أن أعلى تكافؤ ليس دائمًا هو التكافؤ الوحيد الممكن. على سبيل المثال، أعلى تكافؤ للكلور هو سبعة (تأكد من ذلك!)، لكن المركبات التي يظهر فيها هذا العنصر التكافؤ VI، V، IV، III، II، I معروفة.

من المهم أن تتذكر القليل منها استثناءات: الحد الأقصى (والوحيد) لتكافؤ الفلور هو I (وليس VII)، والأكسجين - II (وليس VI)، والنيتروجين - IV (قدرة النيتروجين على إظهار التكافؤ V هي أسطورة شائعة توجد حتى في بعض المدارس الكتب المدرسية).

حالة التكافؤ والأكسدة ليست مفاهيم متطابقة.

هذه المفاهيم قريبة جدًا، لكن لا ينبغي الخلط بينها! حالة الأكسدة لديها علامة (+ أو -)، والتكافؤ لا؛ يمكن أن تكون حالة أكسدة عنصر ما في المادة صفرًا، ويكون التكافؤ صفرًا فقط إذا كنا نتعامل مع ذرة معزولة؛ قد لا تتطابق القيمة العددية لحالة الأكسدة مع التكافؤ. على سبيل المثال، تكافؤ النيتروجين في N 2 هو III، وحالة الأكسدة = 0. وتكافؤ الكربون في حمض الفورميك هو = IV، وحالة الأكسدة = +2.

إذا كان تكافؤ أحد العناصر في مركب ثنائي معروفاً، فيمكن إيجاد تكافؤ العنصر الآخر.

ويتم ذلك بكل بساطة. تذكر القاعدة الرسمية: حاصل ضرب عدد ذرات العنصر الأول في الجزيء وتكافؤه يجب أن يكون مساويًا لمنتج مماثل للعنصر الثاني.

في المركب A x B y: التكافؤ (A) x = التكافؤ (B) y

مثال 1. أوجد تكافؤ جميع العناصر في المركب NH3.

حل. نحن نعرف تكافؤ الهيدروجين - فهو ثابت ويساوي I. نضرب التكافؤ H بعدد ذرات الهيدروجين في جزيء الأمونيا: 1 3 = 3. لذلك، بالنسبة للنيتروجين، منتج 1 (عدد الذرات N) بواسطة X (تكافؤ النيتروجين) يجب أيضًا أن يساوي 3. من الواضح أن X = 3. الإجابة: N(III)، H(I).

مثال 2. أوجد تكافؤ جميع العناصر في جزيء Cl 2 O 5.

حل. الأكسجين له تكافؤ ثابت (II)، ويحتوي جزيء هذا الأكسيد على خمس ذرات أكسجين وذرتين من الكلور. لنفترض أن تكافؤ الكلور = X. لننشئ المعادلة: 2 5 = 2 X. من الواضح أن X = 5. الإجابة: Cl(V)، O(II).

مثال 3. أوجد تكافؤ الكلور في جزيء SCl 2 إذا كان من المعروف أن تكافؤ الكبريت هو II.

حل. لو لم يخبرنا مؤلفو المشكلة بتكافؤ الكبريت، لكان من المستحيل حلها. كل من S و Cl عبارة عن عناصر ذات تكافؤ متغير. مع الأخذ بعين الاعتبار المعلومات الإضافية، يتم إنشاء الحل وفقًا لمخطط المثالين 1 و2. الإجابة: Cl(I).

بمعرفة تكافؤ عنصرين، يمكنك إنشاء صيغة لمركب ثنائي.

في الأمثلة 1 - 3، حددنا التكافؤ باستخدام الصيغة؛ الآن دعونا نحاول القيام بالإجراء العكسي.

مثال 4. اكتب صيغة مركب الكالسيوم والهيدروجين.

حل. تكافؤ الكالسيوم والهيدروجين معروفان - II وI على التوالي. دع صيغة المركب المطلوب هي Ca x H y. نؤلف مرة أخرى المعادلة المعروفة: 2 x = 1 y. كأحد حلول هذه المعادلة، يمكننا أن نأخذ x = 1، y = 2. الإجابة: CaH 2.

"لماذا بالضبط CaH 2؟ - أنت تسأل. - بعد كل شيء، المتغيرات Ca 2 H 4 و Ca 4 H 8 وحتى Ca 10 H 20 لا تتعارض مع قاعدتنا!"

الجواب بسيط: خذ الحد الأدنى من القيم الممكنة لـ x و y. في المثال الموضح، هذه القيم الدنيا (الطبيعية!) هي بالضبط 1 و2.

قد تسأل: "إذاً، مركبات مثل N 2 O 4 أو C 6 H 6 مستحيلة؟ هل يجب استبدال هذه الصيغ بـ NO 2 وCH؟"

لا، فهي ممكنة. علاوة على ذلك، فإن N 2 O 4 و NO 2 مادتان مختلفتان تمامًا. لكن الصيغة CH لا تتوافق مع أي مادة حقيقية مستقرة على الإطلاق (على عكس C6H6).

على الرغم من كل ما قيل، في معظم الحالات، يمكنك اتباع القاعدة: خذ أصغر قيم الفهرس.

مثال 5. اكتب صيغة مركب الكبريت والفلور إذا علم أن تكافؤ الكبريت ستة.

حل. دع صيغة المركب تكون S x F y . يتم إعطاء تكافؤ الكبريت (VI)، وتكافؤ الفلور ثابت (I). نقوم بصياغة المعادلة مرة أخرى: 6 × = 1 ص. من السهل أن نفهم أن أصغر القيم الممكنة للمتغيرات هي 1 و6. الإجابة: SF 6.

هنا، في الواقع، كل النقاط الرئيسية.

الآن تحقق بنفسك! أقترح عليك أن تمر لفترة قصيرة اختبار حول موضوع "فالنسيا".

التكافؤ- قدرة العناصر على ربط عناصر أخرى بنفسها.

بعبارات بسيطة، هذا رقم يوضح عدد العناصر التي يمكن أن ترتبط بها ذرة معينة بنفسها.

النقطة الأساسية في الكيمياء هي كتابة صيغ المركبات بشكل صحيح.

هناك العديد من القواعد التي تسهل علينا تكوين الصيغ بشكل صحيح.

1. تكافؤ جميع معادن المجموعات الفرعية الرئيسية يساوي رقم المجموعة:

يوضح الشكل مثالاً للمجموعات الفرعية الرئيسية والثانوية للمجموعة الأولى.

2. تكافؤ الأكسجين هو اثنان

3. تكافؤ الهيدروجين هو واحد

4. تظهر اللافلزات نوعين من التكافؤ:

• الأدنى (المجموعة الثامنة)
• الأعلى (يساوي رقم المجموعة)

أ) في المركبات التي تحتوي على معادن، تظهر اللافلزات تكافؤًا أقل!

ب) في المركبات الثنائية يكون مجموع تكافؤ نوع واحد من الذرات يساوي مجموع تكافؤ نوع آخر من الذرات!

تكافؤ الألومنيوم هو ثلاثة (الألومنيوم هو معدن المجموعة الثالثة). وتكافؤ الأكسجين يساوي اثنين. مجموع التكافؤ لذرتي ألومنيوم هو 6. ومجموع التكافؤ لثلاث ذرات أكسجين هو 6 أيضًا.

1) تحديد تكافؤ العناصر في المركبات:

تكافؤ الألومنيوم هو III. في الصيغة 1، الذرة => التكافؤ الإجمالي يساوي أيضًا 3. لذلك، بالنسبة لجميع ذرات الكلور، سيكون التكافؤ أيضًا مساويًا لـ 3 (قاعدة المركبات الثنائية). 3:3=1. تكافؤ الكلور هو 1.

تكافؤ الأكسجين هو 2. يوجد في المركب 3 ذرات أكسجين => التكافؤ الإجمالي هو 6. التكافؤ الإجمالي لذرتين هو 6 => لذرة حديد واحدة - 3 (6:2 = 3)

2) تكوين الصيغ لمركب يتكون من :

الصوديوم والأكسجين

تكافؤ الأكسجين هو II.

الصوديوم هو معدن من المجموعة الأولى من المجموعة الفرعية الرئيسية => تكافؤه هو I.

من المواضيع المهمة في الدراسة المدرسية هي الدورة المتعلقة بالتكافؤ. سيتم مناقشة هذا في المقال.

التكافؤ - ما هو؟

التكافؤ في الكيمياء يعني خاصية ذرات عنصر كيميائي لربط ذرات عنصر آخر بنفسها. ترجمت من اللاتينية - القوة. يتم التعبير عنها بالأرقام. على سبيل المثال، تكافؤ الهيدروجين سيكون دائمًا مساويًا لواحد. إذا أخذنا صيغة الماء - H2O، فيمكن تمثيلها على أنها H - O - H. تمكنت ذرة أكسجين واحدة من ربط ذرتين هيدروجين بنفسها. وهذا يعني أن عدد الروابط التي ينشئها الأكسجين هو اثنان. وتكافؤ هذا العنصر يساوي اثنين.

وفي المقابل، سيكون الهيدروجين ثنائي التكافؤ. ولا يمكن أن ترتبط ذرته إلا بذرة واحدة فقط من العنصر الكيميائي. في هذه الحالة مع الأكسجين. وبشكل أكثر دقة، فإن الذرات، اعتمادًا على تكافؤ العنصر، تشكل أزواجًا من الإلكترونات. كم عدد هذه الأزواج التي يتم تشكيلها - سيكون هذا هو التكافؤ. القيمة الرقمية تسمى الفهرس. الأكسجين لديه مؤشر 2.

كيفية تحديد تكافؤ العناصر الكيميائية باستخدام جدول ديمتري مندليف

بالنظر إلى الجدول الدوري للعناصر، ستلاحظ وجود صفوف عمودية. يطلق عليهم مجموعات من العناصر. يعتمد التكافؤ أيضًا على المجموعة. عناصر المجموعة الأولى لها التكافؤ الأول. الثانية - الثانية. الثالث - الثالث. وما إلى ذلك وهلم جرا.

هناك أيضًا عناصر ذات مؤشر تكافؤ ثابت. على سبيل المثال، الهيدروجين، مجموعة الهالوجين، الفضة، وما إلى ذلك. إنهم بالتأكيد بحاجة إلى التعلم.

كيفية تحديد تكافؤ العناصر الكيميائية باستخدام الصيغ؟

في بعض الأحيان يكون من الصعب تحديد التكافؤ من الجدول الدوري. ثم عليك أن تنظر إلى الصيغة الكيميائية المحددة. لنأخذ FeO أكسيد. هنا، الحديد، مثل الأكسجين، سيكون له مؤشر تكافؤ يساوي اثنين. ولكن في أكسيد Fe2O3 الأمر مختلف. سيكون الحديد حديديًا.

يجب أن تتذكر دائمًا الطرق المختلفة لتحديد التكافؤ وعدم نسيانها. معرفة قيمها العددية الثابتة. ما هي العناصر التي تمتلكها؟ وبالطبع استخدم جدول العناصر الكيميائية. وأيضا دراسة الصيغ الكيميائية الفردية. ومن الأفضل تقديمها في شكل تخطيطي: H – O – H، على سبيل المثال. ثم الاتصالات مرئية. وسيكون عدد الشرطات (الشرطات) هو القيمة العددية للتكافؤ.

في دروس الكيمياء، لقد تعرفت بالفعل على مفهوم تكافؤ العناصر الكيميائية. لقد جمعنا جميع المعلومات المفيدة حول هذه المشكلة في مكان واحد. استخدمه عند التحضير لامتحان الدولة واختبار الدولة الموحدة.

التكافؤ والتحليل الكيميائي

التكافؤ– قدرة ذرات العناصر الكيميائية على الدخول في مركبات كيميائية مع ذرات العناصر الأخرى. وبعبارة أخرى، فهي قدرة الذرة على تكوين عدد معين من الروابط الكيميائية مع ذرات أخرى.

من اللاتينية تُترجم كلمة "التكافؤ" على أنها "القوة والقدرة". اسم صحيح جدا، أليس كذلك؟

يعد مفهوم "التكافؤ" أحد المفاهيم الأساسية في الكيمياء. تم تقديمه حتى قبل أن يعرف العلماء بنية الذرة (في عام 1853). ولذلك، عندما درسنا بنية الذرة، خضعت لبعض التغييرات.

وهكذا، من وجهة نظر النظرية الإلكترونية، يرتبط التكافؤ ارتباطًا مباشرًا بعدد الإلكترونات الخارجية لذرة العنصر. وهذا يعني أن "التكافؤ" يشير إلى عدد أزواج الإلكترونات التي تمتلكها الذرة مع الذرات الأخرى.

وبمعرفة ذلك، تمكن العلماء من وصف طبيعة الرابطة الكيميائية. يكمن في حقيقة أن زوجًا من ذرات المادة يشترك في زوج من إلكترونات التكافؤ.

قد تتساءل، كيف تمكن الكيميائيون في القرن التاسع عشر من وصف التكافؤ حتى عندما كانوا يعتقدون أنه لا توجد جسيمات أصغر من الذرة؟ هذا لا يعني أن الأمر كان بهذه البساطة، فقد اعتمدوا على التحليل الكيميائي.

من خلال التحليل الكيميائي، حدد العلماء في الماضي تكوين مركب كيميائي: كم عدد ذرات العناصر المختلفة الموجودة في جزيء المادة المعنية. للقيام بذلك، كان من الضروري تحديد الكتلة الدقيقة لكل عنصر في عينة من المادة النقية (بدون شوائب).

صحيح أن هذه الطريقة لا تخلو من العيوب. لأنه لا يمكن تحديد تكافؤ العنصر بهذه الطريقة إلا من خلال اتحاده البسيط مع هيدروجين أحادي التكافؤ دائمًا (هيدريد) أو أكسجين ثنائي التكافؤ دائمًا (أكسيد). على سبيل المثال، تكافؤ النيتروجين في NH 3 هو III، حيث أن ذرة هيدروجين واحدة مرتبطة بثلاث ذرات نيتروجين. وتكافؤ الكربون في الميثان (CH 4) على نفس المبدأ هو IV.

هذه الطريقة لتحديد التكافؤ مناسبة فقط للمواد البسيطة. لكن في الأحماض، بهذه الطريقة يمكننا فقط تحديد تكافؤ المركبات مثل البقايا الحمضية، ولكن ليس كل العناصر (باستثناء التكافؤ المعروف للهيدروجين) بشكل فردي.

كما لاحظت بالفعل، تتم الإشارة إلى التكافؤ بالأرقام الرومانية.

التكافؤ والأحماض

نظرًا لأن تكافؤ الهيدروجين يظل دون تغيير ومعروفًا لك، يمكنك بسهولة تحديد تكافؤ بقايا الحمض. لذلك، على سبيل المثال، في H 2 SO 3 تكافؤ SO 3 هو I، في HСlO 3 تكافؤ СlO 3 هو I.

وبطريقة مماثلة، إذا كان تكافؤ بقايا الحمض معروفًا، فمن السهل كتابة الصيغة الصحيحة للحمض: NO 2 (I) - HNO 2, S 4 O 6 (II) - H 2 S 4 O 6.

التكافؤ والصيغ

إن مفهوم التكافؤ منطقي فقط بالنسبة للمواد ذات الطبيعة الجزيئية وليس مناسبًا جدًا لوصف الروابط الكيميائية في المركبات ذات الطبيعة العنقودية أو الأيونية أو البلورية وما إلى ذلك.

تعكس المؤشرات الموجودة في الصيغ الجزيئية للمواد عدد ذرات العناصر التي تتكون منها. تساعد معرفة تكافؤ العناصر على وضع المؤشرات بشكل صحيح. بنفس الطريقة، من خلال النظر إلى الصيغة الجزيئية والمؤشرات، يمكنك معرفة تكافؤ العناصر المكونة.

تقوم بمهام كهذه في دروس الكيمياء في المدرسة. على سبيل المثال، من خلال وجود الصيغة الكيميائية للمادة التي يُعرف فيها تكافؤ أحد العناصر، يمكنك بسهولة تحديد تكافؤ عنصر آخر.

للقيام بذلك، عليك فقط أن تتذكر أنه في المادة ذات الطبيعة الجزيئية، يكون عدد التكافؤ لكلا العنصرين متساويًا. لذلك، استخدم المضاعف المشترك الأصغر (المناظر لعدد التكافؤ الحر المطلوب للمركب) لتحديد تكافؤ عنصر غير معروف لك.

لتوضيح الأمر، لنأخذ صيغة أكسيد الحديد Fe 2 O 3. هنا، تشارك ذرتان من الحديد مع التكافؤ III و3 ذرات أكسجين مع التكافؤ II في تكوين رابطة كيميائية. المضاعف المشترك الأصغر لهم هو 6.

• مثال: لديك الصيغ Mn 2 O 7. أنت تعرف تكافؤ الأكسجين، ومن السهل حساب أن المضاعف المشترك الأصغر هو 14، وبالتالي فإن تكافؤ Mn هو VII.

وبطريقة مماثلة، يمكنك القيام بالعكس: كتابة الصيغة الكيميائية الصحيحة للمادة، ومعرفة تكافؤ عناصرها.

• مثال: لكتابة صيغة أكسيد الفوسفور بشكل صحيح، نأخذ في الاعتبار تكافؤ الأكسجين (II) والفوسفور (V). وهذا يعني أن المضاعف المشترك الأصغر لـ P وO هو 10. وبالتالي، فإن الصيغة لها الشكل التالي: P 2 O 5.

بمعرفة خصائص العناصر التي تظهرها في المركبات المختلفة، من الممكن تحديد تكافؤها حتى من خلال ظهور هذه المركبات.

على سبيل المثال: أكاسيد النحاس لها لون أحمر (Cu 2 O) وأسود (CuO). هيدروكسيدات النحاس ملونة باللون الأصفر (CuOH) والأزرق (Cu(OH) 2).

لجعل الروابط التساهمية في المواد أكثر وضوحًا ومفهومة بالنسبة لك، اكتب صيغها الهيكلية. تمثل الخطوط بين العناصر الروابط (التكافؤ) التي تنشأ بين ذراتها:

خصائص التكافؤ

اليوم، يعتمد تحديد تكافؤ العناصر على معرفة بنية الأغلفة الإلكترونية الخارجية لذراتها.

التكافؤ يمكن أن يكون:

• ثابت (معادن المجموعات الفرعية الرئيسية) ؛
• المتغير (غير المعادن ومعادن المجموعات الثانوية):
• تكافؤ أعلى؛
• انخفاض التكافؤ.

يبقى ما يلي ثابتاً في المركبات الكيميائية المختلفة:

• تكافؤ الهيدروجين والصوديوم والبوتاسيوم والفلور (I)؛
• تكافؤ الأكسجين والمغنيسيوم والكالسيوم والزنك (II)؛
• التكافؤ من الألومنيوم (III).

لكن تكافؤ الحديد والنحاس والبروم والكلور، بالإضافة إلى العديد من العناصر الأخرى يتغير عندما تشكل مركبات كيميائية مختلفة.

نظرية التكافؤ والإلكترون

في إطار النظرية الإلكترونية، يتم تحديد تكافؤ الذرة بناءً على عدد الإلكترونات غير المتزاوجة التي تشارك في تكوين أزواج الإلكترون مع إلكترونات الذرات الأخرى.

فقط الإلكترونات الموجودة في الغلاف الخارجي للذرة تشارك في تكوين الروابط الكيميائية. ولذلك، فإن الحد الأقصى للتكافؤ للعنصر الكيميائي هو عدد الإلكترونات الموجودة في الغلاف الإلكتروني الخارجي لذرته.

يرتبط مفهوم التكافؤ ارتباطًا وثيقًا بالقانون الدوري الذي اكتشفه D. I. Mendeleev. إذا نظرت بعناية إلى الجدول الدوري، يمكنك أن تلاحظ بسهولة: يرتبط موضع العنصر في النظام الدوري وتكافؤه ارتباطًا وثيقًا. أعلى تكافؤ للعناصر التي تنتمي إلى نفس المجموعة يتوافق مع العدد الترتيبي للمجموعة في الجدول الدوري.

سوف تكتشف أقل تكافؤ عندما تطرح رقم مجموعة العنصر الذي يهمك من عدد المجموعات في الجدول الدوري (هناك ثمانية منها).

على سبيل المثال، يتطابق تكافؤ العديد من المعادن مع أرقام المجموعات في جدول العناصر الدورية التي تنتمي إليها.

جدول تكافؤ العناصر الكيميائية

رقم سري الكيمياء. العنصر (العدد الذري)	اسم	رمز كيميائي	التكافؤ
1	هيدروجين هيليوم الليثيوم البريليوم كربون النيتروجين / النيتروجين الأكسجين الفلور نيون / نيون الصوديوم / الصوديوم المغنيسيوم / المغنيسيوم الألومنيوم السيليكون الفوسفور / الفوسفور الكبريت / الكبريت الكلور الأرجون / الأرجون البوتاسيوم/البوتاسيوم الكالسيوم سكانديوم / سكانديوم التيتانيوم الفاناديوم الكروم / الكروم المنغنيز / المنغنيز حديد الكوبالت النيكل نحاس الزنك الغاليوم الجرمانيوم الزرنيخ / الزرنيخ السيلينيوم البروم كريبتون / كريبتون الروبيديوم / الروبيديوم السترونتيوم / السترونتيوم الإيتريوم / الإيتريوم الزركونيوم / الزركونيوم النيوبيوم / النيوبيوم الموليبدينوم التكنيتيوم / التكنيتيوم الروثينيوم / الروثينيوم الروديوم البلاديوم فضة الكادميوم الإنديوم القصدير / القصدير الأنتيمون / الأنتيمون التيلوريوم / التيلوريوم اليود / اليود زينون / زينون السيزيوم الباريوم / الباريوم اللانثانم / اللانثانم السيريوم براسيوديميوم / براسيوديميوم النيوديميوم / النيوديميوم البروميثيوم / البروميثيوم سماريوم / سماريوم اليوروبيوم الجادولينيوم / الجادولينيوم التيربيوم / التيربيوم الديسبروسيوم / الديسبروسيوم الهولميوم الإربيوم الثوليوم الإيتربيوم / الإيتربيوم اللوتيتيوم / اللوتيتيوم الهافنيوم / الهافنيوم التنتالوم / التنتالوم التنغستن / التنغستن الرينيوم / الرينيوم الأوزميوم / الأوزميوم إيريديوم / إيريديوم البلاتين ذهب الزئبق الثاليوم / الثاليوم الرصاص / الرصاص البزموت البولونيوم أستاتين الرادون/الرادون الفرانسيوم الراديوم الأكتينيوم الثوريوم البرواكتينيوم / البروتكتينيوم اليورانيوم / اليورانيوم	ح	أنا (أولا)، ثانيا، ثالثا، رابعا، خامسا الأول، (الثاني)، الثالث، (الرابع)، الخامس، السابع الثاني، (الثالث)، الرابع، السادس، السابع الثاني، الثالث، (الرابع)، السادس (أولا)، ثانيا، (ثالثا)، (رابعا) الأول، (الثالث)، (الرابع)، الخامس (ثانيا)، (ثالثا)، رابعا (ثانيا)، ثالثا، (رابعا)، خامسا (ثانيا)، ثالثا، (رابعا)، (خامسا)، سادسا (الثاني)، الثالث، الرابع، (السادس)، (السابع)، الثامن (ثانيا)، (ثالثا)، رابعا، (سادسا) الأول، (الثالث)، (الرابع)، الخامس، السابع (ثانيا)، (ثالثا)، (رابعا)، (خامسا)، سادسا (I)، II، (III)، IV، (V)، VI، VII (الثاني)، الثالث، الرابع، السادس، الثامن (أولا)، (ثانيا)، ثالثا، رابعا، سادسا (الأول)، الثاني، (الثالث)، الرابع، السادس (ثانيا)، ثالثا، (رابعا)، (خامسا) لايوجد بيانات لايوجد بيانات (ثانيا)، ثالثا، رابعا، (خامسا)، سادسا

يتم ذكر تلك التكافؤات التي نادرًا ما تظهرها العناصر التي تمتلكها بين قوسين.

حالة التكافؤ والأكسدة

وبالتالي، عند الحديث عن درجة الأكسدة، نعني أن الذرة في مادة ذات طبيعة أيونية (وهو أمر مهم) لها شحنة تقليدية معينة. وإذا كان التكافؤ خاصية محايدة، فإن حالة الأكسدة يمكن أن تكون سلبية أو موجبة أو تساوي الصفر.

ومن المثير للاهتمام أنه بالنسبة لذرة نفس العنصر، اعتمادًا على العناصر التي تشكل بها مركبًا كيميائيًا، يمكن أن تكون حالة التكافؤ والأكسدة هي نفسها (H 2 O، CH 4، إلخ) أو مختلفة (H 2 O). 2، حنو 3).

خاتمة

ومن خلال تعميق معرفتك ببنية الذرات، ستتعلم بشكل أعمق وبتفاصيل أكثر عن التكافؤ. هذا الوصف للعناصر الكيميائية ليس شاملاً. لكن لها أهمية عملية كبيرة. كما رأيت بنفسك أكثر من مرة حل المسائل وإجراء التجارب الكيميائية في دروسك.

تم تصميم هذه المقالة لمساعدتك على تنظيم معرفتك حول التكافؤ. وأذكرك أيضًا بكيفية تحديده ومكان استخدام التكافؤ.

نأمل أن تجد هذه المادة مفيدة في إعداد واجباتك المنزلية والتحضير الذاتي للاختبارات والامتحانات.

blog.site، عند نسخ المادة كليًا أو جزئيًا، يلزم وجود رابط للمصدر الأصلي.

من الصعب المبالغة في تقدير دور الحديد لجسم الإنسان، لأنه يساهم في "خلق" الدم، ومحتواه يؤثر على مستوى الهيموجلوبين والميوجلوبين، والحديد يعمل على تطبيع عمل نظام الإنزيم. ولكن ما هو هذا العنصر من وجهة نظر كيميائية؟ ما هو تكافؤ الحديد؟ سيتم مناقشة هذا في هذه المقالة.

قليلا من التاريخ

عرفت البشرية عن هذا العنصر الكيميائي، بل وامتلكت منتجات مصنوعة منه في القرن الرابع قبل الميلاد. هؤلاء هم شعوب مصر القديمة وسومر. لقد كانوا هم أول من بدأ في صنع المجوهرات والأسلحة من سبائك الحديد والنيكل، والتي تم العثور عليها خلال الحفريات الأثرية ودرسها الكيميائيون بعناية.

وبعد ذلك بقليل، تعلمت القبائل الآرية التي انتقلت إلى آسيا كيفية استخراج الحديد الصلب من الخام. لقد كانت ذات قيمة كبيرة للناس في ذلك الوقت حيث كانت المنتجات مطلية بالذهب!

خصائص الحديد

يحتل الحديد (Fe) المرتبة الرابعة من حيث محتواه في أعماق القشرة الأرضية. ويحتل مكانًا في المجموعة 7 من الدورة 4 ويحتل الرقم 26 في الجدول الكيميائي الدوري للعناصر. يعتمد تكافؤ الحديد بشكل مباشر على موقعه في الجدول. ولكن أكثر عن ذلك لاحقا.

هذا المعدن هو الأكثر شيوعا في الطبيعة في شكل خام، ويوجد في الماء كمعدن، وأيضا في مركبات مختلفة.

توجد أكبر كمية من احتياطيات الحديد على شكل خام في روسيا وأستراليا وأوكرانيا والبرازيل والولايات المتحدة الأمريكية والهند وكندا.

الخصائص الفيزيائية

قبل الانتقال إلى تكافؤ الحديد، من الضروري إلقاء نظرة فاحصة على خصائصه الفيزيائية، إذا جاز التعبير، لإلقاء نظرة فاحصة عليه.

هذا المعدن مرن تمامًا، ولكنه قادر على زيادة الصلابة من خلال تفاعله مع العناصر الأخرى (على سبيل المثال، الكربون). كما أن لديها خصائص مغناطيسية.

في بيئة رطبة، يمكن أن يتآكل الحديد، أي الصدأ. على الرغم من أن المعدن النقي تمامًا أكثر مقاومة للرطوبة، إلا أنه إذا كان يحتوي على شوائب، فإنه يؤدي إلى التآكل.

يتفاعل الحديد بشكل جيد مع البيئات الحمضية ويمكنه أيضًا تكوين أملاح حمض الحديديك (بشرط وجود عامل مؤكسد قوي).

في الهواء، يتم تغطيته بسرعة بفيلم أكسيد، مما يحميه من التفاعلات.

الخواص الكيميائية

يحتوي هذا العنصر أيضًا على عدد من الخصائص الكيميائية. الحديد، مثل بقية عناصر الجدول الدوري، له شحنة على النواة الذرية، والتي تقابل العدد الذري +26. ويوجد 26 إلكترونًا يدور بالقرب من النواة.

بشكل عام، إذا نظرنا في خصائص الحديد - عنصر كيميائي، فهو معدن ذو قدرة نشطة منخفضة.

من خلال التفاعل مع العوامل المؤكسدة الأضعف، يشكل الحديد مركبات تكون فيها ثنائية التكافؤ (أي أن حالة الأكسدة هي +2). وإذا كان مع عوامل مؤكسدة قوية، فإن حالة أكسدة الحديد تصل إلى +3 (أي أن التكافؤ يصبح يساوي 3).

عند تفاعله مع العناصر الكيميائية التي ليست فلزات، يعمل الحديد كعامل اختزال تجاهها، وتصبح حالة أكسدته، بالإضافة إلى +2 و+3، حتى +4، +5، +6. هذه المركبات لها خصائص مؤكسدة قوية جدا.

كما هو مذكور أعلاه، فإن الحديد الموجود في الهواء مغطى بطبقة من الأكسيد. وعند تسخينه، يزداد معدل التفاعل ويمكن أن يتشكل أكسيد الحديد بتكافؤ 2 (درجة حرارة أقل من 570 درجة مئوية) أو أكسيد بتكافؤ 3 (درجة حرارة أكثر من 570 درجة مئوية).

تفاعل الحديد مع الهالوجينات يؤدي إلى تكوين الأملاح. يقوم عنصري الفلور والكلور بأكسدته إلى +3. يصل البروم إلى +2 أو +3 (كل هذا يتوقف على ظروف التحول الكيميائي عند التفاعل مع الحديد).

عند التفاعل مع اليود، يتأكسد العنصر إلى +2.

عن طريق تسخين الحديد والكبريت، يتم الحصول على كبريتيد الحديد مع التكافؤ 2.

إذا تم صهر الحديد ودمجه مع الكربون والفوسفور والسيليكون والبورون والنيتروجين، نحصل على مركبات تسمى السبائك.

الحديد معدن، لذا فهو يتفاعل أيضًا مع الأحماض (تمت مناقشة هذا أيضًا بإيجاز أعلاه). على سبيل المثال، لا تؤثر أحماض الكبريتيك والنيتريك، ذات التركيز العالي، على الحديد في بيئة منخفضة الحرارة. ولكن بمجرد أن يرتفع، يحدث رد فعل، ونتيجة لذلك يتأكسد الحديد إلى +3.

كلما زاد تركيز الحمض، يجب إعطاء درجة حرارة أعلى.

وبتسخين الحديد ثنائي التكافؤ في الماء نحصل على أكسيده وهيدروجينه.

يتمتع الحديد أيضًا بالقدرة على إزاحة المعادن ذات النشاط المنخفض من المحاليل المائية للأملاح. وفي الوقت نفسه، يتأكسد إلى +2.

مع ارتفاع درجة الحرارة، يقوم الحديد باختزال المعادن من الأكاسيد.

ما هو التكافؤ

بالفعل في القسم السابق، تمت مواجهة مفهوم التكافؤ، وكذلك حالة الأكسدة، قليلاً. حان الوقت للنظر في تكافؤ الحديد.

لكن عليك أولاً أن تفهم نوع خاصية العناصر الكيميائية.

المواد الكيميائية تكون دائمًا ثابتة في تركيبها. على سبيل المثال، في صيغة الماء H2O هناك ذرة أكسجين واحدة وذرتان هيدروجين. وينطبق الشيء نفسه على المركبات الأخرى التي تحتوي على عنصرين كيميائيين أحدهما الهيدروجين: يمكن إضافة 1-4 ذرات هيدروجين إلى ذرة واحدة من العنصر الكيميائي. ولكن ليس العكس! لذلك فمن الواضح أن الهيدروجين يرتبط بذرة واحدة فقط من مادة أخرى. وهذه الظاهرة تسمى التكافؤ - قدرة ذرات العنصر الكيميائي على ربط عدد معين من ذرات العناصر الأخرى.

قيمة التكافؤ والصيغة الرسومية

هناك عناصر في الجدول الدوري لها تكافؤ ثابت - وهما الأكسجين والهيدروجين.

وهناك عناصر كيميائية تتغير فيها. على سبيل المثال، الحديد غالبًا ما يكون ثنائي التكافؤ و3، والكبريت هو 2، 4، 6، والكربون هو 2 و4. هذه عناصر ذات تكافؤ متغير.

وأيضًا، بمعرفة تكافؤ أحد العناصر في المركب، يمكنك تحديد تكافؤ العنصر الآخر.

تكافؤ الحديد

كما ذكرنا، الحديد عنصر ذو تكافؤ متغير. ويمكن أن يتقلب ليس فقط بين المؤشرات 2 و 3، بل يصل أيضًا إلى 4 و 5 وحتى 6.

وبطبيعة الحال، فهو يدرس تكافؤ الحديد بمزيد من التفصيل. دعونا نفكر بإيجاز في هذه الآلية على مستوى أبسط الجزيئات.

الحديد هو عنصر د، والذي يتضمن 31 عنصرًا إضافيًا من الجدول الدوري (هذه هي الفترات 4-7). مع زيادة الرقم التسلسلي، تكتسب خصائص العناصر d تغييرات طفيفة. ويزداد أيضًا نصف القطر الذري لهذه المواد ببطء. لديهم تكافؤ متغير، والذي يعتمد على حقيقة أن المستوى الفرعي الخارجي للإلكترون د غير مكتمل.

لذلك، بالنسبة للحديد، فإن إلكترونات التكافؤ ليست فقط إلكترونات c موجودة في الطبقة الخارجية، ولكنها أيضًا إلكترونات ثلاثية الأبعاد غير متزاوجة في الطبقة الخارجية. ونتيجة لذلك، يمكن أن يكون تكافؤ الحديد في المركبات الكيميائية مساويًا لـ 2، 3، 4، 5، 6. وهو في الأساس يساوي 2 و3 - وهما أكثر استقرارًا مع المواد الأخرى. وفي المركبات الأقل استقرارًا، يُظهر تكافؤًا قدره 4، 5، 6. لكن مثل هذه المركبات أقل شيوعًا.

حديد ثنائي التكافؤ

عندما يتفاعل حديد التكافؤ ثنائي التكافؤ مع الماء، يتم الحصول على أكسيد الحديد (2). هذا المركب أسود اللون. يتفاعل بسهولة تامة مع أحماض الهيدروكلوريك (التركيز المنخفض) والنيتريك (التركيز العالي).

إذا تفاعل أكسيد الحديد ثنائي التكافؤ إما مع الهيدروجين (درجة حرارة 350 درجة مئوية) أو مع الكربون (فحم الكوك) عند 1000 درجة، فسيتم استعادته إلى حالة نقية.

يتم استخراج أكسيد الحديد ثنائي التكافؤ باستخدام الطرق التالية:

• من خلال ربط أكسيد الحديد ثلاثي التكافؤ بأول أكسيد الكربون؛
• عند تسخين الحديد النقي، مع انخفاض ضغط الأكسجين؛
• عند تحلل أكسالات الحديدوز في بيئة مفرغة؛
• وعندما يتفاعل الحديد النقي مع أكاسيده تكون درجة الحرارة 900-1000 درجة مئوية.

أما في البيئة الطبيعية فيتواجد أكسيد الحديد ثنائي التكافؤ على شكل معدن الووستايت.

هناك أيضًا طريقة لتحديد تكافؤ الحديد في المحلول - في هذه الحالة يكون مؤشره 2. من الضروري إجراء تفاعلات مع الملح الأحمر (هيكسسيانوفيرات البوتاسيوم) ومع القلويات. في الحالة الأولى، يتم الحصول على راسب أزرق غامق - ملح معقد من الحديد ثنائي التكافؤ. في الثانية - الحصول على راسب رمادي-أخضر داكن - هيدروكسيد الحديد، أيضًا ثنائي التكافؤ، في حين أن هيدروكسيد الحديد ثلاثي التكافؤ له لون بني غامق في المحلول.

حديديك

يحتوي أكسيد الحديد ثلاثي التكافؤ على بنية مسحوقية، لونها أحمر-بني. وله أيضًا أسماء: أكسيد الحديد، الصباغ الأحمر، ملون الطعام، الزعفران.

في الطبيعة، توجد هذه المادة في شكل معدن - الهيماتيت.

لم يعد أكسيد هذا الحديد يتفاعل مع الماء. لكنه يتحد مع الأحماض والقلويات.

يستخدم أكسيد الحديد (3) لتلوين المواد المستخدمة في البناء:

• الطوب.
• يبني؛
• منتجات السيراميك.
• أسمنت؛
• ألواح الرصف
• أغطية الأرضيات (المشمع).

الحديد في جسم الإنسان

كما أشرنا في بداية المقال، فإن مادة الحديد تعتبر عنصراً هاماً في جسم الإنسان.

عندما لا يكون هذا العنصر كافيا، قد تحدث العواقب التالية:

• زيادة التعب والحساسية للبرد.
• جلد جاف؛
• انخفاض نشاط الدماغ.
• تدهور قوة صفيحة الظفر.
• دوخة؛
• مشاكل في الجهاز الهضمي؛
• الشعر الرمادي وتساقط الشعر.

يتراكم الحديد، كقاعدة عامة، في الطحال والكبد، وكذلك في الكلى والبنكرياس.

يجب أن يشمل النظام الغذائي للشخص الأطعمة التي تحتوي على الحديد:

• لحم كبد البقر؛
• الحنطة السوداء عصيدة؛
• الفول السوداني؛
• الفستق.
• البازلاء الخضراء المعلبة؛
• فطر بورسيني مجفف؛
• بيض الدجاج؛
• سبانخ؛
• قرانيا.
• تفاح؛
• إجاص؛
• الخوخ.
• الشمندر؛
• مأكولات بحرية.

يؤدي نقص الحديد في الدم إلى انخفاض الهيموجلوبين وتطور مرض مثل فقر الدم بسبب نقص الحديد.