الحسابات المتعلقة بالغازات (٤)

هذه الصفحات تقدم دليلا لعناصر المجموعات من 15 إلى 18 في الجدول الدوري وهي النيتروجين والأكسجين والهالوجينات والغازات النبيلة. تتعرف في هذا الدليل على الخواص الفيزيائية لكل مجموعة مثل حالات الصدارة والغاز أو السائل والصلب ودرجات الانصهار والغليان والكثافة. كما تعرض الخواص الذرية وتشمل التوزيع الإلكتروني مثل $ns^2 np^3$ وطاقات التأين الأولى والكهرسالبية ونصف القطر الذري والأيوني وأعداد التأكسد الممكنة. علاوة على ذلك يوضح الدليل طرق الاختبارات التحليلية المخبرية للتعرف على هذه العناصر مثل اختبارات اللهب واختبارات الترسيب بنترات الفضة لتكوين رواسب ذات ألوان مميزة كالكلوريد الأبيض وبروميد الفضة الحلبي ويوديد الفضة الأصفر وقياسات نسب الأكسجين الذائبة وتغيرات ألوان المحاليل في الهكسان الحلبي وغيرها من الفحوص الكيميائية.

الفكرة الأساسية

دليل عناصر المجموعات من 15 إلى 18 يربط بين مواقع العناصر في الجدول الدوري وبين خواصها الفيزيائية والذرية وطرق الكشف عنها تحليلياً.

الشرح

خذ مثلا عناصر المجموعة 15؛ يبدأ التوزيع الإلكتروني بغلاف تكافؤ ينتهي بـ $ns^2 np^3$. تزداد الخواص الفلزية كلما انتقلت إلى أسفل المجموعة فالنيتروجين والفوسفور لا فلزان بينما الزرنيخ والأنتمون أشباه فلزان والبزموث فلز. أما في المجموعة 16 فينتهي التوزيع بـ $ns^2 np^4$ وتضم غازات ومواد صلبة. وفي الهالوجينات المجموعة 17 ينتهي التوزيع بـ $ns^2 np^5$ وتتميز بوجود الفلور والكلور كغازات والبروم كسائل واليود مادة صلبة تتسامى بسهولة. وفي الغازات النبيلة المجموعة 18 ينتهي التوزيع بـ $ns^2 np^6$ عدا الهيليوم الذي له إلكترونان فقط وتكون جميع عناصرها غازات عديمة اللون والرائعة وحيدة الذرة.

مثال محلول خطوة بخطوة

اذا طُلب منك مقارنة الكهرسالبية لعناصر مجموعة الهالوجينات 17 من خلال الرسوم البيانية الموجودة في دليل العناصر:

1. انظر إلى مخطط الكهرسالبية لمجموعة الهالوجينات.
2. ستجد أن قيم الكهرسالبية بالترتيب تنازلياً من أعلى إلى أسفل هي: الفلور $3.98$، الكلور $3.16$، البروم $2.96$، اليود $2.66$، والأستاتين $2.20$.
3. نستنتج أن الفلور يعد العنصر الأكثر كهرسالبية في الجدول الدوري لتكون لديه ميل أكبر لجذب الإلكترونات.

أخطاء شائعة

• الاعتقاد بأن عناصر المجموعة الواحدة تتشابه تماماً في حالتها الفيزيائية بينما تتدرج من الغازية إلى السائلة والصلبة.
• الخلط بين قيم نصف القطر الذري ونصف القطر الأيوني عند مقارنة الأيونات السالبة بالعناصر المتعتاحة.

سؤالان للتدريب مع الإجابة

السؤال الأول: ما حالة المادة لكل من الفلور والكلور والبروم واليود عند درجات حرارة الغرفة؟ الإجابة: الفلور والكلور في الحالة الغازية والبروم سائل بينما اليود مادة صلبة تتسامى بسهولة. السؤال الثاني: لماذا تصدر الغازات النبيلة ضوءاً معيناً عند تعرضها لتيار كهربائي؟ الإجابة: لأن مرور التيار الكهربائي من خلالها يجعلها تصدر ضوءاً ذي ألوان محددة تظهر على هيئة طيف خطي مميز بالرغم من كونها عديمة اللون والرائعة وغير نشطة عموماً.