ملخص الكيمياء تانية ثانوي، الترم التاني الفلزات القلوية الأرضية ومركباتها

أهداف التعلم

1. التعرف على مجموعة الفلزات القلوية الأرضية (المجموعة الثانية) وخصائصها العامة.
2. فهم تكوين الأيونات ثنائية الشحنة (+2) لهذه الفلزات وأهميتها في التفاعلات الكيميائية.
3. استيعاب خصائص المغنيسيوم والكالسيوم من حيث التفاعل مع الماء، والحمض، واختبار اللهب.
4. كتابة وتوازن معادلات تفاعلات أكسيد الكالسيوم، هيدروكسيد الكالسيوم، كربونات الكالسيوم، وكبريتات الكالسيوم.
5. شرح دورة الكالسيوم الطبيعية وعلاقتها بتكوين الكهوف الجيرية وتكوين مواد البناء.
6. تمييز الأخطاء المفاهيمية الشائعة (مثل الخلط بين ماء الجير والحجر الجيري).
7. تطبيق معارف الفلزات القلوية الأرضية في مجالات الاستدامة (معالجة مياه الشرب، تعديل حموضة التربة، مواد بناء صديقة للبيئة).

---

المصطلحات والتعريفات الكيميائية

---

التفاعلات والمعادلات الكيميائية

1. تفاعل المغنيسيوم مع حمض الهيدروكلوريك

MgCO₃ + 2HCl → MgCl₂ + H₂O + CO₂

نوع التفاعل: إحلال (تفاعل حمض مع كربونات).
الشروط: وجود حمض هيدروكلوريك مركز، حرارة الغرفة كافية.
الملاحظة: انبعاث غاز ثاني أكسيد الكربون (فقاعات) وتكوين محلول شفاف.

2. تفاعل الكالسيوم مع الماء (درجة حرارة الغرفة)

Ca + 2H₂O → Ca(OH)₂ + H₂↑

نوع التفاعل: اتحاد + إنتاج غاز (تفاعل أكسدة‑اختزال بسيط).
الشروط: ماء بارد أو فاتر، وجود الكالسيوم الصلب.
الملاحظة: تكون هيدروكسيد الكالسيوم (قواعد ضعيفة) وتحرر غاز الهيدروجين (فقاعات).

3. تكوين أكسيد الكالسيوم من الكالسيوم والأكسجين

2Ca + O₂ → 2CaO

نوع التفاعل: اتحاد.
الشروط: تسخين شديد للكالسيوم في جو أكسجين.
الملاحظة: ينتج صلب أبيض يُسمى الجير الحي.

4. تحضير هيدروكسيد الكالسيوم من أكسيد الكالسيوم

CaO + H₂O → Ca(OH)₂

نوع التفاعل: اتحاد.
الشروط: إضافة ماء إلى الجير الحي.
الملاحظة: يتحول الجير الحي إلى مسحوق أبيض (الجير المطفأ) مع ارتفاع درجة الحرارة قليلًا.

5. تفاعل هيدروكسيد الكالسيوم مع ثاني أكسيد الكربون (تكوين راسب)

Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃↓ + H₂O

نوع التفاعل: تحلل جزئي + ترسيب.
الشروط: مرور غاز CO₂ عبر محلول ماء الجير.
الملاحظة: ظهور سحاب أبيض (راسب كربونات الكالسيوم).

6. استمرار مرور CO₂ وتكوين كربونات هيدروجين الكالسيوم (ذوبان الراسب)

CaCO₃↓ + CO₂ + H₂O → Ca(HCO₃)₂

نوع التفاعل: اتحاد (تكوين مركب قابل للذوبان).
الشروط: مرور مستمر لغاز CO₂ في محلول ماء الجير.
الملاحظة: يختفي الراسب ويصبح المحلول رائقًا مرة أخرى.

7. تحلل كربونات هيدروجين الكالسيوم عند فقدان CO₂ (ترسيب)

Ca(HCO₃)₂ → CaCO₃↓ + CO₂ + H₂O

نوع التفاعل: تحلل (إطلاق غاز CO₂ وتكوين راسب).
الشروط: انخفاض تركيز CO₂ في المحلول (مثلاً عند تسخينه).
الملاحظة: يتشكل راسب أبيض مرة أخرى، ما يساهم في تكوين الهوابط والركائز داخل الكهوف الجيرية.

8. تكوين كبريتات الكالسيوم (الجبس) من الكالسيوم والأكسجين والسلفور

لم يُذكر تفاعل محدد في النص، لكن ذُكر وجود الجبس ككربونات ثنائية الهيدرات.

---

الخواص والتركيب (الموضوع الأول)

الفلزات القلوية الأرضية (مجموعة 2)

• اللون والبريق: فضي‑أبيض لامع.
• الروابط الفلزية: أقوى من روابط الفلزات القلوية (المجموعة الأولى) في نفس الدورة، ما يجعلها أكثر صلابة، أعلى نقطة انصهار، وكثافة أعلى.
• الأيونات: تميل إلى فقد إلكترونين لتكوين أيونات +2 (M²⁺).
• التمثيل الدوري: تقع في العمود الثاني من الجدول الدوري.

المغنيسيوم (Mg)

• التفاعل مع الماء: لا يتفاعل مع الماء البارد؛ يتفاعل ببطء مع الماء الساخن لتكوين هيدروكسيد مغنيسيوم (قواعد ضعيفة).
• الذوبانية: كربونات المغنيسيوم (MgCO₃) ضعيفة الذوبان في الماء، لكنها تذوب في حمض الهيدروكلوريك وفق المعادلة (2).
• اختبار اللهب: لا يُظهر لونًا مميزًا في اختبار اللهب.

الكالسيوم (Ca)

• التفاعل مع الماء: يتفاعل مع ماء الغرفة لتكوين هيدروكسيد الكالسيوم (قواعد قوية) وغاز الهيدروجين (معادلة 2).
• اللون في اللهب: يعطي لونًا أحمر قرميديًا (أحمر طوبي) في اختبار اللهب.
• الذوبانية: كربونات الكالسيوم (CaCO₃) ضعيفة الذوبان في الماء، وتذوب في حمض الهيدروكلوريك.

مركبات الكالسيوم

---

التطبيقات والاستخدامات (الموضوع الثاني)

1. صناعة البناء:

   • يُستعمل الجير الحي (CaO) في إنتاج الأسمنت.
   • الجير المطفأ (Ca(OH)₂) يُستعمل في تحضير الملاط وتثبيت الجدران.

2. معالجة مياه الشرب:

   • يُضاف هيدروكسيد الكالسيوم لتقليل حموضة المياه (قواعد قوية).
   • يُستعمل لتقليل صلابة الماء عبر ترسيب كربونات الكالسيوم.

3. الزراعة:

   • يُستخدم لتعديل حموضة التربة (تقليل الحموضة) وزيادة محتوى الكالسيوم الضروري لنمو النباتات.

4. حماية البيئة:

   • تُستغل قدرة الكربونات على امتصاص ثاني أكسيد الكربون لتقليل الانبعاثات في بعض العمليات الصناعية.

5. تكوين الكهوف الجيرية:

   • تفاعل الماء المملوء بـ CO₂ مع كربونات الكالسيوم يذيب الحجر الجيري، ما يؤدي إلى تكوين ممرات وكهوف طبيعية.

---

جدول مقارنة بين المغنيسيوم والكالسيوم

---

مسائل محلولة

مسألة 1: حساب كمية هيدروكسيد الكالسيوم المتكون من 0.5 مول من كالسيوم يتفاعل مع الماء

المعطى: معادلة التفاعل

Ca + 2H₂O → Ca(OH)₂ + H₂↑

الحساب:

• المتفاعل الأساسي هو Ca (1 مول ينتج 1 مول من Ca(OH)₂).
• إذا كان لدينا 0.5 مول من Ca، فإن عدد مولات Ca(OH)₂ المتكونة = 0.5 مول.

النتيجة: ينتج 0.5 مول من هيدروكسيد الكالسيوم (Ca(OH)₂) و0.5 مول من غاز الهيدروجين (H₂).

مسألة 2: ما هو عدد جزيئات CO₂ اللازمة لترسيب 1 مول من كربونات الكالسيوم من ماء الجير؟

المعطى: معادلة الترسيب

Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃↓ + H₂O

الحساب:

• كل جزيء CO₂ يتفاعل مع جزيء واحد من Ca(OH)₂ لتكوين جزيء واحد من CaCO₃.
• لذا، لترسيب 1 مول من CaCO₃ نحتاج إلى 1 مول من CO₂.

النتيجة: يلزم 1 مول من ثاني أكسيد الكربون (≈ 6.02×10²³ جزيء) لترسيب 1 مول من كربونات الكالسيوم.

---

تنبيهات الامتحان (أخطاء شائعة)

1. خلط ماء الجير مع الحجر الجيري – ماء الجير هو محلول هيدروكسيد الكالسيوم (Ca(OH)₂)، بينما الحجر الجيري هو كربونات الكالسيوم الصلبة (CaCO₃).
2. افتراض أن جميع الفلزات القلوية الأرضية لا تتفاعل مع الماء – المغنيسيوم يتفاعل ببطء مع الماء الساخن، والكالسيوم يتفاعل فورًا مع ماء الغرفة.
3. نسيان أن كربونات المغنيسيوم والكالسيوم ضعيفة الذوبان في الماء – قد يؤدي ذلك إلى توقع ذوبان كامل غير صحيح في أسئلة الترسيب.
4. إهمال لون اللهب في اختبار الفلزات – الكالسيوم يعطي لونًا أحمر قرميديًا، بينما المغنيسيوم لا يُظهر لونًا مميزًا.

---

قائمة المراجعة (نقاط يجب التأكد منها قبل الامتحان)

• [ ] معرفة جميع عناصر المجموعة الثانية ورموزها (Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra).
• [ ] تذكر أن جميعها تُكوّن أيونات +2.
• [ ] تمييز خصائص الفلزات القلوية الأرضية عن الفلزات القلوية (قوة الروابط، نقطة الانصهار، الكثافة).
• [ ] حفظ معادلات تفاعل الكالسيوم مع الماء، مع أكسيد الكالسيوم، مع هيدروكسيد الكالسيوم، ومع CO₂.
• [ ] معرفة أن كربونات الكالسيوم ضعيفة الذوبان وتذوب في HCl.
• [ ] تذكر أن MgCO₃ يذوب في HCl وفق المعادلة (MgCO₃ + 2HCl → …).
• [ ] معرفة لون اللهب لكل من Mg (لا لون) وCa (أحمر قرميدي).
• [ ] فهم دورة الكالسيوم الطبيعية (ذوبان/ترسيب كربونات الكالسيوم).
• [ ] تمييز بين الجير الحي (CaO) والجير المطفأ (Ca(OH)₂) والجير الرائق (ماء الجير).
• [ ] معرفة أن الجبس هو CaSO₄·2H₂O.
• [ ] القدرة على كتابة وتوازن المعادلات باستخدام الرموز الفرعية والسهام الكيميائية.
• [ ] القدرة على حساب المولات من المعادلات المتوازنة (مثل مسألة 1 و2).
• [ ] إدراك دور مركبات الكالسيوم في الاستدامة (معالجة المياه، تعديل التربة، مواد بناء صديقة للبيئة).

---

جميع المعادلات دفعة واحدة

MgCO₃ + 2HCl → MgCl₂ + H₂O + CO₂
Ca + 2H₂O → Ca(OH)₂ + H₂↑
2Ca + O₂ → 2CaO
CaO + H₂O → Ca(OH)₂
Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃↓ + H₂O
CaCO₃ + CO₂ + H₂O → Ca(HCO₃)₂
Ca(HCO₃)₂ → CaCO₃↓ + CO₂ + H₂O

---

بالتوفيق في امتحاناتك!