ملخص الكيمياء تانية ثانوي، الترم التاني العناصر الانتقالية ومركباتها (1) (الحديد، النحاس، الفضة)

1. أهداف التعلم

1. التعرف على تعريف العنصر الانتقالي وخصائصه العامة.
2. معرفة حالات التأكسد الشائعة للحديد، النحاس، والفضة.
3. فهم آلية تكوين أيونات الهيدروكسيد، الكبريتيد، وأيونات المعقدات لهذه العناصر.
4. تمييز الأيونات الانتقالية عن طريق اللون، الترسيب، وتكوين الأيونات المعقدة في التحليل النوعي.
5. كتابة المعادلات المتوازنة للتفاعلات الأساسية للحديد، النحاس، والفضة.
6. ربط الخصائص الكيميائية للمعادن بتطبيقاتها الهندسية والطبية والبيئية.

---

2. المصطلحات والتعريفات الكيميائية

---

3. التفاعلات والمعادلات الكيميائية

3.1 تفاعلات أيونات الحديد

(أ) مع NaOH أو NH₃

• Fe²⁺

  Fe²⁺ + 2OH⁻ → Fe(OH)₂↓
  

  نوع التفاعل: ترسيب هيدروكسيد.
  الشروط: محلول مائي، درجة حرارة الغرفة.
  الملاحظة: راسب أبيض مخضر.

• Fe³⁺

  Fe³⁺ + 3OH⁻ → Fe(OH)₃↓
  

  الملاحظة: راسب بني محمر. (الصيغة الدقيقة غير موحدة في النص).

(ب) مع H₂S

• Fe²⁺

  Fe²⁺ + S²⁻ → FeS↓
  

  الملاحظة: راسب أسود.

• Fe³⁺

  Fe³⁺ + S²⁻ → FeS↓
  

  الملاحظة: راسب أسود (نفس اللون).

(ج) مع K₄[Fe(CN)₆] (فايانيد الحديد الثنائي)

• Fe²⁺

  Fe²⁺ + K₄[Fe(CN)₆] → Fe₄[Fe(CN)₆]₃↓   (راسب أبيض مزرق)
  

  الملاحظة: راسب أبيض مزرق.

• Fe³⁺

  Fe³⁺ + K₄[Fe(CN)₆] → Fe₃[Fe(CN)₆]₂↓   (راسب أزرق داكن)
  

  الملاحظة: راسب أزرق داكن.

(د) مع K₃[Fe(CN)₆] (فايانيد الحديد الثلاثي)

• Fe²⁺

  Fe²⁺ + K₃[Fe(CN)₆] → Fe₃[Fe(CN)₆]₂↓   (راسب أزرق داكن)
  

  الملاحظة: راسب أزرق داكن.

• Fe³⁺

  Fe³⁺ + K₃[Fe(CN)₆] → محلول بني
  

  الملاحظة: محلول بني.

(ه) مع KSCN (سيانيد الثيوسيانيت)

• Fe²⁺ لا يحدث تغيير ملحوظ.
• Fe³⁺

  Fe³⁺ + SCN⁻ → [Fe(SCN)]²⁺   (محلول أحمر دموي)
  

  الملاحظة: محلول أحمر دموي.

3.2 تفاعلات النحاس

(أ) تفاعلات العنصر (Cu)

• احتراق النحاس في الهواء

  2Cu + O₂ → 2CuO
  

  الملاحظة: أكسيد نحاسي (II) أسود.

• ذوبان النحاس في حمض الكبريتيك المركز الساخن

  Cu + 2H₂SO₄(conc, hot) → CuSO₄ + SO₂↑ + 2H₂O
  

  الملاحظة: تكوين كبريتات النحاس (II) (محلول أزرق).

(ب) تفاعلات أيون Cu²⁺

• مع قاعدة (NaOH أو NH₃)

  Cu²⁺ + 2OH⁻ → Cu(OH)₂↓
  

  الملاحظة: راسب أبيض مائل إلى الزرقة.

• مع H₂S

  Cu²⁺ + S²⁻ → CuS↓
  

  الملاحظة: راسب أسود.

(ج) تفاعلات هيدروكسيد النحاس Cu(OH)₂

• مع فائض الأمونيا

  Cu(OH)₂ + 4NH₃ → [Cu(NH₃)₄]²⁺ + 2OH⁻
  

  الملاحظة: محلول أزرق غامق.

• عند التسخين

  Cu(OH)₂ → CuO + H₂O
  

  الملاحظة: أكسيد نحاسي (II) أسود.

• في حمض الكبريتيك المخفف أو HCl

  Cu(OH)₂ + 2H⁺ → Cu²⁺ + 2H₂O
  

  الملاحظة: عودة أيون Cu²⁺ إلى المحلول.

3.3 تفاعلات الفضة

(أ) مع قاعدة (NaOH)

2Ag⁺ + 2OH⁻ → Ag₂O↓ + H₂O

الملاحظة: راسب بني (أكسيد فضة).

(ب) مع أمونيا (NH₃) بعد تكوين Ag₂O

Ag₂O + 4NH₃ + H₂O ⇌ 2[Ag(NH₃)₂]⁺ + 2OH⁻

الملاحظة: يذوب الراسب ويظهر محلول عديم اللون.

(ج) مع H₂S

2Ag⁺ + S²⁻ → Ag₂S↓

الملاحظة: راسب أسود (كبريتيد الفضة).

(د) هاليدات الفضة (ملخص)

تتكون عندما يتفاعل أيون Ag⁺ مع أيون هاليد (Cl⁻، Br⁻، I⁻) لتكوين راسب ملون:

• AgCl (أبيض)
• AgBr (أصفر مائل للرمادي)
• AgI (أصفر باهت)

---

4. الخواص والتركيب

---

5. التطبيقات والاستخدامات

1. الهندسة

   • الحديد: يُستَخدم في بناء الهياكل بسبب قوته بعد تشكيل سبائك الفولاذ.
   • النحاس: يُستَخدم في أنابيب المياه وشبكات التدفئة بفضل مقاومته للصدأ في بيئات معينة.
   • الفضة: تُستَخدم في مكونات إلكترونية ذات توصيلية عالية.

2. الطب

   • الفضة: مضاد للميكروبات، يُستَخدم في الجروح والضمادات.
   • النحاس: يُستَخدم في أدوات جراحية بسبب خصائصه المضادة للبكتيريا.

3. البيئة

   • الحديد: يُستَخدم في معالجة مياه الصرف لإزالة الفوسفات (كعامل مخفض).
   • النحاس: يُستَخدم كعامل محفز في عمليات التحلل البيولوجي للملوثات.

---

6. جدول مقارنة

---

7. مسائل محلولة

مسألة 1: توقع الترسيب عند إضافة NaOH إلى محلول يحتوي على أيونات Fe³⁺ و Cu²⁺ و Ag⁺

المعطى: محلول مائي يحتوي على 0.10 م.م. من كل أيون. يضاف 25 م.ل من محلول NaOH 0.20 م.م.

الحل:

1. حساب عدد مولات OH⁻ المضافة:

$$n_{OH⁻}=0.020 م.م. × 0.025 ل = 5.0×10^{-4},mol$$

2. مقارنة مع عدد مولات كل أيون (0.10 م.م. = 1.0×10^{-4},mol).

3. كل أيون يحتاج إلى عدد محدد من OH⁻ لتكوين راسب:

   • Fe³⁺ + 3OH⁻ → Fe(OH)₃↓ (3 مول OH⁻ لكل مول Fe³⁺)
   • Cu²⁺ + 2OH⁻ → Cu(OH)₂↓ (2 مول OH⁻ لكل مول Cu²⁺)
   • Ag⁺ + OH⁻ → ½ Ag₂O↓ (2 مول OH⁻ لكل مول Ag⁺)

4. حساب OH⁻ المطلوب لكل أيون:

   • Fe³⁺: 3 × 1.0×10⁻⁴ = 3.0×10⁻⁴ mol
   • Cu²⁺: 2 × 1.0×10⁻⁴ = 2.0×10⁻⁴ mol
   • Ag⁺: 2 × 1.0×10⁻⁴ = 2.0×10⁻⁴ mol

5. مجموع OH⁻ المطلوب = 7.0×10⁻⁴ mol > 5.0×10⁻⁴ mol المتوفر، لذا سيحدث ترسيب جزئي. أولاً يتفاعل Fe³⁺ (أكثر طلبًا) ثم Cu²⁺، ويبقى جزء من Ag⁺ غير متفاعل.

النتيجة المتوقعة:

• راسب بني محمر من Fe(OH)₃ (محدود).
• راسب أبيض مائل للزرقة من Cu(OH)₂ (محدود).
• لا يتشكل راسب ملحوظ من Ag₂O بسبب نقص OH⁻.

مسألة 2: حساب كتلة راسب Cu(OH)₂ المتكون من 0.050 م.م. من Cu²⁺ عند إضافة NaOH زائدة

المعطى: 0.050 م.م. من Cu²⁺ في محلول، يُضاف NaOH بكمية فائضة.

الحل:

1. معادلة الترسيب:

$$Cu^{2+} + 2OH^{-} → Cu(OH)_2↓$$

2. عدد مولات Cu²⁺ = 5.0×10⁻² mol.

3. كتلة راسب Cu(OH)₂ = n × M، حيث M(Cu(OH)₂) = 97.56 غ/مول (Cu 63.55 + 2×(O 16 + H 1) = 63.55 + 34.02 = 97.57 غ/مول).

4. الكتلة = 5.0×10⁻² mol × 97.56 غ/مول ≈ 4.88 غ.

النتيجة: سيُنتج حوالي 4.9 غ من راسب Cu(OH)₂ أبيض مائل للزرقة.

---

8. تنبيهات الامتحان (أخطاء شائعة)

1. خلط حالات التأكسد – لا تُخلط Fe²⁺ مع Fe³⁺؛ لكل منهما لون راسب مختلف.
2. إهمال عدد أيونات OH⁻ المطلوبة – في تفاعل الترسيب يجب مراعاة النسبة الستويكومترية (مثلاً 3 OH⁻ لكل Fe³⁺).
3. الاعتقاد بأن جميع الأيونات الانتقالية لا تُظهر ألواناً – بعض الأيونات (مثل Cu⁺) قد تكون عديمة اللون، لكن معظمها يُظهر ألواناً مميزة.
4. استخدام معادلة غير متوازنة لتكوين المعقدات – يجب كتابة معادلة تكوين $[Cu(NH₃)₄]^{2+}$ و $[Ag(NH₃)₂]^{+}$ بدقة.

---

9. قائمة المراجعة قبل الامتحان

• [ ] تعريف العنصر الانتقالي وذكر خصائصه العامة.
• [ ] حصر حالات التأكسد الشائعة لل Fe, Cu, Ag.
• [ ] كتابة معادلات الترسيب مع NaOH و NH₃ لكل أيون.
• [ ] كتابة معادلات الترسيب مع H₂S لكل أيون.
• [ ] توضيح ألوان الرواسب والمحاليل في كل اختبار.
• [ ] معرفة معادلات تكوين المعقدات $[Cu(NH₃)₄]^{2+}$ و $[Ag(NH₃)₂]^{+}$.
• [ ] ربط الخصائص الكيميائية بتطبيقاتها الهندسية والطبية.
• [ ] القدرة على توقع نتيجة اختبار نوعي دون إجراء التجربة.
• [ ] حساب عدد المولات والكتلة للراسب في مسائل كمية.
• [ ] مراجعة جدول المقارنة بين Fe, Cu, Ag.
• [ ] حفظ الصيغ العامة للروابط التناسقية (Mⁿ⁺ + xL → [MLₓ]ⁿ⁺).
• [ ] التدرب على كتابة المعادلات باستخدام الرموز Unicode المطلوبة.

---

10. جميع المعادلات دفعة واحدة

Fe²⁺ + 2OH⁻ → Fe(OH)₂↓
Fe³⁺ + 3OH⁻ → Fe(OH)₃↓
Fe²⁺ + S²⁻ → FeS↓
Fe³⁺ + S²⁻ → FeS↓
Fe²⁺ + K₄[Fe(CN)₆] → Fe₄[Fe(CN)₆]₃↓
Fe³⁺ + K₄[Fe(CN)₆] → Fe₃[Fe(CN)₆]₂↓
Fe²⁺ + K₃[Fe(CN)₆] → Fe₃[Fe(CN)₆]₂↓
Fe³⁺ + K₃[Fe(CN)₆] → محلول بني
Fe³⁺ + SCN⁻ → [Fe(SCN)]²⁺   (محلول أحمر دموي)

2Cu + O₂ → 2CuO
Cu + 2H₂SO₄(conc, hot) → CuSO₄ + SO₂↑ + 2H₂O
Cu²⁺ + 2OH⁻ → Cu(OH)₂↓
Cu²⁺ + S²⁻ → CuS↓
Cu(OH)₂ + 4NH₃ → [Cu(NH₃)₄]²⁺ + 2OH⁻
Cu(OH)₂ → CuO + H₂O
Cu(OH)₂ + 2H⁺ → Cu²⁺ + 2H₂O

2Ag⁺ + 2OH⁻ → Ag₂O↓ + H₂O
Ag₂O + 4NH₃ + H₂O ⇌ 2[Ag(NH₃)₂]⁺ + 2OH⁻
2Ag⁺ + S²⁻ → Ag₂S↓
Ag⁺ + Cl⁻ → AgCl↓   (أبيض)
Ag⁺ + Br⁻ → AgBr↓   (أصفر مائل للرمادي)
Ag⁺ + I⁻ → AgI↓    (أصفر باهت)

---

بالتوفيق في امتحاناتك!