ملخص الكيمياء تانية ثانوي، الترم التاني العناصر الانتقالية ومركباتها (2) (الذهب، الكروم، المنجنيز)

أهداف التعلم

• فهم خصائص الذهب كمعادن نبيلة من حيث الليونة، الموصلية، ومقاومة الأكسدة.
• تمييز مركبات الكروم وتحديد أيونيات الكرومات والديكرومات، وفهم توازن اللون بينهما.
• استيعاب دور مركبات المنجنيز في التحليل الكيميائي والبيئي عبر تغيرات اللون.
• تطبيق مفهوم حالة التأكسد على العناصر الانتقالية وتفسير سلوكها في التفاعلات.
• التعرف على العوامل المؤكسدة واستخدامها لتحديد المواد عبر الترسيب الملون.
• تحليل التفاعلات بين أيونات الكرومات وأيونات الفضة، الرصاص، والباريوم وتوقع الملاحظات (لون، راسب).

---

المصطلحات والتعريفات الكيميائية

---

التفاعلات والمعادلات الكيميائية

1. ذوبان الذهب في ماء ملكي

Au + HNO₃ + HCl → AuCl₄⁻ (أيون مركب مستقر) + NO + H₂O

نوع التفاعل: أكسدة‑اختزال (تفاعل أكسدة للذهب).
الشروط: وجود ماء ملكي (مزيج حمض النيتريك المركز مع حمض الهيدروكلوريك المركز).
الملاحظة: يتحول الذهب الصلب إلى محلول شفاف لا لون له.

2. تكوين أيونات الكرومات من كلوريد البوتاسيوم

K₂CrO₄ → 2 K⁺ + CrO₄²⁻   (محلول أصفر)

نوع التفاعل: تحلل أيوني.
الشروط: إذابة صلبة في ماء.
الملاحظة: ظهور لون أصفر واضح.

3. تكوين أيونات الديكرومات من ديكرومات البوتاسيوم

K₂Cr₂O₇ → 2 K⁺ + Cr₂O₇²⁻   (محلول أحمر‑برتقالي)

نوع التفاعل: تحلل أيوني.
الشروط: إذابة صلبة في ماء.
الملاحظة: لون أحمر‑برتقالي مائل للبرتقالي.

4. توازن الحمض‑قاعدى بين أيونات الكرومات والديكرومات

CrO₄²⁻ + 2 H⁺ ⇌ Cr₂O₇²⁻ + H₂O

نوع التفاعل: توازن حمضي‑قاعدى.
الشروط: إضافة حمض (مثل H₂SO₄ المخفف) إلى محلول كرومات أصفر.
الملاحظة: يتحول اللون من أصفر إلى أحمر‑برتقالي.

5. عكس التوازن عند القلوية

Cr₂O₇²⁻ + H₂O ⇌ 2 CrO₄²⁻ + 2 H⁺

نوع التفاعل: توازن حمضي‑قاعدى (عكس).
الشروط: إضافة قاعدة (مثل NaOH) إلى محلول ديكرومات.
الملاحظة: يعود اللون إلى الأصفر.

6. ترسيب الفضة مع أيون الكرومات

2 Ag⁺ + CrO₄²⁻ → Ag₂CrO₄   (رصاص‑بني)

نوع التفاعل: ترسيب ملون.
الشروط: خلط محلول كرومات مع محلول نترات الفضة.
الملاحظة: تكون راسب بني‑محمر.

7. ترسيب الرصاص مع أيون الكرومات

Pb²⁺ + CrO₄²⁻ → PbCrO₄   (أصفر)

نوع التفاعل: ترسيب ملون.
الشروط: خلط محلول كرومات مع محلول نترات الرصاص.
الملاحظة: راسب أصفر واضح.

8. ترسيب الباريوم مع أيون الكرومات

Ba²⁺ + CrO₄²⁻ → BaCrO₄   (أصفر)

نوع التفاعل: ترسيب ملون.
الشروط: خلط محلول كرومات مع محلول نترات الباريوم.
الملاحظة: راسب أصفر.

9. أكسدة ديكرومات في وسط حمضي إلى أيون كروم(III) الأخضر

Cr₂O₇²⁻ + 14 H⁺ → 2 Cr³⁺ + 7 H₂O   (لون أخضر داكن)

نوع التفاعل: أكسدة‑اختزال (ديكرومات عامل مؤكسد).
الشروط: وسط حمضي قوي.
الملاحظة: يتحول اللون إلى أخضر داكن نتيجة لتكوين أيون Cr³⁺.

---

الخواص والتركيب

---

التطبيقات والاستخدامات

• الذهب

  • المجوهرات: بفضل لمعانه ومقاومته للصدأ.
  • الإلكترونيات: توصيل ممتاز في الموصلات الدقيقة للهواتف والكمبيوترات.
  • تقنية النانو: يُستعمل في تصنيع جسيمات نانوية لتطبيقات طبية وصناعية.
  • التحليل الكيميائي: يُستعمل في بعض التحليلات الطيفية بفضل استقراره.

• الكروم

  • الأصباغ: مركبات الكروم تُعطي ألواناً صفراء (كرومات) وبرتقالية (ديكرومات) تُستعمل في إشارات المرور والطلاءات.
  • المختبرات التحليلية: تُستعمل أيونات الكرومات لتحديد أيونات الفضة، الرصاص، والباريوم عبر الترسيب الملون.
  • المعامل الصناعية: ديكرومات كعامل مؤكسد قوي في عمليات الصهر وتطهير المياه.

• المنجنيز

  • معالجة المياه: تُستعمل مركباته في إزالة الشوائب وتغيير اللون كإشارة لتفاعل كيميائي.
  • التحليل الكيميائي: تغيرات اللون في مركبات المنجنيز تُظهر تغيرات حالة التأكسد وتُستعمل ككواشف.

---

جدول مقارنة

---

مسائل محلولة

مسألة 1 – توقع تغير اللون عند إضافة حمض إلى محلول كرومات

المعطى: تم إذابة 0.020 mol من K₂CrO₄ في 250 mL ماء لتكوين محلول كرومات أصفر. أُضيف 0.010 mol من H₂SO₄ المخفف.

الحل:
التفاعل الحمضي‑قاعدى:

CrO₄²⁻ + 2 H⁺ ⇌ Cr₂O₇²⁻ + H₂O

عدد أيونات H⁺ المتوفرة = 2 × 0.010 mol = 0.020 mol.
عدد أيونات CrO₄²⁻ المتوفرة = 0.020 mol.

نحتاج 2 H⁺ لكل CrO₄²⁻؛ لذا يتفاعل كل الـ0.020 mol من CrO₄²⁻ مع 0.040 mol من H⁺، لكن لدينا فقط 0.020 mol من H⁺، لذا سيتفاعل نصف كمية الكرومات:

• يتفاعل 0.010 mol من CrO₄²⁻ مع 0.020 mol من H⁺ لتكوين 0.010 mol من Cr₂O₇²⁻.
• يبقى 0.010 mol من CrO₄²⁻ غير متفاعل.

النتيجة: سيظهر مزيج لوني؛ جزء من المحلول سيصبح أحمر‑برتقالي (ديكرومات) والجزء المتبقي أصفر. إذا كان التركيز المتبقي للكرومات منخفضاً، سيظهر اللون البرتقالي السائد.

مسألة 2 – حساب كتلة راسب كرومات الفضة

المعطى: خلط 50 mL من محلول K₂CrO₄ (0.10 M) مع 50 mL من محلول AgNO₃ (0.10 M).

الحل:
المعادلة:

2 Ag⁺ + CrO₄²⁻ → Ag₂CrO₄   (رصاص‑بني)

عدد مولات CrO₄²⁻ = 0.10 M × 0.050 L = 0.005 mol.
عدد مولات Ag⁺ = 0.10 M × 0.050 L = 0.005 mol.

نحتاج 2 mol من Ag⁺ لكل 1 mol من CrO₄²⁻؛ لذا يكون العامل المحدد هو Ag⁺:
المتطلبات لـ 0.005 mol من CrO₄²⁻ هي 0.010 mol من Ag⁺، لكن لدينا فقط 0.005 mol، لذا Ag⁺ هو المتحدد.

عدد مولات راسب Ag₂CrO₄ المتكون = عدد مولات Ag⁺ ÷ 2 = 0.005 mol ÷ 2 = 0.0025 mol.

الكتلة المولية لـ Ag₂CrO₄ ≈ (2×107.87) + 52.00 + (4×16.00) = 215.74 g mol⁻¹.

الكتلة المتكونة = 0.0025 mol × 215.74 g mol⁻¹ ≈ 0.539 g.

النتيجة: سيتكون راسب فضي‑بني بكتلة تقريبية 0.54 g.

---

تنبيهات الامتحان (أخطاء شائعة)

1. خلط حالة التأكسد مع عدد الأكسدة – لا تُعطى حالة التأكسد للعنصر في مركبٍ ما إلا بعد موازنة الشحنة الكلية.
2. إهمال توازن الحمض‑قاعدى للكرومات – عند إضافة حمض أو قاعدة يجب توقع تحول اللون (أصفر ↔ أحمر‑برتقالي).
3. الخلط بين الترسيب والذوبان – الذهب لا يذوب في الأحماض العادية، بل فقط في ماء ملكي؛ لا تُكتب معادلة ذوبان في حمض النيتريك وحده.
4. استخدام رموز غير صحيحة للمعادلات – يجب كتابة الأسهم الكيميائية (→ أو ⇌) وعدم استعمال “=” أو “→” غير موحد.

---

قائمة المراجعة قبل الامتحان

• [ ] تعريف العنصر الانتقالي ومقارنة خصائصه مع العناصر غير الانتقالية.
• [ ] توضيح ما يعنيه المعدن النبيل ولماذا يُصنف الذهب كذلك.
• [ ] حفظ معادلات تكوين أيونات الكرومات والديكرومات وتوازن اللون.
• [ ] معرفة شروط ذوبان الذهب (ماء ملكي) وتفسير السبب الكيميائي.
• [ ] تمييز العوامل المؤكسدة في مركبات الكروم وتوقع منتجاتها.
• [ ] حساب كتلة راسب من معطيات التركيز والحجم (مثل مسألة الفضة).
• [ ] توقع تغير اللون عند إضافة حمض أو قاعدة إلى محلول كرومات.
• [ ] معرفة استخدامات الذهب في الإلكترونيات والنانوتكنولوجيا.
• [ ] معرفة استخدامات الكروم في الأصباغ والتحليل المختبري.
• [ ] معرفة استخدامات المنجنيز في معالجة المياه.
• [ ] مراجعة أنواع التفاعلات (اتحاد، تحلل، إحلال، أكسدة‑اختزال).
• [ ] مراجعة الرموز الكيميائية (الأسهم، الأيونات السفلية، الوحدات).

---

جميع المعادلات دفعة واحدة

Au + HNO₃ + HCl → AuCl₄⁻ + NO + H₂O
K₂CrO₄ → 2 K⁺ + CrO₄²⁻
K₂Cr₂O₇ → 2 K⁺ + Cr₂O₇²⁻
CrO₄²⁻ + 2 H⁺ ⇌ Cr₂O₇²⁻ + H₂O
Cr₂O₇²⁻ + H₂O ⇌ 2 CrO₄²⁻ + 2 H⁺
2 Ag⁺ + CrO₄²⁻ → Ag₂CrO₄
Pb²⁺ + CrO₄²⁻ → PbCrO₄
Ba²⁺ + CrO₄²⁻ → BaCrO₄
Cr₂O₇²⁻ + 14 H⁺ → 2 Cr³⁺ + 7 H₂O

بالتوفيق في امتحاناتك!