شرح الخواص الكيميائية للفلزات

شرح الخواصّ الكيميائية للفلزّات

تعرف الفلزات (بالإنجليزية: Metals) بأنها مواد غير عضوية صلبة متبلورة (بالإنجليزية: Crystallized)، تتواجد عادة في الحالة الصلبة، وهي على درجة عالية من التماثل، وتمتاز بقوة ترابط جزيئاتها، ويمكن التعرف على الفلزّات من خلال العديد من الخصائص الفيزيائية والكيميائية التي تميّزها عن غيرها من المواد، وفيما يأتي بعض أهم الخصائص الكيميائية للفلزات:^[١]

القابلية للاشتعال Flammability

تمتاز الفلزات بقدرتها على الاحتراق أو الاشتعال، فمعظمها قابلة للاحتراق بدرجاتٍ متفاوتة حسب الظروف الفيزيائية المحيطة بها،^[٢] فمثلًا تشتعل الفلزات الترابية بقوة، وينتج عن اشتعالها طاقة حرارية ونواتج جانبية كغاز الهيدروجين، كما أنها في غاية الخطورة، إذ إن قابليتها السريعة للاشتعال تُنتِج عنها هيدروكسيدات تسبب التآكل والصدأ.^[٣]

الذائبية Solubility

تختلف ذائبية الفلزات تبعًا لنوع الفلز، حيث ‘ن النترات، والكلورات، والأسيتات لجميع المعادن قابلة للذوبان في الماء، كما أن جميع أملاح الصوديوم، والبوتاسيوم، والأمونيوم قابلة للذوبان في الماء أيضًا، بالإضافة لكلوريدات، وبروميدات، ويوديد جميع المعادن فهي قابلة للذوبان في الماء باستثناء الرصاص، والفضة، والزئبق، وأيضًا هيدروكسيدات الصوديوم، والبوتاسيوم، والأمونيوم فهي قابلة للذوبان في الماء بشكلٍ كبير، وتعد هيدروكسيدات الكالسيوم، والباريوم قابلة للذوبان بشكلٍ معتدل، أما أكاسيد وهيدروكسيدات جميع المعادن الأخرى فهي غير قابلة للذوبان في الماء.^[٤]

السمّية Toxicity

تتميز بعض المعادن الثقيلة بسمّيتها وخطورتها على الإنسان كالزئبق، والنحاس، كما أن بعض المعادن قد تكون ذات سمية في حال ازدياد تراكيزها في جسم الإنسان كالحديد.^[٥]

التفاعلية Reactivity

إن التفاعلية هي إحدى أهم الخصائص الكيميائية للفلزات، فلهذه العناصر قدرة عالية على المشاركة في العديد من التفاعلات الكيميائية، ومن أهم هذه التفاعلات ما يأتي:^[٦]

• تفاعل الفلزات مع الماء: حيث ينتج عن هذا التفاعل هيدروكسيدات فلزّية (بالإنجليزية: Metal hydroxides) وذرة هيدروجين، ومن الأمثلة على هذا التفاعل تفاعل الصوديوم مع الماء لإنتاج هيدروكسيد الصوديوم والهيدروجين.
• تفاعل الفلزات مع الأحماض: وينتج عن هذا التفاعل ملح وذرّة هيدروجين، مثل تفاعل الزنك مع حمض الهيدروكلوريك الذي ينتج عنه كلوريد الزنك والهيدروجين.
• تفاعل الفلزات مع الأكسجين: حيث ينتج عن هذا التفاعل أكاسيد فلزّية (بالإنجليزية: Metal oxides)، مثل تفاعل المغنيسيوم مع الأكسجين الذي ينتج عنه أكسيد المغنيسيوم.

أنواع الفلزّات وخصائصها

على الرغم من وجود العديد من الخصائص المشتركة بين جميع الفلزات، إلا أنه قد تتميز بعض أنواع الفلزات عن غيرها في بعض الخصائص، وفي ما يأتي أنواع الفلزات الخمس وأهم ما يميّزها:^[٧]

• الفلزات القلوية (بالإنجليزية: Alkali metals): وهي فلزات شديدة التفاعل، تنتمي للمجموعة IA في الجدول الدوري، ولها الشحنة +1 في حالة الأكسدة، وتمتاز بكونها أقل كثافة من المعادن الأخرى، وبسبب شدّة نشاطها التفاعلي، فإنها تتواجد على شكل مركبات، وهي تشمل العناصر الآتية: الصوديوم، والليثيوم، والبوتاسيوم، والروبيديوم، والسيزيوم، والفرانسيوم.
• المعادن الأرضية القلوية (بالإنجليزية: Alkaline earth metals): وهي من الفلزات شديدة التفاعل، لكنها أقل تفاعلًا من الفلزات القلوية، وتنتمي للمجموعة IIA في الجدول الدوري، وتملك الشحنة +2 عندما تكون في حالة الأكسدة، وتتواجد هذه الفلزات في الطبيعة كمركبات مع معادن أخرى بسبب تفاعليتها، وتمتاز هذه العناصر بصلابتها الشديدة، وتشمل العناصر الآتية: البريليوم، والمغنيسيوم، والكالسيوم، والسترونتيوم، والباريوم، والراديوم.
• الفلزات الانتقالية (بالإنجليزية: Transition metals): وتسمى بالمعادن الانتقالية، وهي العناصر التي تحتوي على أغلفة تكافؤ d وf غير ممتلئة بالكامل، وتشمل اللانثانيدات، والأكتينيدات، والعديد من العناصر الأخرى، كالحديد، والنكل، والزنك، والزئبق.
• الفلزات الأساسية (بالإنجليزية: Basic metals): وهي الفلزات الأكثر شهرة والتي تعرَف من خلال خصائص الفلزات الأساسية كالموصلية الحرارية، والليونة والتطويع، إلّا أن بعض العناصر في هذه المجموعة تمتلك خواصّ لافلزّية، فعلى سبيل المثال، لا يتمتع معدن الرصاص بالصلابة التي تتمتع بها باقي الفلزات، ومن الأمثلة على الفلزات الأساسية الألمنيوم، والغاليوم، والثاليوم.
• الفلزات النبيلة (بالإنجليزية: Noble metals): تعرف أيضًا بالمعادن النبيلة، وهي المعادن إلى تتواجد في الطبيعة بصورتها النقية، وذلك لأنها غير متفاعلة (بالإنجليزية: Nonreactive)، وهذا ما يجعلها مناسبة لصناعة المجوهرات والعملات النقدية، ومن أهم الأمثلة عليها الذهب والفضة.

الخصائص الفيزيائية للفلزات

فيما يأتي بعض أهم الخصائص الفيزيائية للفلزات:

الموصلية الكهربائية Electrical conductivity

تمتاز الفلزات بقدرتها الفائقة على توصيل الكهرباء، حيث إن الموصلية الكهربائية ترتكز في أساسها على حركة جزيئات مشحونة كهربائيًا في وسط يسمح لها بذلك، وتعود موصلية الفلزات لوجود إلكترونات تكافؤ حرة الحركة في المدارات الخارجية للجزيئات الفلزية، حيث تتحرك الإلكترونات الحرة عبر المعدن عند تسليط مجالٍ كهربائي عليه مثل كرات البلياردو التي تضرب بعضها البعض، وتمرر الشحنة الكهربائية أثناء تحركها، وأكثر الفلزات موصلية للكهرباء هي الفضة، والنحاس، والذهب، أما أضعفها فهو السيليكون، والجرمانيوم، والزئبق.^[٨]

الليونة والتطويع Ductility and Malleability

التطويع هو مرونة الفلزات التي تجعلها قابلة للطرق والتحول إلى صفائح عند تعرضها للضغط، مثل صفائح الألمنيوم التي تستخدم في الطائرات لوزنها الخفيف ومتانتها، أما الليونة فهي قابلية الفلزات للتشكل أو التمدد إلى أسلاك دون تعرضها للكسر عند تعرضها لإجهادٍ الشد (بالإنجليزية: Tensile stress)، مثل الأسلاك النحاسية التي تستخدم لتوصيل الكهرباء.^[٩]