كيمياء الباب الرابع شرح بالفيديو حصريا 3ث المجموعة الخامسة (A)

السبت 02-03-2013 19:56









.ثانياً: عناصر المجموعة الخامسة(A) (A)


المجموعة الخامسة (A)


التوزيع الإلكتروني, الرمز , العنصر

[2He] 2s2, 2p3, 2, 5, 7N, النيتروجين

[10Ne] 3s2, 3p3, 2, 8, 5, 15P, الفوسفور

[18Ar] 4s2, 3d10, 4p3, 2, 8, 18, 5, 33As, الزرنيخ

[36Kr] 5s2, 4d10, 5p3, 2, 8, 18,18, 5, 51Sb, الأنتيمون

[54Xe] 6s2, 4f14, 5d10, 6p3, 2, 8, 18, 32, 18, 5, 83Bi, البزموت



وجودها في الطبيعة


[1] النيتروجين:- يمثل 4/5 حجم الهواء الجوى.

[2] الفوسفور:- الأكثر انتشاراً في القشرة الأرضية.

• أهم خاماته:-

فوسفات الكالسيوم الصخري: Ca3(PO4)2

الأباتيت: CaF2. Ca3 (PO4)2

[3] خامات الزرنيخ والأنتيمون والبزموت هي:- الكبريتيدات:- Sb2S3, As2S3, Bi2S3.


(A) الخواص العامة لعناصر المجموعة الخامسة


[1] التدرج فى الصفة الفلزية واللافلزية:-

تزداد الصفة الفلزية وتقل الصفة اللافلزية بزيادة العدد الذرى

النيتروجين والفوسفور, الزرنيخ والأنتيمون , البزموت

لافلزات, أشباه فلزات, فلز

ملحوظة:- البزموت قدرته على التوصيل الكهربي ضعيفة.

[2] عدد الذرات فى جزئ العنصر:-

• في النيتروجين: الجزيء يتكون من ذرتين N2

• الفوسفور والزرنيخ والأنتيمون:

الجزيء في الحالة البخارية يتكون من أربع ذرات Sb4, As4, p4

• في البزموت: الجزيء في الحالة البخارية يتكون من ذرتين Bi2





.



[3] أعداد التأكسد: تتراوح من (-3 إلى +5) لأنها أما أن تكتسب ثلاثة إلكترونات عن طريق المشاركة أو تفقد خمسة إلكترونات.

ملاحظات:-

• أكبر عدد تأكسد لا يتعدى رقم المجموعة.

• عدد تأكسد النيتروجين في المركبات الهيدروجينية سالب؛ لأن السالبية الكهربية للنيتروجين أكبر من السالبية الكهربية للهيدروجين.

• عدد تأكسد النيتروجين في المركبات الأكسجينية موجب؛ لأن السالبية الكهربية للأكسجين أكبر من السالبية الكهربية للنيتروجين.

المركب, الصيغة, عدد التأكسد, المركب, الصيغة, عدد التأكسد

النشادر, NH3, -3, أكسيد النيتروز, N2O, +1

الهيدرازين, N2H4, -2, أكسيد النيتريك , NO, +2

هيدروكسيل أمين, NH2OH, -1, ثالث أكسيد النيتروجين, N2O3, +3

النيتروجين, N2, صفر, ثاني أكسيد النيتروجين, N2O4

NO2, +4

, , , خامس أكسيد النيتروجين, N2O5, +5



ظاهرة التآصل


وجود العنصر في عدة صور تختلف في خواصها الفيزيائية وتتفق في الخواص الكيميائية

• تتميز به اللافلزات الصلبة.

• ترجع ظاهرة التآصل إلى وجود العنصر في أكثر من شكل بلوري يختلف كل شكل عن الآخر في ترتيب الذرات وفى عددها.

• النيتروجين (غاز) والبزموت (فلز) لذلك لا يوجد بهما ظاهرة التآصل.


العنصر, الصورة التآصلية

الفوسفور, شمعي أبيض / أحمر / بنفسجي

الزرنيخ, أسود / رمادي / شمعي أصفر

الأنتيمون, أصفر / أسود



مع الأكسجين والهيدروجين

[4] مع الأكسجين:-

تتكون أكاسيد بعضها حمضي وبعضها متردد وبعضها قلوي حيث تزداد الصفة القاعدية وتقل الصفة الحامضية بزيادة العدد الذرى.


[5] مع الهيدروجين:-

تتكون مركبات هيدروجينية يكون عدد تأكسد العنصر فيها (-3)

بزيادة العدد الذرى:-

- تقل الصفة القطبية لهذه المركبات. - يقل ثباتها فيسهل تفككها بالحرارة.

- تقل قابليتها للذوبان في الماء. - تقل الصفة القاعدية.


أشهر عناصر المجموعة الخامسة (النيتروجين(N2


أهم الخواص الكيميائية:-

• تفاعلات عنصر النيتروجين مع العناصر الأخرى لا تتم إلا في وجود
شرر كهربي أو قوس كهربي أو تسخين شديد. وذلك لصعوبة كسر الرابطة الثلاثية
في جزئ النيتروجين N N

[1] مع الهيدروجين:-

N2 + 3H2 شرارة كهربية 2NH3 نشادر

[2] مع الأكسجين:-

N2 + O2 قوس كهربي /3000 5م 2NO أكسيد نيتريك


2NO + O2 2NO2 غاز بني محمر (ثاني أكسيد نيتروجين)





تابع أهم الخواص الكيميائية النيتروجين N2



[3] مع الفلزات النشطة:- يتفاعل بالتسخين

3Mg + N2 Heat Mg3N2نيتريد ماغنسيوم

نيتريد الماغنسيوم:

يتحلل في الماء ويتصاعد غاز النشادر

Mg3N2 + 6H2O 2NH3 + 3Mg(OH) 2







[4] مع كربيد الكالسيوم CaC2:- يعطى سياناميد الكالسيوم (سماد زراعي)

CaC2 + N2 قوس كهربي CaCN2 + C

أهمية سياناميد الكالسيوم:-

يستخدم في الزراعة كسماد لأنه يتفاعل مع ماء الري ويتصاعد النشادر الذي يعتبر مصدراً للنيتروجين في التربة.

CaCN2 + 3H2O CaCO3 + 2NH3




أولاً: غاز النشادرNH3

التحضير في المعمل:-

يحضر بتسخين كلوريد الأمونيوم والجير المطفأ.

2NH4Cl+Ca(OH)2 Heat 2NH3 + 2H2O +CaCl2

ملاحظات:-

• يجفف غاز النشادر بإمراره على أكسيد كالسيوم (جير حي) ولا يجفف بحمض الكبريتيك لأنه يتفاعل معه.

• يجمع بإزاحة الهواء إلى أسفل لأنه أخف من الهواء.

خواص الغاز:-

(1) سريع الذوبان في الماء.

غاز النشادر أنهيدريد قاعدة:- لأنه يذوب في الماء مكونا قلوي.

NH3 + HOH NH4OH

(2) محلولـه قلوي التأثير على عباد الشمس (يزرق عباد الشمس)

(3) لا يشتعل ولا يساعد على الاشتعال.

الغاز عديم اللون وله رائحة نفاذة وخانق.







تجربة النافورة

تجربة النافورة:- لإثبات:-

(1) أن غاز النشادر يذوب في الماء.

(2) محلول النشادر في الماء قلوي التأثير على عباد الشمس.

التحضير في الصناعة:-

طريقة هابر:-

تتم بإمرار غاز النيتروجين والهيدروجين على عوامل حفز مثل الحديد والموليبدنيوم تحت ضغط 200 جو و500 5م.

N2 + 3H2 200 at /500oc / Fe / Mo 2NH3

الكشف عن غاز النشادر:-

يكون سحب بيضاء عند تقريب ساق مبلله بحمض الهيدروكلوريك لفوهة المخبار فتتكون سحب بيضاء لتكون كلوريد الأمونيوم.

NH3 + HCl NH4Cl

الأمونيا وصناعة الأسمدة

أهمية النيتروجين للنبات:-

أهم مصادر التغذية لأنه عنصر هام في تركيب البروتين.

ملاحظات:-

• كمية النيتروجين الموجودة في التربة تقل مع مرور الزمن.

• ولذلك لابد من إمداد التربة بعنصر النيتروجين على هيئة أملاح
الأمونيوم واليوريا في صور أسمدة نيتروجينية أو طبيعية (روث البهائم) التي
تذوب في ماء الري وتمتصها جذور النباتات.

• يعتبر النشادر المادة الأولية الرئيسية التي تصنع منها معظم الأسمدة النيتروجينية (الآزوتية).

• مع حمض الهيدروكلوريك:-

NaOH + HCl NaCl + H2O

• مع حمض الكبريتيك:-

2NaOH + H2SO4 Na2SO4 + 2H2O



الحصول على بعض أملاح الأمونيوم الهامة

أولاً:- صناعة الأسمدة النيتروجينية غير العضوية:-

يتم بتعادل الأمونيا والحمض المناسب:-

(1) مع حمض النيتريك:-

NH3 + HNO3 NH4NO3 نيترات أمونيوم

(2) مع حمض الكبريتيك:-

2NH3 + H2SO4 (NH4)2SO4 كبريتات الأمونيوم (سلفات النشادر)


ثانياً: تحضير سماد نيتروجيني فوسفاتي:-

مثال: تحضير فوسفات الأمونيوم:-

التعادل بين حمض الأرثوفوسفوريك ومحلول الأمونيا:-

H3PO4 + 3NH3 (NH4)3PO4 فوسفات الأمونيوم















بعض الملاحظات على الأسمدة الشائعة


السماد, الملاحظة

• نيترات الأمونيوم, تحتوى على نسبة عالية من النيتروجين (35%)

• سريعة الذوبان في الماء.

• الزيادة منها يسبب حموضة التربة.

• كبريتات الأمونيوم, تعمل على زيادة حموضة التربة.

• يجب معادلة التربة التي تعالج بصفة مستمرة بهذا النوع من الأسمدة.

• فوسفات الأمونيوم, سريع التأثير في التربة.

• يمدها بنوعين من العناصر الأساسية {النيتروجين – الفوسفور}

• سماد اليوريا, يحتوى على نسبة عالية من النيتروجين.

• أنسب الأسمدة في المناطق الحارة لأن درجة الحرارة المرتفعة تساعد على سرعة تفككه إلى أمونيا وثاني أكسيد الكربون.

• سائل الأمونيا اللامائية, سماد المستقبل النيتروجيني.

• يضاف للتربة على عمق 12 سم.

• يتميز بارتفاع نسبة النيتروجين. حوالي (82%)





ثانياً: حمض النيتريك HNO3


تحضيره في المعمل:-

بتسخين نترات البوتاسيوم مع حمض الكبريتيك المركز بحيث لا تزيد درجة الحرارة عن 100 5م حتى لا ينحل حمض النيترك الناتج.

معادلة التحضير:-

2KNO3 + H2SO4 conc. / heat K2SO4 + 2HNO3



خواص الحمض (الفيزيائية والكيميائية)


الخواص الفيزيائية:-

(1) سائل عديم اللون.

(2) حمضي التأثير على عباد الشمس (يحمر عباد الشمس).

الخواص الكيميائية:-

[1] الحمض عامل مؤكسد:-

لأنه يتحلل بالتسخين ويتصاعد غاز الأكسجين.

4HNO3 Heat 4NO2 + O2 + 2H2O




خواص الحمض مع الفلزات


[2] مع الفلزات النشطة:- التي تسبق الهيدروجين في السلسلة الكهروكيميائية يتكون نترات الفلز والهيدروجين الذي يختزل الحمض.

Fe + 4HNO3 Heat/dil. Fe(NO3)3 + 2H2O + NO 

[3] مع الفلزات الغير نشطة:- التي تلي الهيدروجين يحدث التفاعل على
أساس أن الحمض عامل مؤكسد حيث يتم أكسدة الفلز ثم يتفاعل الأكسيد مع الحمض

3Cu + 8HNO3 Heat/dil. 3Cu (NO3)2 + 4H2O + 2NO عديم اللون


Cu + 4HNO3 Heat/conc. Cu (NO3)2 + 2H2O + 2NO2 بني محمر




خواص الحمض مع الفلزات مع الحديد والكروم والألومنيوم


[4] مع الحديد والكروم والألومنيوم:-

• الحمض لا يؤثر فيها بسبب ظاهرة الخمول.

ظاهرة الخمول:-

لأن حمض النيتريك عامل مؤكسد فإنه يكون على هذه الفلزات طبقة من الأكسيد غير مسامية واقية تمنع الفلز من التفاعل.



تجربة الحلقة السمراء



[1] محلول ملح النيترات + محلول مركز من كبريتات الحديد (II) حديث التحضير.

[2] إضافة قطرات من حمض الكبريتيك المركز باحتراس على جدار الأنبوبة الداخلي حتى يهبط الحمض إلى قاع الأنبوبة.

[3] تظهر حلقة بنية أو سمراء عند سطح الانفصال تزول بالرج أو التسخين.

2NaNO3+6FeSO4+4H2SO4 3Fe2(SO4)3+ Na2SO4+4H2O+2NO

FeSO4 + NO FeSO4 . NO مركب الحلقة السمراء




التميز بين أملاح النيترات والنيتريت


بإضافة محلول برمنجانات البوتاسيوم المحمضة بحمض الكبريتيك المركز لمحلول الملح.

[أ] عند زوال اللون البنفسجي للبرمنجنات يكون الملح نيتريت.

5KNO2+2KMnO4+3H2SO4 5KNO3+K2SO4+2MnSO4+3H2O


[ب] في حالة عدم زوال لون البرمنجنات فإن الملح يكون نيترات.


الأهمية الاقتصادية لعناصر المجموعة الخامس (A)


المادة الاستخدام

النيتروجين صناعة النشادر وحمض النيتريك والأسمدة النيتروجينية.

الفوسفور صناعة الثقاب ومبيدات الفئران والألعاب النارية والأسمدة
الفوسفاتية وصناعة سبائك البرونز (نحاس – قصدير – فوسفور) الذي تصنع منه
مراوح السفن

الأنتيمون صناعة سبيكة الأنتيمون والرصاص (أصلب من الرصاص) وتستخدم في المراكم

يستخدم كبريتيد الأنتيمون الأصفر في الصبغات.

البزموت صناعة السبائك التي تتميز بانخفاض درجة انصهارها

(سبائك البزموت والرصاص والكادمويوم والقصدير)