أكسدة الفلزات دروس الفيزياء المستوى الثالث إعدادي

 أكسدة المعادن هي أحد الموضوعات المهمة في  التفاعل الكيميائي.

 يركز هذا الدرس على فهم تفاعل أكسدة المعادن عندما تتفاعل مع الأكسجين في الغلاف الجوي.

أكسدة الفلزات - Metal oxidation - دروس الفيزياء المستوى الثالث إعدادي 

عناصر الدرس

الإشكالية : الوضعية
I- أكسدة بعض الفلزات في الهواء
1. أكسدة الحديد في الهواء
2. أكسدة الألومنيوم في الهواء
II - احتراق بعض الفلزات في الهواء
تمارين تطبيقية
تصحيح التطبيقات

في المستوى الثالث إعدادي، تعتبر أكسدة الفلزات درسًا مهمًا. الهدف من هذا الدرس هو تعريف الطلاب بمفهوم الأكسدة والتفاعلات الكيميائية التي تنطوي على نقل الإلكترونات بين المواد.

المعادن هي محور التركيز في هذا السياق لأنها تلعب دورًا حاسمًا في هذه التفاعلات.

الإشكالية : الوضعية

عندما تتعرض لعوامل الطقس، تصدأ أجسام الحديد غير المحمية. إذا لم يعتنوا بمواد الحديد لفترة طويلة، فإنها تتآكل ببطء.

ما هي العوامل التي تؤدي إلى تكون الصدأ؟ وكيف نحمي الحديد من الصدأ؟

I- أكسدة بعض الفلزات في الهواء

عندما تتفاعل المعادن مع الأكسجين في الهواء، فإنها تسبب تفاعلًا كيميائيًا رئيسيًا يسمى الأكسدة. سنقدم بعض التفاصيل حول أكسدة بعض المعادن والفلزات الشائعة، مثل الحديد والألومنيوم.

1. أكسدة الحديد في الهواء

نقوم باختبار بسيط وذلك بوضع أربعة مسامير في أربعة أنابيب اختبار: يختوي الأنبوب 1 في ماء مغلي، والثاني في ماء مقطر، والثالث في ماء الصنبور والرابع في ماء مالح.

بعد مرور بضعة أيام نلاحظ:

•  ✅ تكون صدأ بكثرة في الماء المالح
•  ✅ تكون صدأ في ماء الصنبور
•  ✅ تكون صدأ قليل في ماء مقطر
•  ✅ عدم تكون صدأ في ماء مغلي

يتكون الصدأ نتيجة تفاعل الحديد مع غاز ثنائي الأوكسجين بوجود الماء, وهو تفاعل بطيء تزداد سرعته بوجود الماء المالح وذلك وفق المعادلة الكيميائية التالية:

الصدأ: مادة مسامية بنية اللون منفذة للهواء، صيغتها الكيميائية Fe₂O₃.

الصدأ يجعل الهواء يتسرب إلى الداخل مما يساهم في التفاعل داخل الحديد فيؤدي به إلى التأكل.

لوقاية الحديد من الصدأ يكسى بطبقة من مادة غير منفذة للهواء مثل الدهان أو الطلاء، أو بقشرة رقيقة من بعض الفلزات التي لا يؤثر فيها الهواء مثل النيكل أو القصدير.

\[ 4 Fe+3 O{2}\mapsto 2Fe{2}O{3}\]

2. أكسدة الألومنيوم في الهواء

عند تعريض قطعة الألومنيوم إلى الهواء نلاحظ تكون طبقة على سطحه تسمى أوكسيد الألومنيوم أو الألومينا. يتكون الألومينا نتيجة تفاعل الألومنيوم مع ثنائي الأوكسجين، وهو تفاعل بطيء يحدث وفق المعادلة الكيميائية التالية:

الألومينا: مادة غير مسامية صيغتها الكيميائية Al₂O₃، تعتبر حاجز وقائي من تأكل الألومنيوم لأنه يمنع تسرب ثنائي الأوكسجين إلى الداخل.

خلاصة

تفاعل الفلزات مع ثنائي الأوكسجين الموجود في الهواء هي تفاعلات أكسدة بطيئة. أكسدة الحديد تجعله يتآكل شيئا فشيئا أما ناتج أكسدة الألومنيوم فيحميه من التآكل.

II - احتراق بعض الفلزات في الهواء

احتراق الفلزات في الهواء تفاعلات كيميائية بين الفلز وثنائي الأوكسجين وتسمى هذه التفاعلات تفاعلات أكسدة ينتج عنها أكاسيد الفلزات مكونة من ذرات الفلزات وذرات الأوكسجين.

الفلز	لون اللهب	لون الأوكسيد الناتج	صيغة الأوكسيد الناتج	المعادلة الحصيلة لاحتراق الفلز
نحاس	أخضر	أسود	CuO	2Cu + O2 → 2CuO
حديد	أبيض	رمادي داكن	Fe2O3	4Fe + 3O2 → 2Fe2O3
ألومنيوم	أبيض	أبيض	Al2O3	4Al + 3O2 → 2Al2O3
زنك	أبيض	أبيض	ZnO	2Zn + O2 → 2ZnO

ملحوظة: احتراق الفلزات أكسدة سريعة.

تمارين تطبيقية

اختبار الفهم من درس أكسدة الفلزات.

التمرين 1:

1.1. ما هو الصدأ وكيف يتكون؟

أختار الجواب الصحيح:

• أ) مركب ينتج عن تفاعل الحديد مع ثنائي الأوكسجين بوجود الماء.
• ب) نوع من التربة.
• ج) مادة عضوية تنمو على الفلزات.
• د) تفاعل بين الحديد والكربون في الهواء.

1.2. ما الصيغة الكيميائية للصدأ؟

• أ) FeO
• ب) Fe2O3
• ج) Fe3O4
• د) FeO2

1.3. لماذا لا يتكون الصدأ في الماء المغلي؟

• أ) لأن الماء المغلي لا يحتوي على ثنائي الأوكسجين.
• ب) لأن الماء المغلي يحتوي على الكثير من الأملاح.
• ج) لأن الماء المغلي يحتوي على نسبة عالية من الكربون.
• د) لأن الماء المغلي لا يحتوي على الحديد.

1.4. ما هي العوامل التي تؤدي إلى زيادة سرعة تكون الصدأ؟

• أ) تواجد الماء المالح.
• ب) تواجد الماء المقطر.
• ج) التعرض للهواء الجاف.
• د) الحماية بطبقة من الطلاء.

1.5. كيف يمكن حماية الحديد من الصدأ؟

• أ) تركه في الهواء الطلق.
• ب) تغطيته بطبقة من مادة غير منفذة للهواء.
• ج) غمره في الماء المالح.
• د) وضعه في الشمس.

1.6. ما هو الألومينا وكيف يحمي الألومنيوم؟

• أ) طبقة واقية تتكون نتيجة تفاعل الألومنيوم مع الأوكسجين.
• ب) مادة كيميائية تضاف إلى الألومنيوم لحمايته.
• ج) طلاء يستخدم لتغليف الألومنيوم.
• د) نوع من الفلزات يستخدم مع الألومنيوم.

1.7. ما هو التفاعل الكيميائي الذي يحدث عند احتراق الحديد في الهواء؟

• أ) 2Fe + O2 → 2FeO
• ب) 4Fe + 3O2 → 2Fe2O3
• ج) Fe + O2 → FeO2
• د) 3Fe + 2O2 → Fe3O2

1.8. لماذا لا يتآكل الألومنيوم مثل الحديد؟

• أ) لأن الألومنيوم يتفاعل مع الأوكسجين لتكوين طبقة تحميه من التآكل.
• ب) لأن الألومنيوم لا يتفاعل مع الأوكسجين.
• ج) لأن الألومنيوم يحتوي على نسبة عالية من الكربون.
• د) لأن الألومنيوم يذوب في الماء.

تصحيح التطبيقات

• ✅ 1.1.  أ) مركب ينتج عن تفاعل الحديد مع ثنائي الأوكسجين بوجود الماء.
• ✅ 1.2.  ب) Fe2O3.
• ✅ 1.3. أ) لأن الماء المغلي لا يحتوي على ثنائي الأوكسجين.
• ✅ 1.4. أ) تواجد الماء المالح.
• ✅ 1.5. ب) تغطيته بطبقة من مادة غير منفذة للهواء.
• ✅ 1.6. أ) طبقة واقية تتكون نتيجة تفاعل الألومنيوم مع الأوكسجين.
• ✅ 1.7. ب) 4Fe + 3O2 → 2Fe2O3.
• ✅ 1.8. أ) لأن الألومنيوم يتفاعل مع الأوكسجين لتكوين طبقة تحميه من التآكل.