القلويات
يمثل مصطلح القلويات أي مادة ذات رقم هيدروجيني يتجاوز 7، حيث تشكل ملحاً كيميائياً عند تفاعلها مع حمض. ومن الخصائص المهمة لهذه المواد أنها تنتج أيونات الهيدروكسيد عندما تذاب في الماء.
الفلزات القلوية
تشير الفلزات القلوية (بالإنجليزية: Alkali metal) إلى العناصر التي تقع في المجموعة الأولى من الجدول الدوري، باستثناء الهيدروجين. وتشمل هذه العناصر الليثيوم (Li)، والصوديوم (Na)، والبوتاسيوم (K)، والروبيديوم (Rb)، والسيزيوم (Cs)، والفرانسيوم (Fr). ومن أبرز خصائص الفلزات القلوية ما يلي:
- عند تفاعل هذه الفلزات مع الماء، تنفصل ذرة الهيدروجين في جزيء الماء لتوليد غاز الهيدروجين، بينما ترتبط ذرة الهيدروجين الأخرى بالأكسجين لتكوين هيدروكسيد.
- تحتوي جميع عناصر المجموعة الأولى على إلكترون تكافؤ واحد، حيث يكون التوزيع الإلكتروني لها s1، مما يجعلها نشطة في التفاعلات الكيميائية.
- تتميز الفلزات القلوية باللمعان، ونعومة تسمح بتقطيعها باستخدام السكين. عادةً ما تكون بيضاء، باستثناء السيزيوم الذي يظهر بلون أبيض مُصفّر. ومع وضعها في اللهب، تُنتج الفلزات القلوية ألواناً مميزة، فعلى سبيل المثال، يتألق الليثيوم باللون الأحمر الفاتح، بينما يظهر الصوديوم باللون الأصفر اللامع، ويعطي البوتاسيوم المحمّى لوناً بنفسجياً، والروبيديوم لوناً أحمر داكناً، والسيزيوم الأزرق الفاتح. وبذلك يمكن التفريق بين هذه الفلزات بناءً على الألوان الناتجة عند تسخينها.
- الصوديوم هو العنصر السادس الأكثر وفرة على الأرض بنسبة 2.6%، بينما يحتل البوتاسيوم المركز السابع بنسبة 2.4%. من ناحية أخرى، يتوفر الليثيوم والروبيديوم بكميات أقل بشكل كبير، ويعتبر السيزيوم عنصراً نادراً جداً، حيث يُكتشف الفرانسيوم طبيعياً بكميات ضئيلة للغاية في خامات اليورانيوم.
- تعتبر الفلزات القلوية عناصر تفاعلية للغاية، لذا فإنها توجد في الطبيعة بتعاون مع عناصر أخرى. بعض المعادن البسيطة التي تحتوي عليها مثل الهاليت (كلوريد الصوديوم)، والسيلفيت (كلوريد البوتاسيوم)، والكارناليت (كلوريد البوتاسيوم وكلوريد المغنيسيوم) تذوب في الماء، مما يسهل عملية استخلاص الفلزات منها وتنقيتها. ومع ذلك، فإن المعادن الأكثر تعقيداً وغير القابلة للذوبان في الماء والتي تحتوي عليها أوفر في القشرة الأرضية.
- تتفاعل الفلزات القلوية عموماً بسهولة مع الأكسجين وبخار الماء في الجو (الليثيوم يتفاعل أيضاً مع النيتروجين الجوي)، وتتفاعل بشدة، وفي كثير من الأحيان بعنف، مع الماء لتوليد الهيدروجين وتكوين محاليل قلوية قوية. بالإضافة إلى ذلك، تدخل هذه الفلزات في تفاعلات مع الأغلبية الساحقة من المواد غير الفلزية، مثل الهالوجينات، والكبريت، والأحماض الهالوجينية، والفسفور، وتُظهر تفاعلات مع مجموعة متنوعة من المركبات العضوية، خصوصاً تلك المحتوية على الهالوجين أو ذرة هيدروجين يمكن استبدالها بسهولة.
- تميل الفلزات القلوية إلى تكوين أيونات موجبة الشحنة (كاتيونات) عندما تتفاعل مع اللافلزات، مما يؤدي إلى إنتاج مركبات ذات درجات انصهار مرتفعة، وهي بلورات صلبة تتصل ببعضها البعض بواسطة الروابط الأيونية الناتجة عن القوى الجاذبة بين الشحنات الكهربائية الموجبة والسالبة.
الفلزات القلوية الترابية
تُعد الفلزات القلوية الترابية عناصر المجموعة الثانية في الجدول الدوري، وتشمل البيريليوم (Be)، والمغنيسيوم (Mg)، والكالسيوم (Ca)، والسترونتيوم (Sr)، والباريوم (Ba)، والراديوم (Ra). وبهذا السياق، إليك أبرز خصائص الفلزات القلوية الترابية:
- تكون جميع الفلزات القلوية الترابية، باستثناء البيريليوم، هيدروكسيدات قلوية أكالة.
- تتواجد جميع الفلزات القلوية الترابية ومركباتها، باستثناء الراديوم، في تطبيقات تجارية متنوعة، خاصةً سبائك المغنيسيوم ومجموعة متنوعة من مركبات الكالسيوم.
- على الرغم من كون الفلزات القلوية الترابية شديدة التفاعل، إلا أنها أقل تفاعلاً من الفلزات القلوية.
- بسبب شدة تفاعلها، لا توجد الفلزات القلوية الترابية في حالتها الحرة في الطبيعة، بل تتواجد بشكل شائع في مجموعة كبيرة من المركبات والمعادن. فعلى سبيل المثال، يُعتبر الكالسيوم والمغنيسيوم من أكثر العناصر وفرة على كوكب الأرض، ولها أدوار حيوية في العمليات البيولوجية والجيولوجية.
- الراديوم يمثل استثناءً، كونه عنصر نادر، وجميع نظائره مشعة، وليس له استخدامات تجارية على الرغم من أنه تم استخدام مركباته في علاج السرطان في النصف الأول من القرن العشرين، لكن تم استبداله ببدائل أقل تكلفة بشكل كبير.
- تمتلك الفلزات القلوية الترابية إلكترون تكافؤ واحد في غلافها الخارجي، حيث يكون الفلك s الخارجي مكتملاً.
- تتميز الفلزات القلوية الترابية بانخفاض الألفة الإلكترونية (بالإنجليزية: electron affinities) والكهروسلبية (بالإنجليزية: electronegativities).
- تمتلك هذه الفلزات كثافة منخفضة نسبياً.
- تتميز الفلزات القلوية الترابية بنقاط انصهار وغليان منخفضة نسبياً مقارنةً بباقي الفلزات.
- تكون هذه العناصر قادرة على تشكيل كاتيونات ثنائية التكافؤ مثل Ca+2 وMg+2.
- الفلزات القلوية الترابية غالباً ما تكون عناصر لدنة وطرية وقوية نسبياً.
- تتفاعل جميع الفلزات القلوية الترابية مع الهالوجينات لتكوين الهاليدات، والتي تُعتبر بلورات أيونية، باستثناء كلوريد البيريليوم الذي يشكل مركباً تساهمياً.
- تُعتبر الفلزات القلوية الترابية موصلات جيدة للكهرباء.
- تتميز الفلزات القلوية الترابية النقية بلمعانها ولونها الأبيض الفضي. لكنها تتفاعل بسرعة مع الهواء لتكوين طبقات من الأكسيد.
- يمكن أن يُستخدم اختبار الفلزات القلوية الترابية مع اللهب لكشف المركبات التي تحتوي عليها، فمثلاً، يحترق الكالسيوم ليعطي لوناً أحمر برتقالي، بينما يظهر السترونتيوم لوناً قُرمزياً، والباريوم يعطي اللون الأخضر، مما يجعل استخدامها شائعاً في الألعاب النارية.
- يستخدم الباريوم عادة من قبل المرضى الذين يعانون من مشكلات في الجهاز الهضمي، حيث يتم إعطاؤهم محلول طباشيري مصنوع من الباريوم، والذي يظهر بوضوح عند تصوير بالأشعة السينية.