يعتبر تكافؤ الفضة في الكيمياء إحدى التجارب الأساسية في دراسة المركبات الكيميائية. يمثل عنصر الفضة فئة من الأحجار الكريمة، وهو أيضاً من ضمن عناصر الفلزات الانتقالية في الجدول الدوري. يتميز باللونين الأبيض والرمادي.
مقدمة حول تكافؤ الفضة في الكيمياء
- يُصنف عنصر الفضة كأحد الفلزات الانتقالية، حيث يتمتع بأعلى قيمة في كل من الموصلية الكهربائية والحرارية، فضلاً عن خصائصه الانعكاسية.
- العنصر الكيميائي للفضة هو 47، ورمزه هو Ag، ويتواجد في المجموعة الحادية عشرة من الدورة الخامسة في الجدول الدوري الحديث.
الخواص الفيزيائية للفضة
- الفضة توجد في الحالة الصلبة، وتبلغ كثافتها عند درجة حرارة الغرفة حوالي 49 غ·سم−3.
- أما بالنسبة لكثافتها السائلة عند نقطة الانصهار، فإنها تبلغ 9.320 غ·سم−3، حيث تسجل نقطة الانصهار 1234.93 ك (961.78 °س و1763.2 °ف).
- تصل نقطة غليان عنصر الفضة إلى 2435 ك (2162 °س و3924 °ف).
- يمكن استخراج الفضة من القشرة الأرضية، حيث تتواجد على شكل عنصر حر أو في سبيكة مع الذهب.
- كذلك يمكن استخلاصها من مكونات معدنية مثل آرجنتيت وكلورارجيريت.
- تستخدم الفضة كمنتج ثانوي في عمليات تكرير الفلزات، حيث تُضاف إلى المعادن الثمينة مثل الذهب والنحاس والرصاص، وتعتبر جزءاً من عناصر النقد.
استخدامات تكافؤ الفضة في الكيمياء
- تستخدم الفضة كنقود، حيث تُستخدم في سك العملات المعدنية، إما منفردة أو كمزيج مع الذهب.
- رغم أن الفضة تُعتبر أكثر وفرة وأقل تكلفة من الذهب، إلا أن توفر الفضة المعدنية أصبح أقل بشكل ملحوظ.
- تتنوع مجالات استخدام الفضة، حيث تُستخدم بشكل واسع في المجال الطبي، نظراً لما لها من خصائص مضادة للبكتيريا، مما يجعل الأدوات الطبية غالباً ما تكون مُغطاة بها.
- تستعمل الفضة وسبائكها في تصنيع أنابيب القسطرة البولية وأنابيب القصبة الهوائية.
- تدخل الفضة أيضاً في صناعة الضمادات الطبية، مثل سلفاديازين الفضة أو الجسيمات النانوية للفضة، لمعالجة الجروح والحروق.
- تُستخدم الفضة في السبائك المستخدمة في صنع الحشوات الملغمية في طب الأسنان، ويستخدم أيضاً مركب فلوريد ثنائي أمين الفضة في العلاجات الموضعية لتسوس الأسنان.
- تدخل الفضة في صناعة الحلي والمجوهرات، والاستثمارات المالية، وصناعة الألواح الشمسية، وتنقية المياه، والصناعات الإلكترونية، فضلاً عن تطبيقات في الصناعات الكيميائية وغيرها.
- تستخدم الفضة في مواد إلكترونية وكيميائية، وفي التصوير الضوئي وغيرها من التطبيقاات.
تاريخ اكتشاف عنصر الفضة في الطبيعة
- تعتبر الفضة واحدة من أقدم العناصر، وقد اكتشفها الإنسان منذ العصور القديمة. لكن، الوصول إلى الفضة الأصلية يعد أمراً صعباً نظراً لعملية تنقيتها.
- استخدمت الفضة عبر التاريخ كنظام مقايضة أو لأغراض الزينة مثل المجوهرات.
- تعتبر الفضة ذات قيمة كيميائية مرتفعة، حيث تُعتبر أغلى من الذهب في مصر القديمة حتى القرن الخامس عشر قبل الميلاد.
- تمكن المصريون القدماء من فصل الذهب عن الفضة باستخدام التسخين مع الملح، ثم اختزال كلوريد الفضة الناتج لاستعادة الفضة.
- في الحقبات اللاحقة، تم فصل الذهب عن الفضة عبر طريقة البوتقة الحرارية، مما ساعد على استخراج الفضة من خاماتها.
- عُثر على جزء من الخبث الناتج عن تعدين الفضة، وتم تخصيص المنطقة في آسيا الصغرى وخاصة هضبة الأناضول لتلك الاكتشافات، حيث تم الإشارة إلى أن الفضة انفصلت عن الرصاص منذ الألفية الرابعة قبل الميلاد.
- تُعتبر جزيرة سردينيا المكان الأهم لاستخراج الفضة في العصر النحاسي، على الرغم من تواجدها المحدود جغرافياً.
- بالإضافة إلى ذلك، تم اكتشاف الفضة في الهند والصين واليابان.
مناطق ومناجم الفضة وطرق تكافؤها في الكيمياء
- تُعتبر البيرو، المكسيك، بوليفيا، الصين، تشيلي، أستراليا، بولونيا وصربيا من أبرز الدول التي تحتوي على موارد فضة غزيرة.
- بدأت عملية تعدين الفضة في دول أمريكا الوسطى والجنوبية مثل المكسيك والبيرو وبوليفيا منذ منتصف القرن السادس عشر، ولا تزال هذه الدول من بين أكبر مُنتجي الفضة عالمياً.
- توجد رواسب كبيرة من الفضة في آسيا الوسطى، وخاصة في طاجيكستان، حيث يتواجد هناك حوالي 5500 موقع مسجل لاستخراج الفضة.
الخواص الفيزيائية لتكافؤ الفضة في الكيمياء
- تتميز الفضة بخصائصها الفيزيائية، حيث تُعتبر فلزاً مطاوِعاً ويُمكن سحبه وتطريقه بسهولة، نتيجة لتصنيفها كفلز انتقالي وفلز نبيل.
- تستند تركيبة الفضة إلى نظام بلوري مكعب مركزي الوجه، حيث تتمتع بشبكة بلورية برقم تنسيقي يساوي 12، مع وجود إلكترونات غير متمركز.
- على عكس الفلزات الانتقالية ذات المدارات الفرعية الممتلئة، تعتبر الرابطة الفلزية في الفضة ضعيفة نسبياً، مما يُفسر الصلادة المنخفضة نسبياً.
- تمتاز الفضة بلونها الفضي اللامع، مما يجعلها قابلة للتلميع بدرجة كبيرة، مقارنة بتكافؤ الذهب والنحاس.
- الطاقة المطلوبة لتحفيز إلكترون من المدار d إلى نطاق التوصيل s-p في الفضة تقدر بحوالي 385 كيلو جول/مول.
- لا تتفاعل الفضة مع الطيف المرئي، ولكنها تمتص الأشعة فوق البنفسجية، لذا تعتبر غير ملونة كفلز.
- تتمتع أسطح الفضة بقدرة انعكاسية بصرية تفوق الألومنيوم عند الأطوال الموجية التي تزيد عن 450 نانومتر، ومع ذلك تقل عند الأطوال الموجية الأقصر.
الخواص الكيميائية لتكافؤ الفضة في الكيمياء
- تشترك الفضة في العديد من الخصائص الكيميائية مع كل من الذهب والنحاس. تحتوي ذرة الفضة على 47 إلكترون، مع توزيع إلكتروني [Kr]4d105s1، مشابهاً لتوزيع النحاس [AR]3d104s1 والذهب [Xe]4f145d106s1.
- تشكل عناصر المجموعة الحادية عشرة في الجدول الدوري واحدة من المجموعات القليلة التي تتمتع بتوزيع إلكتروني متزامن في المستوى الفرعي d.
- يساهم وجود إلكترون وحيد في الغلاف الإلكتروني الخارجي بعد غلاف إلكتروني d الممتلئ في تكوين خصائص مميزة لفلز الفضة.
- تُعد الفضة من العناصر غير النشطة كيميائياً نسبياً، وهو ما يعود إلى السلامة النسبية لغلاف 4d الإلكتروني الممتلئ، مما يمنع تأثير القوى الإلكتروستاتيكية القوية بين النواة والإلكترون في المدار 5s.
- يمكن القول إن كيمياء الفضة يميل نحو حالة الأكسدة +1 بشكل واضح، سواء في الحالة الصلبة أو في المحاليل المائية.
- يعد أغلب مركبات الفضة ذات طابع تساهمي، نظراً لصغر حجم الذرات وارتفاع طاقة التأيّن الأولى (730 كيلو جول/مول).
- تُظهر الفضة درجة كهروسلبية وفق مقياس بولينغ تقدر بـ 1.93، وهي أعلى من تلك الخاصة بالرصاص.
- وتمتلك الفضة ألفة إلكترونية بحوالي 125.6 كيلو جول/مول، أعلى من الهيدروجين (72.8 كيلو جول/مول) لكن أقل قليلاً من الأكسجين (141.0 كيلو جول/مول).