ملخص الباب الاول كيمياء 3 ث

 السلسلة الانتقالية الأولي 3d للعناصر الانتقالية

- ينتهي الترتيب الإلكتروني لعناصر هذه المجموعة بـ 3d^x 

(حيث يشير x إلى عدد الإلكترونات ،  x= 1 إلى 9 ولا تساوي صفر أو 10).

- عناصر السلسلة الانتقالية الأولي هي عشرة عناصر وهي:

السكانديوم - التيتانيوم - الفانديوم - الكروم - المنجنيز - الحديد - الكوبلت - النيكل - النحاس - الخارصين.

أولاً/ الأهمية الأقتصادية لعنصر السكانديوم Sc₂₁

الوصف: يوجد بكميات صغيرة موزعة على نطاق واسع من القشرة الأرضية.

الأستخدام: 

(1) يضاف بنسبة ضئيلة إلى الألومنيوم ليكون سبيكة تتميز بخفتها وشدة صلابتها لذا تستخدم فى صناعة طائرات الميج المقاتلة.

(2) يضاف إلى مصابيح أبخرة الزئبق لإنتاج ضوء عالي الكفاءة يشبه ضوء الشمس لذا تستخدم هذة المصابيح فى التصوير التلفزيونى أثناء الليل.

ثانياً/ الأهمية الأقتصادية لعنصر التيتانيوم Ti₂₂

الوصف: 

(1) عنصر شديد الصلابة كالصلب steel ولكنه أقل كثافة منه.

(2) يحافظ على قوته ومتانته في درجات الحرارة العالية.

الأستخدام: 

(1) يكون الألومنيوم سبيكة تستخدم في صناعة الطائرات ومركبات الفضاء.

(2) يستخدم في عمليات زراعة الأسنان والمفاصل الصناعية لأن الجسم لا يلفظه ولا يسبب أى نوع من التسمم.

(3) من أهم مركباته TiO₂ ثاني أكسيد التيتانيوم حيث يدخل في تركيب مستحضرات الحماية من أشعة الشمس لأن دقائقه النانوية تمنع وصول الأشعة فوق البنفسجية للجلد.

ثالثاً/ الأهمية الأقتصادية لعنصر الفانديوم V₂₃

الوصف: مقاوم للتآكل.

الأستخدام: 

(1) يضاف بنسبة ضئيلة إلى الصلب ليكون سبيكة تتميز بقساوة عالية ومقاومة للتآكل لذا تستخدم في صناعة زنبركات السيارات

(2) من أهم مركباته V2O₅ خامس أكسيد الفانديوم ويستخدم في:

- صبغة في صناعة السيراميك والزجاج.

- عامل حفاز في صناعة المغناطيسيات فائقة التوصيل.

- عامل حفاز في صناعة حمض الكبريتيك بطريقة التلامس.

- عامل حفاز فى تحضير حمض البنزويك.

رابعاً/ الأهمية الأقتصادية لعنصر الكروم Cr₂₄

الوصف: 

عنصر على درجة عالية من النشاط الكيميائي لكنه يقاوم فعل العوامل الجوية بسبب تكون طبقة من الأكسيد على سطحه ويكون حجم جزئيات الأكسيد المتكون أكبر من حجم ذرات العنصر نفسه مما يعطي سطحاً غير مسامياً من طبقة الأكسيد تمنع استمرار تفاعل الكروم مع أكسجين الجو.

الأستخدام: 

(1) طلاء المعادن.

(2) دباغة الجلود.

(3) أهم مركباته أكسيد الكروم الثلاثي Cr₂O₃ الذي يستخدم في عمل الأصباغ ، وثاني كرومات البوتاسيوم K₂Cr₂O₇ الذي يستخدم كمادة مؤكسدة.

خامساً/ الأهمية الأقتصادية لعنصر الكروم Mn₂₅

الوصف: 

يستخدم دائماً في صورة سبائك أو مركبات ولا يستخدم وهو في حالته النقية لهشاشته الشديدة.

الأستخدام: 

(1) يكون مع الحديد سبائك تستخدم في صناعة السكك الحديدية لأنها أصلب من الصلب 

(2) يكون مع الألومنيوم سبائك تستخدم في صناعة عبوات المشروبات الغازية لأنها مقاومة للتآكل.

(3) يستخدم ثاني أكسيد المنجنيز MnO₂ كعامل مؤكسد قوي ويستخدم في صناعة العمود الجاف. وعامل حفاز في انحلال فوق أكسيد الهيدروجين للحصول على الأكسجين.

(4) كبريتات المنجنيز MnSO₄ يستخدم كمبيد للفطريات.

(5)  برمنجات البوتاسيوم KMnO₄ الذي يستخدم كمادة مؤكسدة ومطهرة.

الخواص الكيميائية للعناصر الإنتقالية:

•  تتوافق هذه العناصر في الخواص الكيميائية، حيث أنها تعتبر من العناصر الفلزية والمعدنية، وهي مرنة وسهلة التشكيل.
• كما أنها تتميز بالصلابة لذلك يكثر استخدامها في الصناعات الثقيلة.
•  كما تمتاز بدرجة انصهارها المرتفعة، حيث أن:

– درجة انصهار عنصر المنجنيز Mn هي 1240 ° مئوية.

– كما درجة انصهار عنصر الحديد Fe هي 1538 ° مئوية.

– درجة انصهار عنصر الكوبلت Co هي 1492 ° مئوية.
– كما درجة انصهار عنصر النيكل Ni هي 1453 ° مئوية.
– درجة انصهار عنصر النحاس Cu هي 1083 ° مئوية.
– كما درجة انصهار عنصر الكروميوم Cr هي 1890 ° مئوية.(2)

•  كما تتوافق العناصر الإنتقالية في التفاعلات الكيميائية مع العناصر الأخرى، ومنها:

– تفاعل العناصر الانتقالية مع الأكسجين:

تتميز هذه العناصر بعدم تفاعلها مع الأكسجين في درجة الحرارة العادية، فهي لا تتأكسد عند التعرض للأكسجين الموجود في الجو في درجة حرارة الغرفة، ولكنها تحتاج إلى حرارة مرتفعة حتى تتفاعل مع الأكسجين وتتأكسد، مثال على ذلك تفاعل عنصر النحاس مع الأكسجين في وجود حرارة:

نحاس + أكسجين ← أكسيد النحاس.

Cu + O₂ →2 Cu O

– تفاعل العناصر الانتقالية مع الماء:

معظم العناصر الانتقالية تتفاعل مع الماء البارد بصعوبة أو قد لا تتفاعل نهائيًا، ماعدا عنصر الحديد Fe.  فهو يتفاعل مع الماء البارد وفي درجة الحرارة العادية.

حديد + ماء + أكسجين ← صدأ الحديد

Fe + H₂O + O₂ → hydrated iron III

•  من الخواص الكيميائية للعناصر الانتقالية أيضًا أنها عند تفاعلها مع العناصر الأخرى، تكون مركبات ملونة ، ومثال على ذلك تفاعل عنصر الحديد Fe مع الماء فإنه يعطي مركبات ذات ألوان مختلفة، ومنها:

– مركب هيدروكسيد الحديد II [Fe(OH)₂]، يكون مركب باللون الأخضر الفاتح.
– كما مركب هيدروكسيد الحديد III [Fe (OH)₃]، يكون مركب باللون البرتقالي الداكن.
– مركب أوكسيد الحديد III Fe₂O₃ يكون مركب باللون الأحمر الداكن أو البني.

يمكنك الاطلاع أيضًا على: حفّازات كيميائية بكلفة منخفضة تعزز استخلاص الهيدروجين من الماء

• كما تتوافق العناصر الإنتقالية في كونها تُستخدم كعوامل محفزة،

 حيث أنها تدخل في التفاعلات الكيميائية لكنها لا تتأثر بها، حيث تستخدم فقط لتسريع أو إتمام التفاعل الكيميائي بين العناصر دون التفاعل معها، ومثال على ذلك استخدام أكسيد النحاس كعامل محفز في تحليل ماء الأكسجين إلى أكسجين وماء. (2)

التوزيع الالكتروني:

تنقسم العناصر الإنتقالية من حيث التوزيع الالكتروني إلى مجموعتين، أحدهما مجموعة يكون فيها مستوى الطاقة d شبه ممتليء بالإلكترونات، ويمكّنها من تكوين أيون واحد، وتكون في منتصف الجدول الدوري، ويطلق عليها “عناصر انتقالية أساسية”.

أما المجموعة الأخرى هي مجموعة العناصر الانتقالية التي توجد أسفل الجدول الدوري في الجزء f، وتتكون من اللانثينيدات والاكتينيدات، ويطلق عليها “عناصر انتقالية داخلية”. (3)

المراجع

1. https://chem.libretexts.org/Bookshelves/General_Chemistry/Map%3A_General_Chemistry_(Petrucci_et_al.)/23%3A_The_Transition_Elements/23.1%3A_General_Properties_of_Transition_Metals
2. http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/pertab/tranel.html
3. Petit, in the same place, p. 2302; R. K. Bugis and R. B. Martin and J. Amer. Chem. SOC., 1975,97,3076.

 لتحميل ال pdf اضغط هنا 

الحديد استخلاصه وأفران انتاجه والمحول الاكسجيني

عمليه تعدين الحديد :

 تطلب مصادر خام الحديد منخفضة الدرجة عمومًا الاستفادة، باستخدام تقنيات مثل التكسير، و طحن، وفصل الجاذبية أو فصل الوسائط الثقيلة، والغربلة، والسيليكا و التعويم الزبدي لتحسين تركيز الخام وإزالة الشوائب. تُعرف النتائج، وهي مساحيق خام دقيقة عالية الجودة، بالغرامات.

المغنتيت

Magnetite مغناطيسي، وبالتالي يسهل فصله عن الشوائب المعادن وقادر على إنتاج مركز عالي الجودة مع مستويات منخفضة جدًا من الشوائب.

يحدد حجم حبيبات المغنتيت ودرجة تمازجها مع السيليكا كتلة أرضية حجم الطحن الذي يجب أن يتم طحن الصخور إليه لتمكين الفصل المغناطيسي الفعال لتوفير تركيز مغنتيت عالي النقاء. يحدد هذا مدخلات الطاقة المطلوبة لتشغيل عملية الطحن.

يتضمن تعدين تكوينات الحديد المربوطة التكسير والغربلة الخشنة، متبوعًا بتكسير خشن وطحن ناعم إلى تفتيت الخام إلى النقطة التي يكون فيها المغنتيت المتبلور والكوارتز ناعمًا بدرجة كافية بحيث يترك الكوارتز خلفه عندما ينتج المسحوق يتم تمريره تحت فاصل مغناطيسي.

بشكل عام، يجب طحن معظم رواسب تكوين الحديد المربوط بالمغنتيت إلى ما بين 32 و 45 ميكرومترًا من أجل إنتاج تركيز منخفض من أكسيد الحديد الأسود. تزيد درجات تركيز المغنتيت بشكل عام عن 70% من الحديد بالوزن وعادة ما تكون منخفضة الفوسفور والألومنيوم منخفض وتيتانيوم منخفض وسيليكا منخفضة وتتطلب سعرًا ممتازًا.

الهيماتيت

نظرًا لارتفاع كثافة الهيماتيت بالنسبة إلى الشوائب السيليكات المصاحبة، فإن إثراء الهيماتيت عادة ما يتضمن مجموعة من تقنيات الإثراء.

تعتمد إحدى الطرق على تمرير خام مسحوق ناعم فوق طين يحتوي على أكسيد الحديد الأسود أو عامل آخر مثل الفروسيليكون مما يزيد كثافته. عندما يتم معايرة كثافة الملاط بشكل صحيح، سوف يغوص الهيماتيت وتطفو شظايا معدن السيليكات ويمكن إزالتها

كيفية إنتاج الحديد

تتم صناعة الحديد باستخدام:

الفرن العالي

طريقة الفرن العالي

• يدخل تيار من الهواء الساخن عبر انابيب النفخ الواقعة اسفله حيث يتفاعل الأكسجين مع الفحم الحجري (الكوك) مكونا أول أكسيد الكربون CO.
• صعود غاز ساخن عبر شقوق الكوك فيتم اختزال أكاسيد الحديد، ويتحول أول أكسيد الكربون أثناء اختزال أكاسيد الحديد إلى ثاني أكسيد الكربون.
• يغادر الغاز قمة الفرن من المنافذ المتواجدة أعلاه.
• يسيل الحديد المصهور والخبث عبر طبقة الكوك نحو الموقد.

نواتج الفرن العالي[عدل]

• الخبث: يحتوي الخبث على كميات قليلة من أكاسيد الحديد، رماد الفحم حيث يستعمل في رصف الطرق وفي صناعة الاسمنت.
• الغازات: تنتج هاته الغازات بمعدل 4000م/طن.
• حديد التمساح: يحتوي على 5% من الكربون وعلى 93% من الحديد، ولهذا يكون هشا، لا يتحمل الطرق. ولكن بإعادة صهره تتم صناعة حديد الزهر.

إنتاج الحديد بالاختزال المباشر

لقد حدد تعبير "الاختزال المباشر " في الوقت الحالي بانه أسلوب اختزال أكاسيد الحديد لإنتاج الحديد منها باستعمال الغازات المختلفة كوسط مختزل وتتم هذه العملية عند درجة حرارة اقل من درجة حرارة الانصهار، حيث تكون درجة الحرارة بين c°800الى c°900.

وكان يعرف الحديد الناتج من هذه العملية باسم الحديد الاسفنجي ومع نهاية الثمانينات من القرن العشرين وصل إنتاج حديد الاختزال المباشر إلى حوالي 50مليون طن/سنة. ويمكن القول بان العوامل المساعدة على زيادة إنتاج حديد الاختزال ترجع إلى مميزات هذا الأسلوب.

مميزات الاختزال المباشر

تمتاز هذه الطريقة في إنتاج الحديد بمزايا عديدة ومن هذه المزايا التي ساعدت على ازدهار ونمو هذه الطريقة وخاصة في الدول النامية ما ياتي:

• لا تحتاج هذه الطريقة إلى الكوك وهذا بدوره أدى إلى كثير من المزايا هي :

1. تقليل مخاطر اعتماد الصناعة على مادة خام غالية الثمن وغير متوافرة.
2. عدم توافر الفحم الحجري المناسب لصناعة الكوك في الدول العربية.
3. ترتبط بصناعة الكوك مشكلات عديدة وخاصة ما يتصل بتلوث البيئة.

• إمكانية إنشاء وحدات ذات طاقة إنتاجية صغيرة تكون تكلفة انشائها اقل بكثير من الافران العالية.
• هذه التقنية بسيطة وحديثة الدول النامية يسهل استيعابها واستخدامها.
• تتوافر في كثير من الدول مصادر الطاقة المطلوبة وعلى وجه التحديد الغاز الطبيعي.
• لا تحتاج إلى فترة طويلة لإنشاء الفرن العالي.
• الحديد المنتج من هذه العملية خال من الكربون بينما حديد التمساح الناتج من الفرن العالي يحتوي تقريبا علي 4% كربون
• المحول الأكسجينى Oxygen Converter،
•  هو فرن يستخدم لتحويل الحديد الغفل إلى صلب وذلك بحرق (أكسدة) الزائد من الكربون و السليكون وغيرها من الشوائب بنفخ هواء أو أكسجين من قاع المحول ليمر خلال الفلز المنصهر، وتحافظ الحرارة المتولدة من الأكسدة على درجة حرارة الصهير. وهى تكنولوجيا قديمة نسبيا. ومنه نوعان: محول أكسجينى حمضى ومحول أكسجينى قاعدى.
• الحلقه :

                 
• لتحميل ال pdf اضغط هنا