سلسلة النشاط الكيميائي
ما هي سلسلة النشاط الكيميائي؟
سلسلة النشاط الكيميائي هي ترتيب للعناصر (خاصة الفلزات) حسب نشاطها الكيميائي أو قدرتها على الدخول في التفاعلات الكيميائية.
تُرتب العناصر في هذه السلسلة تنازلياً من الأكثر نشاطاً (الأكثر قابلية للتفاعل) إلى الأقل نشاطاً (الأقل قابلية للتفاعل).
الفكرة الأساسية:
العنصر الأكثر نشاطاً يمكنه أن يحل محل العنصر الأقل نشاطاً في مركباته.
مثال بسيط:
إذا كان الحديد (Fe) أكثر نشاطاً من النحاس (Cu)، فإن الحديد يمكنه أن يحل محل النحاس في مركباته.
Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu
جدول سلسلة النشاط الكيميائي
فيما يلي ترتيب بعض العناصر الشائعة حسب نشاطها الكيميائي (من الأعلى نشاطاً إلى الأقل نشاطاً):
سلسلة النشاط
نشاط مرتفع جداً
- ليثيوم
- بوتاسيوم
- صوديوم
- كالسيوم
- مغنيسيوم
نشاط متوسط
- ألومنيوم
- زنك
- كروم
- حديد
- نيكل
نشاط منخفض
- رصاص
- نحاس
- فضة
- بلاتين
- ذهب
ملاحظة مهمة:
كلما اتجهنا لأسفل السلسلة، قل النشاط الكيميائي للعنصر وقلت قدرته على إزاحة العناصر الأخرى من مركباتها.
أمثلة على تفاعلات الإحلال
في تفاعلات الإحلال الأحادي، العنصر الأكثر نشاطاً يحل محل العنصر الأقل نشاطاً في مركباته.
تفاعل الزنك مع محلول كبريتات النحاس
الزنك (Zn) أكثر نشاطاً من النحاس (Cu)، لذلك يستطيع الزنك أن يحل محل النحاس في كبريتات النحاس، وينتج كبريتات الزنك ويترسب النحاس.
تفاعل المغنيسيوم مع حمض الهيدروكلوريك
المغنيسيوم (Mg) أكثر نشاطاً من الهيدروجين (H)، لذلك يستطيع المغنيسيوم أن يحل محل الهيدروجين في حمض الهيدروكلوريك، وينتج كلوريد المغنيسيوم ويتصاعد غاز الهيدروجين.
تفاعل لا يحدث: النحاس مع كبريتات الزنك
النحاس (Cu) أقل نشاطاً من الزنك (Zn)، لذلك لا يستطيع النحاس أن يحل محل الزنك في كبريتات الزنك، ولا يحدث تفاعل.
القاعدة العامة:
يمكن التنبؤ بحدوث تفاعل الإحلال باستخدام سلسلة النشاط الكيميائي:
- يحدث التفاعل إذا كان العنصر الحر أعلى في السلسلة من العنصر الموجود في المركب.
- لا يحدث التفاعل إذا كان العنصر الحر أدنى في السلسلة من العنصر الموجود في المركب.
التطبيقات العملية لسلسلة النشاط
تعدين الفلزات
تستخدم سلسلة النشاط لاختيار طرق استخلاص الفلزات من خاماتها. الفلزات الأقل نشاطاً (مثل الذهب والفضة) يمكن استخراجها بسهولة، بينما الفلزات النشطة تحتاج طرقاً أكثر تعقيداً مثل التحليل الكهربائي.
البطاريات والخلايا الجلفانية
تعتمد البطاريات والخلايا الجلفانية على الفرق في النشاط الكيميائي بين الفلزات. كلما كان الفرق أكبر في سلسلة النشاط بين الفلزين المستخدمين، كان الجهد الكهربائي للبطارية أعلى.
الحماية الكاثودية
تستخدم لحماية الهياكل المعدنية مثل الأنابيب والسفن من التآكل. يتم ربط المعدن المراد حمايته بمعدن أكثر نشاطاً (مثل المغنيسيوم أو الزنك) ليتآكل هذا المعدن النشط بدلاً من المعدن الأصلي.
الطلاء بالكهرباء
يستخدم الطلاء الكهربائي لتغطية سطح فلز أكثر نشاطاً (مثل الحديد) بطبقة من فلز أقل نشاطاً (مثل الكروم أو النيكل) لزيادة مقاومته للتآكل وتحسين مظهره.
تنبأ بحدوث التفاعلات
بناءً على سلسلة النشاط الكيميائي، توقع إذا كانت التفاعلات التالية ستحدث أم لا:
1. تفاعل الألومنيوم مع نترات الفضة
2. تفاعل النحاس مع كلوريد الزنك
3. تفاعل الفضة مع كبريتات المغنيسيوم
4. تفاعل المغنيسيوم مع كبريتات الألومنيوم
رتب العناصر حسب نشاطها الكيميائي
اضغط على العناصر التالية ورتبها حسب نشاطها الكيميائي من الأكثر نشاطاً (في الأعلى) إلى الأقل نشاطاً (في الأسفل):
العناصر
سلسلة النشاط (من الأعلى نشاطاً للأقل)
اضغط على العناصر لإضافتها هنا
اختبر نفسك
1. ما هي الفلزات الأكثر نشاطاً في سلسلة النشاط الكيميائي؟
الفلزات القلوية مثل الصوديوم والبوتاسيوم
الفلزات النبيلة مثل الذهب والبلاتين
الفلزات الانتقالية مثل الحديد والنحاس
جميع الفلزات لها نفس النشاط الكيميائي
2. متى يحدث تفاعل الإحلال الأحادي؟
عندما يكون العنصر الحر أقل نشاطاً من العنصر في المركب
عندما يكون العنصر الحر أكثر نشاطاً من العنصر في المركب
عندما يكون العنصران متساويين في النشاط الكيميائي
تحدث تفاعلات الإحلال الأحادي بغض النظر عن موقع العناصر في سلسلة النشاط
3. ماذا يحدث عندما نضع قطعة من الزنك في محلول كبريتات النحاس؟
لا يحدث أي تفاعل لأن النحاس أكثر نشاطاً من الزنك
يتفاعلان ويتصاعد غاز الهيدروجين
يحل الزنك محل النحاس ويترسب النحاس على سطح الزنك
تتكون طبقة من أكسيد الزنك على سطح الفلز
4. ما الذي يحدث عند وضع قطعة من الحديد في محلول كبريتات النحاس؟
لا يحدث أي تفاعل
تتآكل قطعة النحاس ويترسب الحديد
يحل الحديد محل النحاس، ويترسب النحاس على سطح الحديد
يتصاعد غاز الهيدروجين
5. لماذا تعتبر الفلزات النبيلة مثل الذهب والبلاتين أقل نشاطاً كيميائياً؟
لأنها أثقل من الفلزات الأخرى
لأن نشاطها الكيميائي ضعيف جداً
لأنها أكثر صلابة من الفلزات الأخرى
لأنها أقل انتشاراً في القشرة الأرضية