أكسدة الفلزات في الهواء Oxydation des métaux dans l’Air

أكسدة الفلزات في الهواء

Oxydation des métaux dans l’Air

الوسائل التعليمية :
· تحضير أربعة أنابيب قبل إنجاز الدرس بأسبوع، الأول يحتوي على مسمار حديدي و هواء جاف، الثاني يحتوي على مسمار حديدي و الماء و الهواء، الثالث يحتوي على مسمار و الماء المالح و الهواء ، الرابع يحتوي على مسمار و ماء تمت تغليته لإزالة الهواء تعلوه طبقة من الزيت لعزل الماء عن الهواء.

· قطع من الألومنيوم : الأولى نتركها في الهواء الرطب خلال أسبوع، الثانية مطلية ببرنيق ونتركها لأسبوع كذلك.
· موقد بنسن ، مسحوق الحديد، مسحوق النحاس ، مسحوق الألومنيوم ، مسحوق الزنك ، سلك من الحديد ، سلك من الألومنيوم ، خراطة النحاس، ملقط خشبي ، الولاعة( القداحة).
الأهداف المعرفية والمهاراتية :
· تعرف عوامل تكون الصدأ.
· تعرف أكسدة الحديد في الهواء الرطب كتفاعل كيميائي بطيئ يؤدي إلى تكون الصدأ و تآكل الحديد.
· تعرف أكسدة الألومنيوم في الهواء الرطب كتفاعل كيميائي بطيئ يؤدي إلى تكون الألومين دون تآكل الألومنيوم.
· معرفة كتابة معادلتي أكسدة الحديد و أكسدة الألومنيوم.
· تعرف نواتج احتراق مساحيق بعض الفلزات في الهواء وكتابة معادلة احتراق كل فلز متوازنة.
المكتسبات السابقة:
· مفهوم و قوانين التفاعل الكيميائي.
· الاحتراقات.
· معرفةكتابة المعادلات الكيميائية متوازنة.
· معرفة نسبة غاز ثنائي الأوكسجين في الهواء
الاستراتيجية:
يطلب من التلاميذ الإجابة على السؤالين التاليين:لماذا يفضل استعمال الألومنيوم في التلفيف و صنع علبة التعبئة و إطارات النوافذ و إطارات عجلات السيارات بدل الحديد؟ما هي العوامل التي تؤدي إلى تكون الصدأ ؟تسجيل أجوبةالتلاميذ على السبورة و مـــناقشتها.كل تلميذ سيقترح العامل الذي يسبب صدأ الحديد ويمكن للأستاذ أن يقترح بعض العوامل للتأكد منها.بعد التوصل إلى العوامل المحتملة يتم الشروع في اقتراح البروتكول التجربي للتأكدمن هذه العوامل.كل عامل اقترحه التلميذ يقدم الآستاذ نتائج التجربة التي تم تحضيرها قبل أسبوع..يقدم الأستاذ التجربة المحضرة قبل أسبوع أو يعتمد على صور التجربة الواردة في الكتاب المدرسي. بعد تقديم نتائح التجربة يجيب التلاميذ على السؤال المطروح سابقا لتحديد العوامل التي تؤدي إلى تكون الصدأ.
تحضير صفائح من الألومنيوم :نترك الصفيحة الأولى في الهواء الرطب لعدة أيام ، و الثانية مطلية بالبرنيق .

I- أكسدة الحديد في الهواء الرطب:

1) نشاط تجريبي:
نضع مسمارا من حديد بكل الأنابيب:

الأنبوب (أ) يحتوي على الهواء الجاف.
الأنبوب (ب) يحتوي على الماء و الهواء.
الأنبوب (ج) يحتوي على الماء المالح والهواء.
الأنبوب (د) يحتوي على الماء تعلوه طبقة من الزيت.

2-) الملاحظة:
بعدأسبوع نحصل على ما تبينه الصورة أسفله:

· في (الأنبون أ)لم يصدأ المسمار في الهواء الجاف مما يدل أن الهواء الجاف لا يسبب تكون الصدأ .
· في (الأنبوب د)لم يصدأ المسمار في الماء المغلى مما يدل أن الماء وحده لا يسبب الصدأ.
· في (الأنبوب ب )يصدأ المسمار في الهواء الرطب (الهواء +الماء) مما يدل أن الهواء الرطب يسبب الصدأ.
· في (الأنبوب ج )يصدأ المسمار أكثر مما يدل أن وجود الملح في الهواء الرطب يسرع تكون الصدأ.
3-) الاستنتاج
الهواء الرطب هو الذي يسبب تكون الصدأ.الصدأ ناتج عن تفاعل الحديد مع ثنائي أوكسيجين الهواء الرطب و يتكون أساسا من أوكسيد الحديد II صيغته Fe2O3. تفاعل الحديد مع ثنائي الأوكسيجين يسمى تفاعل أكسدة أو تأكسد ( لأنه ينتج عنه أكاسيد الفلزات).

معادلة أكسدة الحديد في الآوكسجين:

4Fe +3 O2 ® 2 Fe2O3

4)حماية الحديد من الصدأ:
الصدأ جسم مسامي يسمح بنفاذ الهواء الرطب إلى أعماق الحديد ،و لا يحميه من التآكل ،لكي لا يصدأ الحديد يجب:
· عزله عن الهواء الرطب بوضعه في علب محكمة السد. · طلاءه بالصباغة أو بكسوه بطبقةمن فلز غير قابل للتأكسد مثل النيكل أوالكروم .· مزجه بفلزات أخرى حسب نسب معينة مثل الفولاذ غير القابل للتأكسد INOX) ) الذي يتكون من :

75 % من الحديد،16% من الكروم ، 8% من النيكل ، 1% من الكربون .

III- أكسدة الألومنيوم في الهواء الرطب.
1 نشاط تجريبي:

نترك صفيحة من الألومنيوم و أخرى مطلية بالبرنيق في الهواء الرطب لعدة أيام .

2- الملاحظة:
لم يطرأ أي تغيير على الصفيحة المطلية بالبرنيق. تكون طبقة بيضاء على صفيحة الألومنيوم التي تركت في الهواء الرطب، و تسمى هذه الطبقة أوكسيبد الألومنيوم

3- الاستنتاج:
يؤثر الهواء الرطب على الألومنيوم مكونا أوكسيد الألومنيوم (أو الألومين) ذي الصيغة Al2O3.
تعتبر أكسدة الألومنيوم في الهواء تفاعلا كيميائيا بطيئا نعبر عنه بالمعادلة التالية:

4Al + 3 O2 ® 2 Al2O3

ملحوظة :
أوكسيد الألومنيوم طبقة سطحية رقيقة غير مسامية لذا فهي تحمي فلز الألومنيوم من الأكسدة المعمقة(التآكل)و لهذا يمكن استعمال الألومنيوم بدون صباغة.

IV -احتراق بعض الفلزات في الهواء .

1-) احتراق فلز الحديد :
أ-) نشاط تجريبي: يحترق مسحوق ننثر مسحوق الحديد فوق لهب موقد بنسن(أو نثر صوف الحديد فوق اللهب)

ب-) الملاحظة
يحترق مسحوق الحديد يحترق بلهب برتقالي
تكون شرارات متوهجة تسقط على شكل حبيبات رمادية اللون تسمى أوكسيد الحديد المغناطيسي صيغته الكيمائية هيFe3O4

ج-) الاستنتاج
ينتج عن احتراق مسحوق الحديد في الأوكسجين أوكسيد الحديد المغناطيسي حسب المعادلةالتالية :

3Fe +2 O2 ® Fe3O4

2-) احتراق فلز النحاس:
أ-) نشاط تجريبي: ننثر مسحوق النحاس فوق لهب الموقد .

ب-) الملاحظة
يحترق مسحوق النحاس بلهب أخضر ، و تكون مسحوق أسود اللون يسمى أوكسيد النحاس II صيغته CuO .

ج-) الاستنتاج:
ينتج عن احتراق مسحوق النحاس في الأوكسجين أوكسيد النحاسII حسب المعادلةالتالية :

2Cu + O2 ® 2 CuO

3-) احتراق فلز الألومنيوم:
أ-) نشاط تجريبي : ننثر مسحوق الألومنيوم فوق لهب الموقد

ب-) الملاحظة:
يحترق مسحوق الألومنيم بلهب أحمر برتقالي مع تكون شرارات متوهجة وتكون غبار أبيض يسمى أوكسيد الألومنيم صيغته Al2O3 و يسمى كذلك الألومين .

ج-) الاستنتاج:
يحترق مسحوق ينتج عن اختراق مسحوق الألومنيوم في ثنائي أكسجيت الهواء أكسيد الألومنيومAl2O3 حسب النعادلةالتالية :

4Al + O2 ® 2 Al2O3

3-) احتراق فلز الزنك:
أ-) نشاط تجريبي : ننثر مسحوق الزنك فوق لهب الموقد

ب-) الملاحظة:
يحترق مسحوق الزنك بلهب أزرق وتكون جسم صلب لبيض يسمى أكسيد الزنك صيغتهZnO.

ج-) الاستنتاج:
يحترق مسحوق ينتج عن احتراق مسحوق الزنك أكسيد الزنك حسب المعادلة التالية :

Zn + O2 ® ZnO

ملحوظة : تــنتج ألوان الشهب الاصطناعية عن احتراق خليط من الفلزات .

4-) خلاصة:
يؤثر الهواء الرطب على أغلب الفلزات ، وهو تفاعل بطيء.
يكتب التفاعل الكيميائي لأكسدة الفلز بصفة عامة كما يلي :
الفلز + الأوكسجين ← أوكسيد الفلز
ü احتراق الفلزات في الهواء تفاعل كيميائي بين الفلز و ثنائي الأوكسجين و يسمى تفاعل أكسدة ،و كل أوكسيد يتكون من ذرات الفلز و ذرات الأوكسجين.
الفلزات الحديد ( Fe ) النحاس ( Cu ) الألومنيوم ( Al )
لون الفلز أبيض رمادي أحمر أبيض رمادي
لون الأوكسيد الناتج رمادي اللون أسود أبيض
صيغة الأوكسيد الناتج Fe3O4 CuO Al2O3
معادلة الاحتراق Fe+2O2→Fe3O4 2Cu+O2→2CuO 4Al+3O2→2Al2O3