عناصر المجموعة الثانية: الفلزات القلوية الأرضية

تشغل عناصر المجموعة الثانية مكانًا متميزًا في الجدول الدوري، حيث تتميز بخصائص كيميائية وفيزيائية فريدة ومشتركة. تُعرف هذه العناصر بالفلزات القلوية الأرضية، وتتكون من ستة عناصر: البيريليوم (Be)، والمغنيسيوم (Mg)، والكالسيوم (Ca)، والسترونشيوم (Sr)، والباريوم (Ba)، والراديوم (Ra).

واحدة من السمات المميزة لعناصر المجموعة الثانية هي بنيتها الإلكترونية. تحتوي جميع هذه العناصر على اثنين من الإلكترونات في المدار الإلكتروني الخارجي، مما يجعلها تمتلك ترتيب مشابه في الجدول الدوري وخصائص مشتركة تمثل تحديدًا لسلوكها الكيميائي.

تتميز عناصر المجموعة الثانية بخصائصها المعدنية، حيث تكون معظمها صلبة عند درجات حرارة الغرفة ولها توهج مميز. بالإضافة إلى ذلك، تمتلك هذه العناصر قدرة على التفاعل بسهولة مع العناصر الأخرى لتشكيل مركبات مختلفة، وهو ما يؤثر في تطبيقاتها في مجالات مثل الصناعة والطب والزراعة.

التركيب الذري لعناصر المجموعة الثانية

تمتلك هذه العناصر إلكترونين في الغلاف الأخير خلاف عناصر المجموعة الأولى والتي تحتوي إلكترون واحد فقط في المدار الخارجي لها.

1. البيريليوم (Be)
   • عدد البروتونات: 4
   • عدد النيوترونات: 5
   • عدد الإلكترونات: 4
   • العدد الذري: 4
   • الكتلة الذرية: 9.0122
   • التوزيع الإلكتروني: 1s² 2s²
2. المغنيسيوم (Mg)
   • عدد البروتونات: 12
   • عدد النيوترونات: 12
   • عدد الإلكترونات: 12
   • العدد الذري: 12
   • الكتلة الذرية: 24.305
   • التوزيع الإلكتروني: 1s² 2s² 2p⁶ 3s²
3. الكالسيوم (Ca)
   • عدد البروتونات: 20
   • عدد النيوترونات: 20
   • عدد الإلكترونات: 20
   • العدد الذري: 20
   • الكتلة الذرية: 40.078
   • التوزيع الإلكتروني: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s²
4. السترونشيوم (Sr)
   • عدد البروتونات: 38
   • عدد النيوترونات: 50
   • عدد الإلكترونات: 38
   • العدد الذري: 38
   • الكتلة الذرية: 87.62
   • التوزيع الإلكتروني: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ 5s²
5. الباريوم (Ba)
   • عدد البروتونات: 56
   • عدد النيوترونات: 81
   • عدد الإلكترونات: 56
   • العدد الذري: 56
   • الكتلة الذرية: 137.327
   • التوزيع الإلكتروني: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ 5s² 4d¹⁰ 5p⁶ 6s²
6. الراديوم (Ra)
   • عدد البروتونات: 88
   • عدد النيوترونات: 138
   • عدد الإلكترونات: 88
   • العدد الذري: 88
   • الكتلة الذرية: 226.0254
   • التوزيع الإلكتروني: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ 5s² 4d¹⁰ 5p⁶ 6s² 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6p⁶ 7s²

خواص عناصر المجموعة الثانية

تتميز المجموعة الثانية في الجدول الدوري بأنها تشمل العناصر القلويّة الأرضية، وهي عناصر تتميز بخصائص كيميائية وفيزيائية مشتركة نتيجة لترتيبها الإلكتروني المميز. 

الخواص الفيزيائية:

1. المظهر: تكون قلوية وصلبة في درجة حرارة الغرفة، وناعمة الملمس ولينة بسبب انخفاض صلابتها. تظهر باللون الفضي مع المعان.
2. الكثافة: تزداد الكثافة تدريجياً مع زيادة العدد الذري في المجموعة. على سبيل المثال، البيريليوم لديه كثافة منخفضة نسبياً (1.85 غ/سم³)، في حين أن الباريوم يمتاز بكثافة أعلى (3.62 غ/سم³).
3. النقاط الانصهار والغليان: تزداد درجات الانصهار والغليان مع زيادة العدد الذري. على سبيل المثال، البيريليوم ينصهر عند 1287 درجة مئوية، بينما ينصهر الباريوم عند 727 درجة مئوية.

الخصائص الفيزيائية للفلزات القلوية الأرضية

العنصر	الكثافة (غ/سم³)	درجة الانصهار (°م)	درجة الغليان (°م)
بيريليوم	1.85	1278	2970
مغنسيوم	1.74	650	1090
كالسيوم	1.55	842	1484
سترونتيوم	2.64	769	1384
باريوم	3.51	727	1897
راديوم	5.5	700	1737

الخواص الكيميائية:

1. نشاطها: تتزايد نشاط العناصر في هذه المجموعة عندما تتجاوز العناصر البيريليوم والمغنيسيوم. العناصر من الكالسيوم إلى الراديوم تكون نشطة كيميائياً وتتفاعل بسهولة مع الماء والأحماض لإطلاق الهيدروجين.
2. تكوين الأكسيدات: عند تفاعل هذه العناصر مع الأكسجين، تشكل أكسيدات قلوية مثل أكسيد الباريوم (BaO) وأكسيد الكالسيوم (CaO)، وهذه الأكسيدات تعمل على تخفيض درجة الحموضة.
3. الذوبانية: تذوب بسهولة في الماء وتكون محاليل قاعدية.

التفاعلات الكيميائية

تعتمد التفاعلات الكيميائية لعناصر المجموعة الثانية على خصائصها الكيميائية، والتي تحدد طبيعة هذه التفاعلات. يظهر البريليوم شذوذ عن العناصر الأخرى؛ حيث أنه لا يتفاعل في الظروف العادية مع معظم العناصر حتى درجة الاحمرار[]. يتركز النشاط التفاعلي للعناصر الأخرى مع الماء والأحماض بتفاوت وهذا مانلاحظه في الأمثلة أدناه.

تتميز الفلزات القلوية الترابية بقدرتها على التفاعل بسهولة مع العناصر الأخرى لتكوين مركبات مختلفة. تُعرف هذه التفاعلات باسم تفاعلات الفلزات القلوية الترابية.

تفاعل الفلزات القلوية الترابية مع الماء

تتفاعل الفلزات القلوية الترابية مع الماء لتكوين هيدروكسيد الفلز وغاز الهيدروجين. يمكن تلخيص هذه التفاعلات بالمعادلات التالية:

$$\ce{2 M (s) + 2 H2O (l) → 2 MOH (aq) + H2 (g)}$$

حيث M يمثل واحدا من الفلزات القلوية الترابية.

على سبيل المثال، يتفاعل الكالسيوم مع الماء لتكوين هيدروكسيد الكالسيوم وغاز الهيدروجين:

$$\ce{Ca (s) + 2 H2O (l) → Ca(OH)2 (aq) + H2 (g)}$$

تفاعل الفلزات القلوية الترابية مع الأحماض

تتفاعل الفلزات القلوية الترابية مع الأحماض لتكوين ملح الفلز وماء. يمكن تلخيص هذه التفاعلات بالمعادلات التالية:

$$\ce{M (s) + 2 HCl (aq) → MCl2 (aq) + H2 (g)}$$

حيث M يمثل فلز قلوي أرضي.

على سبيل المثال، يتفاعل المغنيسيوم مع حمض الهيدروكلوريك لتكوين كلوريد المغنيسيوم وغاز الهيدروجين:

$$\ce{Mg(s) + 2 HCl(aq) → MgCl2(aq) + H2(g)}$$

تفاعل الفلزات القلوية الترابية مع الهالوجينات

تتفاعل الفلزات القلوية الأرضية مع الهالوجينات لتكوين هاليدات الفلز. يمكن تلخيص هذه التفاعلات بالمعادلات التالية:

$$\ce{M (s) + X2 (g) → MX2 (s)}$$

حيث M يمثل أي من الفلزات القلوية الأرضية، و X يمثل أي من الهالوجينات (F، Cl، Br، I).

على سبيل المثال، يتفاعل البريليوم مع الكلور لتكوين كلوريد البريليوم:

$$\ce{Be(s) + Cl2(g) → BeCl2(s)}$$

تفاعل الفلزات القلوية الترابية مع الأكسجين

تتفاعل الفلزات القلوية الترابية مع الأكسجين لتكوين أكاسيد الفلز. يمكن تلخيص هذه التفاعلات بالمعادلات التالية:

$$\ce{M (s) + O2 (g) → MO (s)}$$

حيث M يمثل أي من الفلزات القلوية الترابية.

على سبيل المثال، يتفاعل الكالسيوم مع الأكسجين لتكوين أكسيد الكالسيوم:

$$\ce{Ca (s) + O2 (g) → CaO (s)}$$

شذوذ البريليوم عن باقي عناصر المجموعة

ترجع الخصائص الشاذة للبريليوم بشكل رئيسي إلى صغر حجمه، والكهروسلبية وطاقة التأين العاليتين، والقدرة الكبيرة على استقطاب التأين مقارنة بالعناصر الأخرى في المجموعة.  تشمل الخصائص الشاذة للبريليوم مقارنة بباقي العناصر في المجموعة ما يلي:

1. العدد التناسقي للبريليوم لا يزيد عن 4 بينما الفلزات القلوية الأخرى تمتلك عدد تناسقي 6.
2. درجة الانصهار ودرجة الغليان أعلى مقارنة بالعناصر الأخرى في المجموعة.
3. القدرة على تشكيل روابط تساهمية بينما تشكل أعضاء المجموعة الأخرى روابط أيونية.
4. لا يتفاعل البريليوم مع الماء مثل باقي عناصر المجموعة^[1].

مركبات الفلزات القلوية الأرضية

تتشكل مركبات الفلزات القلوية الأرضية من خلال تفاعل الفلزات القلوية الأرضية مع عناصر أخرى. تتميز هذه المركبات بقدرتها على التفاعل مع مجموعة متنوعة من المواد، مما يجعلها مفيدة في العديد من التطبيقات الصناعية والعلمية.

أمثلة على مركبات الفلزات القلوية الأرضية

الهيدروكسيدات:

هيدروكسيد الفلز هو مركب يحتوي على كاتيون الفلز ومجموعة الهيدروكسيد (OH-). تتفاعل هيدروكسيدات الفلزات القلوية الترابية مع الأحماض لتكوين أملاح.

الهاليدات:

هاليدات الفلز هي مركبات تحتوي على كاتيون الفلز ومجموعة هالوجين (X-). تتفاعل هاليدات الفلزات القلوية الأرضية مع الماء لتكوين محاليل قلوية.

الأكاسيد:

أكاسيد الفلز هي مركبات تحتوي على كاتيون الفلز ومجموعة الأكسجين (O2-). تتفاعل أكاسيد الفلزات القلوية الأرضية مع الأحماض لتكوين أملاح.

الكبريتيدات:

كبريتيدات الفلز هي مركبات تحتوي على كاتيون الفلز ومجموعة الكبريت (S2-). وتظهر هذه الكبريتيدات قابلية ملحوظة للذوبان في الماء. تتفاعل كبريتيدات الفلزات القلوية الأرضية مع الأحماض لتكوين الأملاح المقابلة.

النترات:

نترات الفلز هي مركبات تحتوي على كاتيون الفلز ومجموعة النيتروجين (NO3-). يمكن أن تتفاعل هذه المركبات مع هيدروكسيدات المجموعة الأولى لتكوين مركبات غير قابلة للذوبان كما يحصل بين نترات الكالسيوم وهيدروكسيد الصوديوم.

استخدامات عناصر المجموعة الثانية

تمتلك عناصر المجموعة الثانية (العناصر القلوية الأرضية) مجموعة واسعة من الاستخدامات في العديد من الصناعات والتطبيقات.

البريليوم

• يستخدم في صناعة المركبات الفضائية والصواريخ بسبب كثافته المنخفضة وصلابته العالية.
• يستخدم في صناعة مفاعلات الطاقة النووية بسبب مقاومته للتفاعلات النووية.
• يستخدم في صناعة العدادات والمؤشرات لتوفير حماية من العوامل البيئية.

المغنيسيوم

• يستخدم في صناعة السبائك، مثل سبائك الألومنيوم والمغنيسيوم التي تستخدم في صناعة الطائرات والسيارات.
• يستخدم في صناعة البطاريات الجافة والألعاب النارية.
• يستخدم في صناعة الأدوية، مثل أدوية هشاشة العظام.

الكالسيوم

• يستخدم في صناعة الأسمنت والجير.
• يستخدم في صناعة الأدوية، مثل أدوية هشاشة العظام.

السترونشيوم

• يستخدم في صناعة الألعاب النارية والمصابيح الفلورية.
• يستخدم في صناعة الأدوية، مثل أدوية علاج الاضطرابات العصبية.

الباريوم

• يستخدم في صناعة الألعاب النارية والمصابيح الفلورية.
• يستخدم في صناعة الأدوية، مثل أدوية علاج السرطان.

أسئلة شائعة عن عناصر المجموعة الثانية

ما هي عناصر المجموعة الثانية في الجدول الدوري؟

بريليوم، مغنسيوم، كالسيوم، سترونشيوم، باريوم، وراديوم.

ما هي الخصائص الكيميائية الفريدة لعناصر المجموعة الثانية؟

قابليتها للأكسدة وإنتاج أيونات موجبة بسهولة، وقابليتها للتفاعل مع الماء والأحماض.

كيف يتم تشكيل أيونات موجبة لعناصر المجموعة الثانية؟

يتم تشكيل أيونات موجبة عن طريق فقدانها لاثنين من إلكتروناتها الخارجية.

ما هي المركبات الملحية التي تشمل عناصر المجموعة الثانية؟

تشمل المركبات الملحية على سبيل المثال كبريتات المغنسيوم وكلوريد الكالسيوم.

ما هي استخدامات عناصر المجموعة الثانية؟

تستخدم في صناعة الأسمدة والأدوية والألعاب النارية والصناعات المعدنية، وتستخدم أيضًا في زراعة النباتات وتحسين صحة العظام والأسنان.

ما هي بعض المركبات الشائعة لعناصر المجموعة الثانية؟

بعض المركبات الشائعة تشمل كبريتات المغنسيوم وكلوريد الكالسيوم وأكسيد المغنسيوم.

كيف تؤثر عناصر المجموعة الثانية في حياتنا اليومية؟

تؤثر في حياتنا اليومية من خلال استخدامها في الأدوية والأسمدة والصناعات المعدنية وزراعة النباتات.

هل يمكن استخدام مركبات عناصر المجموعة الثانية في الصناعة الدوائية؟

نعم، يمكن استخدامها، مثل كلوريد المغنسيوم في علاج اضطرابات التوتر والقلق.

لماذا يظهر البريليوم شذوذ عن باقي عناصر المجموعة الثانية؟

بسبب صغر حجمه والقيمة العالية للكهروسالبية وطاقة التأين والاستقطابية الكبيرة.

هل تستخدم سبائك عناصر المجموعة الثانية في الصناعات المعدنية؟

نعم، تستخدم، مثل سبيكة المغنسيوم والألمنيوم في صناعة الطائرات والسيارات.

المصادر

1. Byju's, Properties of Beryllium and Lithium