تفاعل الصوديوم مع الماء
أن يجري الطالب تفاعل الصوديوم مع الماء بنفسه من أوّله إلى آخره، فيستنتج أنه تفاعل إحلال أحادي وتأكسد واختزال، ويميّز العامل المؤكسد من المختزل، ويثبت قاعدية المحلول الناتج بدليلين: كاشف نوعي وقياس كمّي بورق pH.
المحاكاة التفاعلية
لعبة تعليمية تفاعلية: تفاعل الصوديوم مع الماء — من إنتاج مدرسة أوائل وقادة الخاصة
اللعبة تطبيق مستقل وتصل تحديثاته تلقائيًا. لن تُحمَّل إلا بطلبك، وقد تستغرق لحظات على الاتصال البطيء.
خطوات التجربة
اختر شخصيتك وابدأ اللعبة، ثم جهّز مساحة العمل الآمنة بحسب الإرشادات الظاهرة.
سجّل توقّعك لما سيحدث عند ملامسة الصوديوم للماء قبل تنفيذ التفاعل.
جهّز وعاء الماء، واختر الملقط، والتقط عينة الصوديوم من خلال أدوات اللعبة.
راقب الفقاعات وحركة العينة وتغيّر المحلول، ثم دوّن ملاحظاتك داخل دفتر المختبر.
اربط أدلتك بالمعادلة الموزونة، وأجب عن أسئلة التفسير داخل اللعبة.
نفّذ تحدّي المقارنة بتغيير عامل واحد، ثم قارن النتيجتين واكتب استنتاجك.
الفكرة العلمية
الصوديوم فلز قلوي شديد النشاط، ويتفاعل مع الماء وفق المعادلة الموزونة: 2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂↑ وهذا تفاعل إحلال أحادي: الصوديوم أنشط من الهيدروجين فيحلّ محلّه في الماء. وهو في الوقت نفسه تفاعل تأكسد واختزال — الصوديوم يفقد إلكترونًا فيرتفع عدد تأكسده من ٠ إلى +١ (تأكسد)، والهيدروجين في الماء يكتسب إلكترونًا فينزل عدد تأكسده من +١ إلى ٠ (اختزال). فالصوديوم هو العامل المختزل، والماء هو العامل المؤكسد. والتفاعل طارد للحرارة بشدّة، وحرارته تكفي لصهر الصوديوم لأن درجة انصهاره منخفضة (97.8 °م) — ولهذا تراه ينصهر إلى كرة فضية تندفع على السطح بدفع غاز الهيدروجين المتصاعد من تحتها. وإن زادت الكتلة أو ارتفعت حرارة الماء بلغت الحرارة درجة اشتعال الهيدروجين فاشتعل بلهب أصفر برتقالي — واللون من توهّج بخار الصوديوم لا من الهيدروجين نفسه، فلهبه النقي شاحب يكاد لا يُرى. والناتج الثاني هيدروكسيد الصوديوم، وهو قاعدة قوية تتأيّن في الماء إلى Na⁺ وOH⁻. وأيون الهيدروكسيد هو ما يلوّن الفينولفثالين ورديًا ويرفع الأس الهيدروجيني — لا أيون الصوديوم. ولهذا يُحفظ الصوديوم تحت زيت البارافين: الزيت يعزله عن أكسجين الهواء ورطوبته. ⚠️ هذا التفاعل لا يُجرى إلا في مختبر مجهّز وبإشراف معلّم، ولا يُجرَّب خارجه بحال. والمحاكاة تُغني عن تجريبه لا تدعو إليه.
قوّم نفسك
جرّب المحاكاة أولًا ثم أجب. لا درجات ولا تسجيل — الإجابات لك وحدك، وتختفي بإغلاق الصفحة.
لماذا تنصهر قطعة الصوديوم وتصير كرة أثناء التفاعل مع الماء؟
- لأن الماء يذيب الصوديوم كما يذيب الملح
- لأن التفاعل طارد للحرارة، ودرجة انصهار الصوديوم منخفضة (97.8 °م)
- لأن الصوديوم يمتص الماء فيلين
- لأن غاز الهيدروجين يضغط عليها من كل جهة
اعرض الإجابة
ب) لأن التفاعل طارد للحرارة، ودرجة انصهار الصوديوم منخفضة (97.8 °م)
التفاعل يطلق حرارة كبيرة، ودرجة انصهار الصوديوم منخفضة جدًا مقارنة بالفلزات الأخرى، فتكفي حرارة التفاعل لصهره. والذوبان شيء والانصهار شيء آخر: الصوديوم لا يذوب في الماء بل يتفاعل معه، والخلط بين الكلمتين هو الخطأ الشائع هنا.
في التفاعل 2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂ — ما العامل المؤكسد؟
- الصوديوم، لأنه فقد إلكترونًا
- الماء، لأنه اختُزل
- هيدروكسيد الصوديوم
- غاز الهيدروجين
اعرض الإجابة
ب) الماء، لأنه اختُزل
العامل المؤكسد هو الذي يُؤكسد غيره فيُختزل هو. والماء هنا اكتسب الإلكترونات (نزل عدد تأكسد الهيدروجين من +١ إلى ٠) فهو المُختزَل، وبذلك هو العامل المؤكسد. والقلب هو مصدر الخطأ الدائم: ما يتأكسد هو العامل المختزل، وما يُختزل هو العامل المؤكسد.
أجريتَ التجربة كاملةً وصحيحةً لكنك لم تضف الفينولفثالين. ماذا تستنتج؟
- لم تتكوّن قاعدة، لأن الماء بقي عديم اللون
- تكوّنت القاعدة، لكن لا دليل مرئي عندك عليها
- التجربة فاشلة ويجب إعادتها من البداية
- تكوّن حمض بدل القاعدة
اعرض الإجابة
ب) تكوّنت القاعدة، لكن لا دليل مرئي عندك عليها
هيدروكسيد الصوديوم تكوّن وذاب فعلًا، لكن محلوله عديم اللون. الكاشف لا يصنع القاعدة بل يجعلها مرئية. وهذا درس في طبيعة الملاحظة نفسها: غياب الدليل ليس دليل الغياب. ويمكنك جمع الدليل بعد التفاعل باختبار المحلول بورق الكاشف.
لماذا يُطلب اختبار الماء المقطّر بورق الكاشف قبل اختبار المحلول الناتج؟
- لتنظيف الورقة من الأتربة
- ليكون ضابطًا يثبت أن الورق سليم وأن ما نراه بعده أثرُ المحلول
- لأن الماء المقطّر يُنشّط الكاشف
- لا فائدة منه، وهو خطوة زائدة
اعرض الإجابة
ب) ليكون ضابطًا يثبت أن الورق سليم وأن ما نراه بعده أثرُ المحلول
الضابط يفصل أثر ما تقيسه عن أثر أداة القياس. لو تغيّر الورق مع الماء المقطّر لعرفتَ أن الورق تالف أو ملوّث، ولكانت أي قراءة بعده بلا قيمة. وقراءةٌ بلا ضابط رقمٌ لا تعرف مصدره.
أعدتَ التجربة بقطعة صوديوم أكبر في حجم الماء نفسه، فارتفعت قراءة ورق pH. فسّر ذلك.
اعرض الإجابة
كتلة أكبر من الصوديوم تعني عدد مولات أكبر، ولكل مول صوديوم مولٌ من هيدروكسيد الصوديوم (النسبة 1:1 في المعادلة الموزونة). وبما أن حجم الماء لم يتغيّر، فقد ارتفع تركيز أيون الهيدروكسيد [OH⁻]، وارتفاع تركيز OH⁻ يرفع الأس الهيدروجيني. ولهذا يُثبَّت حجم الماء عند المقارنة: تغيير متغيّرين معًا يمنع نسبة الأثر إلى أحدهما.