Skip to content · ⁨الانتقال إلى المحتوى⁩

Group 2 · ⁨المجموعة 2⁩

A-Level Chemistry · ⁨A-Level الكيمياء⁩ · Topic 27 · ⁨الموضوع 27⁩

Video lesson for this topic · ⁨درس فيديو لهذا الموضوع⁩ Open the video page · ⁨افتح صفحة الفيديو⁩
8:06

المجموعة 2 (A2)

إليك لغز. انزل في المجموعة 2، من المغنيسيوم إلى الباريوم، تصبح الهيدروكسيدات أكثر ذوبانية. انزل في نفس المجموعة، وتصبح الكبريتات أقل ذوبانية.…

English narration · English + 中文 subtitles burned in · ⁨سرد باللغة الإنجليزية · ترجمة مدمجة بالإنجليزية + الصينية⁩

27.1

Thermal stability of the nitrates and carbonates · ⁨الثبات الحراري للنترات والكربونات⁩

Syllabus · ⁨المنهج⁩
English
  1. describe and explain qualitatively the trend in the thermal stability of the nitrates and carbonates including the effect of ionic radius on the polarisation of the large anion
  2. describe and explain qualitatively the variation in solubility and of enthalpy change of solution, $\Delta H^{\ominus}_{\text{sol}}$, of the hydroxides and sulfates in terms of relative magnitudes of the enthalpy change of hydration and the lattice energy
العربية
  1. صف واشرح بشكل نوعي الاتجاه في الثبات الحراري للنترات والكربونات بما في ذلك تأثير القطر الأيوني على استقطاب الأيون السالب الكبير
  2. صف واشرح بشكل نوعي التغير في الذوبانية وتغير إنثالبي المحلول، $\Delta H^{\ominus}_{\text{sol}}$، للهيدروكسيدات والكبريتات بدلالة المقادير النسبية لـتغير إنثالبي الإماهة وطاقة الشبكة البلورية

Source: Cambridge International syllabus · ⁨المصدر: منهج كامبريدج الدولي⁩

English

The thermal stability 热稳定性 of the Group 2 nitrates 硝酸盐 and carbonates 碳酸盐 increases down the group. Here is the reason, in terms of how the ions affect each other.

A small cation 阳离子 with a small ionic radius 离子半径 has a high charge density. It pulls on the electrons of the nearby anion and distorts its shape — this is polarisation 极化. Distorting the large anion 阴离子 (the carbonate or nitrate ion) weakens a bond inside it, so the compound breaks down more easily.

Going down the group, the cation gets larger. Its charge density drops, so it polarises the anion less. The anion is less distorted, so the compound is harder to break down — it is more thermally stable and needs a higher temperature to decompose.

Worked example. Down Group 2 the hydroxides become more soluble while the sulfates become less soluble. Explain why the two trends run in opposite directions. Solubility is a contest between the lattice energy holding the solid together and the hydration energy rewarding the ions for dissolving. Both get less exothermic as the cation grows, so whichever falls faster decides the trend. With the small hydroxide ion, the lattice energy depends strongly on the cation's size, so it falls faster than the hydration energy: the lattice gets relatively easier to break and solubility rises. With the large sulfate ion, the lattice energy is already dominated by that big anion and barely changes down the group, while the cation's hydration energy still falls - so solubility falls. Name both energies and say which one falls faster; simply restating the trends earns no explanation marks.

العربية

الثبات الحراري لـ نترات وكربونات المجموعة 2 يزداد نحو أسفل المجموعة. إليك السبب، من حيث تأثير الأيونات على بعضها البعض.

فرنا دوارة في مصنع للجبس
تسخين الحجر الجيري (كربونات الكالسيوم) في الفرن يحلل حرارياً إلى أكسيد الكالسيوم — وهو تحلل حراري

الكاتيون الصغير ذو نصف القطر الأيوني الصغير يمتلك كثافة شحنة عالية. يسحب إلكترونات الأنيون المجاور ويشوه شكله — وهذا هو الاستقطاب. تشوه الأنيون الكبير (أيون الكربونات أو النترات) يُضعف رابطة داخله، مما يجعل المركب يتحلل بسهولة أكبر.

نزولاً في المجموعة، يصبح الكاتيون أكبر. تنخفض كثافة شحنته، لذا يستقطب الأنيون أقل. يكون الأنيون أقل تشوهاً، لذا يصعب تحلل المركب — فهو أكثر استقراراً حرارياً ويحتاج إلى درجة حرارة أعلى للتحلل.

سيناريوهان: كاتيون مغنيسيوم صغير يشوه سحابة إلكترونات أنيون الكربونات بشدة لتأخذ شكل قطرة دمعة، بينما كاتيون باريوم كبير لا يشوهها تقريباً
الكاتيون الصغير له كثافة شحنة عالية، لذا يشوه (يستقطب) الأنيون الكبير أكثر — مما يضعفه، ليصبح المركب أقل استقراراً

مثال محلول. نزولاً في المجموعة 2 تصبح الهيدروكسيدات أكثر ذوبانية بينما تصبح الكبريتات أقل ذوبانية. اشرح لماذا يسير هذان الاتجاهان في اتجاهين متعاكسين. الذوبانية هي صراع بين طاقة الشبكة البلورية التي تمسك المادة الصلبة معاً وطاقة الإماهة التي تكافئ الأيونات على الذوبان. كلاهما يصبح أقل تطابقاً (exothermic) كلما كبر الكاتيون، لذا فإن أيهما ينخفض أسرع يحدد الاتجاه. مع أيون الهيدروكسيد الصغير، تعتمد طاقة الشبكة البلورية بقوة على حجم الكاتيون، لذلك تنخفض أسرع من طاقة الإماهة: تصبح الشبكة أسهل نسبياً في التكسر وتزداد الذوبانية. أما مع أيون الكبريتات الكبير، فقد تكون طاقة الشبكة البلورية مسيطرة بالفعل على هذا الأنيون الكبير ولا تتغير كثيراً نزولاً في المجموعة، بينما لا تزال طاقة إماهة الكاتيون تنخفض - لذا تقل الذوبانية. سمّ كلا الطاقين واذكر أيهما ينخفض أسرع؛ مجرد إعادة نص الاتجاهات لا يمنح علامات الشرح.

Explore · ⁨استكشف⁩

Group 2 thermal stability ladder · ⁨سلم الثبات الحراري للمجموعة 2⁩

Move down Group 2 and see why carbonates become harder to decompose. · ⁨انزل في المجموعة 2 وانظر لماذا تصبح الكربونات أصعب في التحلل.⁩

Explore · ⁨استكشف⁩

Group 2 solubility lab · ⁨مختبر ذوبانية المجموعة 2⁩

Classify Group 2 compounds by solubility trend. · ⁨صنّف مركبات المجموعة 2 حسب اتجاه الذوبانية.⁩

Vocabulary · ⁨مفردات⁩ Train · ⁨تدريب⁩
English العربية
thermal stability/ˈθɜːml stəˈbɪlɪti/ الثبات الحراري
nitrate/ˈnaɪtreɪt/ نترات
carbonate/ˈkɑːbəneɪt/ كربونات
cation/ˈkætaɪən/ أيون موجب
ionic radius/aɪˈɒnɪk ˈreɪdɪəs/ نصف قطر الأيون
polarisation/ˌpəʊləraɪˈzeɪʃn/ استقطاب
anion/ˈænaɪən/ أيون سالب
enthalpy change of solution/enˈθælpi tʃeɪndʒ ɒv səˈluːʃn/ تغير إنثالبي الحل
lattice energy/ˈlætɪs ˈenədʒi/ طاقة الشبكة البلورية
enthalpy change of hydration/enˈθælpi tʃeɪndʒ ɒv haɪˈdreɪʃn/ تغير إنثالبي الإذابة المائية
27.1

Solubility of the hydroxides and sulfates · ⁨ذوبانية الهيدروكسيدات والكبريتات⁩

English

When an ionic solid dissolves, two energy changes compete. The enthalpy change of solution 溶解焓变 is the sum of them:

$$\Delta H^{\ominus}_{\text{sol}} = -\Delta H_{\text{latt}} + \Delta H_{\text{hyd}}$$
  • you must first pull the lattice apart (this needs the lattice energy 晶格能).
  • then water surrounds the ions (this releases the enthalpy change of hydration 水合焓变).

If the energy released on hydration roughly matches (or beats) the energy needed to break the lattice, the solid dissolves easily.

Going down the group, both the lattice energy and the hydration enthalpy get smaller (less negative), because the cation is larger. But they shrink at different rates, and this explains the opposite trends:

Compound Trend in solubility 溶解度 down the group Why
hydroxides 氢氧化物 increases the $\text{OH}^-$ ion is small, so the lattice energy falls a lot down the group; this change outweighs the fall in hydration energy
sulfates 硫酸盐 decreases the $\text{SO}_4^{2-}$ ion is large, so the lattice energy stays almost the same; the fall in hydration energy then dominates, so dissolving becomes less favourable
العربية

عند ذوبان صلب أيوني، تتنافس تغيران في الطاقة. التغير في إنثالبي المحلول هو مجموعهما:

نزولاً في المجموعة 2 تزداد ذوبانية الهيدروكسيدات لكن تقل ذوبانية الكبريتات
النزول في مجموعة 2: الهيدروكسيدات تصبح أكثر ذوبانية بينما الكبريتات أقل ذوبانية
$$\Delta H^{\ominus}_{\text{sol}} = -\Delta H_{\text{latt}} + \Delta H_{\text{hyd}}$$
  • يجب أولاً تفكيك الشبكة (وهذا يتطلب طاقة الشبكة) .
  • ثم يحيط الماء بالأيونات (وهذا يحرر تغير إنثالبي الإماهة) .

إذا كانت الطاقة المحررة عند الإماهة تقارب (أو تفوق) الطاقة اللازمة لكسر الشبكة، يذوب الصلب بسهولة.

راسب هيدروكسيد النحاس(II) الجلدي الأزرق الفاتح
يتكون هيدروكسيد معدني غير قابل للذوبان كراسب جلدي عندما تكون طاقة شبكته كبيرة جداً مقارنة بطاقة الإماهة

نزولاً في المجموعة، كل من طاقة الشبكة وإنثالبي الإماهة يصبح أصغر (أقل سلبية)، لأن الكاتيون أكبر. لكنهما يتناقصان بمعدلات مختلفة، وهذا يفسر الاتجاهات المتعارضة:

صندوقان يقارنان بين الهيدروكسيدات والكبريتات: بالنسبة للهيدروكسيدات تنخفض طاقة الشبكة بشكل كبير، أما بالنسبة للكبريتات فتبقى ثابتة، مما يعطي اتجاهات ذوبانية متعاكسة
لماذا الاتجاهات متعارضة: طاقة شبكة OH$^-$ الصغيرة تنخفض كثيراً نزولاً في المجموعة (تذوب الهيدروكسيدات أكثر)، لكن طاقة شبكة SO$_4^{2-}$ الكبيرة لا تتغير تقريباً (تذوب الكبريتات أقل)
المركب اتجاه الذوبانية نزولاً في المجموعة السبب
الهيدروكسيدات تزداد أيون $\text{OH}^-$ صغير، لذا تنخفض طاقة الشبكة كثيراً نزولاً في المجموعة؛ هذا التغير يفوق انخفاض طاقة الإماهة
الكبريتات تقل أيون $\text{SO}_4^{2-}$ كبير، لذا تبقى طاقة الشبكة شبه ثابتة؛ بعدها تهيمن انخفاض طاقة الإماهة، فتصبح الذوبانية أقل ملاءمة
Vocabulary · ⁨مفردات⁩ Train · ⁨تدريب⁩
English العربية
solubility/ˌsɒljuːˈbɪlɪti/ ذوبانية
hydroxide/haɪˈdrɒksaɪd/ هيدروكسيد
sulfate/ˈsʌlfeɪt/ كبريتات
27.1

Exam tips · ⁨نصائح للامتحان⁩

English
  • Thermal stability of carbonates and nitrates increases down the group — larger cations polarise the anion less.
  • Give the decomposition products: carbonates → oxide + $\text{CO}_2$; nitrates → oxide + $\text{NO}_2$ + $\text{O}_2$ (brown gas).
  • Hydroxides get more soluble and sulfates less soluble down the group.
  • Explain trends with cation charge density (polarising power), not just size.
العربية
  • الاستقرار الحراري للكربونات والنترات يزداد نزولاً في المجموعة — الكاتيونات الأكبر تستقطب الأنيون أقل.
  • اذكر نواتج التحلل: الكربونات ← أكسيد + $\text{CO}_2$؛ النترات ← أكسيد + $\text{NO}_2$ + $\text{O}_2$ (غاز بني).
  • تزداد ذوبانية الهيدروكسيدات وتقل ذوبانية الكبريتات نزولاً في المجموعة.
  • اشرح الاتجاهات باستخدام كثافة شحنة الكاتيون (قوة الاستقطاب)، وليس الحجم فقط.

Interactive lessons on this topic · ⁨دروس تفاعلية حول هذا الموضوع⁩

Work through it step by step, with instant-check exercises. · ⁨ا-working عليه خطوة بخطوة، مع تمارين تحقق فوري.⁩

Past Papers · ⁨أوراق الامتحانات السابقة⁩

More topics in A-Level Chemistry · ⁨A-Level الكيمياء⁩ · ⁨المزيد من المواضيع في A-Level Chemistry · ⁨A-Level الكيمياء⁩⁩

Log in or create account · ⁨تسجيل الدخول أو إنشاء حساب⁩

IGCSE, A-Level & AP