المواد المتفاعلة مع الماء

المواد المتفاعلة مع الماء ^{[ 1 ]} هي تلك التي تتفاعل تلقائيًا مع الماء، وغالبًا ما ينتج عنها غاز قابل للاشتعال. ^{[ 2 ]} بعضها ذو طبيعة اختزالية عالية. ^{[ 3 ]} ومن الأمثلة البارزة على ذلك الفلزات القلوية ، من الليثيوم إلى السيزيوم ، والفلزات القلوية الترابية ، من المغنيسيوم إلى الباريوم .

بعض المواد المتفاعلة مع الماء قابلة للاشتعال التلقائي ، مثل المركبات العضوية الفلزية وحمض الكبريتيك. يُنصح باستخدام قفازات مقاومة للأحماض وواقي للوجه لضمان التعامل الآمن معها؛ كما تُعدّ شفاطات الأبخرة وسيلة فعّالة أخرى للتحكم في هذه المواد. ^{[ 4 ]}

تُصنّف توصيات الأمم المتحدة بشأن اللوائح النموذجية لنقل البضائع الخطرة المواد المتفاعلة مع الماء ضمن الفئة 4.3 (المواد التي تُطلق غازات قابلة للاشتعال عند ملامستها للماء). وقد اعتمدت دول العالم لوائح الأمم المتحدة النموذجية في لوائحها الخاصة بنقل البضائع الخطرة، سواءً للنقل الدولي أو المحلي براً وجواً وبحراً. وفي المربع الأبيض لرمز اللهب في معيار NFPA 704 ، وفي سياقات مماثلة، يُرمز لها بالحرف " W ". ويُعدّ تصنيف المواد كمواد متفاعلة مع الماء عاملاً مهماً في ضمان سلامة عمليات مكافحة الحرائق والنقل. ^{[ 5 ]}

جميع المواد الكيميائية التي تتفاعل بقوة مع الماء أو تطلق غازًا سامًا عند ملامستها للماء معترف بها لطبيعتها الخطرة في "قائمة التوريد المعتمدة"، ^{[ 6 ]} أو قائمة المواد التي يغطيها التشريع الدولي بشأن المخاطر الرئيسية، ^{[ 7 ]} والتي يستخدم العديد منها بشكل شائع في عمليات التصنيع.

تُعد المعادن القلوية (Li، Na، K، Rb، Cs، و Fr) أكثر المعادن تفاعلاً في الجدول الدوري - فهي تتفاعل جميعها بقوة أو حتى بشكل انفجاري مع الماء البارد، مما يؤدي إلى إزاحة الهيدروجين.

يتأكسد فلز المجموعة 1 (M) إلى أيوناته المعدنية ، ويختزل الماء إلى غاز الهيدروجين (H2 ₎ وأيون الهيدروكسيد (OH− ⁾ ، مما يعطي معادلة عامة هي:

2 M(s) + 2 H ₂ O(l) ⟶ 2 M ⁺ (aq) + 2 OH ⁻ (aq) + H ₂ (g) ^{[ 8 ]}

تصبح فلزات المجموعة الأولى أو الفلزات القلوية أكثر تفاعلاً مع زيادة عدد مستويات الطاقة الخاصة بها.

تُعدّ الفلزات القلوية الترابية (البريليوم، والمغنيسيوم، والكالسيوم، والسترونتيوم، والباريوم، والراديوم) ثاني أكثر الفلزات نشاطًا في الجدول الدوري، ومثل فلزات المجموعة الأولى، يزداد نشاطها مع ازدياد عدد مستويات الطاقة. البريليوم (Be) هو الفلز القلوي الترابي الوحيد الذي لا يتفاعل مع الماء، مع أنه يتفاعل مع البخار عند تسخينه إلى درجات حرارة عالية كافية. ^{[ 9 ]} إضافةً إلى ذلك، يمتلك البريليوم طبقة أكسيد خارجية مقاومة تُقلل من نشاطه عند درجات الحرارة المنخفضة.

يُظهر المغنيسيوم تفاعلاً ضئيلاً مع الماء، ولكنه يحترق بشدة مع البخار أو بخار الماء لإنتاج أكسيد المغنيسيوم الأبيض وغاز الهيدروجين: ^{[ 10 ]}

Mg(s) + H ₂ O(g) ⟶ MgO(s) + H ₂ (g)

يتفاعل المغنيسيوم بشكل طفيف مع الماء البارد. هذا التفاعل قصير الأمد لأن طبقة هيدروكسيد المغنيسيوم المتكونة على سطح المغنيسيوم تكاد تكون غير قابلة للذوبان في الماء، مما يمنع استمرار التفاعل.

Mg(s) + 2H ₂ O(l) ⟶ Mg(OH) ₂ (s) + H ₂ (g) ^{[ 11 ]}

ينتج عن تفاعل المعدن مع الماء البارد هيدروكسيد المعدن وغاز الهيدروجين. أما إذا تفاعل المعدن مع البخار، مثل المغنيسيوم، فينتج أكسيد المعدن نتيجة لتفكك هيدروكسيدات المعادن عند التسخين. ^{[ 12 ]}

هيدروكسيدات الكالسيوم والسترونتيوم والباريوم قابلة للذوبان في الماء بشكل طفيف فقط، لكنها تنتج أيونات هيدروكسيد كافية لجعل الوسط قاعديًا ، مما يعطي معادلة عامة كالتالي:

M(s) + 2 H ₂ O(l) ⟶ M(OH) ₂ (aq) + H ₂ (g) ^{[ 13 ]}

يتفاعل الراديوم بشكل مشابه لبقية فلزات القلويات الترابية (باستثناء المغنيسيوم)، مُكَوِّنًا هيدروكسيد الراديوم وغاز الهيدروجين. ^{[ 14 ]} والجدير بالذكر أن هيدروكسيد الراديوم هو الأكثر ذوبانًا بين جميع أنواع هيدروكسيدات فلزات القلويات الترابية. ^{[ 15 ]}

• إذا تفاعلت المعادن مع الماء البارد، يتم إنتاج الهيدروكسيدات .
• إذا تفاعلت المعادن مع البخار، تتشكل الأكاسيد .

ينتج الهيدروجين دائمًا عندما يتفاعل المعدن مع الماء البارد أو البخار. ^{[ 16 ]}

سُميت الهالوجينات بهذا الاسم لقدرتها على تكوين الأملاح ، وتكوين العديد من الأحماض القوية البسيطة مع الهيدروجين. من بين الهالوجينات الأربعة المستقرة، يمتلك الفلور والكلور فقط جهد اختزال أعلى من جهد اختزال الأكسجين ، مما يسمح لهما بتكوين حمض الهيدروفلوريك وحمض الهيدروكلوريك مباشرةً من خلال التفاعل مع الماء. ^{[ 17 ]} يُعد تفاعل الفلور مع الماء خطيرًا للغاية، إذ أن إضافة غاز الفلور إلى الماء البارد تُنتج حمض الهيدروفلوريك وغاز الأكسجين والأوزون . [ ^{18 ] مع} ذلك، فإن هذا التفاعل بطيء نسبيًا. ^{[ 19 ]}