تجربة ٣: كيمياء منضبطة

تلتهم النيران الأرضية الأشياء أيضًا بدرجة سريعة إلى حدٍّ ما، تتوقف على مدى قابلية الشيء نفسِه الذي تُداهمه النيران للاحتراق؛ ومن ثَم نجحَت العبقرية البشرية في اختراع مستحضَرات كيميائية لكبحِ نشاط النيران أو تثبيطه.

جيمس جويس، «صورة للرسام في شبابه»، ١٩١٥

ارتدِ نظارة الأمان الواقية. اغرف ملعقتَي طعام (٣٠ مليلترًا) من محلول خلات الحديد (محلول الخل مضاف إليه الصوف الفولاذي المُنحل المُدرَج في «قائمة المشتريات والمحاليل») في طبق بلاستيكي رقيق. أضف ملعقة شاي (٥ مليلترات) من النشادر. ينبغي أن يتحوَّل لون المحلول الناتجُ من اللون البرتقالي المائلِ للبني إلى الأخضر الداكن. الآن صُبَّ مِلعقة شاي (٥ مليلترات) من فوق أكسيد الهيدروجين. يتلوَّن المحلول الناتجُ بلونٍ أحمرَ قانٍ مثل لون الجلطة الدموية الشديدة الحُمرة.

ماذا حدث إذن؟ يستوعب الحديد — شأنُه في ذلك شأنُ النيتروجين — أعدادًا مختلفةً من الإلكترونات التي ترتبط بنواته. تُعبِّر حالة تأكسُد عنصرٍ ما في البيئة المتاحة — سواءٌ كان العنصرُ وحده أو أيونًا أو متَّحدًا في مركَّب — عن حمل العنصر من الإلكترونات في هذه البيئة. يتغيَّر الحديد في التجرِبة الحاليَّة بين حالتَين مختلفتَين للأكسدة وهي: أيون الحديديك (Fe3+ أو أيون ذو ثلاث شحنات موجبة بمعنى أنه يَفقد ثلاثةَ إلكترونات)، وأيون الحديدوز (Fe2+ أو أيون ذو شحنتَين موجبتَين بمعنى أنه يفقد إلكترونَين). ويُعتبَر فوق الأكسيد هو العاملَ الذي سبَّب حدوث التغيير في الحديد.
حديدوز + فوق أكسيد الهيدروجين حديديك + ماء + أوكسجين

تغير الحديد من أيون الحديدوز إلى أيون الحديديك؛ لأن فوق الأكسيد يجذب الإلكترونات بعيدًا عن الحديد. ويستخدم فوق أكسيد الهيدروجين الإلكترونات الزائدة ليتحول إلى ماء وغاز الأوكسجين الذي يخرج في شكل فقاقيع من المحلول أثناء التفاعل. ويأخذ المركب الذي يتكوَّن من الحديدوز والنشادر اللون الأخضر. وعندما يُغير فوق الأكسيد أيون الحديدوز إلى حديديك، يقوم النشادر الذي لا يزال في المحلول ولم يتغير بعد، بتكوين مركب أحمرَ مع الحديديك. ويُطلَق على تفاعلات مثل هذه عندما تكتسب العناصر إلكترونات أو تفقد بعضًا منها «تفاعلات الاختزال» (إذا اكتسبت إلكترونات) و«تفاعلات الأكسدة» (إذا فقدت إلكترونات). ولأن هذه النوعية من التفاعلات يجب أن تحدث في الوقت نفسِه؛ تُسمَّى النتيجة المشتركة بتفاعلات الأكسدة والاختزال، وهي فئة من التفاعلات ذاتُ أهمية في الماضي وفي الحاضر.

جميع الحقوق محفوظة لمؤسسة هنداوي © ٢٠٢٢