فلز انتقالي

يحمل المصطلح فلز انتقالي (يسمى أيضا عنصرا انتقاليا) في علم الكيمياء تفسيران ممكنان:

راجع أيضا العناصر الإنتقالية الداخلية ، وهذا إسم يطلق على أى من عناصر المستوى f .

لكل تفسير استخداماته وما يثبته. الأول بسيط وسهل التدوال. بينما تنبع خواص العناصر الانتقالية كمجموعة من قدرتها على المساهمة بإلكترونات تكافؤ المستوى الفرعى s قبل المستوى الفرعى d، وهذه الخاصية تتبعها كل عناصر المستوى الفرعى d فيما عدا الزنك والسكانديوم, ولذا فإنه يفضل استخدام التفسير الأكثر دقة لما له من فائدة في كثير من المواقف. ويتم المساهمة بإلكترونات الأوربيتال d بعد s لأنه بمجرد البدء في ملء الأوربيتال d بالإلكترونات فإنه يقترب من النواة، مما يجعل إلكترونات المستوى الفرعى s أبعد وبالتالي تكون الإلكترونات الخارجية.

Group   الدورة الرابعة الدورة الخامسة الدورة السادسة الدورة السابعة
3 (III B)   Sc 21 Y 39 Lu 71 Lr 103
4 (IV B)   Ti 22 Zr 40 Hf 72 Rf 104
5 (V B)   V 23 Nb 41 Ta 73 Db 105
6 (VI B)   Cr 24 Mo 42 W 74 Sg 106
7 (VII B)   Mn 25 Tc 43 Re 75 Bh 107
8 (VIII B)   Fe 26 Ru 44 Os 76 Hs 108
9 (VIII B)   Co 27 Rh 45 Ir 77 Mt 109
10 (VIII B)   Ni 28 Pd 46 Pt 78 Ds 110
11 (I B)   Cu 29 Ag 47 Au 79 Rg 111  
12 (II B)   Zn 30 Cd 48 Hg 80 Uub 112

الفلزات الإنتقالية هى العناصر الكيميائية الأربعين من 21 إلى 30 ، من 39 إلى 48 ، ومن 71 إلى 80 ، ومن 103 إلى 112 .وقد تم إستخدام إنتقالية من مكانها في الجدول الدوري . ففى كل دورة من الدورات الأربعة التى توجد فيها ، تمثل هذه العناصر إضافة ناجحة للإلكترونات في المدار d في الذرة . وعلى هذا فإن الفلزات الإنتقالية تمثل الحالة الإنتقالية بين عناصر المجموعة الثانية وعناصر المجموعة الثالثة عشر .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

الشكل الإلكتروني

عناصر المجموعة الرئيسية السابقة للمجموعة الإنتقالية في الشكل الدوري ( العناصر من 1 إلى 20 ) لا يوجد لها إلكترونات في المدار d ولكن في المدارات s ، d فقط . في الدورة الرابعة من السكانديوم إلى الزنك يمتلئ المستوى الفرعى d . فيما عدا مجموعة النحاس ومجموعة الكروم توجد عناصر المستوى الفرعي d في الحالة الأرضية حيث يوجد فيها إلكترونان في المستوى الفرعى s . الشكل الإلكتروني لعناصر المستوى الفرعي d كالتالى : ns2(n-1)d1-10 حيث n هى رقم الكم الرئيسي .

المدار s الخارجي لعناصر المستوى الفرعى d يكون في حالة طاقة أقل من طاقة المستوى الفرعى d للمستوى n-1 . ونظرا لأن الذرات تميل لأن تكون في أقل حالات الطاقة ، فإنه يتم ملئ المدرا s أولا ، ولكن النحاس (4s13d10) والكروم (4s13d5) هما إستثناء ويحتويان على إلكترون واحد في المدار الخارجي نظرا لحالة النصف إمتلاء والتى تكون أكثر ثباتا في الطاقة ( يحدث ذلك عند وجود 5 أو 10 إلكترونات في المدار d ) .

يحتوى السكانديوم على إلكترون وحيد في المدار d ، و إلكترونان في المدار s الخارجي . ونظلا لأن أيون السكانديوم Sc3+) لا يوجد به إلكترونات في المدار d أى أنه لا يمكن أن يكون ممتلئ جزيئا بالإلكترونات لهذا المدار ، ولذا فغنه لا يكون من الفلزات الإنتقالية لو طبقنا هذه القاعدة بالتحديد . وبالمثل ، الزنك فإنه لا يكون من الفلزات الإنتقالية نظرا لأنه يوجد كأيون Zn2+ ويحتوى على مدار d ممتلئ .


الخواص الكيميائية

تميل العناصر الإنتقالية لأن يكون لها عزم شد ، كثافة ، درجة حرارة غليان ودرجة حرارة ذوبان عالية . وكما يوجد في كثير من الفلزات الإنتقالية ، فإن هذا يرجع إلى قدرة إلكترونات المدار d على إعادة التمركز . فالمواد الفلزية ، كلما زادت فيها الإلكترونات المشاركة بين النويات ، كلما كان الفلز أقوى .

ويوجد عدة خواص عامة للفلزات الإنتقالية :

حالات التأكسد المختلفة

عند المقارنة مع عناصر المجموعة الثانية مثل الكالسيوم ، فإن العناصر الإنتقالية تكون أيونات بمدى واسع من حالات التأكسد . وتظهر حالات التأكسد العديدة للعناصر الإنتقالية نظرا لأن حالة الإمتلاء الجزئي في المستوى الفرعى d تمكن هذه العناصر من تقبل أو إعطاء الإلكترونات في التفاعلات الكيميائية . بينما يفقد أيون عنصر الكالسيوم أكثر من 2 إلكترون ، بينما يمكن للعناصر الإنتقالية أن تفقد حتى 9 إلكترونات . ويمكن الوصول لسبب هذا عن طريق دراسة المحتوى الحراري للتأين للمجموعتان . الطاقة اللازمة لتحريك إلكترون من الكالسيوم تكون قليلة حتى محاولة تحريك إلكترون من المستوى الفرعى التالى للمستوى s الخارجي والذى يحتوى 2 إلكترون . وفى الواقع فإن Ca3+ له محتوى حرارى مرتفع لدرجة أنه يحدث بندرة شديدة طبيعيا . بينما أى عنصر إنتقالي مثل الفانديوم له تقريبا زيادة خطيةفى المحتوى الحراري للتأين خلال إلكترونات المدارات s ، d ، نظرا لقرب الطاقة بين المدارات 3d و 4s . وعلى هذا فغن العناصر الإنتقالية غالبا ما توجد في فى حالات عالية .

يوضح هذا الجدول بعض حالات التأكسد في مركبات عناصر الفلزات الإنتقالية . المرجع Oxtoby 2002 .

يمكن ملاحظة ظهور إتجاه معين يظهر هلال الدورة للعناصر الانتقالية:

  • يزيد رقم التأكسد لكل أيون حتى الوصول للمنجنيز ، والذى يرجع بعده هذا الرقم للنقصان. وهذا النقصان راجع للجذب الزائد من البروتونات الموجودة في النواة للإلكترونات, مما يجعلها صعبة الإنفصال.
  • عند وجود العناصر في حالات التأكس المنخفضة ، يمكن أن يتواجدوا على هيئة أيونات بسيطة. ولكن عند التواجد في حالات التأكسد الأعلى فإنها غالبا ما تكون مرتبطة تساهميا لمركبات لها سالبية كهربية مثل O ، F ، ويوجد هذا في الأيونات متعددة الذرات مثل الكرومات والفانيدات والبيرمنجنات.

الخواص بعد النظر إلى ثبات حالة التأكسد:

  • كلما زادت حالة التأكسد كلما قل ثبات العناصر خلال الدورة .
  • تميل العناصر ذات حالات التأكسد العالية لتكون عومال مؤكسدة جيدة ، بينما تميل العناصر ذات حالات التأكسد النمنخفضة لأن تكون عتصبح عوامل مؤكسدة أكثر عند الإنتقال من عنصر إلى أخر خلال الدورة .مختلفة */

وامل مختزلة.

  • الأيونات +2 خلال الدورة تبدأ بكونها عامل مخنزل قوي ، وتصبح أكثر ثباتا عند الإنتقال من عنصر إلى أخر خلال الدورة.
  • الأيونات +3 تبدأ ثابتة.

النشاط الحفزي

تكون الفلزات الإنتقالية عوامل حفازة جيدة سواء كانت متجانسة أو غير متجانسة ، فمثلا الحديد هو العامل الحفاز في عملية هابر . كما يستخدم النيكل أو البلاتين في عملية هدرجة الألكينات .

المركبات الملونة

يمكن للعين البشرية تمييز اللون خلال التردد المرئى للأشعة الإلكترومغناطيسية للطيف الإلكترومغناطيسي . ويكون هناك عديد من الألوان ناتجة من التغير في تركيب الضوء بعد إنعكاسه أو أمتصاصه عند إصطدامه بأى مادة . ونظرا لأن لتركيب الفلزات الإنتقالية ، فغنها تكون مركبات وأيونات ملونه . كما أن اللون يتغير للعنصر الواحد خلال أيوناته المختلفة MnO</nowiki>4- ( المنجنيز في حالة التأكسد +7 ) مركب أرجواني اللون ، بينما Mn2+ لونه قرنفلى شاحب .

يمكن بإستخدام تكون المركبات المعقدة تحديد اللون في العناصر الإنتقالية . وهذا نظرا لتأثير الليجندات على المدار 3d . تقوم الليجندات بجذب بعض إلكترونات المدار 3d وتقسمهم إلى مجموعات أعلى وأقل في الطاقة . يمكن للإشعاع الإلكترومغناطيسي أن يلاحظ لو أن تردده يتناسب مع فرق الطاقة بين حالتى الطاقة الموجودتان في الذرة ( طبقا للمعادلة e=hf ) عندما يصطدم الضوء بذرة والتى يكون الدارد 3d فيها منقسم ، يتم ترقية بعض الإلكترونات إلى مستوى طاقة أعلى . وبالتالى نظرا لأنه يمكن إمتصاص عديد من ترددات الضوء فإنه ينتج من ذلك عديدي من الألوان في المنركبات المعقدة .

يعتمد اللون في المركب المعقد على التالى :

  • نوع أيون الفلز ، وبالتحديد عدد الإلكترونات في المدار d .
  • ترتيب الليجندات حول أيون الفلز ( فمثلا يمكن للنظائر الفراغية ).
  • طبيعة الليجند الحيط بإيون الفلز . فكلما زذدات قوة الليجند كلما زادت فروق الطاقة بين مجموعتى 3d المنفصلتين .

المركب المعقد المتكون من المدار d في عنصر الزنك ( والذى لا يعتبر عنصر إنتقالي ) لا لون له ، نظرا لأن المارد 3d ممتلئ ، لا توجد إلكترنات قابلة للحركة لمستوى طاقة أعلى .


. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

المصادر

  • ويكيبيديا الإنجليزية.