كتب عناصر النقل

العناصر الانتقاليّة

تعبّر العناصر الانتقاليّة عن العناصر الكميائيّة التي تحمل إلكترون تكافؤ؛ ويُشير مفهوم إلكترون التكافؤ إلى الإلكترون الذي يمكنه الاشتراك لتكوين روابط كيميائيّة بهيكلين اثنين بدلاً من واحد، وأمّا كلمة الانتقاليّة فتوضّح التشابه الحاصل بين البنيّة الذريّة والخصائص الناتجة من العناصر المحددة؛ حيث إنها لا تحمل دلالة كيميائيّة بحد ذاتها، وتشترك العناصر الانتقاليّة جميعها بأنّها عناصر معدنيّة؛ حيث إنّها تضم أكثر العناصر شهرةً في الجدول الدّوري ومنها الذّهب، والحديد، والفضّة، والنّحاس، والزئبق، والزّنك، والنيكل، والكروم، والبلاتينيوم، بالإضافة لوجود بعض العناصر الانتقاليّة الاخرى أقل شهرةً من العناصر السابقة وعلى الرّغم من أنّها تلعب دوراً بصناعة العديد من التطبيقات الصناعيّة كالتيتانيوم، والمغنيسيوم، والزركونيوم، والتنغستون، والفاناديوم، والموليبدينوم، والبلاديوم. ويعتبر عنصر التكنيتيوم العنصر المميّز بين العناصر الانتقاليّة؛ حيث اكتُشف من قِبل العالمين الفيزيائيّين الإيطاليّين كارلو بيرير، وإيميليو سيرجي، ويعود سبب تميّز إلى أنّه لا يمكن أن يحدث في الطبيعة، وقد اكتُشف في المختبر عن طريق تفاعل سيكلوترون عام 1937م.

اكتشاف العناصر الانتقاليّة

تنتشر العناصر الكيميائيّة في القشرة الأرضيّة كالتيتانيوم، والمغنيسيوم، والزكينيوم، والفاندوم، والكروم بقدر 100 غرام لكل طن، ويعتبر الحديد أحد أكثر العناصر الانتقاليّة وجوداً في القشرة الأرضيّة، حيث يعدّ العنصر الرابع الأكثر وجوداً بين جميع العناصر الأخرى، والثاني بعد الألومنيوم بين العناصر المعدنيّة في القشرة الأرضيّة، وهناك أيضاً بعض العناصر الانتقاليّة المهمّة كالتنغستون، والبلاتينيوم، والذّهب، والفضّة توجد بكمياتٍ قليلةٍ في القشرة الأرضيّة. وعُرفت أربعة عناصر انتقاليّة وهي الحديد، والنّحاس، والفضّة، والذّهب في العصور القديمة، وفي أوائل القرن الثامن عشر اكتُشفت باقي العناصر الانتقاليّة، واكتُشف الرينيوم وهو أحدث العناصر الانتقاليّة المكتشفة في عام 1925م بين خامات البلاتينيوم. ويعتبر التكنيتيوم هو العنصر الوحيد التّابع إلى مجموعة كتلة د والذي لم يُعزل عن القشرة الأرضيّة، وذلك لأّن جميع نظائر هذا العنصر إشعاعيّة، بالإضافة إلى أنّ نصف حياة النظائر المستقّرة لهذا العنصر قصيرة جداً لإطلاق التكنيتيوم الأساسي في القشرة الأرضيّة، فالادعاءات الخاصّة بعزل العنصر عن القشرة الأرضيّة خاطئة، إلّا أنّه يمكن عزل العنصر بكميات معقولة.

خصائص العناصر الانتقاليّة

تمتلك العناصر الانتقاليّة خصائص معينة:

صفات العناصر الانتقالية

ما يلي صفات العناصر الانتقاليّة:

• تتميّز العناصر الانتقاليّة بأنّها معدنيّة، هو التشابه البارز بين العناصر الانتقالية الأربعة والعشرون جميعها، ويتميّز معظمها بالصلابة، والقوّة، واللمعان؛ حيث إنّ معظم المعادن بيضاء اللون أو ضاربة إلى الرمادي كالحديد والفضّة، أمّا النحاس والذهب فلهما ألواناً مميزةً لا توجد بين العناصر الأخرى بالجدول الدوريّ.
• تتّصف العناصر الانتقاليّة بامتلاكها لدرجة غليان، ودرجة الانصهار، حيث إنّ درجات الذوبان والغليان الخاصّة بها عالية، باستثناء عنصر الزئبق الذي يكون في الحالة السائلة في درجة حرارة الغرفة.
• تعتبر العناصر الانتقاليّة موصلات جيّدة للحرارة والكهرباء، ونتيجةً لمدى توافق هذه الخصائص كبير؛ فإنّ التقارير الناتجة يمكن مقارنتها مع الخصائص العامّة للعناصر الأخرى.
• تعتبر العديد من العناصر الانتقاليّة مهمّة في مجال التكنولوجيا كاستخدام التيتانيوم، والحديد، والنيكل، والنحاس للبناء، وتكنولوجيا الكهرباء، بالإضافة إلى مساهمة هذه العناصر في تكوين العديد من السبائك المفيدة فيما بينها، وبين العناصر المعدنيّة الأخرى.
• تذوب معظم هذه العناصر بالأحماض المعدنيّة، ولكن هناك القليل منها كالبلاتينيوم، والفضّة، والذّهب لا تتأثّر بالأحماض البسيطة غير مؤكسدة، وتعتبر عناصر نبيلة.
• تتميّز المعادن الانتقاليّة بمرونتها؛ لذلك يسهل طرقها، وتشكيلها، وثنيها.
• تمتلك العناصر الانتقاليّة طاقة تأيّن قليلة.
• تُشكّل العناصر الانتقاليّة مركّبات الألوان؛ وبالتالي فإنّ المركّبات الناتجة منها والمحاليل قد تكون ملوّنة، وذلك نتيجةً لتقسيم هذه المركّبات مدار (d) إلى مستويات طاقة ثانويّة، مما يسمح لها بامتصاص أطوال موجيّة معيّنة من الضوء، ونتيجةً لحالات التأكسّد المختلفة؛ فيمكن لعنصرٍ واحدٍ أن ينتج مركبات ومحاليل بألوان كثيرة جداً.
• على الرّغم من تفاعليّة العناصر الانتقاليّة؛ إلّا أنها ليست تفاعليّة بقدر العناصر المنتمية إلى مجموعة معادن الفلزّات القلويّة.
• تشكّل العديد من العناصر الانتقاليّة مركبات فيرمغناطيسيّة؛ (بالإنجليزيّة: paramagnetic).

روابط العناصر الانتقاليّة

تكوّن جميع العناصر الانتقاليّة روابط مستقرّة في واحدة أو أكثر من حالات الأكسدة الأساسيّة.

ترتيب العناصر الانتقاليّة

قد تكون العناصر الانتقاليّة مقسّمة تبعاً لبنية الإلكترونات في الذرّة عبر ثلاثة سلاسل انتقاليّة أساسيّة تسمّى السلسلة الانتقاليّة الأولى، والثانيّة، والثالثة، وسلسلتان داخليتان يُطلق عليهما اللانثانيدات، والاستونيد، حيث تبدأ السلسلة الأولى الرئيسيّة بالسكاديوم، أو التيتانيوم، وتنتهي بعنصر الزنك، وتحتوي السلسلة الثانيّة على عناصر الإيتروم، والكاديوم، أمّا السلسلة الثالثة فتمتد من عنصر اللنثانوم إلى الزئبق، وتعتبر هذه السلاسل الانتقاليّة الأساسيّة من ضمن مجموعة الثلاثون عنصراً والتي يُطلق عليها أحياناً عناصر كتلة د الانتقاليّة؛ وذلك لأنّ كل من السكاديوم، والإيتروم، واللنثانوم لا تشكّل روابطاً كيميائيّةً مشابهةً للروابط الناشئة من العناصر الانتقاليّة الأخرى وذلك لأنّ طبيعة تلك العناصر تُشبه اللانثانيدات التي تُستبعد من العناصر الانتقاليّة الأساسيّة، ويشبه ذلك الأمر التعامل المختلف مع عناصر الزّنك، والكاديوم، والزئبق بسبب احتوائها على خصائص مميّزة. وتبدأ السلسلة الأولى الداخليّة من السيريوم إلى اللوتيتيوم، وبسبب تشابه هذه العناصر مع اللانثانوم تقريباً يُطلق عليها اسم اللانثانيدات، بالإضافة لاعتبار عنصر اللنثانوم واحداً من اللانثانيدات أحياناً، أمّا سلسلة الاستونيد فتحتوي على 15 عنصراً تبدأ من عنصر الأكتينيوم وتنتهي بعنصر اللورانسيوم، وتتميّز هذه العناصر الانتقاليّة الداخليّة بأنّها تُغطّى تحت عناصر أرضيّة نادرة، وعناصر الأستونيد.

موقع العناصر الانتقالية في الجدول الدّوري

يمكن فهم الموقع التقريبيّ للعناصر الانتقاليّة بالجدول الدّوري، وصفاتها الفيزيائيّة، والكيميائيّةعن طريق بنية الإلكترونات، والتي تختلف عند زيادة العدد الذريّ.