العناصر الانتقالية والسلسلة الأولى

خريطة مفاهيمية ذكية تلخص التوزيع الإلكتروني، الخواص الكيميائية، الأهمية الاقتصادية، والمفاهيم المحورية.

فهرس الفروع:

الكيمياء غير العضوية — الباب الأول

العناصر الانتقالية والسلسلة الأولى

عناصر الفئة (d) التي يتتابع فيها امتلاء المستوى الفرعي (d) بالإلكترونات وتتميز بتعدد حالات التأكسد والنشاط الحفزي.

الشرط الأساسي: المستوى الفرعي (d) مشغول بالإلكترونات وغير تام الامتلاء (d¹ : d⁹) في الذرة أو أي أيون

ماهية العناصر الانتقالية

التعريف العلمي والشرط البنائي

عنصر يتتابع فيه امتلاء المستوى الفرعي (d) بالإلكترونات، بشرط أن يكون مشغولاً وغير ممتلئ تماماً سواء في الحالة الذرية أو في إحدى حالات تأكسده.

السعة: 1 إلى 9 إلكترونات في d استثناء: الزنك (Zn) غير انتقالي لامتلاء d¹⁰ تماماً

الموقع في الجدول الدوري الحديث

تقع في المنطقة الوسطى للجدول الدوري بين الفئتين s و p، وتفصل بين المجموعتين الرئيستين (IIA) و (IIIA).

10 أعمدة رأسية 8 مجموعات كيميائية المجموعة الثامنة (VIII) تضم 3 أعمدة

السلاسل الانتقالية الرئيسية الأربع

أربع سلاسل أفقية يتتابع فيها امتلاء المستويات الفرعية (3d, 4d, 5d, 6d).

السلسلة 1: الدورة 4 (3d) من Sc إلى Zn السلسلة 2: الدورة 5 (4d) من Y إلى Cd السلسلة 3: الدورة 6 (5d) من La إلى Hg السلسلة 4: الدورة 7 (6d) من Ac إلى Rf

عناصر السلسلة الأولى

قائمة العناصر والترتيب الذري (Z = 21 : 30)

عشرة عناصر متتابعة تبدأ بالسكانديوم وتنتهي بعنصر الخارصين.

Sc (21) Ti (22) V (23) Cr (24) Mn (25) Fe (26) Co (27) Ni (28) Cu (29) Zn (30)

التوزيع الإلكتروني وشذوذ الاستقرار

القاعدة العامة للتوزيع هي [Ar] 4s² 3dˣ مع وجود شذوذ لتحقيق طاقة استقرار إضافية (نصف ممتلئ أو تام الامتلاء).

القاعدة العامة: [Ar] 4s² 3dˣ الكروم Cr: [Ar] 4s¹ 3d⁵ (نصف ممتلئ) النحاس Cu: [Ar] 4s¹ 3d¹⁰ (تام الامتلاء)

تعدد وتدرج حالات التأكسد

تتميز بخروج إلكترونات 4s أولاً لكونها الأبعد عن النواة ثم يتتابع خروج إلكترونات 3d المتقاربة معها في الطاقة.

السبب: تقارب طاقتي المستويين 4s و 3d أعلى تأكسد: يتصاعد حتى Mn (+7) ثم يتناقص الحالة الشائعة لمعظم العناصر: +2

استثناءات شائعة:

السكانديوم يعطي حالة وحيدة (+3) مباشرة، بينما التيتانيوم حالته الأكثر استقراراً هي (+4).

الأهمية الاقتصادية للعناصر

السكانديوم (Sc) والتيتانيوم (Ti)

عناصر الصلابة ومقاومة الحرارة العالية والصناعات الفضائية والطبية.

Sc + Al: سبيكة طائرات الميج المقاتلة Ti: صلب خفيف للطائرات والزرعات الطبية TiO₂: واقيات أشعة الشمس الفوق بنفسجية

الفاناديوم (V) والكروم (Cr)

عناصر مقاومة التآكل والصدأ، صناعة السبائك الفولاذية والطلاء.

V + الصلب: زنبركات سيارات شديدة القساوة V₂O₅: عامل حفاز بحمض الكبريتيك وسيراميك Cr: طلاء المعادن ودباغة الجلود والأصباغ سبائك: الفولاذ المقاوم للصدأ والنيكل-كروم

المنجنيز (Mn) والحديد (Fe)

قاعدة الصناعات الثقيلة وعوامل الحفز الحيوية والصناعية.

Mn: هش في نقائه / سبائك قضبان السكك الحديدية مركبات Mn: عمود جاف (MnO₂) ومطهر (KMnO₄) Fe: عصب الصناعات الإنشائية والفولاذ حفاز Fe: هابر-بوش (نشادر) وفيشر-تروبش (وقود)

الكوبلت (Co) والنيكل (Ni)

المغناطيسات والبطاريات الحديثة وعمليات الحفز والتطبيقات الطبية.

Co: بطاريات أيون الليثيوم وفيتامين B₁₂ كوبلت-60 المشع: علاج الأورام وكشف الشقوق Ni: طلاء المعادن وهدرجة الزيوت صناعياً بطاريات النيكل-كادميوم القابلة للشحن

النحاس (Cu) والزنك (Zn)

التوصيل الكهربائي العالي وسبائك العملات وحماية المعادن من التآكل.

Cu: أسلاك الكهرباء (أول فلز عرفه الإنسان) سبائك Cu: النحاس الأصفر (مع Zn) والبرونز Zn: جلفنة أسطح الحديد لحمايتها من الصدأ مركبات Zn: أكسيد الخارصين ZnO وكبريتيد ZnS

مصطلحات وأخطاء شائعة

مصطلحات ومفاهيم جوهرية

مفاهيم كيميائية دقيقة تلزم للإجابة النموذجية في الامتحان.

العنصر الانتقالي: d غير مكتمل بالذرة أو الأيون المستوى d: يتسع لـ 10 إلكترونات (5 أوربيتالات) حالة التأكسد: الشحنة التقديرية للذرة بالمركب الجلفنة: غمس الحديد بمصهور الزنك ضد الصدأ

تصحيح مفاهيم وأخطاء شائعة

أخطاء يقع فيها الطلاب في أسئلة التعليل والاختيار من متعدد.

انتبه جيداً: (1) ليست كل عناصر السلسلة انتقالية؛ الزنك (Zn) عنصر غير انتقالي لامتلائه التام (d¹⁰). (2) كلوريد الكوبلت المائي (وردي) للحبر السري، بينما اللامائي (أزرق) للكشف عن الرطوبة. (3) النحاس أكثر الفلزات استخداماً بالأسلاك لكفاءته، ولكن الألومنيوم يستخدم أيضاً في خطوط الجهد العالي.