كيمياء العناصر الانتقالية تأليف عائض بن سعد الشهري/ الدكتور د.محمد الصالح د.حسين علي

الخواص العامة للعناصر الانتقالية . الخواص العامة للعناصر الانتقالية . تعريف العناصر الطبيعية واقسامها: هي تعرف بإنها العناصر التي تكون فيها مدارات d او f مملوءة جزئيا في اية حالة من حالات أكسدتها. هل تعتبر مجموعة IB وهي Cu, Ag, Au من العناصر الانتقالية ؟ تركيبها الاكتروني d10 nS1 n-1)) في الحالة الذرية السبب: ان هذة المدرات لاتكون كاملة الامتلاء في بعض حالات اكسدتها . مثال: Cu+2-------- البنية الاكترونية 3d9 Ag+2 ------------ البنية الاكترونية 4d9

هل تعتبر مجموعة IIB وهي Zn, Cd, Hg من العناصر الانتقالية ؟ تركيبها الاكتروني d10 nS2 n-1)) في الحالة الذرية السبب: ان هذة المدرات تكون كاملة الامتلاء في حالتها الذرية وفي حالات اكسدتها . مثال: Zn+2 -------------- البنية الاكترونية 3d10

Periodic Table

تقسم العناصر الانتقالية الى ثلاثة اقسام: عناصر المنطقة الرئيسية dمن الجدول الدوري أو العناصر الانتقالية (أ) عناصر الانثانيدات (ب) عناصر الاكتينيدات (ج)

تقسم العناصر الانتقالية الى ثلاثة اقسام: تبدأ العناصر الانتقالية بالسكانديوم((Sc وتركيبة الاكتروني 4S2 3d1 تبدأ العناصر الانتقالية الثانية بعنصر الليتريوم (Y) تنتهي بعنصر الفضة ((Agوتركيبة الاكتروني 5S2 4d9 تبدأ العناصر الانتقالية الثالثة بعنصر اللانثانيوم (La) وتركيبةالاكتروني 6S2 5d1 لايستمر امتلاء 5d وبالتالي فان الاكترونات في العناصر الاربعة عشر التالية تدخل في مدارات 4f ابتدا من عنصر السيريوم (Ce)وانتهاء بعنصر اللوتسيوم (Lu) في تركيبة الاكتروني 4f14 5d1 6S2 ويمكن اعتبار لانثانيوم واللتسيوم من عناصر المنطقة d ؟؟؟لان مدرات d مملؤة جزئيا وكل العناصر الخمسة عشر من لانثانيوم والتسيوم لها خواص كيميائية وفيزيائية متشابهة

تبدا زمرة الاكتينيدات بعنصر الاكتينيوم (Ac) وتركيبة الاكتروني 7S2 6d1 وهكذا ولأسباب عملية تبدأ السلسلة الانتقالية الثالثة بعنصر الها فنيوم ((Hf وتركيبة الاكتروني 6S2 5d2 وتنتهي بالذهب, وفي جميعها تكون مدرات 5d ممتلئة جزئيا سواء في الحالة الذرية (عدا الذهبAu ) او في حالة او اكثر من حالات اكسدتها. تبدا زمرة الاكتينيدات بعنصر الاكتينيوم (Ac) وتركيبة الاكتروني 7S2 6d1 الليتريوم Y والسكانديوم Sc مشابهة لخواص اللانثيدات ومختلف عن خواص بقية العناصر الانتقالية الرئيسية ولذلك تبحث مع عناصر اللانثيدات

الفروق بين اقسام العناصر الانتقالية الثلاثة هناك فرق مهم ناتج عن البنى الإلكترونية بين اقسام العناصر الانتقالية الثلاثة: العناصر الانتقالية الرئيسية أي عناصر المنطقة d تكون المدارات مملوءة جزئيا هي 5d, 4d, 3d تكون مدارات d هذه قريبة من السطح الخارجي للذرات أو لأيوناتها. وبالتالي فإن الإلكترونات التي تشغلها تتأثر بقوة ما يحيط بالأ يون. أما مدارات 4f في اللانثانيدات مدفونة على عمق كبير في ذراتها أو أيوناتها, والألكترونات التي تشغلها تكون محجوبة بواسطة الطبقات الالكترونية المملوءة (5s, 5p ) التي تعلوها.

اشكال المدرات d الخمسة واتجاها في الفراغ

أما مدارات 5f في الاكتينيدات وسطا بين النموذجين السابقين وذلك لان مدرات 5f غير محجوبة جيدا بقدر مدرات 4f ولكنها لاتقترب من السطح اقتراب مدرات d

اشكال المدرات f السبعة

الخواص المميزة للعناصر الانتقالية جميعها معادن وهي عملياً قاسية, متينة, ذوات درجات انصهار ودرجات غليان مرتفعة.ناقلة جيدة للحرارة و الكهرباء. العديد منها ذو كهربائية موجبة للحد الذي يكفي لتفاعلها مع الاحماض اللاعضوية. تشكل العناصر الانتقالية عدد كبيراً من الايونات الملونة والبارا المغناطيسية.

الخواص المميزة للعناصر الانتقالية تتصف أغلب عناصر السلاسل الانتقالية d بميل كبير لنشكيل ايونات معقدة ثابتة لماذا؟ بما ان الفرق في الطاقة الكلية بين الالكترونات d (n-1) والالكترونات ns صغير, فان الالكترونات من هذين المدارين تستعمل في التفاعلات الكيميائية. مدرات d فارغة تسمح بدخول الازواج الالكترونية للمرتبطات 4- لهذا تتصف اغلب العناصر الانتقالية بحالات اكسدة متعددة

التقلص اللانثانيدي Lanthanide Contraction هو التناقص الثابت والمهم في حجم الذرات او الايونات بازدياد العدد الذري في اللا نثانيدات وذلك من اللانثانيوم (La) ((1.60 A حتى اللوتسيوم (Lu) ((0.818 A والسبب: الى الحجب الغير الكامل الذي يحجب إلكتروناُ أخر في المدار نفسه ونراه بوضوح في مدارات 4f حيث حجب إلكترون لأخر غير جيد وذلك بسبب أشكال هذه المدارات. ففي كل انتقال من عنصر الى آخر تزداد الشحنة النووية الفعالة التي يتاثر بها كل الكترون من الكترونات 4f مما يسبب نقصاً في حجم كل طبقة 4f ومجموعها تؤلف التقلص اللانثانيدي نصف قطلر الايوني من 1.60 انجسنروم La +3 الى . و818 انجستروم لللايون Lu +3 يعني حوالي 0.21 تزدات الشحنة النووية الفعالة

التقلص اللانثانيدي Lanthanide Contraction ونتيجة لذلك : يكون نصف قطر الذرة لعنصر في السلسلة الانتقالية الثالثة مساوياً لنصف قطر الذرة او الايون الذي يعلوة مباشرة مثال : Ti+4 = 0.68 A0 Zr+4 = 0.74 A0 Hf+4 = 0.75 A0 لماذا التشابة الكيميائي بين العنصر الثاني والثالث في كل مجموعة؟؟؟؟

التشابة الكيميائي بين العنصر الثاني والثالث في المجموعة V+5 = 0.59 A0 Nb+5 = 0.70 A0 Ta+5 = 0.73 A0 Cr+6 = 0.52 A0 Mo+6 = 0.62 A0 W+6 = 0.65 A0

ملاحظات على عناصر السلسلة الانتقالية الأولى من Ti إلى Mn تقابل حالة الاكسدة العليا للعنصر4+ Ti إلى +Mn7, التي تصادف مع المركبات الاكسجينية اوالفلوريدات اوالكلوريدات, اما في حالة Ni, Co, Fe يصعب الحصول على حالات الأكسدة المرتفعة. في الأيونات السالبة الأكسيجينية (المميزة لحالات الأكسدة من IV حتى VII ) تحاط الذرة المركزية بذارات الاكسجين في نظام رباعي الوجوه, بينما في الأكاسيد ذات حالات الأكسدة حتى IV تتساند عادة الذرات في نظام ثماني الوجوه.

ملاحظات على عناصر السلسلة الانتقالية الأولى تزداد اصفة الحمضية للأكاسيد بازدياد حالة الأكسدة وتزداد الصفة التساهمية في الهاليدات وتصبح أكثر قابلية للتميؤ بالماء. اما في حالتي الأكسدة الثنائية والثلاثية تكون المعقدات في محلول مائي او بلورات إما رباعية أو سداسية

ملاحظات على عناصر السلسلة الانتقالية الأولى اما حالات الاكسدة الاقل من II (بإستثناء Cu+ ) مع مرتبطات تمتلك مدارات π فارغة مثل PCl3, NO), CO) تقدم كل مرتبطة زوجاً إلكترونياً إلى إحدى مدارات d الفارغة في الذرة المركزية وتشكل رابطة تساهمية. تشكل جميع العناصر من Ti الى حتى Cu مركبات ثنائية العنصر في حالة الاكسدة الثنائية مثل الاكاسيد و الهاليدات.