خصائص وتفاعلات العناصر ومركبات عناصر الكتلة D - الجلسة 1

العناصر الانتقالية هي مجموعة من العناصر الكيميائية الموجودة في منتصف الجدول الدوري. وتعرف أيضًا بالمعادن الانتقالية لأنها تمتلك خصائص فريدة تسمح لها بالانتقال من حالة إلى أخرى. إنها تتواجد بين عناصر الكتلة s و p. تتضمن عناصر الانتقال عناصر الكتلة d وعناصر الكتلة f. يدخل الإلكترون الأخير في عناصر الكتلة d إلى المدار d. يدخل الإلكترون الأخير في عناصر الكتلة f إلى المدار f. بعض الأمثلة على عناصر الانتقال من الكتلة d تشمل الحديد والنحاس والنيكل والزنك.

من أهم خصائص العناصر الانتقالية هي قدرتها على تكوين أيونات ذات شحنات مختلفة. يرجع ذلك إلى أنها تحتوي على إلكترونات في مستوى الطاقة الخارجي والتي ليست مرتبطة ارتباطًا وثيقًا بالذرة. يمكن بسهولة فقدان أو اكتساب هذه الإلكترونات، مما يؤدي إلى تكوين أيونات مختلفة ذات شحنات مختلفة. على سبيل المثال، يمكن للتيلوريوم تكوين أيونات ذات حالات أكسدة مختلفة. يمكن أن تشكل Ti⁺³و Ti⁺⁴ ionالأيونات.

تُعرف عناصر الكتلة d، المعروفة أيضًا بالمعادن الانتقالية، بنشاطها التحفيزي. وهذا يعني أنها قادرة على تسريع التفاعلات الكيميائية دون أن يتم استهلاكها. ومن الأمثلة على ذلك استخدام الحديد في عملية هابر. يتم استخدام عملية هابر لإنتاج الأمونيا من غازي النيتروجين والهيدروجين. يعمل الحديد كمحفز لتسريع التفاعل. إنه يسمح للتفاعل بأن يحدث عند درجات حرارة وضغوط أقل مما هو مطلوب عادة.

تتمتع عناصر الكتلة D بنشاط تحفيزي بسبب تكوينها الإلكتروني الفريد. تحتوي هذه الجزيئات على مدارات d مملوءة جزئيًا، مما يسمح لها بتكوين روابط مؤقتة مع جزيئات أخرى. تمكنها هذه الخاصية من التفاعل مع جزيئات أخرى وتسهيل التفاعلات الكيميائية عن طريق خفض طاقة التنشيط اللازمة لحدوث التفاعل. بالإضافة إلى ذلك، غالبًا ما تحتوي عناصر الكتلة d على حالات أكسدة متعددة. هذه الخاصية تجعلها فعالة بشكل خاص في تفاعلات الأكسدة والاختزال.

المجمعات التنسيقية هي جزيئات تحتوي على ذرة معدنية مركزية أو أيون محاط بجزيئات أو أيونات أخرى تسمى الربيطة. وتعرف أيضًا باسم مركبات التنسيق. تتكون المجمعات التنسيقية من المعادن الانتقالية. تشكل الربيطة روابط إحداثية مع أيون المعدن. مثال على مجمع التنسيق هو [Fe(H₂O)₆]⁺². فهو يحتوي على Fe⁺²ionفي الوسط محاط بستة H₂Oالجزيئات.

تشكل جزيئات الماء روابط إحداثية مع أيون الحديد عن طريق التبرع بزوج من الإلكترونات إلى الحديد لتكوين مركب مستقر. الرقم التنسيقي للأيون المعدني في معقد تنسيقي هو عدد الربيطة التي تحيط بالأيون المعدني المركزي. رقم تنسيق الحديد في [Fe(H₂O)₆]⁺²هو ستة. يرجع ذلك إلى أن أيون الحديد المركزي محاط بستة ربيطات مائية.

كما نعلم أن الربيطة هي الجزيئات أو الأيونات التي تحيط بالأيون المعدني المركزي وتشكل رابطة تساهمية إحداثية معه. يمكن للربيطة أن تشكل أكثر من رابطة تساهمية إحداثية. يعتمد ذلك على عدد أزواج الإلكترونات الوحيدة التي يستطيع الربيطة التبرع بها. عندما يكون الربيطة قادرة على التبرع بزوج واحد فقط من الإلكترونات، يطلق عليها اسم الربيطة أحادية السن. مثال على الربيطة أحادية السن هو الأمونيا.

عندما يكون بإمكان الربيطة التبرع بزوجين وحيدين من الإلكترونات لتكوين رابطتين تساهميتين إحداثيتين مع أيون معدني مركزي، يطلق عليه اسم الربيطة ثنائية السن. مثال على الربيطة ثنائية السن هو إيثيلين ديامين. كما يمكننا أن نرى أن جزيء واحد من إيثيلين ديامين يحتوي على زوجين وحيدين من الإلكترونات. إحداثيات إيثيلين ديامين من خلال اثنين NH₂مع أيون النحاس المركزي في bis−(ethylenediamine)cuprate(II)معقد. لذلك فهو عبارة عن ربيطة ثنائية السن.

عندما يكون بإمكان الربيطة التبرع بأكثر من زوجين وحيدين من الإلكترونات لتكوين روابط تساهمية مع أيون معدني مركزي، يطلق عليه اسم الربيطة متعددة الأسنان. مثال على الربيطة متعددة الأسنان هو إيثيلين ديامين رباعي أسيتات. يحتوي إيثيلين ديامين رباعي أسيتات على ستة مواقع تنسيق. وهو عبارة عن ربيطة متعددة الأسنان.

يسمى المركب الذي يتشكل عندما يتحد ربيطة ثنائية أو متعددة الأسنان مع أيون معدني بالمخلّب. وتسمى عملية تكوين المخلب بالاستخلاب. يُطلق على الربيطة التي تشكل المخلبي اسم الربيطة المخلبية. تسمى الربيطات البينداتية والمتعددة الأسنان بالربيطات المخلبيةعلى سبيل المثال، bis−(ethylenediamine)cuprate(II) ionهو مركب مخلبي. يتم تشكيله عندما يرتبط جزيئين من إيثيلين ديامين مع أيون النحاس. الإيثيلين ديامين هو ربيطة ثنائية السن.

قد تظهر أكاسيد عناصر الكتلة d طبيعة حمضية أو قاعدية أو أمفوتيرية بناءً على حالة أكسدة أيون المعدن. إذا كانت حالة أكسدة أيون المعدن في كتلة أكسيد المعدن منخفضة، فإن أكسيد المعدن يكون قاعديًا بطبيعته. على سبيل المثال، أكسيد المنغنيز MnOهو أساسي في طبيعته. وهذا بسبب حالة أكسدة المنغنيز في MnOهو موجب اثنين. إنها أدنى حالة أكسدة للمنجنيز.

إذا كانت حالة أكسدة أيون المعدن في كتلة أكسيد المعدن مرتفعة، فإن أكسيد المعدن يكون حمضيًا بطبيعته. على سبيل المثال، سباعي أكسيد المنغنيز Mn₂O₇ذات طبيعة حمضية. وهذا بسبب حالة أكسدة المنغنيز في Mn₂O₇هو موجب سبعة. وهي أعلى حالة أكسدة للمنجنيز. هل يمكنك تحديد أي أكسيد الفاناديوم سيكون أكثر حمضية؟ أول أكسيد الفاناديوم VOأو خماسي أكسيد الفاناديوم V₂O₅؟.

إذا كانت حالة أكسدة أيون المعدن في كتلة أكسيد المعدن متوسطة بين أدنى وأعلى حالات الأكسدة، فإن أكسيد المعدن يكون أمفوتيريًا بطبيعته. على سبيل المثال، ثاني أكسيد المنغنيز MnO₂هي ذات طبيعة أمفوتيرية. وهذا يعني أنه يمكن أن يتصرف كحمض وكذلك قاعدةوهذا بسبب حالة أكسدة المنغنيز في MnO₂هو موجب أربعة. إنه متوسط بين أدنى وأعلى حالات أكسدة المنغنيز.