ما هي العناصر الانتقالية

مفهوم العناصر الانتقالية

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.

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.

سبب تسمية العناصر الانتقالية بهذا الاسم

وفيما يأتي أبرز أسباب تسمية العناصر الانتقالية بهذا الاسم:

• سميت العناصر الانتقالية بهذا الاسم نظرًا لموقعها في الجزء الأوسط من الجدول الدوري بحيث تظهِر سلوكًا انتقاليًا بين عناصر المجموعة (s) وعناصر المجموعة (p).
• تشكل العناصر الانتقالية جسرًا للعبور بين خصائص المعادِن القَلوية الفلزية والأتربة القلوية مِن ناحية واللافلزات غير المعدنية والهالوجينات والغازات النبيلة مِن ناحية أخرى.

خصائص العناصر الانتقاليّة

تمتلك العناصر الانتقاليّة خصائص معينة:

• 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).
• 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.

استخدامات بعض من العناصر الانتقالية

للعناصر الانتقالية العديد من الاستخدامات في حياتنا، بحيث تعمل الخصائِص التي تُميز كل عنصر على تحديد استخدامه في المكان المناسب وفيما يلي بيان لبعض هذهِ الاستخدامات:

استخدامات الذهب

ومن أبرزها ما يلي:

• صناعة المجوهرات

فعادة ما يكثر استخدام الذهب في تصنيع المجوهرات بأشكالها المختلفة نظرًا لكونه لا يتفاعل مع الماء والهواء في درجة حرارة الغرفة، إضافة الى أنه مرن وقابِل للثني والطَرق.

• التوصيل الكهربائي

وذلك نظرًا لأنه موصل جيد للكهرباء.

استخدامات الفضة

ومن أبرزها ما يلي:

• صناعة المجوهرات

وهذا يعود لأن الفضة لا تتفاعل مع الماء والهواء في دَرجة حرارة الغرفة.

• لوحة الدّارات المطبوعة

وهي لوحة أساسية في معظم الأجهزة الكهربائية الحديثة، وذلك يعود الى أن الفضة من الموصلات الجيدة للكهرباء.

استخدامات النحاس

ومن أبرزها ما يلي:

• صناعة الأسلاك الكهربائية

نظرًا لكونه موصل جيد للكهرباء ويسهل تشكيله في الأسلاك (مرن).

• صناعة أنابيب المياه

يكثر استخدام النحاس في أنابيب المياه لكونه لا يتفاعل مع الماء في درجة حرارة الغرفة، كما أنه قابل للثني والطرق فيما يتناسب مع الشكل المَطلوب.

استخدامات الحديد

ومن أبرزها ما يلي:

• مواد البناء مثل الجسور والأبنية

يكثر استخدام الحديد في بناء الجسور والسيارات والسفن لأنه يُشكل صفائِح قوية لها سعر منخفض مقارنة بغيره من المعادن.

• محفّز في الصناعات الكيميائية

ويعود ذلك الى قدرته على زيادة معدل سرعة بَعض التفاعلات الكيميائِية كما في صناعة الأمونيا.

ومن الجدير بالذكر أن الحديد من المعادن الطَرية ولا يمكن استخدامه بمفرده، إنما يتم مزجه مع كميات مختلفة من العناصِر الأخرى لصناعة الفولاذ.

استخدامات الكروم

ومن أبرزها ما يلي:

• الطلاء

نظرًا لأن الكروم عنصر مقاوم للتآكل ويبقى لامعًا لفترة طويلة من الزمن يستخدم في طلاء معادن أخرى مثل؛ الحديد في السيارات والدراجات الهوائية.

• محفز في الصناعات الكيميائية

ويعود ذلك إلى قدرته على زيادة معدل سرعة بَعض التفاعلات الكيميائِية.