السلسلة الانتقالية الأولى
المجموعة 3B 4B 5B 6B 7B 8 1B 2B
العنصر 21Sc 22Ti 23V 24Cr 25Mn 26Fe 27Co 28Ni 29Cu 30Zn
الأهمية الاقتصادية لعناصر السلسلة الانتقالية الأولى
العنصر أهم ما يميزه استخداماته وأهم مركباته
السكانديوم غير متوفر ليس له استخدامات مهمة
التيتانيوم
ثانى العناصر وفرة بعد الحديد • أقوى من الصلب وأقل منه كثافة.
• مقاوم للتآكل.
• يحافظ على متانته فى درجات الحرارة المرتفعة عكس الألومنيوم يفوق الألومنيوم فى صناعة:
- الصواريخ.
- الطائرات الأسرع من الصوت.
الفاناديوم • مركباته لها ألوان متعددة وجميلة.
• قاسى يتحمل الصدمات - يستخدم فى صناعة الصلب.
أهم مركباته:-
- خامس أكسيد الفانديوم ويستخدم كعامل حفاز فى صناعة حمض الكبريتيك.
الكروم • فلز رمادى اللون
• أيوناته ملونة.
• على درجة عالية من النشاط ولكنه يقاوم فعل العوامل الجوية لتكون طبقة من الأكسيد غير مسامية تمنع استمرار تفاعله مع أكسجين الهواء الجوى. - طلاء المعادن.
- سبيكة النيكل كروم التى تستخدم فى ملفات التسخين فى المكواة والدفايات الكهربية.
- سبيكة الصلب المقاوم للصدأ.
المنجنيز • الثالث فى العناصر الانتقالية من حيث الوفرة
• يشبه الحديد فى مظهره - يستخدم فى صناعة الصلب فى صورة سبيكة فرومنجنيز حيث يتفاعل مع الأكسجين ويمنع تكون فقاعات هوائية داخل الصلب أثناء تبريده.
أهم مركباته:-
- ثانى أكسيد المنجنيز ويستخدم:-
(‌أ) عامل مؤكسد قوى.
(‌ب) صناعة العمود الجاف.
- برمنجانات البوتاسيوم:-
ويستخدم كمادة مؤكسدة ومطهرة.
الحديد • أكثر العناصر الانتقالية وفرة - متعددة
الكوبلت • له اثنا عشر نظيراً مشعاً أهمها كوبلت 60
• ضرورى لبعض العمليات الحيوية التى تتم داخل جسم الإنسان.
• يدخل فى تركيب فيتامين ب 12 - يدخل فى تكوين سبائك عديدة.
- تدخل مركباته فى تلوين الزجاج.
أهم مركباته:-
1- كلوريد الكوبلت المائى:-
لونه وردى فاتح ولا يظهر فى الكتابة وعند التسخين تظهر الكتابة باللون الأزرق الغامق ولذلك يستخدم فى صناعة الحبر السرى.
CoCl2.6H2O CoCl2+ 6H2O
أزرق غامق وردى فاتح
2- كلوريد الكوبلت اللامائى (الأزرق):- يستخدم فى التنبؤات الجوية حيث تطلى به أوراق خاصة وعندما يصبح لونها وردى فاتح يدل على ارتفاع نسبة الرطوبة واحتمال سقوط الأمطار.
النيكل • مقاوم للصدأ.
• لا يتأثر بالقلويات أو الأحماض ولا بفلوريد الهيدروجين السائل. - يستخدم فى حفظ فلوريد الهيدروجين السائل.
- يستخدم فى السبائك التى تتميز بالصلابة ومقاومة الصدأ والأحماض.
النحاس • عنصر أحمر طرى.
• يتميز بتوصيل حرارى وكهربى عالى. - يستخدم فى كثير من الأدوات والأسلاك الكهربية.
- يستخدم فى كثير من السبائك مثل النحاس الأصفر والبرونز والعملات المعدنية.
[1] تقع عناصر السلسة الإنتقالية الأولى بعد الكالسيوم(20Ca) وتركيبه الإلكترونى [18Ar]4s2 حيث يتتابع فيها امتلاء أوربيتالات المستوى الفرعى (3d) الخمسة بالإلكترونات المفردة حتى نصل إلى المنجنيز (3d5) ثم يحدث إزدواج فى الإلكترونات حتى نصل إلى الزنك (3d10)
يشذ التركيب المتوقع لكل من:-
(أ) الكروم (24Cr) يكون : [Ar]3d54s1
(ب) النحاس (29Cu) يكون : [Ar]3d104s1
حيث ينتقل إلكترون من (4s) إلى (3d) حتى يكون (3d) نصف ممتلئ فى الكروم وتام الامتلاء فى النحاس ويكون (s) نصف ممتلئ وبذلك تكون الذرة أكثر استقراراً.
[2] الذرة تكون أقل طاقة وأكثر استقراراً عندما يكون المستوى الفرعى (d) فى إحدى الحالات الآتية:-
[3] يسهل أكسدة Fe2+ إلى Fe3+
Fe2+ فقد إلكترون (أكسدة) Fe3+
[4] يصعب أكسدة Mn2+ إلى Mn3+
Mn2+ فقد إلكترون (أكسدة) Mn3+
حالات التأكسد:-
تتميز بتعدد حالات تأكسدها عن الفلزات العادية وذلك لتقارب 3d, 4s فى الطاقة حيث يفقد إلكترونى (4s) أولاً لأنه أبعد عن النواة ثم يتتابع خروج الإلكترونات من (3d).
ملاحظات على حالات التأكسد:-
[1] حيث تتضاعف جهود التأين كلما زادت حالة التأكسد بمقدار الوحدة ويشذ عن ذلك أيون Sc4+ مما يدل على أنه لا يتكون بسهولة لأن ذلك يتسبب فى كسر مستوى طاقة مكتمل.
[2] تعطى جميع عناصر السلسلة الانتقالية الأولى حالة التأكسد (+2) ماعدا السكانديوم يعطى (+3) لأن فى هذه الحالة يكون (3d0) فارغاً تماماً من الإلكترونات فيكون أكثر استقراراً.
[3] تعطى أقصى حالات التأكسد عندما تفقد الذرة جميع إلكترونات المستويين d, s.
Mn7+, Cr4+, V5+, Ti4+, Sc3
[4] أعداد التأكسد لا تتعدى رقم المجموعة ماعدا المجموعة (1B) وتشمل عناصر العملة؛ النحاس والفضة والذهب (+2).
[5] عناصر العملة (النحاس – الفضة – الذهب):-
تعتبر عناصر انتقالية لأنها عند التفاعل تفقد الإلكترون العاشر من (d) المنقول إليها أصلاً من (s) فيصبح (d) غير ممتلئ بعد التفاعل أى فى حالة التأكسد (+2) أو (+3)
[6] عناصر المجموعة (IIB) (الخارصين – الكادميوم – الزئبق):-
لا تعتبر عناصر انتقالية لأن المستوى الفرعى (d10) تام الامتلاء سواء فى الحالة الذرية أو فى أى حالة من حالات التأكسد