تبلیغات
شیمی و جدول تناوبی - عناصر گروه های سه تا دوازده (عناصر واسطه)
شنبه 10 بهمن 1388

عناصر گروه های سه تا دوازده (عناصر واسطه)

   نوشته شده توسط: هادی عابدی    

نگاه کلی

عناصر واسطه ، همگی خصلت فلزی دارند. از نظر موقعیت در جدول تناوبی از دوره چهارم به بعد دو عنصر اصلی اول و شش عنصر اصلی آخر دوره در ده خانه ، قرار دارند. از نظر آرایش الکترونی بر عکس فلزات قلیایی و قلیایی خاکی همدوره خود ، سطح انرژی تراز n-1)d) لایه ظرفیت آنها از سطح تراز ns این لایه پایین‌تر است. از اینرو آخرین الکترون اتم آنها در n-1)d) وارد می‌شود و تراز p لایه ظرفیت و اتم آنها از الکترون خالیست.

طبقه بندی عناصر واسطه

این عنصرها بسته به اینکه الکترون متمایز کننده اتم آنها در تراز n-1)d) و یا در تراز n-2 )f) لایه ظرفیت وارد شود، به دو دسته تقسیم می‌شوند.

فلزات واسطه دسته d

الکترونهای متمایز کننده اتم این عنصرها در تراز n-1)d) لایه ظرفیت اتم آنها وارد می‌شود و عموما (غیر از روی و کادمیم) ، در حالت اکسایش صفر و یا دست کم در یکی از حالتهای اکسایش بالاتر از صفر ، یک یا چند اوربیتال تک الکترونی در تراز لایه ظرفیت اتم خود دارند. عنصرهای واسطه دوره چهارم (ردیف 3d) ، دوره پنجم (ردیف 4d) ، دوره ششم (ردیف 5d ) و دوره هفتم (ردیف 6d) ، جزو این دسته از فلزات هستند.

فلزات واسطه دسته F

این عناصر که الکترونهای متمایز کننده اتم آنها ، در ترازهای n-2)F) لایه ظرفیت که ترازهای نسبتا درونی‌اند قرار می‌گیرند، به عناصر واسطه داخلی معروفند و جزو عنصرهای گروه III B در جدول تناوبی می‌باشند و دو ردیف متمایز از عنصرهای واسطه را شامل می‌شوند که عبارتند از:

لانتانیدها

در این دسته از عنصرها که به عنصرهای خاکهای کمیاب نیز معروفند، الکترون متمایز کننده اتم در تراز 4f وارد می‌شود. 14 عنصر از سریم (عنصر پنجاه و هشتم) تا لوستیم (عنصر هفتاد و یکم) جزو این دسته از عناصر می‌باشند.

آکتیندها

در این ردیف از عنصرها ، الکترونهای متمایز کننده اتم در تراز 5f لایه ظرفیت اتم وارد می‌شود و 14 عنصر از توریم (نودمین عنصر) تا لورسنیم (عنصر صد و سوم) را شامل می‌شوند. برعکس عنصرهای لانتانید ، تنها سه عنصر اول این ردیف (توریم ، پروتاکتینیوم و اورانیوم) در طبیعت یافت می‌شوند. از عنصر چهارم این سری به بعد که عنصرهای ترانس اورانیوم نام دارند، در طبیعت یافت نمی‌شوند و همگی رادیواکتیو می‌باشند.

 

خواص فیزیکی عناصر واسطه

به غیر از عناصر واسطه گروه II B (یعنی روی ، کادمیم ، جیوه) و فلزهای واسطه دیگر) ، دماهای ذوب و جوش ، گرمای نهان تبخیر ، چگالی ، سختی ، انرژی بستگی نسبتا بالایی دارند (در بین آنها تنها جیوه در دمای معمولی مایع است). شدت این خواص در عنصرهای واسطه میانی هر ردیف بیشتر می‌شود. دلیل این رویداد ، وجود اوربیتالهای تک الکترونی نسبتا زیاد در تراز d و امکان همپوشانی مناسب این اوربیتالها ، تشکیل پیوند کووالانسی در شبکه بلور و افزایش انرژی بستگی بلور فلزی است. اما در آخرین عنصر واسطه هر ردیف ، انرژی بستگی به پایینترین حد خود نزول می‌کند.

خواص مکانیکی عناصر واسطه

فلزهای واسطه عموما انعطاف پذیرند، قابلیت تغییر شکل دارند، خاصیت چکش خواری ، صیقل پذیری ، تورّق و مفتول شدن آنها خیلی زیاد است. در مقابل ضربه ، فشار و کشش ، مقاومت دارند (غیر از جیوه که مایع ، روی و کروم که شکننده‌اند).

البته فلزهای گروه IB (
مس ، نقره و طلا) بسیار نرم‌اند. این فلزها با یکدیگر و نیز با برخی نافلزات ، آلیازهای بسیار مهمی تشکیل می‌دهند که خواص و کاربردهای ویژه‌ای در پژوهش ، علم و صنعت دارند. از آلیاژ این فلزات در ساخت موتور جت هواپیما ، استفاده می‌شود. فلزاتی که به صورت آلیاژ در ساخت موتور جت بکار می‌روند، عبارتند از:

فلز به کاررفته

تیتان

نیکل

کروم

کبالت

آلومینیوم

نیوبیم

تانتال

درصد

38 %

37 %

12 %

6 %

5 %

1 %

0.02 %

 

خواص مغناطیسی

این فلزها عموما (غیر از روی و کادمیم) در حالت آزاد و خنثی و یا دست کم در یکی از حالتهای اکسایش خود در ترکیبها ، دارای اوربیتالهای تک الکترونی‌اند. از این‌رو ، غالبا در حالت گازی یا در بسیاری از ترکیبات کوئوردیناسیون خود ، بویژه با لیگاندهای ضعیف دارای خاصیت پارامغناطیسی‌اند. بدیهی است برخی از آنها که فاقد الکترون جفت نشده‌اند، حتی در حالت آزاد (گازی) دارای خاصیت دیامغناطیسی‌اند (مانند روی و کادمیم) و یا ممکن است برخی از آنها با داشتن الکترونهای جفت نشده در بلور ، آنتی فرومغناطیس باشند و یا در ترکیبات کمپلکس یا لیگاندهای قوی و یا مغناطیس باشند (کروم).

الکترونگاتیوی

به علت کوچک بودن اندازه اتم و زیاد بودن بار موثر هسته ، عنصرهای واسطه نسبت به عنصرهای اصلی ، الکترونگاتیوی و انرژی یونش عنصرهای واسطه نسبت به عنصرهای اصلی همدوره خود بیشتر است.

رسانایی برق و گرما

فلزات واسطه ، عموما جریان برق را به خوبی هدایت می‌کنند، قدرت رسانایی عنصرهای گروه IB از فلزهای دیگر بیشتر است، (دلیل آن پر بودن اوربیتالهای تراز d و وجود اوربیتال تک الکترونی S لایه ظرفیت است). رسانایی گرمایی این فلزات به موازات رسانایی الکتریکی آنها افزایش می‌یابد. رسانایی الکتریکی وانادیوم از فلزهای دیگر کمتر است