ما هي الأفلاك الفرعية (d , f)

عناصر الكتلة d

• في الكيمياء وفي الجدول الدوري تحديدا، فإن عناصر كتلة d هي عبارة عن العناصر التي يمكن العثور عليها من المجموعة الثالثة من العناصر الانتقالية إلى المجموعة الثانية عشرة من الجدول الدوري الحديث.

• تقع إلكترونات التكافؤ لهذه العناصر تحت المدار d، يشار أيضًا إلى عناصر كتلة d كعناصر انتقالية أو معادن انتقالية.

• العناصر التي تحتوي على إلكترونات (من 1 إلى 10) موجودة في المدار d لمستوى الطاقة قبل الأخير وفي المدار الأبعد (1-2) هي عناصر كتلة d.

• على الرغم من أن الإلكترونات لا تملأ المدار “d” في معادن المجموعة 12، إلا أنها كيميائيا تشبه من نواح كثيرة تلك الموجودة في المجموعات السابقة، وبالتالي تعتبر ضمن عناصر كتلة d.

• تعرض هذه العناصر عادةً الصفات المعدنية مثل القابلية للتطويع والليونة والقيم العالية للتوصيل الكهربائي والتوصيل الحراري وقوة الشد الجيدة، كما وأنه توجد أربع سلاسل في الكتلة d تتوافق مع ملء المدارات 3d أو 4d أو 5d أو 6d، وهي كالتالي:

1. 3d → Sc ,Ti ,V ,Cr ,Mn ,Fe ,Co ,Ni ,Cu ,Zn
2. 4d → Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd
3. 5d → La, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg
4. 6d- غير مكتملة.

• هناك 10 عناصر تملأ المدار “d” في كل سلسلة من السلاسل السابقة.

• العناصر الانتقالية تحتل المجموعات 4-11 في وسط الجدول الدوري، عنصر السكانديوم وعنصر الإتريوم من المجموعة 3 من العناصر الانتقالية، يمتلكان فلك فرعي ممتلئ جزئيًا في الحالة المعدنية وتعتبر أيضًا عناصر انتقالية، وهناك عناصر مثل عنصر الزنك Zn وعنصر الكادميوم Cd والزئبق Hg في الأعمدة الاثني عشر للكتلة d، تملأ المدار d بالكامل وبالتالي لا تعتبر عناصر انتقالية.

• تمت تسمية العناصر الانتقالية بهذا الاسم، مما يشير إلى موضعها وانتقال الخصائص بين عناصر الكتلة s و p، لذا، فإن جميع المعادن الانتقالية هي عبارة عن عناصر كتلة d ولكن جميع عناصر الكتلة d ليست عناصر انتقالية.

• عناصر كتلة d لها تكوين إلكتروني عام لـ  (n-1)d^1-10ns ^1-2K يمكن أن تجد هذه العناصر الاستقرار في المدارات نصف الممتلئة والمدارات d المملوءة بالكامل، ومثال على ذلك هو التكوين الإلكترونيللكروم، الذي يحتوي على مدارات d و s نصف ممتلئة في تكوينه 3d54s1، وأيضا التكوين الإلكتروني للنحاس هو مثال آخر على ذلك. يعرض النحاس تكوينًا إلكترونيًا لـ 3d104s1 وليس 3d94s2.

• يمكن أن يعود ذلك إلى الاستقرار النسبي للمدار d المملوء بالكامل، يعرض كل من عنصر الزنك وعنصر الزئبق وعنصر الكادميوم وعنصر الكوبرنيسيوم مدارات ممتلئة تمامًا في حالاتها الأرضية وفي حالات الأكسدة العامة أيضًا. لهذا السبب، لا تعتبر هذه المعادن عناصر انتقالية في حين أن العناصر الأخرى عبارة عن عناصر كتلة d.

1. التكوين الإلكتروني للدورة 4، عناصر الانتقال (Ar) 4s 1-2 3d 1-10
2. التكوين الإلكتروني للدورة 5، عناصر الانتقال (Kr) 5s 1-2 4d 1-10
3. التكوين الإلكتروني للدورة 6، عناصر الانتقال هو (Xe) 4s 1-2 3d 1-10

عناصر الكتلة f

• تسمى العناصر التي تملأ مدارها f بالإلكترونات عناصر الكتلة f، حيث تحتوي هذه العناصر على إلكترونات (من 1 إلى 14) في المدار f.

• تنقسم عناصر كتلة f إلى سلسلتين، وهما اللانثانويدات والأكتينويدات، حيث أنه غالبًا ما يشار إلى كتلة العناصر هذه على أنها عبارة عن معادن انتقالية داخلية؛ لأنها توفر انتقالًا في الصف السادس والسابع من الجدول الدوري الذي يفصل بين الكتلة s وعناصر الكتلة d.

• هناك سلسلتان في الكتلة f تقابلان ملء المدارات 4f و 5f، العناصر هي سلسلة 4f من Ce إلى Lu وسلسلة 5f من Th إلى Lw، كما أنه هناك 14 عنصرًا تملأ المدار “f” في كل سلسلة.

• موقع (F Block Elements) في الجدول الدوري: يتم وضع عناصر الكتلة F بشكل منفصل في أسفل الجدول الدوري، إنها مجموعة فرعية من الفترتين السادسة والسابعة.

• يتم تصنيف العناصر التي تنتمي إلى الكتلة f إلى سلسلتين:

تسمى السلسلة الأولى من العناصر اللانثانيدات وتتضمن عناصر ذات أعداد ذرية تبدأ من 57 وتنتهي عند 71، هذه العناصر غير مشعة (باستثناء البروميثيوم، حيث يعد عبارة عن عنصر مشع). في حين تسمى السلسلة الثانية من العناصر الأكتينيدات وتتضمن عناصر ذات أعداد ذرية تبدأ من 89 وتنتهي عند 103. هذه العناصر لها طبيعة مشعة بشكل عام.

الفرق بين اللانثانيدات والأكتينيدات:

• تشارك (Lanthanoids) في ملء المدارات 4f بينما تشارك الأكتينويد في ملء المدارات 5f.

• طاقة الربط للإلكترونات 4f أقل نسبيًا من طاقة الإلكترونات 5f.

• تأثير الحجب للإلكترونات 5f أقل فعالية مقارنة بتأثير الإلكترونات 4f.

• يمكن شرح الخصائص البارامغناطيسية لللانثانويد بسهولة، ولكن هذا التفسير صعب في حالة الأكتينويد.

• اللانثانيدات غير مشعة بطبيعتها باستثناء البروميثيوم، بينما جميع عناصر سلسلة الأكتينيد مشعة.

• لا تميل اللانثانيدات إلى تكوين الكاتيونات المؤكسدة، ولكن توجد العديد من الكاتيونات المؤكسدة من سلسلة الأكتينيد.

• المركبات المكونة من اللانثانيدات أقل قاعدية من ناحية أخرى، فإن مركبات الأكتينيدات قاعدية للغاية.