سلسلة العناصر الانتقالية

ما هي العناصر الانتقالية؟

العناصر الانتقالية: هي أي من العناصر الكيميائية المختلفة التي تحتوي على إلكترونات التكافؤ (أي الإلكترونات التي يمكنها المشاركة في تكوين الروابط الكيميائية) في غلافين بدلاً من غلاف واحد فقط.

في حين أنّ مصطلح الانتقال ليس له أهمية كيميائية معينة إلّا أنّه اسم مناسب يمكن من خلاله التمييز بين تشابه الهياكل الذرية والخصائص الناتجة للعناصر المحددة على هذا النحو والعناصر الانتقالية تشغل الأجزاء الوسطى من الفترات الطويلة من الجدول الدوري للعناصر بين المجموعات على الجانب الأيسر والمجموعات الموجودة، تحديداً العناصر الانتقالية تشكل المجموعات 3 (IIIb) إلى 12 (IIb).

ما هو أكثر المعادن الانتقالية وفرة في القشرة الأرضية؟

يعد الحديد هو المعدن الانتقالي الأكثر وفرة في القشرة الصلبة للأرض والذي يحتل المرتبة الرابعة بين جميع العناصر والثاني (بعد الألومنيوم) بين المعادن في وفرة القشرة الأرضية، تحتوي عناصر التيتانيوم والمنغنيز والزركونيوم والفاناديوم والكروم أيضًا على وفرة تزيد عن 100 جرام وتحتوي بعض المعادن الانتقالية الأكثر أهمية وفائدة على كميات منخفضة جدًا من القشرة الأرضية مثل التنجستن والبلاتين والذهب والفضة.

هناك أربعة من المعادن الانتقالية المنتظمة كانت معروفة للقدماء وهي: الحديد (Fe) والنحاس (Cu) والفضة (Ag) والذهب (Au) وقد تمّ اكتشاف المعادن الانتقالية المنتظمة الأخرى والتعرف عليها كعناصر بعد أوائل القرن الثامن عشر، أحدث معدن انتقالي تمّ اكتشافه في الطبيعة هو الرينيوم ذو العدد الذري 75 والذي تمّ اكتشافه في عام 1925م في خامات البلاتين وفي معدن النيوبيوم كولومبيت.

التكنيشيوم: هو العنصر الوحيد الذي لم يتم عزله عن قشرة الأرض وجميع نظائر التكنيشيوم مشعة، إنّ نصف عمر عنصر التكنيشيوم (97) وهو قصير جدًا للسماح ببقاء التكنيشيوم البدائي في قشرة الأرض ويمكن عزل التكنيشيوم بكميات كبيرة من نواتج الانشطار للمفاعلات النووية وهو على الأقل متاح بسهولة للدراسة الكيميائية مثل عنصر الرنيوم المماثل الذي يحدث بشكل طبيعي والذي لا يوجد منه خامات مركزة.

أهم استخدامات المعادن النتقالية:

أحد الاستخدامات المهمة للمعادن الانتقالية ومركباتها هو كمحفزات لمجموعة متنوعة من العمليات الصناعية ومعظمها في صناعات البترول والبوليمرات، مثل: البلاستيك والألياف حيث تتشابه الجزيئات العضوية وتتكون من جزيئات بسيطة، تتكون المحفزات من نوعين فيزيائيين: متجانسة (أي مذابة في خليط التفاعل) وغير متجانسة (أي تشكل طورًا صلبًا منفصلًا وغير قابل للذوبان في خليط التفاعل) ويتم تمثيل كلا النوعين على الساحة الصناعية لكن النوع الثاني هو الأكثر شيوعًا.

أدّى إدخال المحفزات التي تسمح بإجراء البلمرة في درجات حرارة منخفضة نسبيًا والضغوط إلى إحداث ثورة في إنتاج البولي إيثيلين والبولي بروبيلين، في السابق كان يجب تصنيع البولي إيثيلين من خلال عملية تتطلب ضغوطًا تبلغ حوالي (1000) من الغلاف الجوي ولم يكن البولي بروبلين ذي الخصائص المفيدة مهمًا تجاريًا، وقد تمّ تحضير المحفزات التي تمّ ابتكارها وتطبيقها خلال أوائل الخمسينيات من القرن الماضي من رباعي كلوريد التيتانيوم وألكيل الألومنيوم مثل ثلاثي إيثيل الألمنيوم وهناك نوع مختلف تمامًا من المحفز يتكون من ثالث أكسيد الكروم المشتت على ويعمل بالمثل في بلمرة الإيثيلين ولكن لا يمكنه إنتاج شكل مفيد من البولي بروبيلين.

الوظائف البيولوجية للمعادن الانتقالية:

العديد من المعادن الانتقالية مهمة لكيمياء الأنظمة الحية وأشهر الأمثلة على ذلك الحديد والكوبالت والنحاس والموليبدينوم. يعد الحديد إلى حد بعيد المعدن الانتقالي الأكثر انتشارًا والأهمية الذي له وظيفة في النظم الحية حيث تشارك البروتينات التي تحتوي على الحديد في عمليتين رئيسيتين تفاعلات نقل الأكسجين ونقل الإلكترون.

على الرغم من أنّه من المفهوم أنّ الكوبالت عنصر أساسي في تغذية الحيوانات إلّا أنّ المعرفة الكيميائية المفصلة الوحيدة لعمله الكيميائي الحيوي تتعلق بفيتامين (B12) والأنزيمات المساعدة ذات الصلة تحتوي هذه الجزيئات على ذرة واحدة من الكوبالت مرتبطة بحلقة كبيرة تسمى كوريين والتي تشبه حلقة البورفيرين. يوجد النحاس في كل من النباتات والحيوانات وقد تمّ عزل العديد من البروتينات المحتوية على النحاس ويحتوي دم العديد من الحيوانات الدنيا مثل الرخويات ورأسيات الأرجل وبطنيات الأرجل وعشري الأرجل على بروتينات تنفسية تسمى الهيموسيانين والتي تحتوي على ذرات نحاسية ويحتوي مصل الإنسان على بروتين سكري يسمى سيرولوبلازمين والذي يتكون جزيئه من ثماني ذرات نحاسية.

يوجد الفاناديوم على نطاق واسع في البترول ويوجد أيضاً بتركيزات عالية في خلايا الدم لبعض الزكيدين (نفاثات البحر) ويعد الموليبدينوم عنصر نادر ضروري في النظم الغذائية الحيوانية ولكن لم يتم تحديد وظيفته والحد الأدنى من المستويات، تستخدم البكتيريا المثبتة للنيتروجين إنزيمات تحتوي على كل من الموليبدينوم والحديد ويحتوي أحد هذه الإنزيمات على ذرتين من الموليبدينوم و(40) ذرة من الحديد وهذا البروتين بالاقتران مع بروتين آخر يحتوي على الحديد فقط يمكن أن يحفز اختزال غاز النيتروجين إلى مركبات النيتروجين.