العناصر الانتقالية في الجدول الدوري

الصفوف الثلاثة من معادن (d-block)، والمتواجدة في الوسط في الجدول الدوري، يطلق عليها مصطلح العناصر أو المعادن الانتقالية على نطاق واسع، ويكون ضمن المجموعة 3 إلى المجموعة 12، ومع ذلك، فإن معادن المجموعة الثانية عشر 12 والمتكونة من المعادن التالية: (Zn و Cd و Hg) لا يتم دائمًا تصنيفها على أنها معادن انتقالية، كما أنه في الماضي، كانت العناصر الكيميائية الموجودة في (block-f)، تسمى العناصر الانتقالية الداخلية.

معلومات عامة عن العناصر الانتقالية

• تتكون كل مجموعة من معادن (d-block) من ثلاثة عناصر وتسمى ب (triad).

• تسمى أحيانًا معادن الصف الثاني والثالث بمعادن (d-block) الثقيلة.

• تعرف عناصر (Ru و Os و Rh و Ir و Pd و Pt) مجتمعة باسم مجموعة معادن البلاتين.

التكوينات الإلكترونية أو التركيب البنائي للعناصر الانتقالية:

• بالنسبة لعملية التقريب الأولي، الحالة الأرضية أو التركيب البنائي المرصود والملاحظ للتكوينات الإلكترونية للصف الأول والثاني والثالث من ذرات معادن (d-block)، وجد أنها تتوافق مع التعبئة التدريجية للأفلاك الفرعية (3d 4d 5d) على التوالي، ومع ذلك فقد لوحظ أنه هناك بعض الانحرافات الطفيفة عن هذا النمط.

• على سبيل المثال في الصف الأول، التكوين الإلكتروني لعنصر الكروم هو ([Ar] 4s13d5) بدلاً من ([Ar] 4s23d4).

• علما أن جميع المعادن الانتقالية أو معادن (d-block) تحتوي على تكوينات إلكترونية عامة تكون على شكل ([Ar]3dn).

• هناك نقطة مهمة لا يجب نسيانها، وهي أن ذرات معادن (d-block) بالطبع هي تعد من الأنواع متعددة الإلكترونات، أي أنه لها أكثر من عدد تأكسد، مثل الحديد يحتوي على عددين تأكسد (3+ ,2+)، وهكذا..

• تتضمن أول سلسلة انتقالية داخلية العناصر من السيريوم (الرمز Ce ، العدد الذري 58) إلى اللوتيتيوم (الرمز Lu، العدد الذري 71). تسمى هذه العناصر اللانثانيدات (أو اللانثانيدات) لأن كيمياء كل منها تشبه إلى حد كبير تلك الموجودة في اللانثانم. غالبًا ما يُنظر إلى اللانثانم نفسه على أنه أحد اللانثانيدات.

• تتكون سلسلة الأكتينويد من 15 عنصرًا من الأكتينيوم (الرمز Ac ، العدد الذري 89) إلى اللورنسيوم (الرمز Lr ، العدد الذري 103). يتم تغطية سلسلة الانتقال الداخلية هذه تحت عنصر أرضي نادر وعنصر أكتينويد. للعناصر 104 وما فوق.

أسماء بعض العناصر الانتقالية في (d-block):

• عنصر التيتانيوم Ti، عدده الذري يساوي 22.

• الفاناديوم V، عدده الذري يساوي 23.

• الكروم Cr، عدده الذري يساوي 24.

• المنغنيز Mn، عدده الذري يساوي 25.

• الحديد Fe، عدده الذري يساوي 26.

• كوبالت Co، عدده الذري يساوي 27.

• النيكل Ni، عدده الذري يساوي 28.

• النحاس Cu، عدده الذري يساوي 29.

• الزركونيوم Zr، عدده الذري يساوي 40.

• النيوبيوم Nb، عدده الذري يساوي 41.

• الموليبدينوم Mo، عدده الذري يساوي 42.

• التكنيشيوم Tc، عدده الذري يساوي 43.

• الروثينيوم Ru، عدده الذري يساوي 44.

• الروديوم Rh، عدده الذري يساوي 45.

• البلاديوم Pd، عدده الذري يساوي 46.

• الفضة Ag،  عدده الذري يساوي 47.

• الهافنيوم Hf، عدده الذري يساوي 72.

• التنتالوم Ta، عدده الذري يساوي 73.

• التنجستن W، عدده الذري يساوي 74.

• الرينيوم Re، عدده الذري يساوي 75.

• الأوزميوم Os، عدده الذري يساوي 76.

• إريديوم Ir، عدده الذري يساوي 77.

• البلاتين Pt، عدده الذري يساوي 78.

• الذهب Au، عدده الذري يساوي 79.

المحفزات المعدنية الانتقالية:

لا يمكن ذكر سوى عدد قليل من أهم هذه العمليات ومحفزاتها هنا، حيث تتكون المحفزات من نوعين فيزيائيين: متجانسة والتي تعني أنها مذابة في خليط التفاعل، وغير متجانسة أي أنها تشكل طورًا صلبًا منفصلًا وغير قابل للذوبان في خليط التفاعل، كما أنه يتم تمثيل كلا النوعين على الساحة الصناعية، لكن النوع الأخير هو النوع الأكثر شيوعًا.

أدى إدخال المحفزات التي تسمح بإجراء عملية البلمرة في درجات حرارة منخفضة نسبيًا، وضغط منخفض، إلى إحداث ثورة في إنتاج البولي إيثيلين والبولي بروبيلين، حيث أنه في السابق كان يجب تصنيع البولي إيثيلين من خلال عملية تتطلب ضغطا يبلغ حوالي 1000 وحدة جوية، ولم يكن البولي بروبلين ذي الخصائص المفيدة مهمًا تجاريًا.

تم تحضير المحفزات التي تم ابتكارها وتطبيقها خلال أوائل الخمسينيات من القرن الماضي من رباعي كلوريد التيتانيوم وألكيل الألومنيوم ،مثل ثلاثي إيثيل الألمنيوم: تشكل المادة الصلبة التي تحتوي على تيتانيوم بالإضافة إلى ألكيل الألومنيوم الزائد في المحلول المحفز، وهناك نوع مختلف تمامًا من المحفز، حيث يتكون من ثالث أكسيد الكروم المشتت على السيليكا-الألومينا، ويعمل بالمثل في بلمرة الإيثيلين ولكن لا يمكنه إنتاج شكل مفيد من البولي بروبيلين.

الكروم على شكل سيسكوكسيد الكروم، أو أكسيد الكروم، على الألومينا هو المحفز الصناعي الرئيسي لتحويل الهيدروكربونات المشبعة إلى أوليفينات مفيدة (وهي عبارة عن مركبات عضوية غير مشبعة)، بشكل رئيسي من n- بيوتان إلى بيوتلين وبيوتادين.

تستخدم المحفزات المحتوية على الحديد في عمليات مختلفة أبرز هذه العمليات إنتاج الأمونيا من النيتروجين والهيدروجين، هذه العملية التي تم تطويرها في أوائل القرن العشرين، أول تطبيق صناعي رئيسي لتحفيز المعادن الانتقالية، حيث أن المحفز عبارة عن (Fe3O4)، معزز بإضافة كميات صغيرة من أكسيد البوتاسيوم وأكسيد الألومنيوم وأكسيد الكالسيوم والسيليكا.

الوظائف البيولوجية للمعادن الانتقالية:

• العديد من المعادن الانتقالية مهمة لكيمياء الأنظمة الحية، وأشهر الأمثلة على ذلك الحديد والكوبالت والنحاس والموليبدينوم، حيث يعد الحديد إلى حد بعيد المعدن الانتقالي الأكثر انتشارًا وأهمية والذي له وظيفة في النظم الحية؛ حيث تشارك البروتينات التي تحتوي على الحديد في عمليتين رئيسيتين، وهما تفاعلات نقل الأكسجين وتفاعلات نقل الإلكترون (أي تقليل الأكسدة)، وهناك أيضًا عدد من المواد التي تعمل على تخزين ونقل الحديد نفسه.

• على الرغم من أنه من المفهوم أن الكوبالت يعد عنصر أساسي في تغذية الحيوانات، إلا أن المعرفة الكيميائية المفصلة الوحيدة لعمله الكيميائي الحيوي تتعلق بفيتامين B12 بالإضافة إلى الأنزيمات المساعدة ذات الصلة، تحتوي هذه الجزيئات على ذرة واحدة من الكوبالت مرتبطة بحلقة كبيرة دائرية (أي واحدة تتكون من العديد من الذرات) تسمى كوريين، والتي تشبه حلقة البورفيرين.

• تم العثور على النحاس في كل من النباتات والحيوانات، كما وتم عزل العديد من البروتينات المحتوية على النحاس، حيث يحتوي دم العديد من الحيوانات الدنيا، مثل الرخويات ورأسيات الأرجل، وبطنيات الأرجل، وعشري الأرجل، على بروتينات تنفسية تسمى الهيموسيانين، والتي تحتوي على ذرات النحاس (ولكن ليس الهيم) ويبدو أنها تربط جزيء أكسجين واحد لكل ذرتين من النحاس.

• يحتوي مصل الإنسان على بروتين سكري يسمى سيرولوبلازمين، يحتوي على ثماني ذرات نحاسية؛ حيث أن وظيفتها البيولوجية لا تزال غير مؤكدة، هناك بروتينات أخرى، تسمى سيريبروكوبرين، وإريثروكوبرين، وكبرين، والموجودة في دماغ الثدييات، وكريات الدم الحمراء، والكبد، على التوالي، تحتوي على حوالي 60 في المائة من إجمالي النحاس في تلك الأنسجة، ووظائفهم لا تزال غير معروفة.

• هناك عدد من الإنزيمات المحتوية على النحاس، مثل حمض الأسكوربيك (وهو إنزيم مؤكسد)، والذي يحتوي على ثماني ذرات من النحاس لكل جزيء، ويتم توزيعه على نطاق واسع في النباتات والكائنات الحية الدقيقة، وهناك مثال اخر هو السيتوكروم، الذي يحتوي على الهيم والنحاس بنسبة (1: 1)، والمثال الأخير هو التيروزينات، التي تحفز تكوين الميلانين، وكانت أول الإنزيمات التي تبين أن وظائف النحاس ضرورية.