الأسبوع 1 · الباب الأول «العناصر الانتقالية» (١): المقدمة والأهداف والعناصر الانتقالية الرئيسية والداخلية والسلاسل الانتقالية الأربع والسلسلة الأولى من Sc إلى Zn واستخدامات كل عنصر منها · 3 دروس
1
الفئة d والسلاسل الانتقالية الأربع
Chemistry Sec 3 Term 1, Chapter 1: pp. 1–8
الهدفحدّد موضع العناصر الانتقالية في الجدول الدوري، وفسّر لماذا للفئة d عشرة أعمدة، وسمِّ السلاسل الأربع وعناصر السلسلة الأولى العشرة.
كلمات جديدة
العنصر الانتقالي (الفئة d) · عنصر في الكتلة الوسطى من الجدول الدوري يمتلئ فيها المستوى الفرعي d؛ ويعطي الأسبوع الثاني الاختبار الدقيقالسلسلة · صف أفقي من عشرة عناصر من الفئة d في دورة واحدةالعناصر الانتقالية الداخلية (الفئة f) · الصفان الطويلان لعناصر المستوى الفرعي f، ويُكتفى بذكرهما في هذا المقرر
الشرح
انظر إلى الصورة الطويلة للجدول الدوري. على اليسار الفئة s (المجموعتان 1 و2) وعلى اليمين الفئة p (المجموعات من 13 إلى 18). وبينهما، ابتداءً من الدورة 4 فما بعدها، تقع الفئة d، أي العناصر الانتقالية (وبحساب العناصر الانتقالية الداخلية معها يزيد عددها على 60 عنصرًا، أي أكثر من نصف العناصر المعروفة). وفي كل منها تدخل الإلكترونات المضافة المستوى الفرعي d. وللمستوى d خمسة أوربيتالات ويتسع لعشرة إلكترونات على الأكثر، فكل سلسلة فيها عشرة عناصر وللفئة عشرة أعمدة، هي المجموعات من 3 إلى 12 (وفي الترقيم القديم IIIB وIVB وVB وVIB وVIIB، ثم ثلاثة أعمدة معًا تسمى VIII، ثم IB وIIB). وأعمدة VIII الثلاثة (8 و9 و10) يشبه بعضها بعضًا على امتداد الصف أكثر مما تشبه العناصر التي تحتها. وللفئة أربع سلاسل أفقية: السلسلة 3d من Sc إلى Zn في الدورة 4، والسلسلة 4d من Y إلى Cd في الدورة 5، والسلسلة 5d من La إلى Hg في الدورة 6، أما السلسلة 6d في الدورة 7 فغير مكتملة. ويُكتفى هنا بذكر الفئة f (العناصر الانتقالية الداخلية)، وندرس في هذا المقرر السلسلة الأولى.
أمثلة محلولة
إيجاد السلسلة من العدد الذري. للحديد Z = 26. بعد الأرجون (18) والكالسيوم (20) يبدأ امتلاء المستوى 3d عند الاسكانديوم (Z = 21)، فالحديد هو العنصر السادس في السلسلة 3d لأن 26 − 20 = 6، وهو في الدورة 4. تحقّق بالعدّ: Sc 21 وTi 22 وV 23 وCr 24 وMn 25 وFe 26.
السلسلة
المستوى الذي يمتلئ
الدورة
تبدأ بـ
تنتهي بـ
الأولى
3d
4
Sc
Zn
الثانية
4d
5
Y
Cd
الثالثة
5d
6
La
Hg
الرابعة
6d
7
غير مكتملة
غير مكتملة
سلسلة أخرى. يبدأ الإيتريوم (Y، Z = 39) السلسلة 4d في الدورة 5. وللموليبدنوم Z = 42، فهو العنصر الرابع في هذه السلسلة لأن 42 − 38 = 4. وفي السلسلة عشرة عناصر، فتنتهي عند Z = 39 + 9 = 48 وهو الكادميوم.
المستوى الفرعي
الأوربيتالات
أكبر عدد من الإلكترونات
العناصر في الصف
s
1
2
2
p
3
6
6
d
5
10
10
f
7
14
14
لماذا عشرة، لا ثمانية ولا أربعة عشر؟ عدد العناصر في الصف يساوي عدد الإلكترونات التي يتسع لها المستوى: عدد الأوربيتالات × 2. وللمستوى d خمسة أوربيتالات، فيكون 5 × 2 = 10 عناصر في كل سلسلة و10 أعمدة. وتعطي القاعدة نفسها 2 للمستوى s و6 للمستوى p و14 للمستوى f.
نشاط الفصل
ابنِ وسط الجدول على ورق مربعات. ارسم صفًّا من عشرة مربعات واكتب فيه Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn مع الأعداد الذرية من 21 إلى 30 (راجعها في أي جدول دوري). وتحته ارسم صفًّا ثانيًا من عشرة مربعات للسلسلة 4d يبدأ بـ Y (39) وينتهي بـ Cd (48). لوّن المربعات الثلاثة تحت Fe وCo وNi في الصفين، واكتب جملة واحدة تبيّن لماذا يعامل الكيميائيون هذه الأعمدة الثلاثة معًا.
تدرّب
1
لماذا للفئة d عشرة أعمدة؟
للمستوى d خمسة أوربيتالات ويتسع لعشرة إلكترونات، فتضيف كل سلسلة عشرة عناصر، لكل عمود عنصر.
2
العدد الذري للنحاس Z = 29. في أي سلسلة هو، وما ترتيبه فيها؟
29 − 20 = 9، فهو العنصر التاسع في السلسلة 3d في الدورة 4. والخارصين وهو العاشر يُنهي السلسلة.
3
الروثينيوم هو العنصر السادس في السلسلة 4d التي تبدأ بالإيتريوم (Z = 39). ما عدده الذري؟
Z = 39 + 5 = 44.
4
قال طالب: «الفئة d اسم آخر لكل الفلزات». هل هذا صحيح؟ اذكر سببًا واحدًا.
لا. فالصوديوم والكالسيوم (الفئة s) والألومنيوم (الفئة p) فلزات وليست في الفئة d. وتُعرَّف الفئة d بامتلاء المستوى الفرعي d.
