عناصر واسطه

دانیال علیزاده

مدرسه شهید رجایی1

این عنصرها بسته به اینکه الکترون متمایز کننده اتم آنها در تراز n-۱)d) و یا در تراز n-۲)f) لایه ظرفیت وارد شود، به دو دسته تقسیم می‌شوند.

فلزات واسطه دستهd

الکترونهای متمایز کننده اتم این عنصرها در تراز n-۱)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 ۳d)، دوره پنجم (ردیف ۴d)، دوره ششم (ردیف ۵d) و دوره هفتم (ردیف ۶d)، جزو این دسته از فلزات هستند.

فلزات واسطه دسته F

این عناصر که الکترونهای متمایز کننده اتم آنها، در ترازهای n-۲)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 اکتنیدها و لانتانیدها.

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

از چپ به راست, محلولهای ابی(ابدار): Co(NO₃)₂ (قرمز); K₂Cr₂O₇ (نارنجی); K₂CrO₄ (زرد); NiCl₂ (فیروزه ای); CuSO₄ (ارغوانی).

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.

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 جفت‌نشدهاند، حتی در حالت آزاد (گازی) دارای خاصیت دیامغناطیسی‌اند (مانند روی و کادمیم) و یا ممکن است برخی از آنها با داشتن الکترونهای جفت‌نشده 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.

فلزات واسطه خارجی

این دسته از فلزات را می‌توان در خود جدول تناوبی مشاهده نمود، در عناصر واسطه خارجی زیر لایهٔ d در حال پرشدن می‌باشد، این عناصر نسبت به فلزات گروه اول و دوم سختی، چگالی و دمای ذوب و جوش بالاتری دارند، همه فلزات (اعم از قلیایی، قلیایی خاکی و واسطه و فلزات اصی دسته p) جامد می‌باشند به جز جیوه که در دمای اتاق به حالت مایع می‌باشد و یک استثناء به شمار می‌آید. در آرایش الکترونی این عناصر بی نظمی‌های متعددی دیده می‌شود، برای مثال دو نمونه از این بی نظمی‌ها در دو عنصر Cr و Cu دیده می‌شوند، گروه یازدهم یا IB با نام فلزات سکه ساز نیز شناخته می‌شوند که شامل سه عنصر مس، نقره و طلا می‌باشد، البته در بین فلزات واسطه خارجی نامگذاری‌های دیگری نیز وجود دارد که به صورت دسته‌ای صورت گرفته‌اند و نظمی بین این دسته بندی‌ها دیده نمی‌شود، برای مثال دو نمونه از این دسته بندی‌ها عبارتند از:

- فلزات پلاتینی: که شامل شش عنصر پالادیم، پلاتین، رودیم، ایریدیم، روتنیم و اوسمیم می‌باشد.

- تریادها یا فلزات فرومانتیک یا دستهٔ سه تایی‌ها: که شامل آهن، کبالت و نیکل سه عنصر که در نامگذاری آیوپاک در یک گروه قرار گرفته‌اند و در تناوب چهارم جدول تناوبی و گروه‌های هشتم و نهم و دهم قراردارند.

افشین قاسمی

مدرسه شهید رجایی 1

بلوک افبخشی از جدول تناوبی است که شامل عناصری می‌شود که زیرلایهٔ اف آن‌ها در حال پر شدن باشد. به این عناصر

فلزات واسطه داخلی نیز می‌گویند.^[۱] عناصر دو دستهٔ لانتانیدها و آکتینیدها به جز لوتتیم و لورنسیم^[۲] جزو بلوک اف هستند.

این عناصر که الکترونهای متمایز کننده اتم آنها، در ترازهای n-۲)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 اکتنیدها و لانتانیدها. عناصر دستهٔ اول خواصی مشابه فلز لانتان دارند و به لانتانیدها مشهور هستند و عناصر دستهٔ دوم خواصی مشابه فلز اکتینیم دارند و به اکتینیدها معروف شده‌اند.

از آن جا که قرار دادن لانتانیدها و اکتینیدها در خانه‌های پلاک ۵۷ و ۸۹ میسرنمی شد، این دو گروه در پایین جدول تناوبی و به صورت جداگانه اما با ارجاع به دو عنصر لانتانیم(لانتان) و اکتینیم قرارگرفته‌اند.

لانتانیدها

در این عناصر زیرلایهٔ ۴f در حال پرشدن می‌باشد و شامل عناصر از عدد اتمی ۵۸ تا ۷۱ می‌باشند. این عناصر براق و واکنش پذیری شیمیایی قابل توجهی دارند و نسبتا عناصری چگالند.

اکتینیدها

در این عناصر زیرلایهٔ ۵f در حال پرشدن می‌باشد و شامل عناصر از عدد اتمی ۹۰ تا ۱۰۳ می‌باشد، برای مطالعهٔ اکتینیدها ساختارهسته نسبت به آرایش الکترونی عناصر از اهمیت بیش تری برخوردار می‌باشد، مشهورترین اکتینید که امروزه بحث‌های زیادی را در اقتصاد و سیاست و علم به خود اختصاص داده‌است اورانیوم می‌باشد که از آن انواع استفاده‌های صلح آمیز و غیر صلح آمیز(برای ساخت سلاح‌های اتمی ) می‌شود. تمامی این عناصر بجز ۳ عنصر اول یعنی اورانیوم و توریم و پروتاکتینیم بقیه در ازمایشگاه ساخته شده اند. پلوتونیم به مقدار بسیار ناچیزی در سنگ های اورانیوم دار پیدا شده است. این عناصر همگی رادیو اکتیو و چگالند.

جدول تناوبی به شکلی که امروزه در دسترس می باشد، از ابتدا به این صورت نبوده و طی سال های بسیاری گسترش یافته است.

گرچه منابع، دیمتری مندلیف را اولین دانشمندی معرفی کردند که عناصر را بر اساس وزن اتمی شان به صورت جدول مرتب کرد اما تا قبل از آنچه مندلیف ارایه کرده بود، تاریخچه ای در این مورد وجود دارد که در زیر خلاصه ای از آن آورده شده است.

در سال 1669 بازرگان آلمانی و کیمیاگر مبتدی به نام Hennig Brand تلاش کردند سنگ فیلسوف را کشف کنند، چیزی که ظاهرا می توانست فلزات را به طلای خالص تبدیل کند. او اولین نفری بود که فسفر را کشف کرد. در سال 1680 Robert Boyle، نیز فسفر را کشف کرد و این عنصر به عموم شناخته شد.

در سال 1809 ، حداقل 47 عنصر کشف شده بود که دانشمندان سعی می کردند آنها بر اساس مشخصاتشان دسته بندی کنند.

در سال 1863 شیمیدان انگلیسی John Newlands ، عنصر کشف شده را بر اساس مشخصاتشان به 11 گروه تقسیم کرد.

در سال 1869 شیمیدان روسی Dimitri Mendeleev، بر اساس وزن اتمی عناصر را رده بندی کرد. او کشف سایر عناصر را نیز پیش بینی کرد و فضایی را برای آنها در جدول تناوبی خود در نظر گرفت.

در سال 1886 فیزیکدان فرانسوی Antoine Bequerel ، اولین بار رادیو اکتیویته را کشف کرد. Marie  و  Pierre Curie روی تابش اورانیم و توریوم تحقیق کردند و در  ادامه رادیم و پولونیم را کشف کردند.

در سال 1894 Sir William Ramsay و Lord Rayleigh گازهای نجیب را کشف کردند که به عنوان گروه 0 به جدول تناوبی اضافه شدند.

در سال 1897 فیزیکدان انگلیسی J. J. Thomson اولین بار الکترون (ذره با بار منفی در یک اتم) را کشف کرد.

در سال 1913 Bohr کشف کرد که الکترون ها به دور یک هسته با انرژی های مختلف می چرخند که آنها را اربیتال نامید. تابش در حین حرکت آنها از یک اربیتال به اربیتال دیگر ساتع می شود.

و در سال 1945 Glenn Seaborg لانتانیدها و آکتنیدها (عدد اتمی > 92) را شناسایی کرد که معمولا در زیر جدول تناوبی گذاشته می شوند.