الخصائص العامة لعناصر السلسلة الانتقالية الأولى
درس الخصائص العامة لعناصر السلسلة الانتقالية الأولى: نبدأ بالخواص الفيزيائية (الحجم والكثافة)، ثم الخاصية المغناطيسية، وأخيرًا العوامل الحفازة. وفي صفحة الأسئلة تجد باقي الدرس.
الخواص الفيزيائية
- فلزات صلبة لامعة تتميز بجودة التوصيل للحرارة والكهرباء، ودرجات انصهارها وغليانها مرتفعة لقوة الروابط الفلزية.
- كثافتها مرتفعة، لأن أحجام ذراتها متقاربة بينما كتلها الذرية كبيرة.
- يقل نصف القطر الذري قليلًا في بداية السلسلة ثم يكاد يثبت، لأن الشحنة النووية الفعالة تزداد بزيادة العدد الذري بينما تضاف الإلكترونات إلى المستوى الداخلي 3d.
- الكتلة الذرية تزداد تدريجيًا بزيادة العدد الذري.
اعرض الحل
- الشكل (١) يقل ثم يثبت تقريبًا: هذا نصف القطر الذري.
- الشكل (٢) يزداد بانتظام: هذه الشحنة النووية الفعالة.
- الشكل (٣) يزداد قليلًا بين عنصر وآخر: هذه الكتلة الذرية.
الإجابة (أ).
اعرض الحل
أنصاف الأقطار الأربعة متقاربة جدًا (1.15 إلى 1.17 Å)، فيتحكم في الكثافة الاختلاف في الكتلة الذرية.
العناصر متتالية، فأكبرها كتلة ذرية هو الأخير (Z)، وهو أكبرها كثافة.
الإجابة (د).
الخاصية المغناطيسية
- المادة بارامغناطيسية إذا احتوت على إلكترونات مفردة، فتنجذب إلى المجال المغناطيسي الخارجي ويزداد وزنها الظاهري فيه.
- المادة ديامغناطيسية إذا كانت كل إلكتروناتها مزدوجة، فتتنافر مع المجال.
- يُقدَّر العزم المغناطيسي بوحدة BM من العلاقة حيث n عدد الإلكترونات المفردة.
- أكبر عزم مغناطيسي عند 5 إلكترونات مفردة (3d⁵)، كما في Mn²⁺ و Fe³⁺.
- كاتيونات Sc³⁺ و Zn²⁺ و Cu⁺ ديامغناطيسية، لأن المستوى 3d فيها فارغ أو ممتلئ.
| الأيون | التركيب | الإلكترونات المفردة | النوع |
|---|---|---|---|
| Sc³⁺ | 3d⁰ | 0 | ديامغناطيسي |
| Cr³⁺ | 3d³ | 3 | بارامغناطيسي |
| Mn²⁺ | 3d⁵ | 5 | بارامغناطيسي |
| Fe²⁺ | 3d⁶ | 4 | بارامغناطيسي |
| Co²⁺ | 3d⁷ | 3 | بارامغناطيسي |
| Cu²⁺ | 3d⁹ | 1 | بارامغناطيسي |
| Zn²⁺ | 3d¹⁰ | 0 | ديامغناطيسي |
اعرض الحل
- Co²⁺ تركيبه 3d⁷ فيه 3 إلكترونات مفردة، و Cr³⁺ تركيبه 3d³ فيه 3 إلكترونات مفردة، فهما بارامغناطيسيان.
- Sc³⁺ (3d⁰) و Zn²⁺ (3d¹⁰) ديامغناطيسيان.
الزوج الذي كل مركباته بارامغناطيسية هو Co(NO₃)₂ و CrCl₃.
الإجابة (ج).
اعرض الحل
العزم المغناطيسي يزداد بزيادة عدد الإلكترونات المفردة، وأكبر عدد منها 5 في المستوى 3d⁵ (إلكترون في كل أوربيتال من الأوربيتالات الخمسة).
الإجابة (ب).
اعرض الحل
الأنبوبة (2) هي التي تنجذب إلى المغناطيس فيزداد وزنها الظاهري، فكاتيونها بارامغناطيسي: Fe²⁺ (3d⁶ فيه 4 إلكترونات مفردة).
الأنبوبة (1) لا تنجذب، فكاتيونها ديامغناطيسي: Zn²⁺ (3d¹⁰).
الإجابة (د).
اعرض الحل
نقرأ من الشكل عدد الإلكترونات المفردة في الذرة وفي أيونها M³⁺:
- (X): 4 في الذرة و 5 في X³⁺، أي Fe (3d⁶ ثم 3d⁵).
- (Y): 3 في الذرة و 4 في Y³⁺، أي Co (3d⁷ ثم 3d⁶).
- (Z): 2 في الذرة و 3 في Z³⁺، أي Ni (3d⁸ ثم 3d⁷).
الكتلة الذرية للكوبلت (Y) أكبر من النيكل (Z)، وهي العبارة الصحيحة. أما درجة انصهار الحديد فأعلى من النيكل، والكتلة الذرية للحديد أقل من الكوبلت، ولكل من العنصرين Y و Z أكثر من حالة تأكسد.
الإجابة (ب).
العوامل الحفازة وطاقة التنشيط
- الفلزات الانتقالية ومركباتها عوامل حفازة لتعدد حالات تأكسدها، فتكوّن مركبات وسطية ثم تعود كما كانت.
- أمثلة: الحديد في تحضير النشادر، و V₂O₅ في تحضير حمض الكبريتيك (طريقة التلامس)، والنيكل في هدرجة الزيوت.
- طاقة التنشيط هي أقل طاقة يلزم أن تمتلكها المتفاعلات ليحدث التفاعل.
- العامل الحفاز يوفر مسارًا آخر للتفاعل أقل في طاقة التنشيط، فيزيد سرعة التفاعل، ولا يغير الحرارة المنطلقة أو الممتصة ΔH.
اعرض الحل
المنحنى المتصل (الأعلى) للتفاعل بلا عامل حفاز والمتقطع للتفاعل المحفز.
طاقة تنشيط التفاعل غير المحفز هي الفرق بين مستوى المتفاعلات وقمة المنحنى المتصل، أي (C). أما (B) فطاقة تنشيط التفاعل المحفز، و(A) هي ΔH.
الإجابة (ج).
اعرض الحل
نقرأ من الشكل: الفرق بين قمة المنحنى المتصل ومستوى النواتج 210 kJ، وطاقة تنشيطه 130 kJ.
إذن مستوى المتفاعلات أعلى من النواتج بـ 210 − 130 = 80 kJ (تفاعل طارد للحرارة).
قمة المنحنى المحفز تعلو مستوى النواتج بـ 180 kJ، فطاقة التنشيط المحفزة = 180 − 80 = 100 kJ.
الإجابة (ب).