نسخة الفيديو النصية
على الرغم من أن التدرج في درجات الانصهار من الصعب تحديده عند النظر إلى الفلزات الانتقالية في الدورة الرابعة، هناك تدرج أصغر يمكن ملاحظته من خلال البيانات. على سبيل المثال: ترتفع درجات الانصهار ودرجات الغليان معًا من السكانديوم إلى الفاناديوم، ولكنها تنخفض بعد ذلك عند الكروم، وتنخفض أكثر عند المنجنيز قبل ارتفاعها مجددًا. أي العبارات الآتية يمكن أن تفسر هذا الانخفاض في درجات الانصهار والغليان عند الكروم والمنجنيز؟ أ: يكون الكروم والمنجنيز بنى بلورية مختلفة عن السكانديوم والتيتانيوم والفاناديوم. ب: نصفا القطرين الفلزيين للكروم والمنجنيز أقل منهما في السكانديوم والتيتانيوم والفاناديوم. ج: الكروم والمنجنيز بهما مدارات 3d نصف ممتلئة، على عكس العناصر الثلاثة التي تسبقهما. د: كثافتا الكروم والمنجنيز أكبر من كثافات العناصر الثلاثة التي تسبقهما.
يطلب منا هذا السؤال تفسير سبب انخفاض درجتي غليان الكروم والمنجنيز انخفاضًا غير معتاد مقارنة بالفلزات الأخرى. دعونا نحذف خيارات الإجابة مؤقتًا؛ لكي يتوفر لدينا مساحة أكبر للشرح.
في العموم، الفلزات الانتقالية لها درجات انصهار ودرجات غليان عالية. تكون هذه العناصر روابط فلزية قوية تحافظ بقوة على تماسك المادة، وبذلك يكون لها درجات انصهار ودرجات غليان عالية. على وجه التحديد، ترجع قوة الروابط إلى الطبيعة غير المتمركزة لإلكتروناتها، التي تكون مشتركة بين ذرات الفلز.
لمعرفة سبب اختلاف درجتي غليان الكروم والمنجنيز، علينا النظر إلى إلكترونات كل منهما. يحتوي كل فلز انتقالي في الدورة الرابعة على إلكترونين في المدار 4s، وعدد من الإلكترونات في الغلاف الفرعي 3d. على سبيل المثال، التوزيع الإلكتروني للسكانديوم هو أرجون [Ar] 4s2 3d1.
لنلق نظرة على التوزيع الإلكتروني للفلزات الانتقالية الأخرى في الدورة الرابعة. بالتحرك من السكانديوم إلى التيتانيوم إلى الفاناديوم عبر الدورة، يزداد عدد الإلكترونات واحدًا تلو الآخر في المدارات d في الغلاف الفرعي 3d. عندما نصل إلى الكروم، بدلًا من أن يكون المدار 4s ممتلئًا، تتوزع الإلكترونات بحيث يكون الغلاف الفرعي 3d نصف ممتلئ. الغلاف الفرعي 3d للمنجنيز يكون نصف ممتلئ أيضًا. عند الحديد والفلزات التي تليه، تملأ الإلكترونات المضافة كل مدار لاحق في الغلاف الفرعي 3d. إذن، الخاصية المميزة للتوزيع الإلكتروني لكل من الكروم والمنجنيز هي الغلاف الفرعي 3d نصف الممتلئ.
الإلكترونات في الأغلفة الفرعية الممتلئة أو نصف الممتلئة تكون أكثر استقرارًا، وهذا يعني أنه من الصعب مشاركتها أو إزالتها. بما أنه من الصعب مشاركة الإلكترونات، وقوة الرابطة الفلزية تعتمد على الإلكترونات غير المتمركزة، فإن الروابط الفلزية للكروم والمنجنيز تكون ضعيفة نسبيًّا. الروابط الفلزية الضعيفة تعني انخفاض درجات الانصهار والغليان؛ لأن المادة ليست مترابطة بقوة.
بعد أن فسرنا هذا السبب المنطقي تفسيرًا كاملًا، دعونا نحذف الشرح ونضع خيارات الإجابة مرة أخرى. بالنظر إلى خيارات الإجابة الأربعة، نجد أن خيارًا واحدًا فقط يطابق التفسير الصحيح. الخيار ج: الكروم والمنجنيز بهما مدارات 3d نصف ممتلئة، على عكس العناصر الثلاثة التي تسبقهما، هو الإجابة الصحيحة. كما وضحنا للتو، تحتوي المدارات نصف الممتلئة في الكروم والمنجنيز على إلكترونات مستقرة، ويؤدي ذلك إلى تكوين روابط فلزية أضعف ينتج عنها درجتا انصهار وغليان أقل للمادة.
إذن، أي العبارات تفسر الانخفاض في درجات الانصهار والغليان عند الكروم والمنجنيز؟ إنها العبارة الواردة في الخيار ج: الكروم والمنجنيز بهما مدارات 3d نصف ممتلئة، على عكس العناصر الثلاثة التي تسبقهما.
