★ كتاب الشرح والتفصيل العلمي الشامل المعتمد ★

• كتاب الشرح المفصل عناصر السلسلة الانتقالية الأولى وخصائصها الكيميائية والفيزيائية والأهمية الاقتصادية
• الكيمياء | الصف الثالث الثانوي (الثانوية العامة) | 2026 / 2027 | الباب الأول: العناصر الانتقالية

• ◄ 1. التوزيع الإلكتروني الشاذ وحالات التأكسد والاستقرار النسبي
• تقع عناصر السلسلة الانتقالية الأولى في الدورة الرابعة بين الكالسيوم (₂₀Ca) والجاليوم (₃₁Ga)، ويتتابع فيها امتلاء المستوى الفرعي 3d من إلكترون إلى 10 إلكترونات بعد امتلاء 4s: التوزيع العام: [₁₈Ar] 4s² 3d¹⁻¹⁰.
• الشذوذ الإلكتروني يشذ عنصران هما الكروم ₂₄Cr: [Ar] 4s¹ 3d⁵ والنحاس ₂₉Cu: [Ar] 4s¹ 3d¹⁰؛ حيث ينتقل إلكترون من 4s إلى 3d ليكون الغلاف الفرعي 3d نصف ممتلئ (مستقر) في الكروم، وتام الامتلاء (أقصى استقرار) في النحاس؛ لأن الذرة تكون أقل طاقة وأكثر استقراراً عندما يكون المستوى d فارغاً (d⁰) أو نصف ممتلئ (d⁵) أو ممتلئاً تماماً (d¹⁰).

• شكل توضيحي (شكل 1 – التوزيع الإلكتروني وحالات التأكسد للسلسلة 3d): مخطط التوزيع الإلكتروني وتدرج حالات التأكسد وطاقات التأين
• ◄ 2. فيزياء الخواص العامة: الكثافة، الألوان، المغناطيسية، والنشاط الحفزي

• أ.
• نصف القطر الذري والكثافة يلاحظ ثبات نسبي ملحوظ في نصف القطر الذري لعناصر السلسلة من الكروم حتى النحاس؛ وذلك لوجود عاملين متعاكسين: عامل زيادة شحنة النواة الفعالة التي تجذب الإلكترونات للداخل وتصغر الحجم، وعامل زيادة التنافر بين إلكترونات 3d المضافة الذي يكبر الحجم؛ مما يجعلها مثالية لتكوين السبائك الاستبدالية.
• وتزداد الكثافة تدريجياً عبر السلسلة لزيادة الكتلة الذرية مع ثبات الحجم تقريباً.

• ب.
• الأيونات الملونة ترجع ألوان مركبات الفلزات الانتقالية إلى وجود إلكترونات مفردة في أوربيتالات 3d يسهل إثارتها بطاقات فوتونات الضوء المرئي؛ فعندما يمتص المحلول لوناً معيناً، ينعكس اللون المتمم له إلى العين.
• فإذا كانت جميع أوربيتالات d فارغة (مثل Sc³⁺, Ti⁴⁺) أو ممتلئة تماماً (مثل Zn²⁺, Cu⁺) تصبح المادة عديمة اللون لعدم إمكانية إثارة الإلكترونات بالضوء المرئي.

• ج.
• النشاط الحفزي الفائق تلعب العناصر الانتقالية دور العامل الحفاز النموذجي (مثل الحديد المجزأ في طريقة هابر-بوش لتحضير غاز النشادر، وخامس أكسيد الفاناديوم V₂O₅ في طريقة التلامس لتصنيع حمض الكبريتيك، والنيكل المجزأ في هدرجة الزيوت).
• الآلية تستخدم الذرة إلكترونات 4s و 3d في تكوين روابط ضعيفة مع جزيئات المتفاعلات، مما يزيد من تركيز المتفاعلات على سطح الحافز، ويضعف الروابط بين ذراتها، فيخفض طاقة التنشيط ويسرع التفاعل دون استهلاك العامل الحفاز.
• شكل توضيحي (شكل 2 – منحنى طاقة التنشيط والنشاط الحفزي) رسم بياني يوضح أثر العامل الحفاز في تقليل طاقة التنشيط للتفاعل
• ◄ 3. تكنولوجيا استخلاص الحديد وإنتاج الصلب والسبائك
• تمر خامات الحديد (الهيماتيت Fe₂O₃، الليمونيت، الماجنتيت، والسيدريت) بثلاث مراحل صناعية كبرى:

• جدول مقارنة شاملة بين خواص المادة البارامغناطيسية والمادة الدايامغناطيسية
• ★ جميع عناصر السلسلة الأولى تعطي حالة تأكسد +2 بفقد 4s أولاً عدا السكانديوم الذي يعطي +3 مباشرة.
• ★ أيون Fe3+ أكثر استقراراً من Fe2+ لأن الغلاف 3d يكون نصف ممتلئ (3d5).
• ★ النحاس عنصر انتقالي لأن المستوى d غير ممتلئ في حالة التأكسد +2 (3d9) بالرغم من امتلائه في الحالة الذرية.
• ★ الخارصين (Zn) والزئبق (Hg) والكادميوم (Cd) لا تعتبر عناصر انتقالية لامتلاء d في الذرة وجميع مركباتها.