همه چیز در مورد فلز واسطه

فلز واسطه به عناصری در بلوک d (گروه‌های ۳ تا ۱۲ جدول تناوبی) گفته می‌شود که می‌توانند کاتیون‌هایی با زیرلایه d ناتمام بسازند.

چرا مهم‌اند:

• کاتالیزورها در صنعت و محیط‌زیست (Pt، Pd)
• استحکام و رسانایی در ساخت‌وساز و برق (Fe، Cu)
• ترکیبات رنگی و کمپلکس‌ها در رنگ‌دانه‌ها و داروها
• نمونه‌های رایج: آهن، مس، نیکل، کروم، طلا، نقره

در ادامه، تعریف دقیق، جایگاه در جدول و کاربردها را می‌بینید.

فلز واسطه چیست؟ تعریف ساده و کاربردی

فلز واسطه به گروه بزرگی از عناصر شیمیایی گفته می‌شود که در بخش میانی جدول تناوبی قرار گرفته و فلزات قلیایی فعال در سمت چپ را به غیرفلزات سمت راست متصل می‌کنند. 

این جایگاه منحصربه‌فرد، ویژگی‌های شیمیایی و فیزیکی خاصی به فلزات واسطه بخشیده که آن‌ها را از سایر عناصر متمایز می‌کند.

تفاوت فلز واسطه با فلزات دیگر

فلزات اصلی (مثل سدیم یا کلسیم) معمولا یک یا دو بار الکترونی مشخص دارند و واکنش‌ آنها قابل پیش‌بینی‌تر است. اما اتم‌های فلز واسطه دارای اوربیتال الکترونی d نیمه‌پر هستند. 

این تعریف کمی فنی به نظر می‌رسد، اما مفهومش ساده است: این ساختار الکترونی خاص به آن‌ها اجازه می‌دهد تا در واکنش‌های شیمیایی انعطاف‌پذیر باشند، رنگ‌های متنوعی بسازند و پیوندهای محکمی تشکیل دهند. 

به همین خاطر عناصر فلزات واسطه مانند آهن، مس، نیکل و طلا تا این اندازه پرکاربرد هستند و از زیورآلات گرفته تا موتور جت، رد پایشان دیده می‌شود.

جایگاه فلزات واسطه در جدول تناوبی

عناصر فلزات واسطه در جدول تناوبی گروه‌های ۳ تا ۱۲ را اشغال می‌کنند. این جایگاه که به «بلوک d» معروف شده، خانه اصلی این عناصر است. اگر به جدول تناوبی نگاه کنید، این عناصر در مرکز قرار گرفته‌ و قلب تپنده جدول را تشکیل می‌دهند. نخستین فلز واسطه در این سری اسکاندیم (Sc) با عدد اتمی ۲۱ است.

دسته‌بندی فلزات واسطه

اگرچه همه این عناصر زیر چتر فلز واسطه قرار می‌گیرند، اما شیمیدان‌ها برای درک بهتر آنها را به دو گروه اصلی تقسیم می‌کنند:

1. فلزات واسطه اصلی: شامل عناصری است که بیشترین کاربرد روزمره و صنعتی را دارند. آهن، مس، نیکل، کبالت، روی و کروم اعضای معروف این خانواده هستند.
2. فلزات واسطه داخلی: این گروه زیر جدول تناوبی قرار گرفته و با سری لانتانیدها و اکتینیدها شناخته می‌شوند. عناصری چون اورانیوم، سریم و نئودیمیم در این دسته جای می‌گیرند. کاربردهای آن‌ها از فناوری هسته‌ای تا آهن‌ربای فوق‌العاده قوی، لیزر و لامپ متنوع است.

ویژگی‌های کلیدی فلزات واسطه

آنچه که فلز واسطه را تا این حد مفید و جالب می‌کند، مجموعه‌ای از ویژگی‌های خاص و منحصربه‌فرد است.

۱. حالت‌های اکسایش متغیر

فلز واسطه می‌تواند الکترون‌های خود را به روش‌های مختلفی از دست داده و یون‌هایی با بار متفاوت بسازد. این انعطاف‌پذیری شیمیایی به آن‌ها اجازه می‌دهد در واکنش‌های پیچیده صنعتی و حتی بیولوژیکی (مانند نقش آهن در هموگلوبین خون) شرکت کنند.

۲. فعالیت کاتالیزوری

بیشتر عناصر فلزات واسطه مانند پلاتین، پالادیوم و نیکل سرعت واکنش‌های شیمیایی را افزایش می‌دهند، بدون اینکه خودشان مصرف شوند. مبدل کاتالیست خودروی شما از همین ویژگی برای تبدیل گازهای سمی به ترکیبات بی‌خطر استفاده می‌کند.

۳. رنگ و درخشش متمایز

برخلاف فلزات قلیایی که اغلب سفید یا بی‌رنگ هستند، ترکیبات فلز واسطه همیشه رنگی است. مس سولفات آبی، پتاسیم پرمنگنات بنفش و کروم اکسید سبز است. این رنگ‌ها به دلیل نحوه جذب و بازتاب نور توسط الکترون‌های موجود در اوربیتال d به وجود می‌آیند.

۴. تشکیل کمپلکس

فلز واسطه با مولکول‌های دیگر پیوندهای پیچیده‌ای به نام «کمپلکس» ایجاد می‌کند. این ویژگی در داروسازی (مانند داروی ضد سرطان سیس‌پلاتین) و فرآیندهای بیولوژیکی نقشی حیاتی دارد.

۵. مقاومت در برابر خوردگی

برخی فلزات واسطه مثل طلا و پلاتین در حضور هوا، رطوبت یا بسیاری از اسیدها به‌سختی دچار خوردگی می‌شوند. این ویژگی باعث می‌شود که در محیط‌های خورنده مثل اسیدها یا محلول‌های نمکی، ساختار و جلای خود را از دست ندهند.

۶. خواص مکانیکی و مغناطیسی بالا

فلزات واسطه اغلب سخت، چکش‌خوار و رسانای خوب برق و گرما هستند. برخی از آن‌ها مانند آهن، کبالت و نیکل خاصیت فرومغناطیس هم دارند. یعنی می‌توانند میدان مغناطیسی قوی ایجاد کنند و پس از قرار گرفتن در این میدان خاصیت آهنربایی خود را حفظ کنند.

مهم‌ترین فلزات واسطه و کاربرد آن‌ها 

بیایید نگاهی به کاربردهای چند فلز واسطه مشهور بیندازیم که هر روز با آن‌ها در ارتباط هستیم:

چرا طلا بین فلزات واسطه استثنایی است؟

طلا (Au) از نظر شیمیایی فلز واسطه محسوب می‌شود، اما ویژگی‌های خاصش آن را از بقیه گروه متمایز ساخته:

• مقاومت بالا: طلا از نجیب‌ترین فلزات است و به ندرت با اکسیژن یا سایر عناصر واکنش می‌دهد. به همین خاطر سکه زرین هخامنشی بعد از ۲۰۰۰ سال درخشان از زیر خاک بیرون کشیده می‌شود.
• کمیابی و ارزش اقتصادی: طلا بسیار کمیاب و استخراج آن دشوار و پرهزینه است. این کمیابی، همراه با ماندگاری و زیبایی آن را به یک پشتوانه ارزش قابل اعتماد تبدیل کرده.
• شکل‌پذیری: طلا نرم‌ترین و چکش‌خوارترین فلز جهان است. یک گرم آن را می‌شود به ورقی با ضخامت چند نانومتر یا سیمی نازک تبدیل کرد. همین ویژگی آن را برای جواهرسازی و صنایع دقیق ایده‌آل می‌کند.

آلیاژهای رایج طلا و نقش فلزات واسطه در هر کدام

خلوص طلا با عیار سنجیده می‌شود. طلای ۱۸ عیار (۷۵۰) یعنی ۷۵٪ طلا و ۲۵٪ عناصر دیگر. این عناصر اغلب یک فلز واسطه‌اند و مقدار آنها رنگ و سختی آلیاژ نهایی طلا را تعیین می‌کند.

جمع‌بندی

فلزات واسطه گروهی از عناصر در میانه جدول تناوبی هستند که ویژگی‌های خاصی مانند فعالیت کاتالیزوری، چکش‌خواری، رسانایی بالا و قابلیت تشکیل ترکیبات رنگی دارند.
از استحکام آهن در سازه‌ها تا رسانایی مس و زیبایی طلا عناصر فلزات واسطه در هر گوشه از زندگی ما حضور دارند. درک پاسخ سوال فلز واسطه چیست به ما کمک می‌کند تا اهمیت این مواد شگفت‌انگیز و نقش حیاتی آنها را در تمدن بشری بهتر درک کنیم.

سوالات متداول

منابع: ebsco.com | britannica.com