دورانی جدول کا $d$-بلاک گروپ 3-12 کے عناصر پر مشتمل ہے جن میں چار طویل ادوار میں $d$ اوربیٹلز بتدریج بھرے جاتے ہیں۔ $f$-بلاک ان عناصر پر مشتمل ہے جن میں $4 f$ اور $5 f$ اوربیٹلز بتدریج بھرے جاتے ہیں۔ انہیں دورانی جدول کے نیچے ایک علیحدہ پینل میں رکھا گیا ہے۔ منتقلی دھاتیں اور اندرونی منتقلی دھاتیں کے نام اکثر بالترتیب $d$-اور $f$-بلاکس کے عناصر کے لیے استعمال ہوتے ہیں۔

منتقلی دھاتوں کی بنیادی طور پر چار سیریز ہیں، $3 d$ سیریز ($\mathrm{Sc}$ سے $\mathrm{Zn}$)، $4 d$ سیریز ($\mathrm{Y}$ سے $\mathrm{Cd}$)، $5 d$ سیریز (La اور $\mathrm{Hf}$ سے $\mathrm{Hg}$) اور $6 d$ سیریز جس میں $\mathrm{Ac}$ اور عناصر $\mathrm{Rf}$ سے $\mathrm{Cn}$ تک ہیں۔ اندرونی منتقلی دھاتوں کی دو سیریز؛ $4 f(\mathrm{Ce}$ سے $\mathrm{Lu})$ اور $5 f$ (Th سے $\mathrm{Lr}$) کو بالترتیب لینتھانائڈز اور ایکٹینائڈز کے نام سے جانا جاتا ہے۔

اصل میں منتقلی دھاتوں کا نام اس حقیقت سے ماخوذ تھا کہ ان کی کیمیائی خصوصیات $s$ اور $p$-بلاک عناصر کے درمیان منتقلی تھیں۔ اب IUPAC کے مطابق، منتقلی دھاتوں کو ایسی دھاتوں کے طور پر تعریف کیا جاتا ہے جن میں غیر جانبدار ایٹم یا ان کے آئنوں میں نامکمل $d$ سب شیل ہوتا ہے۔ گروپ 12 کے زنک، کیڈمیم اور مرکری اپنی زمینی حالت کے ساتھ ساتھ اپنی عام آکسیڈیشن حالتوں میں بھی مکمل $d^{10}$ ترتیب رکھتے ہیں اور اس لیے، انہیں منتقلی دھاتوں کے طور پر نہیں سمجھا جاتا۔ تاہم، بالترتیب $3 d, 4 d$ اور $5 d$ منتقلی سیریز کے آخری رکن ہونے کے ناطے، ان کی کیمسٹری کا مطالعہ منتقلی دھاتوں کی کیمسٹری کے ساتھ کیا جاتا ہے۔

ان کے ایٹموں میں جزوی طور پر بھرے ہوئے d یا f اوربیٹلز کی موجودگی منتقلی عناصر کو غیر منتقلی عناصر سے مختلف بناتی ہے۔ اس لیے، منتقلی عناصر اور ان کے مرکبات کا مطالعہ علیحدہ کیا جاتا ہے۔ تاہم، غیر منتقلی عناصر پر لاگو ہونے والی والینس کی عام تھیوری کو منتقلی عناصر پر بھی کامیابی سے لاگو کیا جا سکتا ہے۔

مختلف قیمتی دھاتیں جیسے چاندی، سونا اور پلاٹینم اور صنعتی لحاظ سے اہم دھاتیں جیسے لوہا، تانبا اور ٹائٹینیم منتقلی دھاتوں کی سیریز سے تعلق رکھتی ہیں۔ اس یونٹ میں، ہم پہلے منتقلی عناصر کی الیکٹرانک ترتیب، وقوع اور عمومی خصوصیات کے ساتھ ساتھ پہلی قطار (3d) منتقلی دھاتوں کی خصوصیات کے رجحانات پر خصوصی زور دے کر کچھ اہم مرکبات کی تیاری اور خصوصیات سے نمٹیں گے۔ اس کے بعد اندرونی منتقلی دھاتوں کی الیکٹرانک ترتیب، آکسیڈیشن حالتوں اور کیمیائی رد عمل جیسے کچھ عمومی پہلوؤں پر غور کیا جائے گا۔

8.1 دورانی جدول میں مقام

$d$-بلاک دورانی جدول میں $s$- اور $p$-بلاکس کے درمیان واقع بڑے درمیانی حصے پر قبضہ کرتا ہے۔ ایٹموں کے آخری سے پہلے توانائی لیول کے $d$-اوربیٹلز الیکٹران حاصل کرتے ہیں جس سے منتقلی دھاتوں کی چار قطاریں بنتی ہیں، یعنی $3 d, 4 d, 5 d$ اور $6 d$۔ منتقلی عناصر کی یہ تمام سیریز جدول 8.1 میں دکھائی گئی ہیں۔

8.2 ڈی-بلاک عناصر کی الیکٹرانک ترتیبات

عام طور پر ان عناصر کے بیرونی اوربیٹلز کی الیکٹرانک ترتیب $(n-1) d^{1-10} n s^{1-2}$ ہے سوائے Pd کے جہاں اس کی الیکٹرانک ترتیب $4 d^{10} 5 s^{0}$ ہے۔ ($n-1$) اندرونی $d$ اوربیٹلز کی نمائندگی کرتا ہے جن میں ایک سے دس الیکٹران ہو سکتے ہیں اور سب سے بیرونی ns اوربیٹل میں ایک یا دو الیکٹران ہو سکتے ہیں۔ تاہم، اس تعمیم میں کئی استثنیٰ ہیں کیونکہ (n-1)d اور ns اوربیٹلز کے درمیان توانائی کا فرق بہت کم ہوتا ہے۔ مزید برآں، اوربیٹلز کے آدھے اور مکمل طور پر بھرے ہوئے سیٹ نسبتاً زیادہ مستحکم ہوتے ہیں۔ اس عنصر کا نتیجہ $\mathrm{Cr}$ اور $\mathrm{Cu}$ کی الیکٹرانک ترتیب میں $3 d$ سیریز میں عکس انداز ہوتا ہے۔ مثال کے طور پر، $\mathrm{Cr}$ کے معاملے پر غور کریں، جس کی بجائے $3 d^{5} 4 s^{1}$ ترتیب ہے $3 d^{4} 4 s^{2}$؛ اوربیٹلز کے دو سیٹوں ($3 d$ اور $4 s$) کے درمیان توانائی کا فرق اتنا کم ہے کہ الیکٹران کے $3 d$ اوربیٹلز میں داخل ہونے سے روکتا ہے۔ اسی طرح $\mathrm{Cu}$ کے معاملے میں، ترتیب $3 d^{10} 4 s^{1}$ ہے نہ کہ $3 d^{9} 4 s^{2}$۔ منتقلی عناصر کے بیرونی اوربیٹلز کی زمینی حالت کی الیکٹرانک ترتیبات جدول 8.1 میں دی گئی ہیں۔

جدول 8.1: منتقلی عناصر کے بیرونی اوربیٹلز کی الیکٹرانک ترتیبات (زمینی حالت)

$\mathrm{Zn}, \mathrm{Cd}, \mathrm{Hg}$ اور $\mathrm{Cn}$ کے بیرونی اوربیٹلز کی الیکٹرانک ترتیبات کو عمومی فارمولہ $(n-1) d^{10} n s^{2}$ سے ظاہر کیا جاتا ہے۔ ان عناصر میں اوربیٹلز زمینی حالت کے ساتھ ساتھ ان کی عام آکسیڈیشن حالتوں میں بھی مکمل طور پر بھرے ہوئے ہیں۔ اس لیے، انہیں منتقلی عناصر کے طور پر نہیں سمجھا جاتا۔ منتقلی عناصر کے $d$ اوربیٹلز دوسرے اوربیٹلز (یعنی، $s$ اور $p$) کے مقابلے میں ایٹم کے محیط تک زیادہ پھیلے ہوئے ہیں، اس لیے، وہ ارد گرد کے ماحول سے زیادہ متاثر ہوتے ہیں اور ساتھ ہی ان کے ارد گرد کے ایٹموں یا مالیکیولز کو بھی متاثر کرتے ہیں۔ کچھ لحاظ سے، ایک دیے گئے $d^{\mathrm{n}}$ ترتیب ($n=1-9$) کے آئنوں کی مقناطیسی اور الیکٹرانک خصوصیات ملتی جلتی ہیں۔ جزوی طور پر بھرے ہوئے $d$ اوربیٹلز کے ساتھ یہ عناصر کچھ خاص خصوصیات کا مظاہرہ کرتے ہیں جیسے کہ مختلف آکسیڈیشن حالتوں کا ظہور، رنگین آئنوں کی تشکیل اور مختلف لیگنڈز کے ساتھ کمپلیکس کی تشکیل میں داخل ہونا۔

منتقلی دھاتیں اور ان کے مرکبات بھی کیٹیلیٹک خصوصیت اور پیرامگنیٹک رویہ کا مظاہرہ کرتے ہیں۔ ان تمام خصوصیات پر اس یونٹ میں بعد میں تفصیل سے بحث کی گئی ہے۔

غیر منتقلی عناصر کے برعکس ایک افقی قطار کے منتقلی عناصر کی خصوصیات میں زیادہ مماثلتیں ہیں۔ تاہم، کچھ گروپ مماثلتیں بھی موجود ہیں۔ ہم پہلے عمومی خصوصیات اور ان کے رجحانات کا افقی قطاروں (خاص طور پر $3 d$ قطار) میں مطالعہ کریں گے اور پھر کچھ گروپ مماثلتوں پر غور کریں گے۔

8.3 منتقلی عناصر کی عمومی خصوصیات (ڈی-بلاک)

ہم مندرجہ ذیل حصوں میں صرف پہلی منتقلی سیریز کے عناصر کی خصوصیات پر بحث کریں گے۔

8.3.1 طبیعی خصوصیات

تقریباً تمام منتقلی عناصر عام دھاتی خصوصیات کا مظاہرہ کرتے ہیں جیسے کہ زیادہ tensile طاقت، ductility، malleability، زیادہ حرارتی اور برقی موصلیت اور دھاتی چمک۔ $\mathrm{Zn}$، $\mathrm{Cd}, \mathrm{Hg}$ اور $\mathrm{Mn}$ کے استثنیٰ کے ساتھ، ان کے پاس عام درجہ حرارت پر ایک یا زیادہ عام دھاتی ڈھانچے ہوتے ہیں۔

منتقلی دھاتوں کے lattice ڈھانچے

شکل 8.1: منتقلی عناصر کے پگھلنے کے مقامات میں رجحانات

منتقلی دھاتیں ($\mathrm{Zn}, \mathrm{Cd}$ اور $\mathrm{Hg}$ کے استثنیٰ کے ساتھ) بہت سخت ہوتی ہیں اور ان میں کم volatility ہوتی ہے۔ ان کے پگھلنے اور ابلنے کے مقامات زیادہ ہوتے ہیں۔ شکل 8.1 $3 d, 4 d$ اور $5 d$ سیریز سے تعلق رکھنے والی منتقلی دھاتوں کے پگھلنے کے مقامات کو دکھاتی ہے۔ ان دھاتوں کے زیادہ پگھلنے کے مقامات کو ns الیکٹرانز کے علاوہ (n-1)d سے زیادہ تعداد میں الیکٹرانز کی شمولیت سے منسوب کیا جاتا ہے جو interatomic دھاتی بانڈنگ میں شامل ہوتے ہیں۔ کسی بھی قطار میں ان دھاتوں کے پگھلنے کے مقامات $d^{5}$ پر زیادہ سے زیادہ ہوتے ہیں سوائے $\mathrm{Mn}$ اور $\mathrm{Tc}$ کے غیر معمولی اقدار کے اور باقاعدگی سے گرتے ہیں جیسے جوہری عدد بڑھتا ہے۔ ان کے ایٹمائزیشن کی enthalpies زیادہ ہوتی ہیں جو شکل 8.2 میں دکھائی گئی ہیں۔ ہر سیریز کے تقریباً درمیان میں زیادہ سے زیادہ اقدار بتاتی ہیں کہ ایک غیر جوڑا الیکٹران فی $d$ اوربیٹل خاص طور پر مضبوط interatomic تعامل کے لیے موزوں ہے۔ عام طور پر، valence الیکٹرانز کی تعداد جتنی زیادہ ہوگی، نتیجے میں بانڈنگ اتنی ہی مضبوط ہوگی۔ چونکہ ایٹمائزیشن کی enthalpy دھات کے معیاری الیکٹروڈ پوٹینشل کا تعین کرنے میں ایک اہم عنصر ہے، اس لیے ایٹمائزیشن کی بہت زیادہ enthalpy (یعنی، بہت زیادہ ابلتا نقطہ) والی دھاتیں اپنے رد عمل میں noble ہونے کی طرف مائل ہوتی ہیں (الیکٹروڈ پوٹینشلز کے لیے بعد میں دیکھیں)۔

شکل 8.2 سے ایک اور تعمیم یہ اخذ کی جا سکتی ہے کہ دوسری اور تیسری سیریز کی دھاتوں کی ایٹمائزیشن کی enthalpies پہلی سیریز کے متعلقہ عناصر سے زیادہ ہوتی ہیں؛ یہ بھاری منتقلی دھاتوں کے مرکبات میں دھات-دھات بانڈنگ کی زیادہ کثرت کے وقوع کے حساب میں ایک اہم عنصر ہے۔

شکل 8.2 منتقلی عناصر کی ایٹمائزیشن کی enthalpies میں رجحانات

8.3.2 منتقلی دھاتوں کے ایٹمی اور آئنک سائز میں تغیر

عام طور پر، ایک دی گئی سیریز میں ایک ہی چارج کے آئنوں کے رداس میں جوہری عدد میں اضافے کے ساتھ بتدریج کمی آتی ہے۔ اس کی وجہ یہ ہے کہ ہر بار جب نیوکلیئر چارج ایک اکائی سے بڑھتا ہے تو نیا الیکٹران ایک $d$ اوربیٹل میں داخل ہوتا ہے۔ یہ یاد رکھنا چاہیے کہ ایک $d$ الیکٹران کا shielding effect اتنا مؤثر نہیں ہوتا، اس لیے نیوکلیئر چارج اور سب سے بیرونی الیکٹران کے درمیان خالص electrostatic کشش بڑھ جاتی ہے اور آئنک رداس کم ہو جاتا ہے۔ ایک دی گئی سیریز کے ایٹمی رداس میں بھی یہی رجحان مشاہدہ کیا جاتا ہے۔ تاہم، ایک سیریز کے اندر تغیر کافی کم ہوتا ہے۔ ایک دلچسپ نکتہ اس وقت سامنے آتا ہے جب ایک سیریز کے ایٹمی سائز کا موازنہ دوسری سیریز کے متعلقہ عناصر کے ساتھ کیا جاتا ہے۔ شکل 8.3 میں curves عناصر کی پہلی (3d) سے دوسری (4d) سیریز تک اضافہ دکھاتی ہیں لیکن تیسری $(5 d)$ سیریز کے رداس عملی طور پر دوسری سیریز کے متعلقہ ارکان کے رداس کے برابر ہیں۔ یہ رجحان $4 f$ اوربیٹلز کی مداخلت سے وابستہ ہے جنہیں $5 d$ سیریز کے عناصر شروع ہونے سے پہلے بھرنا ضروری ہے۔ $4 f$ کو $5 d$ اوربیٹل سے پہلے بھرنے کے نتیجے میں ایٹمی رداس میں باقاعدہ کمی آتی ہے جسے لینتھانائڈ سکڑاؤ کہتے ہیں جو جوہری عدد میں اضافے کے ساتھ ایٹمی سائز میں متوقع اضافے کی تلافی کرتا ہے۔ لینتھانائڈ سکڑاؤ کا خالص نتیجہ یہ ہے کہ دوسری اور تیسری $d$ سیریز ملتے جلتے رداس ظاہر کرتی ہیں (مثلاً، Zr 160 pm، Hf $159 \mathrm{pm}$) اور ان کی طبیعی اور کیمیائی خصوصیات بہت زیادہ ملتی جلتی ہیں جو عام خاندانی تعلق کی بنیاد پر متوقع سے کہیں زیادہ ہیں۔

شکل 8.3: منتقلی عناصر کے ایٹمی رداس میں رجحانات

لینتھانائڈ سکڑاؤ کے لیے ذمہ دار عنصر کسی حد تک عام منتقلی سیریز میں مشاہدہ کیے گئے عنصر سے ملتا جلتا ہے اور اسی وجہ سے منسوب کیا جاتا ہے، یعنی، اوربیٹلز کے ایک ہی سیٹ میں ایک الیکٹران کا دوسرے الیکٹران کی طرف سے نامکمل shielding۔ تاہم، ایک $4 f$ الیکٹران کا دوسرے $d$ الیکٹران کی طرف سے shielding ایک $4 f^{n}$ الیکٹران کے دوسرے $(Z=22)$ الیکٹران کی طرف سے shielding سے کم ہوتی ہے، اور جیسے جیسے نیوکلیئر چارج سیریز کے ساتھ بڑھتا ہے، پورے $(Z=29)$ اوربیٹلز کے سائز میں کافی باقاعدہ کمی آتی ہے۔

دھاتی رداس میں کمی کے ساتھ ساتھ ایٹمی کمیت میں اضافے کے نتیجے میں ان عناصر کی کثافت میں عمومی اضافہ ہوتا ہے۔ اس طرح، ٹائٹینیم $\mathbf{T i}$ سے تانبے $\mathbf{V}$ تک کثافت میں نمایاں اضافہ نوٹ کیا جا سکتا ہے (جدول 8.2)۔

جدول 8.2: منتقلی عناصر کی پہلی سیریز کی الیکٹرانک ترتیبات اور کچھ دیگر خصوصیات

مثال 8.2 منتقلی عناصر ایٹمائزیشن کی زیادہ enthalpies کیوں ظاہر کرتے ہیں؟

حل ان کے ایٹموں میں غیر جوڑے ہوئے الیکٹرانز کی بڑی تعداد کی وجہ سے ان کے درمیان مضبوط interatomic تعامل ہوتا ہے اور اس لیے ایٹموں کے درمیان مضبوط بانڈنگ ہوتی ہے جس کے نتیجے میں ایٹمائزیشن کی enthalpies زیادہ ہوتی ہیں۔

8.3.3 آئنائزیشن Enthalpies

منتقلی عناصر کی ہر سیریز میں بائیں سے دائیں طرف آئنائزیشن enthalpy میں اضافہ ہوتا ہے جو اندرونی d اوربیٹلز کے بھرنے کے ساتھ نیوکلیئر چارج میں اضافے کی وجہ سے ہوتا ہے۔ جدول 8.2 منتقلی عناصر کی پہلی سیریز کی پہلی تین آئنائزیشن enthalpies کی اقدار دیتا ہے۔ یہ اقدار دکھاتی ہیں کہ ان عناصر کی متواتر enthalpies غیر منتقلی عناصر کے معاملے کی طرح تیزی سے نہیں بڑھتی ہیں۔ منتقلی عناصر کی ایک سیریز میں آئنائزیشن enthalpy میں تغیر غیر منتقلی عناصر کی ایک دور میں تغیر کے مقابلے میں بہت کم ہوتا ہے۔ پہلی آئنائزیشن enthalpy، عام طور پر، بڑھتی ہے، لیکن دوسری اور تیسری آئنائزیشن enthalpies میں اضافے کی مقدار متواتر عناصر کے لیے، ایک سیریز کے ساتھ بہت زیادہ ہوتی ہے۔

$3 d$ سیریز کی دھاتوں کی پہلی آئنائزیشن enthalpy میں غیر معمولی رجحان، اگرچہ کیمیائی لحاظ سے کم اہمیت کا حامل ہے، اس بات پر غور کرکے سمجھایا جا سکتا ہے کہ ایک الیکٹران کو ہٹانے سے $d$ اور $n s$ اوربیٹلز کی relative energies بدل جاتی ہیں۔ آپ نے سیکھا ہے کہ جب $(n-1) d$-بلاک عناصر آئن بناتے ہیں، تو $3 d$ الیکٹران $3 d$ الیکٹران سے پہلے کھو جاتے ہیں۔ جیسے ہم $3 d$ سیریز میں دور کے ساتھ آگے بڑھتے ہیں، ہم دیکھتے ہیں کہ اسکینڈیم سے زنک تک نیوکلیئر چارج بڑھتا ہے لیکن الیکٹران اندرونی سب شیل، یعنی $4 s$ اوربیٹلز میں شامل ہوتے ہیں۔ یہ $3 d$ الیکٹران $d^{\mathrm{n}}$ الیکٹران کو بڑھتے ہوئے نیوکلیئر چارج سے کسی حد تک زیادہ مؤثر طریقے سے shield کرتے ہیں بہ نسبت outer shell الیکٹرانز ایک دوسرے کو shield کر سکتے ہیں۔ اس لیے، ایٹمی رداس کم تیزی سے کم ہوتے ہیں۔ اس طرح، آئنائزیشن energies $4 s$ سیریز کے ساتھ صرف تھوڑا سا بڑھتی ہیں۔ دوہرے یا زیادہ زیادہ چارج والے آئنوں میں $d$ ترتیب ہوتی ہے جس میں کوئی $d$ الیکٹران نہیں ہوتے۔ دوسری آئنائزیشن enthalpy کی اقدار میں اضافے کا ایک عمومی رجحان متوقع ہے کیونکہ مؤثر نیوکلیئر چارج بڑھتا ہے کیونکہ ایک $\mathrm{Mn}^{2+}$ الیکٹران دوسرے الیکٹران کو نیوکلیئر چارج کے اثر سے shield نہیں کرتا کیونکہ $\mathrm{Fe}^{3+}$-اوربیٹلز سمت میں مختلف ہوتے ہیں۔ تاہم، دوسری اور تیسری آئنائزیشن enthalpy میں مستحکم اضافے کا رجحان بالترتیب $d^{5}$ اور $d^{n}$ کی تشکیل کے لیے ٹوٹ جاتا ہے۔ دونوں صورتوں میں، آئنوں کی $d^{6}$ ترتیب ہوتی ہے۔ اسی طرح کے breaks بعد کی منتقلی سیریز میں متعلقہ عناصر پر ہوتے ہیں۔

الیکٹرانک ترتیب $\mathrm{Mn}^{+}$ کے لیے آئنائزیشن enthalpy میں تغیر کی تشریح مندرجہ ذیل ہے:

آئنائزیشن enthalpy کی قدر کے لیے ذمہ دار تین اصطلاحات ہیں: nucleus کی طرف ہر الیکٹران کی کشش، الیکٹرانز کے درمیان repulsion اور exchange energy۔ Exchange energy توانائی کی حالت کی stabilisation کے لیے ذمہ دار ہے۔ Exchange energy degenerate اوربیٹلز میں متوازی spins کے ممکنہ