استخدامات العناصر الانتقالية: النيكل والكروم والتيتانيوم والكوبالت والبلاتين

الخلاصة السريعة

تُستخدم عناصر انتقالية في السبائك والطلاءات والحفز، كما تدخل مواد تحتوي على بعضها في البطاريات والأصباغ. وتختلف الوظيفة بين الفلز نفسه وسبيكته ومركباته؛ فالاسم العنصري لا يصف المنتج الصناعي كاملًا.^{[2][3][4][5][6][7]}

• يعرّف IUPAC العنصر الانتقالي بامتلاك ذرته مستوى فرعي d غير مكتمل، أو تكوينه كاتيونات ذات مستوى فرعي d غير مكتمل.^[1]
• يُستخدم النيكل في سبائك مقاومة للتآكل، ويُضاف الكروم إلى الفولاذ المقاوم للصدأ؛ دور كل عنصر مرتبط بتركيب المادة.^[2][3]
• تُستخدم سبائك التيتانيوم في الطيران، بينما يُستخدم ثاني أكسيد التيتانيوم صبغةً بيضاء؛ المركب ليس الفلز نفسه.^[4]
• يدخل الكوبالت في سبائك مغناطيسية ومواد لبعض بطاريات الليثيوم؛ ولا تحتوي جميع بطاريات الليثيوم على الكوبالت.^[5][7]
• يعمل البلاتين في تطبيقات حفزية، منها محولات عوادم السيارات؛ كما تُستخدم بعض أملاح الكوبالت في تلوين الزجاج.^[6][5]

ما هو العنصر الانتقالي؟

يركز تعريف IUPAC على البنية الإلكترونية: مستوى فرعي d غير مكتمل في الذرة، أو كاتيونات يمكن أن تكوّنها وتحمل مستوى فرعي d غير مكتمل. ولهذا لا تُستبدل قاعدة التعريف بعبارة أن كل فلز في منطقة معينة من الجدول يُعامل بالطريقة نفسها.^[1]

أما التطبيقات فتحتاج إلى تمييز آخر: هل نتحدث عن فلز، أم عن سبيكة تضم عدة عناصر، أم عن مركب كيميائي؟ تساعد الأمثلة الآتية على قراءة هذا الفرق.

النيكل والكروم: السبائك ومقاومة التآكل

تذكر الجمعية الملكية للكيمياء استعمال النيكل في سبائك مهمة، وفي الفولاذ المقاوم للصدأ وطلاء فلزات أخرى. ومن تطبيقاته كذلك بعض أنواع البطاريات القابلة للشحن، مثل بطاريات النيكل–هيدريد الفلز.^[2]

ويُضاف الكروم إلى الفولاذ لزيادة صلابته ومقاومته للتآكل، كما يدخل في الطلاء. لذلك لا يعني قولنا «استخدامات الكروم في الفولاذ» أن القطعة مصنوعة من كروم نقي؛ إنها مادة يستفاد من تركيبها السبيكي.^[3]

التيتانيوم: فلز ومركب لهما استعمالان

يجمع التيتانيوم كثافةً منخفضة ومقاومةً جيدة للتآكل، وتُستخدم سبائكه في أجزاء للطائرات. ويظهر أيضًا في تجهيزات تتطلب مقاومة التآكل، مثل بعض الأنابيب.^[4]

أما ثاني أكسيد التيتانيوم، TiO₂، فهو مركب يُستفاد منه صبغةً بيضاء في الطلاءات وغيرها. فوجود التيتانيوم في اسم الصبغة لا يعني أن اللون ناتج من فلز التيتانيوم نفسه.^[4]

الكوبالت: مغناطيس وبطارية ولون

من استعمالات الكوبالت سبائك مغناطيسية مع النيكل والألومنيوم، وسبائك تتحمل الحرارة في أجزاء التوربينات. وتختلف هذه التطبيقات عن استخدام أملاحه لإعطاء ألوان زرقاء للزجاج والخزف.^[5]

وتذكر بيانات USGS استعمال الكوبالت في صناعة بطاريات الليثيوم-أيون. لكن التقرير يذكر أيضًا بدائل خالية منه؛ لذلك فعبارة «الكوبالت في البطاريات» تشير إلى أنواع وتركيبات معينة، ولا تشمل كل بطارية ليثيوم.^[7]

البلاتين: حفز التفاعلات

يُستخدم البلاتين عاملًا حفازًا في تطبيقات صناعية، ومنها محولات عوادم السيارات. ويستفاد من خواصه كذلك في بعض تجهيزات خلايا الوقود.^[6]

تجمع القائمة إذن تطبيقات مختلفة، لا خاصية واحدة تنطبق على جميع العناصر الانتقالية. وعند قراءة اسم عنصر في منتج، يفيد تحديد صورته: فلز منفرد، أو سبيكة، أو مركب، ثم تحديد الوظيفة التي يؤديها.