لماذا تقع اللانثانيدات والأكتينيدات في أسفل الجدول الدوري؟

موضعها الحقيقي

تتبّع الأعداد الذرية عبر الدورة 6: السيزيوم (55)، ثم الباريوم (56)، ثم قفزة إلى الهافنيوم (72). والعناصر الخمسة عشر من اللانثانوم (57) إلى اللوتيتيوم (71) تملأ هذه الفجوة. وللدورة 7 الفجوة نفسها بين الراديوم (88) والرذرفورديوم (104)، تملؤها العناصر الخمسة عشر من الأكتينيوم (89) إلى اللورنسيوم (103).

تشير جداول كثيرة إلى الموضع في المجموعة 3 بعنصر نائب مكتوب عليه 57–71 أو 89–103. ولو أُدخل الصفان في مكانهما لاحتوت كل من الدورتين 6 و7 على 32 عنصراً، ولصار للجدول 32 عموداً بدلاً من 18. ويسمى هذا التخطيط العريض الجدول الدوري الطويل أو ذا الأعمدة الـ 32.

الفئة f

تشكّل اللانثانيدات والأكتينيدات الفئة f. وعبر هذين الصفين تُضاف الإلكترونات أساساً إلى غلاف فرعي f يقع على بعد غلافين تحت الغلاف الأخير: 4f للانثانيدات و5f للأكتينيدات. ويتسع الغلاف الفرعي f لـ 14 إلكتروناً، ولهذا فإن عرض الفئة f يبلغ 14 عموداً.

يضم كل صف 15 عنصراً، أي أكثر بواحد من أعمدة الفئة f البالغة 14. وذلك لأن كلاً من اللانثانوم واللوتيتيوم يُعدّ من اللانثانيدات، وكلاً من الأكتينيوم واللورنسيوم يُعدّ من الأكتينيدات، بينما ينتمي عنصر واحد فقط من كل زوج فعلاً إلى المجموعة 3. ولا يزال الكيميائيون يتجادلون حول أي زوج يكون.

ولأن الإلكترونات المضافة تقع عميقاً داخل الذرة، فإن الإلكترونات الخارجية بالكاد تتغير عبر كل صف. وتنتهي كل اللانثانيدات بـ 6s²؛ فالنيوديميوم مثلاً هو [Xe] 4f⁴ 6s². ولهذا تتشابه اللانثانيدات كثيراً كيميائياً ويصعب فصلها.

اللانثانيدات

تُسمى اللانثانيدات، مع السكانديوم والإيتريوم، في الغالب عناصر الأتربة النادرة. وبالرغم من الاسم، فمعظمها ليس نادراً بشكل خاص في القشرة الأرضية؛ بل هي منتشرة ومن الصعب فصلها بعضها عن بعض.

وهي في معظمها فلزات فضية طرية تكوّن عادةً أيونات +3. والكثير منها حيوي للتكنولوجيا الحديثة: يُستخدم النيوديميوم في المغانط الدائمة القوية للمحركات وسماعات الرأس وتوربينات الرياح، والسماريوم في مغانط السماريوم–كوبالت المقاومة للحرارة، واليوروبيوم في المواد المتألقة للشاشات والمصابيح، والغادولينيوم في عوامل التباين لفحوص الرنين المغناطيسي. وعبر السلسلة تصغر الذرات قليلاً، من 240 pm للانثانوم إلى 221 pm للوتيتيوم بحسب بيانات هذا الموقع، وهو تأثير يسمى انكماش اللانثانيدات.

الأكتينيدات

جميع الأكتينيدات مشعة. والثوريوم واليورانيوم وحدهما يوجدان بكميات كبيرة في الطبيعة. أما الأكتينيوم والبروتكتينيوم فيوجدان بآثار ضئيلة في خامات اليورانيوم والثوريوم، وكذلك آثار من النبتونيوم والبلوتونيوم، لكن العناصر التي تلي اليورانيوم تُصنع كلها تقريباً في المفاعلات النووية أو مسرّعات الجسيمات.

اليورانيوم والبلوتونيوم هما وقود الطاقة النووية، ويُستخدم الأمريسيوم-241 في كثير من كواشف الدخان المنزلية. وتُظهر الأكتينيدات مدى أوسع من الشحنات مقارنة باللانثانيدات: فاليورانيوم مثلاً يمكن أن يكون +3 أو +4 أو +5 أو +6. أما أثقل الأكتينيدات، مثل النوبليوم واللورنسيوم، فلم يُصنع منها إلا كميات ضئيلة.

قراءتها في الجدول

عندما تبحث عن لانثانيد أو أكتينيد، تذكّر أن دورته هي 6 أو 7 مع أنه مطبوع في صف أسفل. فالنيوديميوم (60) في الدورة 6، واليورانيوم (92) في الدورة 7. وتترك جداول كثيرة رقم المجموعة فارغاً لهذه العناصر، لأن أعمدة الفئة f ليست ضمن المجموعات المرقّمة الثماني عشرة.

طريقة سريعة لتذكّر النطاقات: يبدأ صف اللانثانيدات مباشرة بعد الباريوم (56) وصف الأكتينيدات مباشرة بعد الراديوم (88)، وهما فلزّا المجموعة 2 في أسفل عمودها.