Siirtymämetallit
Sijainti jaksollisessa taulukossa
|
Alkuaineita kanssa atomiluku 21-30, 39-48, 57-80 ja 89-112 ovat yleensä kutsutaan siirtyminen elementtejä . Koska nämä elementit ovat kaikki metalleja , käytetään myös termiä siirtymämetallit . Tämä nimi perustuu asemaansa jaksollisen , koska siirtyminen on esitetty peräkkäiset kasvu elektronien että d - atomiorbitaali pitkin kullakin jaksolla. IUPAC määritellään siirtyminen elementtejä kuin elementtejä, jotka on epätäydellinen d-subshell tai muodossa ionien epätäydellisen d- subshell . Tämän tiukempaa määritelmää, elementit sinkin ryhmästä ovat ei siirtyminen elementtejä , koska niillä on d 10 kokoonpano. Perinteisesti on kuitenkin käytetty yksinkertaisempaa ja vähemmän tiukkaa määritelmää.
21 sivua |
22 Ti |
23 V |
24 Kr |
25 mn |
26 jalkaa |
27 Co |
28 Ni |
29 ov |
30 muistiinpanoa |
39 Y |
40 Zr |
41 Nb |
42 ma |
43 Tc |
44 Ru |
45 Rh |
46 Pd |
47 Ag |
48 Cd |
57 La |
72 Hf |
73 päivää |
74 W |
75 Re |
76 os |
77 Ir |
78 pt |
79 Au |
80 ed |
89 Ac |
104 kohta |
105 Db |
106 sg |
107 tuntia |
108 ms |
109 m |
110 Ds |
111 keskim |
112 cn |
Elektronikonfiguraatio
Pääryhmäelementeillä , jotka ovat jaksollisessa taulukossa ennen siirtymämetalleja ( eli elementit numerot 1-20), ei ole elektronia d- orbitaaleissa, vaan vain s- ja p- orbitaaleissa (vaikka oletetaan, että tyhjät d- orbitaalit alkuaineiden, kuten pii , fosfori ja rikki ) käyttäytymisessä .
Että d-lohkon elementtejä skandiumin ja sinkin , d orbitaalit täytetään pitkin aikana. Lukuun ottamatta kuparin ja kromin , kaikki 4. periodi d -elementit on kaksi elektronia ulommissa s orbital, vaikka elementit epätäydellinen 3d-orbitaalien. Tämä on epätavallista: alemmat orbitaalit täytetään yleensä ennen ulkokuoria. S orbitaalien on d -elementit ovat alemmassa energian tila kuin d subshells. Koska atomit pyrkivät omaksumaan pienimmän mahdollisen energiatilan, s- kuoret täytetään ensin. Kromia ja kuparia koskevat poikkeukset - joiden ulkoradalla on vain yksi elektroni - johtuvat elektronin hylkimisestä. Elektronien jakaminen s- ja d- orbitaaleihin johtaa atomien pienempiin energiatiloihin kuin kahden elektronin sijoittaminen ulommalle s- orbitaalille.
Kaikki d- lohkoelementit eivät ole siirtymämetalleja. Skandium ja sinkki eivät sovi edellä annettuun määritelmään. Skandium on yksi elektroni sen d alemman kuoren ja 2 elektronien ulommassa s kiertoradan. Koska ainoalla skandiumionilla (Sc 3+ ) ei ole elektronia d- kiertoradalla, sillä ei tietenkään voi olla "osittain täytettyä" d- kiertoradaa. Sama pätee sinkkiin, koska sen ainoalla ionilla, Zn 2+ , on täysin täytetty d- orbitaali.
Kemialliset ja fysikaaliset ominaisuudet
Siirtymäelementeille on yleensä tunnusomaista korkea vetolujuus , tiheydet , sulamispisteet ja kiehumispisteet . Kuten muutkin siirtymämetallien ominaisuudet, nämä johtuvat myös d- orbitaalien elektronien kyvystä sijoittua metalliristikon sisään. Metallimateriaaleissa, mitä enemmän elektroneja jaetaan ytimien välillä, sitä selvemmät nämä ominaisuudet ovat.
Siirtymämetallien tyypillisiä ominaisuuksia ovat:
- Ne muodostavat värillisiä liitoksia.
- Niillä voi olla monia erilaisia hapetustiloja .
- Ne ovat hyviä katalysaattoreita .
- Ne muodostavat komplekseja .
- D- orbitaalien osittaisesta miehityksestä johtuen voi tapahtua parittomia elektronin pyöriä, mikä luo atomimagneettisen momentin. Tässä tapauksessa sekä puhtaat siirtymämetallit että niiden yhdisteet osoittavat paramagneettista , ferromagneettista , ferrimagneettista tai antiferromagneettista käyttäytymistä.
Hapetustilat
Verrattuna ryhmän II elementteihin, kuten kalsium , siirtymäelementtien ioneja on monissa hapetustiloissa. Kalsiumatomit luovuttavat vain kaksi elektronia, koska tämä antaa heille jalokaasukonfiguraation. Ne ovat siis hapettumistilassa + II, kun taas siirtymäelementti voi lähettää jopa kahdeksan elektronia. Jos tarkastelet molempien ryhmien ionisaatioentalpioita , voit nähdä myös syyn tähän. Tarvittava energia poistaa elektroneja kalsium on alhainen, kunnes yksi yrittää poistaa elektroneja alle sen ulompi s kiertoradan. Ca 3+: lla on niin suuri ionisaation entalpia, että sitä ei normaalisti tapahdu. Siirtymäelementeillä, kuten vanadiumilla, on toisaalta melko lineaarisesti kasvavat ionisaatioentalpiat niiden s- ja d- orbitaaleissa, koska 3d- ja 4s- orbitaalien välillä on pieni energiaero . Siirtymäelementtejä esiintyy siis myös erittäin korkeilla hapetusluvuilla. Yleensä ne elektronikonfiguraatiot, jotka ovat joko kokonaan tai puoliksi varattuja, ovat edullisia.
Tietyt käyttäytymismallit voidaan nähdä jaksolla:
- Hapettumistilojen määrä kasvaa 4. jaksolla mangaaniin saakka ja pienenee sitten uudelleen. Tämä johtuu protonien voimakkaammasta vetovoimasta ytimessä, mikä vaikeuttaa elektronien erottamista.
- Alhaisen hapettumisasteen elementit esiintyvät yleensä yksinkertaisina ioneina. Suuremmissa hapetustiloissa ne ovat yleensä kovalenttisesti sitoutuneet muihin elektronegatiivisiin elementteihin, kuten happeen tai fluoriin , usein anioneina .
Suurimman hapettumistilan lineaarinen trendi ennustettiin äskettäin 6. jakson siirtymämetalleille. Suurimmat hapettumistasot lantaanista osmiumiksi kasvavat vähitellen + III: sta + VIII: een ja laskevat sitten uudelleen lineaarisesti elohopean hapetustasoon + IV. Tämä ennuste suurimman hapetustiloissa varten 5d siirtymämetallin sarja vahvistettiin esitys hapetustilassa + IV elohopean HGF 4 .
Ominaisuudet hapetustilasta riippuen:
- Korkeammat hapettumistilat muuttuvat vähemmän stabiileiksi ajanjakson aikana.
- Korkeammissa hapetustiloissa olevat ionit ovat hyviä hapettimia, kun taas alemman hapetustilan elementit ovat pelkistimiä.
- (2+) -ionit alkavat jakson alussa voimakkaina pelkistysaineina ja muuttuvat sitten yhä vakaammiksi.
- (3+) -ionit puolestaan alkavat vakaina ja muuttuvat sitten paremmiksi ja paremmiksi hapettimiksi .
Katalyyttinen aktiivisuus
Siirtymämetallit ovat hyviä homogeenisia tai heterogeenisiä katalyyttejä , esim. B. rauta on Haber-Bosch-prosessin katalysaattori . Nikkeliä ja platinaa käytetään alkeenien hydraukseen . Palladium (Pd) sopii hyvin katalysoituihin CC- kytkentäreaktioihin ( Suzuki , Heck , Stille jne.). Rodium (Rh), iridium (Ir) ja rutenium (Ru) ovat esim. B. käytetään prokiraalimolekyylien asymmetrisessä hydrauksessa . Useimmissa tapauksissa, fosforiyhdisteitä käytetään tässä ligandeja varten stereo valvontaa. Tunnetuimmat ligandit ovat z. B. BINAP R. Noyori (Nobel 2001), DIOP jota Kagan , JosiPhos / Walphos ja Duphos- . Kaikilla mainituilla ligandeilla on yhteistä, että ne ovat bidentaatteja ja kelatoivia , toisin sanoen ligandin kaksi fosforiatomia sitoutuu metalliin samanaikaisesti.
Värilliset liitännät
Kun sähkömagneettisen säteilyn taajuus muuttuu, voidaan havaita eri värejä . Ne johtuvat eri koostumuksesta valon sen jälkeen, kun se on heijastunut , lähetetty tai imeytyy kontaktin jälkeen aine - yksi puhuu myös remission . Rakenteensa vuoksi siirtymämetallit muodostavat monia eri värisiä ioneja ja komplekseja. Värit eroavat jopa samasta elementistä - esim. B. MnO 4 - (Mn +7 hapetustila) on violetti yhdiste, mutta Mn 2+ on väriltään vaaleanpunainen. Cr (II) -yhdisteet ovat yleensä sinisiä, Cr (III) -yhdisteet ovat vihreitä, kun taas Cr (VI) -yhdisteet ovat keltaisesta oranssiin. Monimutkaisella muodostumisella voi olla tärkeä rooli värityksessä. Ligandeilla on suuri vaikutus d-kuorella. Ne houkuttelevat osittain d elektroneja ja jakavat ne korkeampiin ja alempiin (energian kannalta) ryhmiin. Sähkömagneettinen säteily absorboituu vain, jos sen taajuus vastaa atomien kahden energiatilan välistä energiaeroa (kaavan E = hν vuoksi .) Kun valo osuu atomiin, jossa on jaetut d orbitaalit, jotkut elektronit nostetaan korkeammalle tilalle ( dd-siirtymä ) . Kompleksoimattomaan ioniin verrattuna voidaan absorboida erilaisia taajuuksia ja siksi eri värejä voidaan havaita.
Kompleksin väri riippuu:
- metalli-ionityyppi tai tarkemmin elektronien määrä d- orbitaaleissa
- ligandien sijoittuminen metalli-ionin ympärille ( monimutkaiset isomeerit voivat saada eri värejä)
- metalli-ionin ympärillä olevien ligandien luonne. Mitä vahvemmat ligandit, sitä suurempi energiaero kahden jaetun 3 d -ryhmän välillä on.
D-lohkoelementin sinkki (tarkalleen ottaen ei siirtymäelementti) kompleksit ovat värittömiä, koska kolmiulotteiset kiertoradat ovat täysin varattuja, joten elektronia ei voida nostaa.
Katso myös
nettilinkit
- Sebastian Riedel: Siirtymämetallien korkeimmat hapettumistilat. (Englanti).
Yksittäiset todisteet
- ↑ Siirtymämetallia koskeva merkintä . Julkaisussa: IUPAC Compendium of Chemical Terminology ("kultakirja") . doi : 10.1351 / goldbook.T06456 Versio: 2.3.1.
- ↑ Xuefang Wang, Lester Andrews, Sebastian Riedel, Martin Kaupp: Elohopea on siirtymämetalli: ensimmäinen kokeellinen näyttö HgF4: lle ; Angew. Chem. 2007, doi : 10.1002 / anie.200703710 , Dr. Sebastian Riedel