Bezmezné Chemie
Fyzikální Vlastnosti a Atomární Velikosti
Vzhledem k částečně naplněné d slupek, přechodné kovy mají řadu unikátních vlastností.
cíle učení
rozpoznávají význam atomové velikosti a elektronických přechodů v přechodných kovech.
klíčové body
- barvy sloučenin přechodných kovů jsou způsobeny dvěma typy elektronických přechodů.
- díky přítomnosti nepárových d elektronů mohou přechodné kovy tvořit paramagnetické sloučeniny.
- diamagnetické sloučeniny mají d-elektrony, které jsou všechny spárovány.
- Přechodné kovy jsou vodiče elektřiny, mají vysokou hustotu a vysoké teploty tání a varu.
klíčové pojmy
- dirigent: něco, co může přenášet elektřinu, teplo, světlo nebo zvuk.
- paramagnetické: Materiály, které jsou přitahovány externě aplikované magnetické pole a tvoří vnitřní, indukované magnetické pole ve směru aplikovaného magnetického pole.
- feromagnetismus: jev, při kterém se určité látky mohou stát permanentními magnety, když jsou vystaveny magnetickému poli.
- diamagnetický: Materiály, které vytvářejí indukované magnetické pole v opačném směru, externě aplikované magnetické pole a jsou proto odpuzovány aplikované magnetické pole.
Přechod Kovové Vlastnosti
Existuje řada vlastností, které sdílí přechod prvky, které nejsou nalezeny v jiných prvků, které vyplývají z částečně naplněné “ d “ podslupky. Patří sem tvorba sloučenin, jejichž barva je způsobena elektronickými přechody d–d a tvorbou mnoha paramagnetických sloučenin v důsledku přítomnosti nepárových d elektronů. Barva ve sloučeninách kovů přechodové řady je obecně způsobena elektronickými přechody dvou hlavních typů: přechody přenosu náboje a přechody d-d.
Barvy sloučenin přechodných kovů: zleva doprava, vodné roztoky: Co(NO3)2 (červená); K2Cr2O7 (oranžová); K2CrO4 (žlutá); NiCl2 (tyrkysová); CuSO4 (modrá); KMnO4 (fialová).
Charge Transfer Přechody
elektron může přejít z převážně ligand orbital se převážně kovové orbital, což vede k ligand-kov charge-transfer (LMCT) přechod. Ty mohou nejsnadněji nastat, když je kov ve vysokém oxidačním stavu. Například barva iontů chromátu, dichromátu a manganistanu je způsobena přechody LMCT. V každém případě mají kovy (Cr a Mn) oxidační stavy +6 nebo vyšší.
kov-ligand charge transfer (MLCT) přechod bude s největší pravděpodobností, když kov je v nízkém oxidačním stavu a ligand je snadno snížena.
D-D přechody
v D-D přechodu přeskočí elektron z jednoho d-orbitalu na druhý. V komplexech přechodných kovů nemají orbitaly d všechny stejnou energii. Vzorec štěpení d orbitalů lze vypočítat pomocí teorie krystalového pole. Rozsah štěpení závisí na konkrétním kovu, jeho oxidačním stavu a povaze ligandů.
v centrosymetrických komplexech, jako jsou oktaedrální komplexy, jsou přechody d-d zakázány. Tetrahedrální komplexy mají poněkud intenzivnější barvu, protože míchání D A P orbitalů je možné, když není centrum symetrie, takže přechody nejsou čisté D-D přechody.
některé D-D přechody jsou spin zakázáno. Příklad se vyskytuje v oktaedrálních komplexech s vysokým spinem manganu (II), ve kterých má všech pět elektronů paralelní spiny. Barva takových komplexů je mnohem slabší než u komplexů s přechody povolenými spinem. Ve skutečnosti se mnoho sloučenin manganu(II) jeví téměř bezbarvé.
sloučeniny přechodných kovů jsou paramagnetické, pokud mají jeden nebo více nepárových d elektronů. V oktaedrálních komplexech se čtyřmi až sedmi d elektrony jsou možné stavy vysokého spinu i nízkého spinu. Tetrahedrální přechodové kovové komplexy, jako je 2−, jsou vysoce spinové, protože štěpení krystalového pole je malé. To znamená, že energii lze získat na základě elektronů je v nižší energie orbitalů je vždy menší než energie potřebná na pár otočení.
paramagnetický vs. Diamagnetické
některé sloučeniny jsou diamagnetické. V tomto případě jsou všechny elektrony spárovány. Feromagnetismus nastává, když jsou jednotlivé atomy paramagnetické a spinové vektory jsou zarovnány paralelně k sobě v krystalickém materiálu. Kovové železo je příkladem feromagnetického materiálu zahrnujícího přechodný kov. Antiferomagnetismus je dalším příkladem magnetické vlastnosti vyplývající ze zvláštního zarovnání jednotlivých spinů v pevném stavu.
Feromagnetismus: Magnet vyrobený z Alnico, slitiny železa. Feromagnetismus je fyzikální teorie, která vysvětluje, jak se materiály stávají magnety.
Jak vyplývá z názvu, všechny přechodné kovy jsou kovy a vodiče elektřiny. Obecně platí, že přechodné kovy mají vysokou hustotu a vysoké teploty tání a teploty varu. Tyto vlastnosti jsou způsobeny kovovou vazbou delokalizovanými d elektrony, což vede k soudržnosti, která se zvyšuje s počtem sdílených elektronů. Nicméně, Skupina 12 kovy mají mnohem nižší tání a body varu, protože jejich plné d slupek zabránit d–d lepení. Ve skutečnosti má rtuť teplotu tání -38,83 °C (-37,89 °F) a je kapalinou při pokojové teplotě.
Přechodné kovy a atomová Velikost
Pokud jde o atomovou velikost přechodných kovů, existuje malá variace. Obvykle při pohybu zleva doprava přes periodickou tabulku existuje trend snižování atomového poloměru. V přechodných kovech, pohybujících se zleva doprava, však existuje trend zvyšování atomového poloměru, který se vyrovnává a stává se konstantní. V přechodových prvcích se počet elektronů zvyšuje, ale určitým způsobem. Počet elektronů se zvyšuje v průběhu období, tím pádem, existuje větší tah těchto elektronů směrem k jádru. Nicméně, s d-elektrony, tam je nějaký přidaný elektron-elektron odpuzování. Například, v chromu, tam je propagace jednoho z 4s elektronů na půl vyplnit 3d podúrovně; elektron-elektron repulsions jsou méně a atomové velikost je menší. Opak platí pro druhou část řádku.
Periodická tabulka prvků: tento obrázek představuje velikost atomových poloměrů. Všimněte si velikosti přechodných kovů.