grænseløs Kemi
fysiske egenskaber og Atomstørrelse
på grund af delvist fyldte d-underskaller har overgangsmetaller en række unikke egenskaber.
læringsmål
Anerkend betydningen af atomstørrelse og elektroniske overgange i overgangsmetaller.
nøgle grillbarer
nøglepunkter
- farver af overgangsmetalforbindelser skyldes to typer elektroniske overgange.
- på grund af tilstedeværelsen af uparrede d-elektroner kan overgangsmetaller danne paramagnetiske forbindelser.
- diamagnetiske forbindelser har d-elektroner, der alle er parret op.
- overgangsmetaller er ledere af elektricitet, har høj densitet og høje smelte-og kogepunkter.
nøgleudtryk
- leder: noget, der kan transmittere elektricitet, varme, lys eller lyd.
- paramagnetisk: materialer, der tiltrækkes af et eksternt påført magnetfelt og danner interne inducerede magnetfelter i retning af det påførte magnetfelt.
- ferromagnetisme: fænomenet, hvorved visse stoffer kan blive permanente magneter, når de udsættes for et magnetfelt.
- diamagnetisk: materialer, der skaber et induceret magnetfelt i en retning modsat et eksternt påført magnetfelt og derfor afvises af det påførte magnetfelt.
Overgangsmetalegenskaber
der er en række egenskaber, der deles af overgangselementerne, som ikke findes i andre elementer, som skyldes den delvist fyldte d-underskal. Disse omfatter dannelsen af forbindelser, hvis farve skyldes d–d elektroniske overgange og dannelsen af mange paramagnetiske forbindelser på grund af tilstedeværelsen af uparrede d-elektroner. Farve i overgangsseriemetalforbindelser skyldes generelt elektroniske overgange af to hovedtyper: ladningsoverførselsovergange og DD-overgange.
farver af overgangsmetalforbindelser: fra venstre mod højre, vandige opløsninger af: Co(NO3)2 (Rød); K2Cr2O7 (orange); K2CrO4 (gul); NiCl2 (turkis); CuSO4 (blå); KMnO4 (lilla).
Ladningsoverførselsovergange
en elektron kan hoppe fra en overvejende ligand orbital til en overvejende metal orbital, hvilket giver anledning til en ligand-til-metal charge-transfer (LMCT) overgang. Disse kan lettest forekomme, når metallet er i en høj iltning tilstand. For eksempel skyldes farven på kromat -, dichromat-og permanganat-ioner lmct-overgange. I hvert tilfælde har metallerne (Cr og Mn) iltningstilstande på +6 eller højere.
en metal-til ligand charge transfer (MLCT) overgang vil være mest sandsynligt, når metallet er i en lav iltningstilstand, og liganden let reduceres.
D-D-overgange
i en D-D-overgang springer en elektron fra en d-orbital til en anden. I komplekser af overgangsmetallerne har d-orbitalerne ikke alle den samme energi. Mønsteret for opdeling af d-orbitalerne kan beregnes ved hjælp af krystalfeltteori. Omfanget af splittelsen afhænger af det pågældende metal, dets iltningstilstand og ligandernes natur.
i centrosymmetriske komplekser, såsom oktaedriske komplekser, er D-D-overgange forbudt. Tetrahedrale komplekser har en noget mere intens farve, fordi blanding af D-og p-orbitaler er mulig, når der ikke er noget symmetricenter, så overgange er ikke rene d-d-overgange.
nogle d-d overgange er spin forbudt. Et eksempel forekommer i oktaedriske, høj-spin-komplekser af mangan (II), hvor alle fem elektroner har parallelle spins. Farven på sådanne komplekser er meget svagere end i komplekser med spin-tilladte overgange. Faktisk forekommer mange forbindelser af mangan(II) næsten farveløse.
Overgangsmetalforbindelser er paramagnetiske, når de har en eller flere uparrede d-elektroner. I oktaedriske komplekser med mellem fire og syv d-elektroner er både høje spin-og lave spin-tilstande mulige. Tetraedriske overgangsmetalkomplekser, såsom 2−, er høje spin, fordi krystalfeltopdelingen er lille. Dette betyder, at den energi, der skal opnås i kraft af, at elektronerne er i orbitaler med lavere energi, altid er mindre end den energi, der er nødvendig for at parre spinnene.
Paramagnetic vs. Diamagnetisk
nogle forbindelser er diamagnetiske. I dette tilfælde er alle elektronerne parret op. Ferromagnetisme opstår, når individuelle atomer er paramagnetiske, og spinvektorerne er justeret parallelt med hinanden i et krystallinsk materiale. Metallisk jern er et eksempel på et ferromagnetisk materiale, der involverer et overgangsmetal. Anti-ferromagnetisme er et andet eksempel på en magnetisk egenskab, der stammer fra en bestemt justering af individuelle spins i fast tilstand.
billede ferromagnetisme: En magnet lavet af alnico, en jernlegering. Ferromagnetisme er den fysiske teori, der forklarer, hvordan materialer bliver magneter.
som det fremgår af navnet, er alle overgangsmetaller metaller og ledere af elektricitet. Generelt har overgangsmetaller en høj densitet og høje smeltepunkter og kogepunkter. Disse egenskaber skyldes metallisk binding af delokaliserede d-elektroner, hvilket fører til samhørighed, der stiger med antallet af delte elektroner. Gruppe 12-metallerne har imidlertid meget lavere smelte–og kogepunkter, da deres fulde d-underskaller forhindrer d-d-binding. Faktisk har kviksølv et smeltepunkt på -38,83 liter C (-37,89 liter F) og er en væske ved stuetemperatur.
overgangsmetaller og Atomstørrelse
med hensyn til atomstørrelse af overgangsmetaller er der ringe variation. Når man bevæger sig fra venstre mod højre over det periodiske system, er der typisk en tendens til faldende atomradius. I overgangsmetallerne, der bevæger sig fra venstre mod højre, er der imidlertid en tendens til at øge atomradiusen, som niveauer ud og bliver konstant. I overgangselementerne øges antallet af elektroner, men på en bestemt måde. Antallet af elektroner stiger over en periode, således er der mere træk af disse elektroner mod kernen. Imidlertid, med D-elektronerne, der er noget tilføjet elektron-elektronafstødning. For eksempel er der i krom en forfremmelse af en af 4S-elektronerne til halvdelen af 3D-underniveauet; elektron-elektronafstødningerne er mindre, og atomstørrelsen er mindre. Det modsatte gælder for den sidste del af rækken.
Periodisk Tabel over elementer: dette billede repræsenterer atomradier størrelse. Bemærk størrelsen af overgangsmetallerne.