fysikaaliset ominaisuudet ja Atomikoko

osittain täytettyjen d-alajakojen vuoksi siirtymämetalleilla on useita ainutlaatuisia ominaisuuksia.

Key Takeaways

Key Points

• siirtymämetalliyhdisteiden värit johtuvat kahdentyyppisistä elektronisista siirtymistä.
• parittomien d-elektronien vuoksi siirtymämetallit voivat muodostaa paramagneettisia yhdisteitä.
• Diamagneettisilla yhdisteillä on D-elektroneja, jotka ovat kaikki pareittain.
• Siirtymämetallit ovat sähkön johtimia, niillä on korkea tiheys ja korkeat sulamis-ja kiehumispisteet.

Avaintermit

• johdin: jokin, joka voi siirtää sähköä, lämpöä, valoa tai ääntä.
• paramagneettiset: materiaalit, joita ulkoisesti kohdistettu magneettikenttä vetää puoleensa ja jotka muodostavat sisäisiä, indusoituja magneettikenttiä kohdistetun magneettikentän suuntaan.
• ferromagnetismi: ilmiö, jossa tietyt aineet voivat muuttua kestomagneeteiksi magneettikentän vaikutuksesta.
• diamagneettiset: materiaalit, jotka luovat indusoidun magneettikentän ulospäin kohdistetun magneettikentän vastaiseen suuntaan ja jotka siten hylkivät kohdistetun magneettikentän.

Siirtymämetallin ominaisuudet

siirtymäelementeillä on useita yhteisiä ominaisuuksia, joita ei löydy muista alkuaineista, jotka johtuvat osittain täytetystä d-alikuoresta. Näitä ovat esimerkiksi sellaisten yhdisteiden muodostuminen, joiden väri johtuu D–D-elektronien siirtymistä ja monien paramagneettisten yhdisteiden muodostuminen parittomien d-elektronien läsnäolosta. Väri siirtymäsarjan metalliyhdisteissä johtuu yleensä elektronisista siirtymistä, joita on kahta päätyyppiä: varauksensiirto-siirtymät ja d-D-siirtymät.

Siirtymämetalliyhdisteiden värit: vasemmalta oikealle, vesiliuokset: Co(NO3)2 (punainen); K2Cr2O7 (oranssi); K2CrO4 (keltainen); NiCl2 (turkoosi); CuSO4 (sininen); KMnO4 (violetti).

Varauksensiirto

elektroni voi hypätä valtaosin ligandiorbitaalilta valtaosin metalliorbitaalille, jolloin syntyy ligandin ja metallin varauksensiirto (lmct). Näitä syntyy helpoimmin, kun metalli on korkeassa hapetustilassa. Esimerkiksi kromaatti -, dikromaatti-ja permanganaatti-ionien väri johtuu LMCT-siirtymistä. Kussakin tapauksessa metallien (Cr ja Mn) hapetustila on +6 tai korkeampi.

metallin ligandivarauksen siirto (mlct) tapahtuu todennäköisimmin, kun metalli on matalassa hapetustilassa ja ligandi pelkistyy helposti.

d-D-siirtymät

d-d-siirtymässä elektroni hyppää d-orbitaalilta toiselle. Siirtymämetallien komplekseissa d-orbitaaleilla ei ole kaikilla samaa energiaa. D-orbitaalien jakautumiskuvio voidaan laskea kidekenttäteorian avulla. Halkaisun laajuus riippuu tietystä metallista, sen hapetustilasta ja ligandien luonteesta.

centrosymmetrisissä komplekseissa, kuten oktaedrisissä komplekseissa, D-D-siirtymät ovat kiellettyjä. Tetraedrikomplekseilla on hieman voimakkaampi väri, koska D-ja p-orbitaalien sekoittaminen on mahdollista silloin, kun symmetriakeskusta ei ole, joten siirtymät eivät ole puhtaita d-d-siirtymiä.

jotkut D-D-siirtymät ovat spin-kiellettyjä. Esimerkki esiintyy oktaedrisissa, mangaanin(II) korkean Spinin komplekseissa, joissa kaikilla viidellä elektronilla on yhdensuuntaiset Spinit. Tällaisten kompleksien väri on paljon heikompi kuin komplekseissa, joissa on spin-sallitut siirtymät. Itse asiassa monet mangaanin(II) yhdisteet vaikuttavat lähes värittömiltä.

Siirtymämetalliyhdisteet ovat paramagneettisia, kun niillä on yksi tai useampi pariton d-elektroneja. Oktaedrisissä komplekseissa, joissa on neljästä seitsemään d-elektronia, sekä korkea spin että matala spin-tila ovat mahdollisia. Tetraedriset siirtymämetallikompleksit, kuten 2 -, ovat korkeapinoisia, koska kidekentän halkaisu on pieni. Tämä tarkoittaa sitä, että pienempienergiaisilla orbitaaleilla olevien elektronien ansiosta saatava energia on aina pienempi kuin pyörähdysten parittamiseen tarvittava energia.

paramagneettinen vs. Diamagneettiset

jotkut yhdisteet ovat diamagneettisia. Tällöin kaikki elektronit ovat pareittain. Ferromagnetismi syntyy, kun yksittäiset atomit ovat paramagneettisia ja spin-vektorit ovat samansuuntaisia keskenään kiteisessä materiaalissa. Metallinen rauta on esimerkki ferromagneettisesta materiaalista, johon liittyy siirtymämetalli. Anti-ferromagnetismi on toinen esimerkki magneettisesta ominaisuudesta, joka syntyy yksittäisten pyörähdysten tietystä kohdistumisesta kiinteässä olomuodossa.

Ferromagnetismi: Magneetti, joka on tehty alnicosta, rautaseoksesta. Ferromagnetismi on fysikaalinen teoria, joka selittää, miten materiaaleista tulee magneetteja.

kuten nimestä voi päätellä, kaikki siirtymämetallit ovat metalleja ja sähkön johtimia. Yleensä siirtymämetalleilla on korkea tiheys ja korkeat sulamispisteet ja kiehumispisteet. Nämä ominaisuudet johtuvat delokalisoituneiden d-elektronien metallisidoksesta, mikä johtaa yhteenkuuluvuuteen, joka kasvaa jaettujen elektronien määrän myötä. Ryhmän 12 metalleilla on kuitenkin paljon matalammat sulamis–ja kiehumispisteet, koska niiden täysi d-alikerros estää D-D-sidoksen. Elohopean sulamispiste on -38,83 °C (-37,89 °F) ja se on huoneenlämpötilassa nestettä.

Siirtymämetallit ja Atomikoko

siirtymämetallien atomikoossa on vain vähän vaihtelua. Tyypillisesti, kun liikutaan jaksollisen järjestelmän läpi vasemmalta oikealle, atomin säde pienenee. Kuitenkin siirtymämetallien, liikkuvat vasemmalta oikealle, on suuntaus kasvaa atomin säde, joka tasojen pois ja tulee vakio. Siirtymäelementeissä elektronien määrä kasvaa, mutta tietyllä tavalla. Elektronien määrä kasvaa läpi ajan, joten on enemmän vetää näitä elektroneja kohti ydin. D-elektronien kanssa on kuitenkin jonkin verran lisätty elektroni-elektroni-repulsiota. Esimerkiksi kromissa yksi 4s-elektroneista puolittaa 3d-osatasoa; elektroni-elektroni-repulsiot ovat pienempiä ja atomikoko pienempi. Rivin loppuosan osalta tilanne on päinvastainen.

alkuaineiden Jaksollinen järjestelmä: Tämä kuva edustaa atomisäteiden kokoa. Huomaa siirtymämetallien koko.