Grenseløs Kjemi
Fysiske Egenskaper og Atomstørrelse
på grunn av delvis fylte d subshells har overgangsmetaller en rekke unike egenskaper.
Læringsmål
Gjenkjenne betydningen av atomstørrelse og elektroniske overganger i overgangsmetaller.
Key Takeaways
Nøkkelpunkter
- Farger av overgangsmetallforbindelser skyldes to typer elektroniske overganger.På grunn av tilstedeværelsen av uparede d-elektroner kan overgangsmetaller danne paramagnetiske forbindelser.
- Diamagnetiske forbindelser har d-elektroner som alle er sammenkoblet.
- Overgangsmetaller er ledere av elektrisitet, har høy tetthet og høye smelte-og kokepunkter.
Nøkkelbegreper
- dirigent: noe som kan overføre strøm, varme, lys eller lyd.paramagnetisk: Materialer som tiltrekkes av et eksternt påført magnetfelt og danner interne, induserte magnetfelt i retning av det påførte magnetfeltet.ferromagnetisme: fenomenet der visse stoffer kan bli permanente magneter når de utsettes for et magnetfelt.diamagnetisk: Materialer som skaper et indusert magnetfelt i en retning motsatt et eksternt påført magnetfelt og derfor avstøtes av det påførte magnetfeltet.
Transition Metal Properties
det finnes en rekke egenskaper som deles av overgangselementene som ikke finnes i andre elementer, som skyldes delvis fylt d subshell. Disse inkluderer dannelsen av forbindelser hvis farge skyldes d-d elektroniske overganger og dannelsen av mange paramagnetiske forbindelser på grunn av tilstedeværelsen av uparede d-elektroner. Farge i overgangsserie metallforbindelser skyldes vanligvis elektroniske overganger av to hovedtyper: ladningsoverføringsoverganger og dd-overganger.
Farger av overgangsmetallforbindelser: fra venstre til høyre, vandige løsninger av: Co(NO3)2 (rød); K2Cr2O7 (oransje); K2CrO4 (gul); NiCl2 (turkis); CuSO4 (blå); KMnO4 (lilla).
Charge Transfer Transitions
et elektron kan hoppe fra en overveiende ligand orbital til en overveiende metall orbital, noe som gir opphav til en ligand-til-metall charge-transfer (LMCT) overgang. Disse kan lettest oppstå når metallet er i høy oksidasjonstilstand. For eksempel er fargen på kromat -, dikromat-og permanganationer på GRUNN AV lmct-overganger. I hvert tilfelle har metallene (Cr og Mn) oksidasjonstilstander på + 6 eller høyere.EN MLCT-overgang (metal-to ligand charge transfer) vil være mest sannsynlig når metallet er i lav oksidasjonstilstand og liganden lett reduseres.
d-D Overganger
i en d-d overgang hopper et elektron fra en d-orbital til en annen. I komplekser av overgangsmetallene har d-orbitalene ikke alle samme energi. Mønsteret for splitting av d orbitaler kan beregnes ved hjelp av krystallfeltteori. Omfanget av splittelsen avhenger av det spesielle metallet, dets oksidasjonstilstand og ligandernes natur.
i sentrosymmetriske komplekser, som oktaedrale komplekser, er d-d-overganger forbudt. Tetraedrale komplekser har en noe mer intens farge fordi blanding av d-og p-orbitaler er mulig når det ikke er symmetrienter, så overganger er ikke rene d-d-overganger.
Noen d – d-overganger er spinn forbudt. Et eksempel oppstår i oktaediske, høy-spin komplekser av mangan (II) der alle fem elektroner har parallelle spinn. Fargen på slike komplekser er mye svakere enn i komplekser med spin-tillatte overganger. Faktisk virker mange forbindelser av mangan(II) nesten fargeløse.Overgangsmetallforbindelser er paramagnetiske når de har ett eller flere uparede d-elektroner. I oktaedrale komplekser med mellom fire og syv d elektroner er både høye spinn og lave spinntilstander mulige. Tetrahedral overgang metall komplekser, slik som 2 -, er høy-spinn fordi krystallfeltet splitting er liten. Dette betyr at energien som skal oppnås på grunn av at elektronene er i lavere energiorbitaler, alltid er mindre enn energien som trengs for å koble opp spinnene.
Paramagnetisk vs. Diamagnetisk
Noen forbindelser er diamagnetiske. I dette tilfellet er alle elektronene paret opp. Ferromagnetisme oppstår når individuelle atomer er paramagnetiske og spinnvektorene er justert parallelt med hverandre i et krystallinsk materiale. Metallisk jern er et eksempel på et ferromagnetisk materiale som involverer et overgangsmetall. Anti-ferromagnetisme er et annet eksempel på en magnetisk egenskap som oppstår fra en bestemt justering av individuelle spinn i fast tilstand.
Ferromagnetisme: En magnet laget av alnico, en jernlegering. Ferromagnetisme er den fysiske teorien som forklarer hvordan materialer blir magneter.
som underforstått av navnet, er alle overgangsmetaller metaller og ledere av elektrisitet. Generelt har overgangsmetaller høy tetthet og høye smeltepunkter og kokepunkter. Disse egenskapene skyldes metallisk binding av delokaliserte d-elektroner, noe som fører til kohesjon som øker med antall delte elektroner. Gruppen 12 metaller har imidlertid mye lavere smelte-og kokepunkter siden deres fulle d subshells forhindrer dd-binding. Faktisk har kvikksølv et smeltepunkt på -38.83 °C (-37.89 °F) og er en væske ved romtemperatur.
Transition Metals And Atomic Size
Når det gjelder atomstørrelse av overgangsmetaller, er det liten variasjon. Vanligvis, når du beveger deg fra venstre til høyre over det periodiske bordet, er det en trend med avtagende atomradius. Men i overgangsmetallene, som beveger seg fra venstre til høyre, er det en trend med økende atomradius som avtar og blir konstant. I overgangselementene øker antall elektroner, men på en bestemt måte. Antallet elektroner øker går over en periode, og dermed er det mer trekk av disse elektronene mot kjernen. Men med d-elektronene er det noe tilsatt elektron-elektron avstøtning. For eksempel, i krom, er det en forfremmelse av en av 4s-elektronene til halvfyll 3d-undernivået; elektron-elektron repulsions er mindre og atomstørrelsen er mindre. Det motsatte gjelder for den siste delen av raden.
Periodisk tabell av elementer: Dette bildet representerer atom radi størrelse. Legg merke til størrelsen på overgangsmetallene.