grenzeloze Chemie
fysische eigenschappen en atomaire grootte
door gedeeltelijk gevulde d-subschillen bezitten overgangsmetalen een aantal unieke eigenschappen.
leerdoelen
herkennen de Betekenis van atomaire grootte en elektronische overgangen in overgangsmetalen.
belangrijke afhaalpunten
belangrijke punten
- kleuren van overgangsmetaalverbindingen zijn te wijten aan twee soorten elektronische overgangen.
- door de aanwezigheid van ongepaarde d-elektronen kunnen overgangsmetalen paramagnetische verbindingen vormen.
- diamagnetische verbindingen hebben d-elektronen die allemaal gekoppeld zijn.
- overgangsmetalen zijn geleiders van elektriciteit, bezitten een hoge dichtheid en een hoog smelt-en kookpunt.
Key Terms
- geleider: iets dat elektriciteit, warmte, licht of geluid kan overbrengen.
- paramagnetisch: materialen die worden aangetrokken door een extern toegepast magnetisch veld en interne, geïnduceerde magnetische velden vormen in de richting van het toegepaste magnetische veld.
- ferromagnetisme: het verschijnsel waarbij bepaalde stoffen permanente magneten kunnen worden bij blootstelling aan een magnetisch veld.
- diamagnetisch: materialen die een geïnduceerd magnetisch veld creëren in een richting die tegengesteld is aan een extern toegepast magnetisch veld en die daarom door het toegepaste magnetische veld worden afgestoten.
Transitiemetaaleigenschappen
Er zijn een aantal eigenschappen gedeeld door de transitie-elementen die niet in andere elementen worden gevonden, die het resultaat zijn van de gedeeltelijk ingevulde d-subschell. Deze omvatten de vorming van samenstellingen waarvan de kleur aan elektronische overgangen D–d toe te schrijven is en de vorming van vele paramagnetische samenstellingen toe te schrijven aan de aanwezigheid van ongepaarde elektronen d. Kleur in transitie – serie metaalverbindingen is over het algemeen te wijten aan elektronische overgangen van twee hoofdtypen: lading-overdracht overgangen en d-d overgangen.
kleuren van transitiemetaalverbindingen: van links naar rechts, waterige oplossingen van: Co (NO3) 2 (rood); K2Cr2O7 (oranje); k2cro4 (geel); NiCl2 (turquoise); CuSO4 (blauw); KMnO4 (paars).
Ladingsovergangen
een elektron kan van een overwegend ligand-orbitaal naar een overwegend metaal-orbitaal springen, wat leidt tot een ligand-naar-metaal ladingsovergang (LMCT). Deze kunnen het gemakkelijkst optreden wanneer het metaal zich in een hoge oxidatietoestand bevindt. Bijvoorbeeld, is de kleur van chromaat, dichromaat, en permanganate ionen toe te schrijven aan lmct overgangen. In elk geval hebben de metalen (Cr en Mn) oxidatietoestanden van +6 of hoger.
een metaal-naar ligand charge transfer (MLCT) overgang zal het meest waarschijnlijk zijn wanneer het metaal in een lage oxidatietoestand is en de ligand gemakkelijk verminderd is.
D-d overgangen
In een D-d overgang springt een elektron van de ene d-orbitaal naar de andere. In complexen van de overgangsmetalen hebben de d-orbitalen niet allemaal dezelfde energie. Het splitsingspatroon van de d-orbitalen kan worden berekend met behulp van de kristalveldtheorie. De omvang van de splitsing hangt af van het specifieke metaal, de oxidatietoestand en de aard van de liganden.
in centrosymmetrische complexen, zoals octaëdrische complexen, zijn D-d-overgangen verboden. Tetraëdrische complexen hebben een iets intensere kleur omdat het mengen van D en p orbitalen mogelijk is wanneer er geen centrum van symmetrie is, dus overgangen zijn geen zuivere D-d overgangen.
sommige d-d overgangen zijn spin verboden. Een voorbeeld komt voor in octaëdrische, hoogspincomplexen van mangaan (II) waarin alle vijf elektronen parallelle spins hebben. De kleur van dergelijke complexen is veel zwakker dan in complexen met spin-toegestane overgangen. In feite, veel verbindingen van mangaan(II) lijken bijna kleurloos.
Transitiemetaalverbindingen zijn paramagnetisch wanneer zij één of meer ongepaarde d-elektronen hebben. In octaëdrische complexen met tussen de vier en zeven d-elektronen zijn zowel hoge spin-als lage spintoestanden mogelijk. Tetraëdrische overgang metaalcomplexen, zoals 2 -, zijn high-spin omdat het kristalveld splitsing klein is. Dit betekent dat de energie die verkregen kan worden doordat de elektronen in lagere energie orbitalen zitten altijd minder is dan de energie die nodig is om de spins te koppelen.
paramagnetisch vs. Diamagnetisch
sommige verbindingen zijn diamagnetisch. In dit geval zijn alle elektronen gekoppeld. Ferromagnetisme komt voor wanneer individuele atomen paramagnetisch zijn en de spinvectoren parallel aan elkaar in een kristallijn materiaal worden uitgelijnd. Metallisch ijzer is een voorbeeld van een ferromagnetisch materiaal met een overgangsmetaal. Anti-ferromagnetisme is een ander voorbeeld van een magnetische eigenschap die voortvloeit uit een bepaalde uitlijning van individuele spins in de vaste toestand.
ferromagnetisme: Een magneet van alnico, een ijzerlegering. Ferromagnetisme is de natuurkundige theorie die verklaart hoe materialen magneten worden.
zoals de naam aangeeft, zijn alle overgangsmetalen metalen en geleiders van elektriciteit. In het algemeen bezitten overgangsmetalen een hoge dichtheid en hoge smeltpunten en kookpunten. Deze eigenschappen zijn te wijten aan metaalbinding door gedelokaliseerde d-elektronen, wat leidt tot samenhang die toeneemt met het aantal gedeelde elektronen. De metalen van groep 12 hebben echter veel lagere smelt-en kookpunten, omdat hun volledige d–onderschelpen D-d-binding voorkomen. In feite heeft kwik een smeltpunt van -38,83 °C (-37,89 ° F) en is een vloeistof bij kamertemperatuur.
Transitiemetalen en atomaire grootte
met betrekking tot de atomaire grootte van transitiemetalen is er weinig variatie. Typisch, wanneer het bewegen van links naar rechts over het periodiek systeem, is er een trend van afnemende atoomstraal. Echter, in de overgang metalen, bewegen van links naar rechts, is er een trend van toenemende atoomstraal die niveaus af en wordt constant. In de overgangselementen neemt het aantal elektronen toe, maar op een bepaalde manier. Het aantal elektronen neemt over een periode toe, dus is er meer trek van deze elektronen naar de kern. Echter, met de D-elektronen, is er enige toegevoegde elektron-elektron afstoting. Bijvoorbeeld, in chroom, is er een bevordering van een van de 4S elektronen om het 3d subniveau half te vullen; de elektron-elektron afstotingen zijn minder en de atomaire grootte is kleiner. Het tegenovergestelde geldt voor het laatste deel van de rij.
periodiek systeem van elementen: dit beeld vertegenwoordigt de grootte van atoomradii. Let op de grootte van de overgang metalen.