gränslös Kemi
fysikaliska egenskaper och Atomstorlek
på grund av delvis fyllda d-delskal har övergångsmetaller ett antal unika egenskaper.
lärandemål
erkänna betydelsen av atomstorlek och elektroniska övergångar i övergångsmetaller.
viktiga Takeaways
nyckelpunkter
- färger av övergångsmetallföreningar beror på två typer av elektroniska övergångar.
- på grund av närvaron av oparade d-elektroner kan övergångsmetaller bilda paramagnetiska föreningar.
- diamagnetiska föreningar har d-elektroner som alla är parade ihop.
- övergångsmetaller är ledare av el, har hög densitet och höga smält-och kokpunkter.
nyckeltermer
- ledare: något som kan överföra el, värme, ljus eller ljud.
- paramagnetic: material som lockas av ett externt applicerat magnetfält och bildar interna, inducerade magnetfält i riktning mot det applicerade magnetfältet.
- ferromagnetism: fenomenet där vissa ämnen kan bli permanenta magneter när de utsätts för ett magnetfält.
- diamagnetic: material som skapar ett inducerat magnetfält i en riktning motsatt ett externt applicerat magnetfält och därför avvisas av det applicerade magnetfältet.
övergångsmetall egenskaper
det finns ett antal egenskaper som delas av övergångselementen som inte finns i andra element, som härrör från det delvis fyllda d-delskalet. Dessa inkluderar bildandet av föreningar vars färg beror på D–D elektroniska övergångar och bildandet av många paramagnetiska föreningar på grund av närvaron av oparade d-elektroner. Färg i metallföreningar i övergångsserier beror generellt på elektroniska övergångar av två huvudtyper: laddningsöverföringsövergångar och d-d-övergångar.
färger av övergångsmetallföreningar: från vänster till höger, vattenlösningar av: Co(NO3)2 (Röd); K2Cr2O7 (orange); K2CrO4 (gul); NiCl2 (turkos); CuSO4 (blå); KMnO4 (lila).
Laddningsövergångar
en elektron kan hoppa från en övervägande ligandbana till en övervägande metallbana, vilket ger upphov till en ligand-till-metallladdningsöverföring (LMCT) övergång. Dessa kan lättast uppstå när metallen är i ett högt oxidationstillstånd. Till exempel beror färgen på kromat -, dikromat-och permanganatjoner på lmct-övergångar. I varje fall har metallerna (Cr och Mn) oxidationstillstånd på +6 eller högre.
en metall-till ligandladdningsöverföring (MLCT) övergång kommer sannolikt att vara när metallen är i ett lågt oxidationstillstånd och liganden lätt reduceras.
D-D-övergångar
i en d-d-övergång hoppar en elektron från en d-orbital till en annan. I komplex av övergångsmetallerna har d-orbitalerna inte alla samma energi. Mönstret för delning av D-orbitalerna kan beräknas med kristallfältteori. Delningens omfattning beror på den speciella metallen, dess oxidationstillstånd och ligandernas natur.
i centrosymmetriska komplex, såsom oktaedriska komplex, är d-d-övergångar förbjudna. Tetraedriska komplex har en något mer intensiv färg eftersom blandning av D-och p-orbitaler är möjlig när det inte finns något symmetricentrum, så övergångar är inte rena d-d-övergångar.
vissa d-d övergångar är spin förbjudet. Ett exempel förekommer i oktaedriska, högspinniga komplex av mangan(II) där alla fem elektronerna har parallella spinn. Färgen på sådana komplex är mycket svagare än i komplex med spin-tillåtna övergångar. Faktum är att många föreningar av mangan(II) verkar nästan färglösa.
Övergångsmetallföreningar är paramagnetiska när de har en eller flera oparade d-elektroner. I oktaedriska komplex med mellan fyra och sju d-elektroner är både höga spinn-och låga spinntillstånd möjliga. Tetraedriska övergångsmetallkomplex, såsom 2−, är höga spinn eftersom kristallfältsplittringen är liten. Detta innebär att energin som ska uppnås på grund av att elektronerna är i lägre energi orbitaler är alltid mindre än den energi som behövs för att para ihop snurren.
paramagnetisk vs. Diamagnetiska
vissa föreningar är diamagnetiska. I dessa fall är alla elektroner parade ihop. Ferromagnetism uppstår när enskilda atomer är paramagnetiska och spinnvektorerna är inriktade parallellt med varandra i ett kristallint material. Metalliskt järn är ett exempel på ett ferromagnetiskt material som involverar en övergångsmetall. Anti-ferromagnetism är ett annat exempel på en magnetisk egenskap som härrör från en viss inriktning av individuella spinn i fast tillstånd.
Ferromagnetism: En magnet gjord av alnico, en järnlegering. Ferromagnetism är den fysiska teorin som förklarar hur material blir magneter.
som antyds av namnet är alla övergångsmetaller metaller och ledare av elektricitet. I allmänhet har övergångsmetaller en hög densitet och höga smältpunkter och kokpunkter. Dessa egenskaper beror på metallisk bindning av delokaliserade d-elektroner, vilket leder till sammanhållning som ökar med antalet delade elektroner. Grupp 12 metaller har dock mycket lägre smält–och kokpunkter eftersom deras fulla d-delskal förhindrar d-d-bindning. Faktum är att kvicksilver har en smältpunkt på -38,83 C (-37,89 F) och är en vätska vid rumstemperatur.
övergångsmetaller och Atomstorlek
När det gäller atomstorlek av övergångsmetaller finns det liten variation. Typiskt, när man flyttar från vänster till höger över det periodiska bordet, finns det en trend med minskande atomradie. Men i övergångsmetallerna, som rör sig från vänster till höger, finns det en trend med ökande atomradie som nivåer av och blir konstant. I övergångselementen ökar antalet elektroner men på ett visst sätt. Antalet elektroner ökar över en period, således finns det mer drag av dessa elektroner mot kärnan. Men med D-elektronerna finns det en viss tillsatt elektron-elektronavstötning. Till exempel i krom finns det en marknadsföring av en av 4S-elektronerna till hälften fyller 3d-undernivån; elektron-elektronavstötningarna är mindre och atomstorleken är mindre. Det motsatta gäller för den senare delen av raden.
periodisk tabell över element: denna bild representerar atomradiistorlek. Notera storleken på övergångsmetallerna.