Elemente de tranziție

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare

Elementele de tranziție numite și metale de tranziție , metalele blocului d sau elementele blocului d , sunt patruzeci de elemente chimice, toate metalice , cu numere atomice de la 21 la 30, de la 39 la 48, de la 71 la 80 și de la 103 la 112: aceasta numele vine de la poziția lor în tabelul periodic al elementelor , în cazul în care acestea ocupă grupuri de 3 până la 12. în aceste elemente de orbitali de tip d umple progresiv prin fiecare perioadă. Din punct de vedere chimic, elementele de tranziție sunt definite ca elemente care formează cel puțin un ion cu o sub-coajă d parțial umplută cu electroni.

grup Perioada 4 Perioada 5 Perioada 6 Perioada 7
3 (III B) Sc 21 Y 39 Mo 71 Lr 103
4 (IV B) Ti 22 Zr 40 Hf 72 Rf 104
5 (VB) V 23 Nb 41 Ta 73 Db 105
6 (VI B) Cr 24 Mo 42 V 74 Sg 106
7 (VII B) Mn 25 Tc 43 Regele 75 Bh 107
8 (VIII B) Fe 26 Ru 44 Hos 76 Hs 108
9 (VIII B) Co 27 Rh 45 Ir 77 Mt 109
10 (VIII B) Ni 28 Pd 46 Pt 78 DS 110
11 (IB) Cu 29 Ag 47 Au 79 Rg 111
12 (II B) Zn 30 Cd 48 Hg 80 Cn 112

Configurare electronică

Elementele grupului principal (elementele 1 la 2 și 13 la 18), înainte de apariția elementelor de tranziție în tabelul periodic, nu au electroni în orbitalele d ci doar în cele s și p (totuși se crede faptul că d golurile sub s și p din perioada superioară joacă un rol important în determinarea unor proprietăți ale anumitor elemente ale blocului p , cum ar fi siliciu , fosfor și sulf ).

De la scandiu la zinc , elementele blocului d umple d orbitalii lor de-a lungul perioadei: cu excepția crom și cupru , toate elementele blocului d au doi electroni în orbitali exterioare lor s, chiar și cele cu orbitali 3d incomplete.

Acest lucru este neobișnuit: orbitalele inferioare sunt de obicei umplute înainte de cele exterioare. Faptul este că, în elementele blocului d , orbitalele s sunt la o energie mai mică decât cele d și, deoarece atomii tind să rămână întotdeauna în starea de energie inferioară, s sunt umplute mai devreme. Cele două excepții de la această regulă (cupru și crom) sunt astfel datorită repulsiei dintre electroni, prin care unul dintre acestea este deplasată în d exterior orbital. Distribuirea electronilor între s și orbitalii d, în acest caz, costurile mai puțină energie care le păstrează pe amândouă în orbitalul s .

Nu toate elementele blocului d sunt metale de tranziție: scandiu, mercur, cadmiu și zinc, conform definiției chimice date mai sus , nu sunt. Scandiu are un singur electron în d orbitei și două în ei s orbitală, iar singurul ion scandiu este (Sc 3+), care nu are electroni d orbitei. Discurs similar pentru zinc, a cărui ion numai Zn 2+ are s gol orbital , dar d orbitală completă. De fapt, nu toată lumea este de acord să le includă în acest bloc: scandiul este mult mai asemănător cu aluminiul și pământurile rare , în timp ce elementele din grupa 12 sunt mai asemănătoare cu metalele alcalino-pământoase .

Proprietăți chimice

Elementele de tranziție tind să aibă o rezistență mecanică foarte mare, în special la tracțiune; au, de asemenea, în general puncte de topire și fierbere foarte ridicate. Ca multe alte proprietăți, acestea se datorează capacității electronii d orbitale a delocaliza și de călătorie liber prin matricea metalică, formând un nor de electroni: mai mulți electroni sunt partajate între nucleele, cu atat mai bine caracteristicile mecanice ale metal.

Elementele de tranziție au patru proprietăți comune, care sunt caracteristice:

Comparativ cu elementele din grupa II, cum ar fi calciul , elementele de tranziție formează ioni cu o gamă largă de stări de oxidare diferite: pot pierde până la nouă electroni, în timp ce ionii din elementele din grupa II pierd de obicei nu mai mult de doi.

Motivul pentru acest lucru poate fi înțeles prin studierea energiei de ionizare a ambelor grupuri. Energia de ionizare a calciului este scăzută , atâta timp cât cele două electronii s externe orbital sunt îndepărtate, ci pentru a treia și ulterior cele este foarte mare: Ca 3+ ion are o astfel de entalpie ridicată , care este extrem de rar în natură . În schimb, un element de tranziție, cum ar fi vanadiul, are o energie de ionizare care crește aproximativ liniar, datorită diferenței mici de energie dintre orbitalii 4s și 3d: prin urmare, nu este neobișnuit să se găsească metale de tranziție în compușii lor. Stare foarte ionizată.

Anumite tipare de comportament pot fi recunoscute de-a lungul perioadelor elementelor de tranziție:

  • Numărul stărilor de oxidare crește până la al șaptelea grup (cel al manganului ), apoi începe să scadă datorită atracției crescânde a protonilor nucleului, ceea ce face mai dificilă ionizarea atomilor.
  • Când elementele sunt în stări de oxidare scăzute, ele pot fi găsite ca ioni liberi. De obicei, în stări de oxidare superioare, ele fac întotdeauna parte din compușii covalenți cu alte elemente puternic electronegative, cum ar fi oxigenul sau fluorul; formează adesea anioni .

Proprietățile de stabilitate ale stărilor de oxidare:

  • Stările de oxidare mai ridicate devin din ce în ce mai stabile în decursul perioadei.
  • Ionii într-o stare de oxidare ridicată sunt oxidanți buni, în timp ce în stare de oxidare scăzută devin, în general, reducători.
  • Ionii 2+ încep perioada ca agenți reducători puternici și devin din ce în ce mai stabili.
  • Ionii 3+ încep perioada ca fiind foarte stabili și devin oxidanți din ce în ce mai puternici.

Activitate catalitică

Metalele de tranziție formează buni catalizatori omogeni sau eterogeni, de exemplu fierul este catalizatorul pentru producerea de amoniac cu procesul Haber . Nichelul sau platina sunt utilizate în hidrogenarea alchenelor .

Compuși colorați

Culori asumate de unele soluții apoase care conțin cationi metalici de tranziție. Din soluțiile din stânga: azotat de cobalt (II) , Co (NO 3 ) 2 (roșu); dicromat de potasiu , K 2 Cr 2 O 7 (portocaliu); cromat de potasiu , K 2 CrO 4 (galben); clorură de nichel (II) , NiCI2 (verde); cupru (II) sulfat , CUSO4 (albastru); permanganat de potasiu , KMnO 4 (violet).

Percepem culorile ca frecvențe variabile în spectrul electromagnetic al luminii vizibile: diferite culori sunt rezultatul variației compoziției luminii după ce a fost reflectată sau refractată de substanțele pe care le-a lovit. Datorită structurii lor particulare, metalele de tranziție formează o gamă largă de ioni și complexe colorate: culorile lor variază, de asemenea, între diferiți ioni ai aceluiași element, de exemplu ionul permanganat (MnO - 4 , Mn în stare de oxidare 7 +) este violet, în timp ce ionul Mn 2+ este roz pal.

Formarea complexelor poate juca un rol în determinarea culorii unui compus metalic de tranziție. Acest lucru se datorează efectului coordonării asupra sub-coajă 3d: atomii coordonați deformează orbitalii 3d și îi împart în grupuri cu energie diferită. Lumina care lovește un atom în această stare este absorbită selectiv în funcție de frecvența sa, deplasând electronii de la unul la altul dintre cele două grupuri de orbitali 3d. O explicație a acestor efecte este formulată în teoria câmpului cristalin .

Culoarea unui complex depinde de:

  • Natura ionului metalic, și anume numărul de electroni din orbitalii d .
  • Tipul de coordonare în jurul ionului (de exemplu izomerii geometrici pot avea culori diferite).
  • Natura atomilor coordonați care înconjoară ionul. Cu cât este mai puternică coordonarea, cu atât este mai mare diferența de energie între grupurile 3d superioare și inferioare.

Complexele formate din zinc sunt incolore, deoarece orbitalii 3d sunt plini și nici un electron nu se poate deplasa de la un grup la altul.

Elemente conexe

linkuri externe

Controlul autorității Tesauro BNCF 12884 · LCCN (EN) sh85136954 · GND (DE) 4078494-0 · BNF (FR) cb11962024k (dată) · BNE (ES) XX529438 (dată) · NDL (EN, JA) 00.570.664