Прелазни метал

(преусмерено са Прелазни метали)

Прелазни метали се налазе између 2. и 13. групе периодног система елемената (по ранијој номенклатури IIa и IIIa група).[1] Ови метали попуњавају 3d, 4d и 5d орбитале док се на последњем енергетском нивоу, скоро по правилу налазе по два s електрона супротног спина. Промена броја електрона јавља се код елемената исте периоде, а не групе као код осталих елемената. То је разлог због кога су сличности између елемената исте периоде често веће него између елемената исте групе, а разлике између група много мање него код главних група. За разлику од атома главних група ови метали поседују јоне знатно мањег атомског радијуса и кристалне решетке великих енергија; зато су велике густине и тврдоће, и високих температура топљења и кључања. Ови елементи су одлични проводници топлоте и електрицитета и имају врло добра механичка својства. Већина једињења прелазних метала је обојена како оних у чврстом стању тако и оних у растворима. Код прелазних метала се јавља тежња за грађењем легура и међусобно и са другим металима.[2]

Карактеристична хемијска својства прелазних метала се огледају у:

  1. вредностима кофицијената Полингове електронегативности који се крећу између 1,1 и 2,6[3][4]
  2. грађењу једињења са различитим оксидационим бројевима
  3. тежњи да граде комплексна једињења.

Кофицијенти електронегативности показују да ови метали чине прелаз између најелектронегативнијих метала (главних група) и неметала. Прелазни метали имају велики индустријски значај јер на њима и њиховим легурама почива металургија. Значајни су и као биогени елементи, а од њих се највише истиче гвожђе.

ДефиницијеУреди

  • IUPAC дефиниција[5] дефинише прелазни метал као „елемент чији атом има делимично испуњену d подљуску, или који може формирати катјоне са непотпуном d подљуском”.
  • Многи научници описују „прелазни метал“ као било који елемент у d-блоку периодног система, који укључује групе од 3 до 12 на периодичној табели.[6][7] У стварној пракси, серија лантаноида и актиноида f-блока такође се сматрају прелазним металима и називају се „унутрашњи прелазни метали”.
  • Котон и Вилкинсон[8] проширују сажету IUPAC дефиницију (погледајте изнад) специфицирајући који су елементи укључени. Поред елемената група 4 до 11, они додају скандијум и итријум групе 3, који имају делимично испуњено d подљуску у металном стању. Лантан и актинијум у групи 3, међутим, класификовани су као лантаноиди и актиноиди.

Енглески хемичар Чарлс Бери (1890-1968) први је користио реч транзиција у овом контексту 1921. године, када се поменуо серију прелазних елемената током промене унутрашњег слоја електрона (на пример n = 3 у 4. реду периодне табеле) из стабилне групе од 8 до једног од 18, или од 18 до 32.[9][10][11] Ови елементи су сада познати као d-блок.

КласификацијаУреди

У d-блоку, атоми елемената имају између једног и десет d електрона.

Прелазни метали у d-блоку
Група 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Периода 4 21Sc 22Ti 23V 24Cr 25Mn 26Fe 27Co 28Ni 29Cu 30Zn
5 39Y 40Zr 41Nb 42Mo 43Tc 44Ru 45Rh 46Pd 47Ag 48Cd
6 57La 72Hf 73Ta 74W 75Re 76Os 77Ir 78Pt 79Au 80Hg
7 89Ac 104Rf 105Db 106Sg 107Bh 108Hs 109Mt 110Ds 111Rg 112Cn

Елементи група 4–11 су генерално препознати као прелазни метали, због њихове типичне хемије, тј. великог распона сложених јона у различитим оксидационим стањима, обојеним комплексима и каталитичким својствима било као елементи или као јони (или обоје). Sc и Y у групи 3 су такође генерално препознати као прелазни метали. Међутим, елементи La–Lu и Ac–Lr и група 12 привлаче различите дефиниције од различитих аутора.

  1. Многи уџбеници хемије и штампане периодичне табеле класификују La и Ac као елементе групе 3 и прелазне метале, пошто су њихове атомске конфигурације основног стања s2d1 попут Sc и Y. Елементи Ce–Lu се сматрају се серијом „лантаноида” (или „лантаноида” према IUPAC) и Th–Lr као серија „актиноида”.[12][13] Ове две серије заједно су класификоване као елементи f-блока, или (у старијим изворима) као „унутрашњи прелазни елементи”.
  2. Неки уџбеници неорганске хемије укључују La са лантанoидима и Ac са актинoидима.[8][14][15] Ова класификација се заснива на сличностима у хемијском понашању и дефинише 15 елемената у свакој од две серије, иако оне одговарају попуњавању f подљуске, која може да садржи само 14 електрона.
  3. Трећа класификација дефинише елементе f-блока као La–Yb и Ac–No, док се Lu и Lr сврставају у групу 3.[9] То се заснива на Ауфбау принципу (или Маделунговом правилу) за попуњавање електронских подљуски, по које се 4f испуњава пре 5d (и 5f пре 6d), тако да је f подљуска заправо пуна у Yb (и No), док Lu (и Lr) имају [ ]s2f14d1 конфигурацију. Међутим, La и Ac су изузеци од Ауфбау принципа са конфигурацијом електрона [ ]s2d1 (а не [ ]s2f1 како предвиђа Ауфбауов принцип), тако да из конфигурација атомских електрона није јасно да ли La или Lu (Ac или Lr) треба сматрати прелазним металима.[16] Ово се може решити узимајући у обзир да оно што су побуђена стања за слободни атом и јон, може постати основно стање у хемијским окружењима; La и Ac имају слободне ниско лежеће f подљуске које су попуњене у Lu и Lr, тако да је побуда до f орбитале могућа у La и Ac, али не за Lu или Lr.

Цинк, кадмијум, и жива се генерално искључују из прелазних метала,[9] јер они имају електронску конфигурацију [ ]d10s2, без комплетне d љуске.[17] У оксидационом стању +2, јони имају електронску конфигурацију [ ]…d10. Иако ови елементи могу постојати и у другим оксидационим стањима, укључујући оксидационо стање +1, као у дијатомском јону Hg2+
2
, они још увек имају потпуну d шкољку у овим оксидационим стањима. Елементи групе 12 Zn, Cd и Hg могу се, према одређеним критеријумима, у овом случају класификовати као посттранзициони метали. Међутим, често је прикладно укључити те елементе у дискусију о прелазним елементима. На пример, када се расправља о енергији стабилизације кристалног поља прелазних елемената првог реда, прикладно је да се укључују и елементи калцијум и цинк, јер оба Ca2+
и Zn2+
имају вредност нулу, са којом се може упоредити вредност за остале јоне прелазних метала. Један други пример се јавља у Ирвинг-Вилијамсовој серији константи стабилности комплекса.

Недавну (иако спорну и до сада независно нерепродуковану) синтези жива(IV) флуорида (HgF
4
) део научне заједнице сматра додатном потврдом гледишта да елементе 12 групе треба сматрати прелазним металима,[18] иако неки аутори и даље сматрају ово једињење изузетком.[19] Очекује се да ће коперницијум моћи да користи своје d-електроне за хемијске реакције, јер је његова 6d подљуска дестабилизована јаким релативистичким ефектима због његовог врло високог атомског броја, а као такав се очекује да има понашање попут прелазног метала када показује виша оксидациона стања него +2 (која дефинитивно нису позната код лакших елемената групе 12).

Грађење једињењаУреди

Анализом енергија јонизације и поређењем са алкалним и земноалкалним металима у истој периоди примећујемо да су вредности првих енергија јонизације веће код прелазних метала и да расту са порастом атомског броја. Прелазни метали ретко граде јонска једињења, већ се једине градећи ковалентне молекуле, или везе са знатним ковалентним карактером.

За ове метале карактеристично је грађење једињења са различитим оксидационим бројевима. У истој групи могу се наћи стабилна једињења и са парним и са непарним бројем. Једињења прелазних метала 5. и 6. периоде су стабилна, са високим оксидационим бројевима, а кисели карактер им је у порасту. У једињењима прелазних метала са нижим оксидационим бројевима веза је претежно јонског карактера, док при вишим оксидационим бројевима преовлађује ковалентна веза.

Јони прелазних метала 1, 2. и 3. групе граде комплексе са јонима или диполним неутралним молекулским групама попуњених љуски, који се у комплексима називају лиганди и симетрично се каче на централизовани јон прелазног метала. Код првих неколико прелазних метала прве периоде енергетски је стабилнија 4s орбитала од 3d, те се она попуњава прва. Додавањем више електрона, постаје значајно међусобно електронско одбијање и 3d орбитала се контрахује и постаје повољнија за попуњавање од 4s орбитале. Доминантне интеракције код комплекса су електростатичке природе, а карактеристични облици прелазних метал-комплекса су тетраедарски и октаедарски. Међу самим лигандима се такође јављају одбојне електростатичке силе, с тим што је њихов утицај слабији него одбијања која потичу од унутрашњих електрона. Величина комплексног једињења примарно зависи од контракције 3d орбитале.[20]

РеференцеУреди

  1. ^ Housecroft, C. E.; Sharpe, A. G. (2008). Inorganic Chemistry (3. изд.). Prentice Hall. ISBN 978-0-13-175553-6. 
  2. ^ Parkes, G.D. & Phil, D. (1973). Melorova moderna neorganska hemija. Beograd: Naučna knjiga. 
  3. ^ David R. Lide (ed), CRC Handbook of Chemistry and Physics, 84th Edition. CRC Press. Boca Raton, Florida, 2003; Section 9, Molecular Structure and Spectroscopy; Electronegativity
  4. ^ Pauling, L., The Nature of the Chemical Bond, Third Edition, Cornell University Press, Ithaca, New York, 1960.
  5. ^ Međunarodna unija za čistu i primenjenu hemiju. "transition element". Kompendijum Hemijske Terminologije Internet edition.
  6. ^ Petrucci, Ralph H.; Harwood, William S.; Herring, F. Geoffrey (2002). General chemistry: principles and modern applications  (8th изд.). Upper Saddle River, N.J: Prentice Hall. стр. 341–342. ISBN 978-0-13-014329-7. LCCN 2001032331. OCLC 46872308. 
  7. ^ Housecroft, C. E. and Sharpe, A. G. (2005) Inorganic Chemistry, 2nd ed, Pearson Prentice-Hall, pp. 20–21.
  8. 8,0 8,1 Cotton, F. A. and Wilkinson, G. (1988) Inorganic Chemistry, 5th ed., Wiley, pp. 625–627. ISBN 978-0-471-84997-1.
  9. 9,0 9,1 9,2 Jensen, William B. (2003). „The Place of Zinc, Cadmium, and Mercury in the Periodic Table” (PDF). Journal of Chemical Education. 80 (8): 952—961. Bibcode:2003JChEd..80..952J. doi:10.1021/ed080p952. 
  10. ^ Bury, C. R. (1921). „Langmuir's theory of the arrangement of electrons in atoms and molecules”. J. Am. Chem. Soc. 43 (7): 1602—1609. doi:10.1021/ja01440a023. 
  11. ^ Bury, Charles Rugeley. Encyclopedia.com Complete dictionary of scientific biography (2008).
  12. ^ Petrucci, Harwood & Herring 2002, стр. 49–50, 951.
  13. ^ Miessler, G. L. and Tarr, D. A. (1999) Inorganic Chemistry, 2nd edn, Prentice-Hall, p. 16. ISBN 978-0-13-841891-5.
  14. ^ Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Chemistry of the Elements (II изд.). Oxford: Butterworth-Heinemann. ISBN 0080379419. 
  15. ^ Housecroft, C. E. and Sharpe, A. G. (2005) Inorganic Chemistry, 2nd ed., Pearson Prentice-Hall, p. 741.
  16. ^ Scerri, E. R. (2011) A Very Short Introduction to the Periodic Table, Oxford University Press.
  17. ^ Cotton, F. Albert; Wilkinson, G.; Murillo, C. A. (1999). Advanced Inorganic Chemistry (6th ed.). New York: Wiley, ISBN 978-0-471-19957-1.
  18. ^ Wang, Xuefang; Andrews, Lester; Riedel, Sebastian; Kaupp, Martin (2007). „Mercury Is a Transition Metal: The First Experimental Evidence for HgF4”. Angew. Chem. Int. Ed. 46 (44): 8371—8375. PMID 17899620. doi:10.1002/anie.200703710. 
  19. ^ Jensen, William B. (2008). „Is Mercury Now a Transition Element?”. J. Chem. Educ. 85 (9): 1182—1183. Bibcode:2008JChEd..85.1182J. doi:10.1021/ed085p1182 . 
  20. ^ Белић, Драгољуб (2000). Физика молекула. Београд. стр. 43—45. 

ЛитератураУреди

  • Белић, Драгољуб (2000). Физика молекула. Београд. стр. 43—45.