Prelazni metal

S Vikipedije, slobodne enciklopedije
Deo serije članaka o
periodnom sistemu
Formati periodnog sistema
Istorija periodnog sistema
Setovi elemenata
po strukturi sistema:
po (ne)metalnim osobinama:
po ostalim karakteristikama:
Elementi
Spiskovi elemenata
Svojstva elemenata
{{}} = u šablonu periodnog sistema
Stranice sa podacima

Prelazni metali se nalaze između 2. i 13. grupe periodnog sistema elemenata (po ranijoj nomenklaturi IIa i IIIa grupa).[1] Ovi metali popunjavaju 3d, 4d i 5d orbitale dok se na poslednjem energetskom nivou, skoro po pravilu nalaze po dva s elektrona suprotnog spina. Promena broja elektrona javlja se kod elemenata iste periode, a ne grupe kao kod ostalih elemenata. To je razlog zbog koga su sličnosti između elemenata iste periode često veće nego između elemenata iste grupe, a razlike između grupa mnogo manje nego kod glavnih grupa. Za razliku od atoma glavnih grupa ovi metali poseduju jone znatno manjeg atomskog radijusa i kristalne rešetke velikih energija; zato su velike gustine i tvrdoće, i visokih temperatura topljenja i ključanja. Ovi elementi su odlični provodnici toplote i elektriciteta i imaju vrlo dobra mehanička svojstva. Većina jedinjenja prelaznih metala je obojena kako onih u čvrstom stanju tako i onih u rastvorima. Kod prelaznih metala se javlja težnja za građenjem legura i međusobno i sa drugim metalima.[2]

Karakteristična hemijska svojstva prelaznih metala se ogledaju u:

  1. vrednostima koeficijenata Polingove elektronegativnosti koji se kreću između 1,1 i 2,6[3][4]
  2. građenju jedinjenja sa različitim oksidacionim brojevima
  3. težnji da grade kompleksna jedinjenja.

Koeficijenti elektronegativnosti pokazuju da ovi metali čine prelaz između najelektronegativnijih metala (glavnih grupa) i nemetala. Prelazni metali imaju veliki industrijski značaj jer na njima i njihovim legurama počiva metalurgija. Značajni su i kao biogeni elementi, a od njih se najviše ističe gvožđe.

Definicije[uredi | uredi izvor]

  • IUPAC definicija[5] definiše prelazni metal kao „element čiji atom ima delimično ispunjenu d podljusku, ili koji može formirati katjone sa nepotpunom d podljuskom”.
  • Mnogi naučnici opisuju „prelazni metal“ kao bilo koji element u d-bloku periodnog sistema, koji uključuje grupe od 3 do 12 na periodičnoj tabeli.[6][7] U stvarnoj praksi, serija lantanoida i aktinoida f-bloka takođe se smatraju prelaznim metalima i nazivaju se „unutrašnji prelazni metali”.
  • Koton i Vilkinson[8] proširuju sažetu IUPAC definiciju (pogledajte iznad) specificirajući koji su elementi uključeni. Pored elemenata grupa 4 do 11, oni dodaju skandijum i itrijum grupe 3, koji imaju delimično ispunjeno d podljusku u metalnom stanju. Lantan i aktinijum u grupi 3, međutim, klasifikovani su kao lantanoidi i aktinoidi.

Engleski hemičar Čarls Beri (1890-1968) prvi je koristio reč tranzicija u ovom kontekstu 1921. godine, kada se pomenuo seriju prelaznih elemenata tokom promene unutrašnjeg sloja elektrona (na primer n = 3 u 4. redu periodne tabele) iz stabilne grupe od 8 do jednog od 18, ili od 18 do 32.[9][10][11] Ovi elementi su sada poznati kao d-blok.

Klasifikacija[uredi | uredi izvor]

U d-bloku, atomi elemenata imaju između jednog i deset d elektrona.

Prelazni metali u d-bloku
Grupa 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Perioda 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

Elementi grupa 4–11 su generalno prepoznati kao prelazni metali, zbog njihove tipične hemije, tj. velikog raspona složenih jona u različitim oksidacionim stanjima, obojenim kompleksima i katalitičkim svojstvima bilo kao elementi ili kao joni (ili oboje). Sc i Y u grupi 3 su takođe generalno prepoznati kao prelazni metali. Međutim, elementi La–Lu i Ac–Lr i grupa 12 privlače različite definicije od različitih autora.

  1. Mnogi udžbenici hemije i štampane periodične tabele klasifikuju La i Ac kao elemente grupe 3 i prelazne metale, pošto su njihove atomske konfiguracije osnovnog stanja s2d1 poput Sc i Y. Elementi Ce–Lu se smatraju se serijom „lantanoida” i Th–Lr kao serija „aktinoida”.[12][13] Ove dve serije zajedno su klasifikovane kao elementi f-bloka, ili (u starijim izvorima) kao „unutrašnji prelazni elementi”.
  2. Neki udžbenici neorganske hemije uključuju La sa lantanoidima i Ac sa aktinoidima.[8][14][15] Ova klasifikacija se zasniva na sličnostima u hemijskom ponašanju i definiše 15 elemenata u svakoj od dve serije, iako one odgovaraju popunjavanju f podljuske, koja može da sadrži samo 14 elektrona.
  3. Treća klasifikacija definiše elemente f-bloka kao La–Yb i Ac–No, dok se Lu i Lr svrstavaju u grupu 3.[9] To se zasniva na Aufbau principu (ili Madelungovom pravilu) za popunjavanje elektronskih podljuski, po koje se 4f ispunjava pre 5d (i 5f pre 6d), tako da je f podljuska zapravo puna u Yb (i No), dok Lu (i Lr) imaju [ ]s2f14d1 konfiguraciju. Međutim, La i Ac su izuzeci od Aufbau principa sa konfiguracijom elektrona [ ]s2d1 (a ne [ ]s2f1 kako predviđa Aufbauov princip), tako da iz konfiguracija atomskih elektrona nije jasno da li La ili Lu (Ac ili Lr) treba smatrati prelaznim metalima.[16] Ovo se može rešiti uzimajući u obzir da ono što su pobuđena stanja za slobodni atom i jon, može postati osnovno stanje u hemijskim okruženjima; La i Ac imaju slobodne nisko ležeće f podljuske koje su popunjene u Lu i Lr, tako da je pobuda do f orbitale moguća u La i Ac, ali ne za Lu ili Lr.

Cink, kadmijum, i živa se generalno isključuju iz prelaznih metala,[9] jer oni imaju elektronsku konfiguraciju [ ]d10s2, bez kompletne d ljuske.[17] U oksidacionom stanju +2, joni imaju elektronsku konfiguraciju [ ]…d10. Iako ovi elementi mogu postojati i u drugim oksidacionim stanjima, uključujući oksidaciono stanje +1, kao u dijatomskom jonu Hg2+
2, oni još uvek imaju potpunu d školjku u ovim oksidacionim stanjima. Elementi grupe 12 Zn, Cd i Hg mogu se, prema određenim kriterijumima, u ovom slučaju klasifikovati kao posttranzicioni metali. Međutim, često je prikladno uključiti te elemente u diskusiju o prelaznim elementima. Na primer, kada se raspravlja o energiji stabilizacije kristalnog polja prelaznih elemenata prvog reda, prikladno je da se uključuju i elementi kalcijum i cink, jer oba Ca2+
 i Zn2+
 imaju vrednost nulu, sa kojom se može uporediti vrednost za ostale jone prelaznih metala. Jedan drugi primer se javlja u Irving-Vilijamsovoj seriji konstanti stabilnosti kompleksa.

Nedavnu (iako spornu i do sada nezavisno nereprodukovanu) sintezi živa(IV) fluorida (HgF
4) deo naučne zajednice smatra dodatnom potvrdom gledišta da elemente 12 grupe treba smatrati prelaznim metalima,[18] iako neki autori i dalje smatraju ovo jedinjenje izuzetkom.[19] Očekuje se da će kopernicijum moći da koristi svoje d-elektrone za hemijske reakcije, jer je njegova 6d podljuska destabilizovana jakim relativističkim efektima zbog njegovog vrlo visokog atomskog broja, a kao takav se očekuje da ima ponašanje poput prelaznog metala kada pokazuje viša oksidaciona stanja nego +2 (koja definitivno nisu poznata kod lakših elemenata grupe 12).

Građenje jedinjenja[uredi | uredi izvor]

Analizom energija jonizacije i poređenjem sa alkalnim i zemnoalkalnim metalima u istoj periodi primećujemo da su vrednosti prvih energija jonizacije veće kod prelaznih metala i da rastu sa porastom atomskog broja. Prelazni metali retko grade jonska jedinjenja, već se jedine gradeći kovalentne molekule, ili veze sa znatnim kovalentnim karakterom.

Za ove metale karakteristično je građenje jedinjenja sa različitim oksidacionim brojevima. U istoj grupi mogu se naći stabilna jedinjenja i sa parnim i sa neparnim brojem. Jedinjenja prelaznih metala 5. i 6. periode su stabilna, sa visokim oksidacionim brojevima, a kiseli karakter im je u porastu. U jedinjenjima prelaznih metala sa nižim oksidacionim brojevima veza je pretežno jonskog karaktera, dok pri višim oksidacionim brojevima preovlađuje kovalentna veza.

Joni prelaznih metala 1, 2. i 3. grupe grade komplekse sa jonima ili dipolnim neutralnim molekulskim grupama popunjenih ljuski, koji se u kompleksima nazivaju ligandi i simetrično se kače na centralizovani jon prelaznog metala. Kod prvih nekoliko prelaznih metala prve periode energetski je stabilnija 4s orbitala od 3d, te se ona popunjava prva. Dodavanjem više elektrona, postaje značajno međusobno elektronsko odbijanje i 3d orbitala se kontrahuje i postaje povoljnija za popunjavanje od 4s orbitale. Dominantne interakcije kod kompleksa su elektrostatičke prirode, a karakteristični oblici prelaznih metal-kompleksa su tetraedarski i oktaedarski. Među samim ligandima se takođe javljaju odbojne elektrostatičke sile, s tim što je njihov uticaj slabiji nego odbijanja koja potiču od unutrašnjih elektrona. Veličina kompleksnog jedinjenja primarno zavisi od kontrakcije 3d orbitale.[20]

Reference[uredi | uredi izvor]

  1. ^ Housecroft, C. E.; Sharpe, A. G. (2008). Inorganic Chemistry (3. izd.). 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. ^ IUPAC. „transition element”. Kompendijum hemijske terminologije (Internet izdanje).
  6. ^ Petrucci, Ralph H.; Harwood, William S.; Herring, F. Geoffrey (2002). General chemistry: principles and modern applicationsNeophodna slobodna registracija (8th izd.). Upper Saddle River, N.J: Prentice Hall. str. 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. ^ a b Cotton, F. A. and Wilkinson, G. (1988) Inorganic Chemistry, 5th ed., Wiley, pp. 625–627. ISBN 978-0-471-84997-1.
  9. ^ a b v 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, str. 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 izd.). 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 Slobodan pristup. 
  20. ^ Belić, Dragoljub (2000). Fizika molekula. Beograd. str. 43—45. 

Literatura[uredi | uredi izvor]

  • Belić, Dragoljub (2000). Fizika molekula. Beograd. str. 43—45. 
Preuzeto iz „https://sr.wikipedia.org/w/index.php?title=Прелазни_метал&oldid=27397745”