Siirtymämetalli

Siirtymämetalli , mikä tahansa erilaisista kemiallisista alkuaineista, joilla on valenssielektroneja - eli elektroneja, jotka voivat osallistua kemiallisten sidosten muodostumiseen - kahdessa kuoressa vain yhden sijasta. Vaikka termi siirtyminen sillä ei ole erityistä kemiallista merkitystä, se on kätevä nimi, jolla erotetaan atomirakenteiden samankaltaisuus ja näin merkittyjen alkuaineiden tuloksena olevat ominaisuudet. Ne vievät vasemmalla puolella olevien ryhmien ja oikealla olevien ryhmien välisen jaksollisen taulukon pitkien jaksojen keskiosat. Erityisesti ne muodostavat ryhmät 3 (IIIb) - 12 (IIb).

jaksollinen taulukko Elementtien jaksollisen taulukon moderni versio (tulostettava). Encyclopædia Britannica, Inc.

Ryhmän yleiset ominaisuudet

Silmiinpistävimpiä yhtäläisyyksiä, joita kyseisillä 24 elementillä on, ovat se, että ne kaikki ovat metalleja ja että suurin osa niistä on kovia, vahvoja ja kiiltäviä, niillä on korkeat sulamis- ja kiehumispisteet sekä hyvät lämmön ja sähkön johtimet. Näiden ominaisuuksien alue on huomattava; siksi lausunnot ovat vertailukelpoisia kaikkien muiden elementtien yleisten ominaisuuksien kanssa.

Monet elementit ovat teknisesti tärkeitä: esimerkiksi titaania, rautaa, nikkeliä ja kuparia käytetään rakenteellisesti ja sähkötekniikassa. Toiseksi siirtymämetallit muodostavat monia hyödyllisiä seokset , keskenään ja muiden metallisten elementtien kanssa. Kolmanneksi suurin osa näistä alkuaineista liukenee mineraalihappoihin, vaikka muutama, kuten platina, hopea ja kulta- , kutsutaan jaloiksi - eli yksinkertaiset (ei-hapettavat) hapot eivät vaikuta niihin.

Poikkeuksetta pääsiirtymäsarjan elementit (ts. Lukuun ottamatta alla määriteltyjä lantanoideja ja aktinoideja) muodostavat stabiilin yhdisteet kahdessa tai useammassa muodollisessa hapetustilassa.

saatanan kirkko vs saatanallinen temppeli

Siirtymämetallit voidaan jakaa niiden atomien elektronisten rakenteiden mukaan kolmeen pääsiirtymäsarjaan, nimeltään ensimmäinen, toinen ja kolmas siirtymäsarja, ja kahteen sisäiseen siirtymäsarjaan, joita kutsutaan lantanoideiksi ja aktinoideiksi.

Ensimmäinen pääsiirtosarja alkaa joko skandiumilla (symboli Sc, atomiluku 21) tai titaani (symboli Ti, atominumero 22) ja päättyy sinkkiin (symboli Zn, atominumero 30). Toinen sarja sisältää alkioita yttriumista (symboli Y, atominumero 39) kadmiumiin (symboli Cd, atominumero 48). Kolmas sarja ulottuu lantaanista (symboli La, atominumero 57) elohopeaan (symboli Hg, atominumero 80). Nämä kolme pääsiirtosarjaa sisältyvät 30 elementin joukkoon, jota usein kutsutaan d - estää siirtymämetalleja. Koska skandium, yttrium ja lantaani eivät todellakaan muodosta yhdisteitä analoginen muiden siirtymämetallien metalleihin ja koska niiden kemia on melko homologinen lantanoidien kanssa, ne suljetaan pois nykyisten tärkeimpien siirtymämetallien keskusteluista. Vastaavasti koska sinkillä, kadmiumilla ja elohopealla on vain vähän muille siirtymämetalleille ominaisia ​​ominaisuuksia, niitä käsitellään erikseen ( katso sinkkiryhmäelementti). Jäljellä oleva d -siirtymämetallit ja eräät niiden ominaispiirteet on lueteltu taulukossa.

Joitakin siirtymäelementtien ominaisuuksia

		symboli	atomiluku	atomimassa	tiheys (grammaa kuutiosenttimetriä kohti, 20 ° C)	sulamispiste (° C)	kiehumispiste (° C)
1. pääsarja	titaani	Sinä	22	47,867	4.54	1,668	3,287
vanadiini	V	2. 3	50,942	6.11	1,910	3,407
kromi	Kr	24	51,996	7.14	1,907	2,672
mangaani	Mn	25	54,938	7.21–7.44	1,246	2,061
rauta-	Fe	26	55,845	7.87	1,538	2,861
koboltti	Mitä	27	58,933	8.9	1,495	2,927
nikkeli	Ni	28	58,693	8.9	1,455	2,913
kupari-	Kanssa	29	63,546	8.92	1,085	2,927
2. pääsarja	zirkonium	Zr	40	91,224	6.51	1,855	4,409
niobium	Huom	41	92,906	8.57	2,477	4,744
molybdeeni	Mo	42	95,94	10.22	2,623	4,639
teknetium	Tc	43	98	11.5	2,157	4,265
ruteeni	Ru	44	101.07	12.41	2,334	4,150
rodiumia	Rh	Neljä viisi	102,906	12.41	1,964	3,695
palladium	Pd	46	106,42	12.02	1,555	2,963
hopea	Ag	47	107,868	10.49	962	2,162
3. pääsarja	hafnium	Hf	72	178,49	13.31	2,233	4,603
tantaali	Ta	73	180,948	16.65	3,017	5,458
volframi	SISÄÄN	74	183,84	19.3	3,422	5,555
renium	Re	75	186,207	21.02	3,186	5,596
osmium	Sinä	76	190,23	22.57	3,033	5,012
iridium	Ir	77	192,217	22.56	2,446	4,428
platina	varten	78	195,084	21.45	1,768	3,825
kulta-	Klo	79	196,967	~ 19.3	1,064	2,856

Sisäisen siirtymäsarjan ensimmäinen sisältää elementit ceriumista (symboli Ce, atominumero 58) lutetiumiin (symboli Lu, atominumero 71). Näitä alkuaineita kutsutaan lantanoideiksi (tai lantanideiksi), koska kunkin kemia muistuttaa läheisesti lantaania. Itse lantaania pidetään usein yhtenä lantanoidina. Aktinoidisarja koostuu 15 elementistä aktiniumista (symboli Ac, atominumero 89) Lawrenciumiin (symboli Lr, atominumero 103). Nämä sisäiset siirtymäsarjat ovat alla harvinaisten maametallien alkuaine ja aktinoidielementti. Elementeille 104 tai sitä korkeammalle katso transuraanielementti.

Siirtymämetallien suhteelliset sijainnit jaksollisessa taulukossa ja niiden kemialliset ja fysikaaliset ominaisuudet voidaan parhaiten ymmärtää tarkastelemalla niiden elektronisia rakenteita ja tapaa, jolla nämä rakenteet vaihtelevat atomien määrän kasvaessa.

Vetyatomin atomirataalit

Kuten aiemmin todettiin, atomituumaan liittyvät elektronit lokalisoituvat tai keskittyvät avaruuden eri tietyille alueille, joita kutsutaan atomiorbitaaleiksi, joista kullekin on tunnusomaista joukko symboleja (kvanttilukuja), jotka määrittävät tilavuuden, muodon ja suunta avaruudessa suhteessa muihin kiertoradoihin. Kiertorata voi sijoittaa korkeintaan kaksi elektronia. Energia, joka liittyy elektronin ja ytimen vuorovaikutukseen, määräytyy sen orbitaalin avulla, jonka se käyttää, ja atomin elektronit jakautuvat itseään kiertoradoille siten, että kokonaisenergia on minimaalinen. Siten atomin elektronisella rakenteella tai konfiguraatiolla tarkoitetaan tapaa, jolla ydintä ympäröivät elektronit miehittävät käytettävissä olevat erilaiset atomi-orbitaalit. Yksinkertaisin konfiguraatio on vetyatomin yhden elektronin orbitaalien joukko. Orbitaalit voidaan luokitella ensin kvanttiluvun mukaan, ja orbitaaleilla on kasvava energia kvantti lukumäärän kasvu 1: stä 2: een, 3: een, 4: ään jne. (Pääkvanttiluvuilla 1, 2, 3, 4 jne. määriteltyihin kiertoradaryhmiin viitataan usein nimellä kuoret K, L, M, N jne.) Pääkvanttiluvulle 1 on vain yksi kiertoradatyyppi, jota kutsutaan s kiertorata. Pääkvanttiluvun kasvaessa on yhä enemmän erityyppisiä orbitaaleja tai alikuoria, jotka vastaavat kutakin: s, p, d, f, g jne. Lisäksi muut kiertoradatyypit tulevat kukin suurempina sarjoina. Siten on vain yksi s kiertorata kullekin pääkvanttiluvulle, mutta määritetyssä joukossa on kolme kiertorataa s , viisi kussakin määritetyssä sarjassa d , ja niin edelleen. Vetyatomille energia määräytyy täysin, minkä kiertoradan yksittäinen elektroni vie. Erityisen huomionarvoista on, että vetyatomin energia määräytyy yksinomaan elektronin ympäröimän kiertoradan pääkvanttiluvun perusteella (lukuun ottamatta joitain pieniä vaikutuksia, jotka eivät ole tässä huolenaiheita); ts. vedyssä esimerkiksi kolmannen kuoren elektronikonfiguraatiot ovat tasa-energiaisia ​​(samaa energiaa, kumpi tahansa elektronilla on), mikä ei koske yhtään muuta atomia, jotka kaikki sisältävät kaksi tai useampia elektroneja.

on Yhdistynyt kuningaskunta saari

Monielektroniatomien atomirataat

Muiden atomien elektronikonfiguraatioiden ymmärtämiseksi on tapana käyttää rakentaminen (Saksankielinen: rakentaminen) -periaate, jonka perusta on, että monielektronisen kokoonpanon saavuttamiseksi vaadittava määrä elektroneja on lisättävä kiertoradoille yksi kerrallaan, täyttämällä ensin vakaimmat kiertoradat, kunnes kokonaismäärä On lisätty. Tällöin jaksollisen taulukon rakentamisessa siirrytään yhdestä elementistä toiseen lisäämällä yksi protoni ytimeen ja yksi elektroni ytimen ulkopuoliseen atomialueeseen. Tähän käsitteellistämiseen liittyy yksi rajoitus, nimittäin Paulin poissulkemisperiaate, jonka mukaan kutakin kiertoradaa voi käyttää vain kaksi elektronia. Siten missään elektronissa voi olla korkeintaan kaksi elektronia s kiertorata, kuusi elektronia missä tahansa joukossa s kiertoradat, kymmenen elektronia missä tahansa joukossa d orbitaalit jne. Tätä prosessia suoritettaessa ei kuitenkaan voida käyttää vain vetyatomille sopivaa elektronien kiertoratkaisua. Kun elektroneja lisätään, ne ovat vuorovaikutuksessa sekä keskenään että ytimen kanssa, ja seurauksena elektronien läsnäolo joillakin kiertoradalla aiheuttaa toiselle kiertoradalle tulevan elektronin energian olevan erilainen kuin mitä olisi, jos tämä elektroni olisi läsnä yksin . Näiden elektronien välisten vuorovaikutusten (joita joskus kutsutaan suojauksiksi) kokonaistulos on, että eri atomirataalien suhteellinen järjestys on erilainen monien elektronien atomeissa kuin vetyatomissa; itse asiassa se muuttuu jatkuvasti elektronien määrän kasvaessa.

Kun monisähköisiä atomeja muodostuu, eri alikuoret s, p, d, f, g jne. pääkvanttiluvusta lakkaa olemasta tasa-energiainen; ne kaikki putoavat pienemmille energioille, vaikkakaan eivät yhtä suurilla määrillä. Energian lasku tapahtuu yleisesti, koska suojaus ydinvaraukselta, jonka elektronilla tietyllä kiertoradalla antaa kaikki muut atomin elektronit, ei ole riittävä estämään ytimen varauksen vaikutuksen tasaista kasvua siihen elektroni atomiluvun kasvaessa. Toisin sanoen muut elektronit ovat epätäydellisesti suojattuja ydinvarauksilta. Lisäksi kunkin pääkuoren eri tyyppiset kiertoradat on niiden eri avaruusjakaumien takia suojattu eri asteilla niiden alla olevien elektronien sydämellä; vastaavasti, vaikka ne kaikki vähentävät energiaa, ne vähenevät eri määrillä, ja siten niiden suhteellinen järjestys energiassa muuttuu jatkuvasti. Tietyn atomin elektronikonfiguraation määrittämiseksi on käytettävä orbitaalijärjestystä, joka on sopiva kyseisen atomin atominumeron spesifiseen arvoon. Eri käyttäytyminen d ja f kiertoradat on huomattava erityisesti siltä osin, missä siirtymämetallit esiintyvät jaksollisessa taulukossa.

mikä on saariryhmän nimi Malesian luoteisrannikolla?

Argoniatomilla (atominumero 18) on elektronikonfiguraatio 1 s ^kaksikaksi s ^kaksikaksi s ⁶3 s ^kaksi3 s ⁶(eli siinä on kaksi elektronia s ensimmäisen kuoren kiertorata; kaksi s ja kuusi s toisen kuoren kiertoradat; kaksi s ja kuusi s kolmannen kuoren kiertoradat: tämä ilmaisu on usein lyhennetty [Ar], erityisesti määriteltäessä argonin ja krypton , koska se edustaa yhteistä osaa kaikkien näiden elementtien kokoonpanoista). 3 d kiertoradat ovat paremmin suojattu ydinpanokselta kuin 4 s kiertoradalla, ja näin ollen jälkimmäisellä kiertoradalla on pienempi energia. Seuraavat lisätyt elektronit tulevat 4 s kiertorata 3: n sijasta d tai 4 s kiertoradat. Kaksi argonia seuraavaa elementtiä jaksollisessa taulukossa ovat kaliumia , yhdellä 4 s elektroni ja kalsium kahdella 4 s elektronit. 4: n läsnäolon vuoksi s elektronit, 3 d kiertoradat ovat vähemmän suojattuja kuin 4 s kiertoradat; sen vuoksi ensimmäinen säännöllinen siirtymäsarja alkaa tässä vaiheessa elementtiskandiumilla, jolla on elektronikonfiguraatio [Ar] 4 s ^kaksi3 d ¹. Yhdeksän seuraavan elementin kautta elektronit lisätään 3: een kasvavassa järjestyksessä d kiertoradat, kunnes ne alkuaineella sinkki ovat kokonaan täyttyneet ja elektronikonfiguraatio on [Ar] 3 d ¹⁰4 s ^kaksi. 4 s kiertoradat ovat sitten pienimmän energian, ja ne täyttyvät seuraavien kuuden alkuaineen kautta, joista kuudes on seuraava jalokaasu, krypton, elektronikonfiguraatiolla 1 s ^kaksikaksi s ^kaksikaksi s ⁶3 s ^kaksi3 s ⁶4 s ^kaksi3 d ¹⁰4 s ⁶tai [Kr].

Seuraavan jakson aikana kiertoradan energioiden variaatiomalli on samanlainen kuin välittömästi edeltävä. Kun jalokaasun, kryptonin, konfiguraatio on saavutettu, 5 s kiertorata on vakaampi kuin 4 d kiertoradat. Kaksi seuraavaa elektronia tulee siis 5: ään s kiertorata, mutta sitten 4 d kiertoradat laskevat pienemmälle energialle kuin 5 s kiertoradat, ja toinen säännöllinen siirtymäsarja alkaa elementillä yttrium. Elektroneja lisätään edelleen 4: ään d kiertoradat, kunnes nämä kiertoradat ovat kokonaan täyttyneet kadmiumin alkuaineen kohdalla, jolla on elektronikonfiguraatio [Kr] 4 d ¹⁰5 s ^kaksi. Seuraavat kuusi elektronia tulevat 5: een s kiertoradat, kunnes ksenonelementissä saavutetaan toinen jalokaasukonfiguraatio. Vastaavasti kuin kaksi edeltävää jaksoa, seuraavat kaksi elektronia lisätään seuraavaan käytettävissä olevaan kiertoradalle, nimittäin 6 s kiertorata, joka tuottaa seuraavat kaksi elementtiä, cesium ja barium. Orbitaalien järjestys muuttuu tässä vaiheessa kuitenkin entistä monimutkaisemmaksi, koska niitä on nyt täyttämättä 4 f kiertoradat sekä 5 d kiertoradat, ja kahdella joukolla on suunnilleen sama energia. Seuraavassa alkuaineessa, lantaanissa (atominumero 57), elektroniin lisätään 5 d kiertoradat, mutta välittömästi seuraavassa elementissä ceriumissa (atominumero 58) on neljä elektronia 4: ssä f kiertoradat ja yksikään 5: stä d kiertoradat. Seuraavien 12 elementin kautta lisäelektronit tulevat 4: een f kiertoradat, vaikka 5 d kiertoradat ovat vain hieman suurempaa energiaa. Tämä joukko elementtejä, jotka ulottuvat alueelle lantaanista, jossa 4 f kiertoradat olivat vielä tyhjiä tai olivat täyttymässä lutetiumin kautta, jossa 4 f kiertoradat on täytetty kokonaan 14 elektronilla, muodostavat edellä mainitut lantanoidit.

Tässä vaiheessa seuraavat käytettävissä olevat kiertoradat ovat 5 d kiertoradat ja alkuaineet hafnium through gold, kolmas säännöllinen siirtymäsarja, vastaavat näiden 5 peräkkäistä täyttämistä. d kiertoradat. Tämän sarjan jälkeen on jälleen s kiertoradat (6 s ) täytettäväksi, ja kun tämä on saavutettu, jalokaasun radoni saavutetaan.

Molekyyliset kiertoradat

Jos kaksi atomia on lähellä toisiaan, jotkut niiden orbitaalit voivat olla päällekkäisiä ja osallistua molekyylien orbitaalien muodostumiseen. Molekyylirataalilla olevat elektronit ovat vuorovaikutuksessa molempien atomien ytimien kanssa: jos tämän vuorovaikutuksen seurauksena kokonaisenergia on pienempi kuin erotettujen atomien, kuten on tapaus, jos kiertorata sijaitsee pääasiassa kahden ytimen välisellä alueella, kiertorata on sanotaan olevan sitoutuva kiertorata ja sen käyttö elektronien avulla muodostaa kovalenttinen sidos, joka yhdistää atomit yhteen yhdiste muodostumista ja jossa elektronien sanotaan olevan yhteisiä. Jos elektronien miehitys kiertoradalla nostaa järjestelmän energiaa, kuten on tapaus, jos kiertorata on pääosin kahden ytimen välisen alueen ulkopuolella, kyseisen kiertoradan sanotaan olevan vastustavaa; elektronien läsnäolo tällaisilla kiertoradoilla pyrkii kompensoimaan sidoselektroneista johtuvan vetovoiman.

Sidos- tai vasta-ainemolekyyli-orbitaali voidaan sijoittaa linjaa pitkin, joka kulkee kahden ytimen läpi, jolloin se on merkitty kreikkalaisella kirjaimella σ (sigma); tai se voi miehittää alueita, jotka ovat suunnilleen yhdensuuntaisia ​​tämän viivan kanssa, ja se voidaan nimetä π (pi): ksi.