Siirtymämetalli

Wikipedia
Loikkaa: valikkoon, hakuun

Siirtymämetallit eli siirtymäalkuaineet ovat jaksollisen järjestelmän ryhmiin 3–12 kuuluvat alkuaineet. Ne eroavat pää­ryhmien alkuaineista siinä, että alkuaineen järjestys­luvun kasvaessa atomiin viimeksi tullut elektroni ei sijoitu uloimmalle vaan toiseksi uloimmalle elektonikuorelle, sen d-orbitaalille.[1] Kaikki siirtymä­alku­aineet ovat metalleja.

Siirtymämetalleille on ominaista, että ne voivat esiintyä yhdisteissä useammalla kuin yhdellä hapetusluvulla toisin kuin monet pääryhmien alkuaineet. Siirtymäalkuaineet muodostavat ainakin yhden positiivisen ionin, jolla on osittain täyttynyt d-orbitaali.

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

Elektronikonfiguraatiot[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Elektronikonfiguraatiolla kuvataan elektronien sijoittumista atomiorbitaaleille. Siirtymämetalleilla järjestysluvun kasvaessa lisätään elektroneja (n-1)d -orbitaaleille, jossa n on pääkvanttiluku ja täten jakson numero jaksollisessa järjestelmässä. Näin yleinen elektronikonfiguraatio siirtymämetalleille on ensimmäisen ja toisen rivin siirtymämetalleille (jaksot 4 ja 5) [jalokaasu]ns2(n - 1)dx, ja kolmannen ja neljännen rivin (jaksot 6 ja 7) [jalokaasu]ns2(n - 2)f14(n -1)dx, jossa x on välillä 1 - 10. Näihin elektronikonfiguraatiota koskeviin pääsääntöihin on kuitenkin runsaasti poikkauksia, koska ns- ja (n - 1)d -orbitaalien energiat ovat lähellä toisiaan.

Siirtymämetallin muodostaessa kationia, elektronit lähtevät ensin ns-orbitaaleilta, ja vasta sen jälkeen (n - 1)d -orbitaaleilta. Esimerkiksi rauta(II)-kationilla on elektronikonfiguraatio [Ar]3d6, eli se on luovuttanut molemmat 4s-elektronit 2+ -varauksen saadessaan.

Jaksolliset ominaisuudet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Pääryhmien alkuaineilla atomikoko pienenee liikuttaessa jaksollisessa järjestelmässä vasemmalta oikealle. Siirtymäalkuaineilla sitä vastoin atomikoossa ei ole paljon eroja liikuttaessa vasemmalta oikealle (lukuunottamatta kahta ensimmäistä alkuainetta rivillä). Tämä johtuu siitä, että järjestysluvun kasvaessa elektroni menee n - 1 orbitaalille, jolloin korkeimman pääkvanttiluvun n elektronien määrä ei kasva. Elektronimäärän lisääntyessä tehollinen ydinvaraus pysyy lähestulkoon samana.

Pääryhmissä atomikoko kasvaa liikuttaessa ylhäältä alaspäin. Siirtymäalkuaineilla tämä on havaittavissa vain ensimmäisen ja toisen rivin (4. ja 5. jakso) kohdalla. Sen sijaan kolmannella rivillä (6. jakso) atomikoko on suunnilleen sama kuin toisellakin, huolimatta siitä, että kussakin ryhmässä kolmannen rivin alkuaineella on 32 elektronia enemmän kuin vastaavalla toisen rivin alkuaineella. Tämä selittyy sillä, että 14 näistä 32:sta elektronista on sijoittunut (n - 2)f -orbitaalille, ja alempien pääkvanttilukujen f-orbitaalit eivät kovin tehokkaasti varjosta ulompia elektroneja ydinvaraukselta. Näin ollen ydin vetää tiukemmin puoleensa uloimman elektronikuoren elektroneja. Tätä ilmiötä kutsutaan lantanoidikutistukseksi (engl. lanthanide contraction).

Ionisaatioenergian ja elektronegatiivisuuden suhteen siirtymämetallit noudattavat jakson sisällä samaa trendiä kuin pääryhmien alkuaineetkin: vasemmalta oikealle ionisaatioenergia ja elektronegatiivisuus kasvavat (joskin vähemmän kuin pääryhmissä).

Ylhäältä alaspäin mentäessä ionisaatioenergia ei kuitenkaan pienene samalla tavoin kuin pääryhmissä: kolmannella siirtymämetallien rivillä ionisaatioenergia on suurempi kuin ensimmäisellä ja toisella. Tämä johtuu siitä, että atomikoko ei kasva toiselta riviltä kolmannelle siirryttäessä, mutta ytimen varaus on kasvaa huomattavasti. Näin elektronit ovat lujemmin kiinni kolmannella rivillä kuin kahdella aikaisemmalla.

Siirtymämetalleilla elektronegatiivisuusarvot kasvavat jaksollisessa järjestelmässä alaspäin mentäessä, päinvastoin kuin pääryhmissä. (Toisen ja kolmannen rivin välillä tosin ei juurikaan ole eroja.) Tämä johtuu jälleen siitä, että atomikoko ei juurikaan muutu, mutta ytimen varaus kasvaa huomattavasti riviltä toiselle siirryttäessä. Yksi raskaimmista metalleista, kulta Au on kaikista metalleista elektronegatiivisin, ja sen elektronegatiivisuusarvo (EN = 2,4) on jopa korkeampi kuin joillakin epämetalleilla, ja täten Au- -ionin sisältäviä yhdisteitä on olemassa.

Yleiset ominaisuudet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Siirtymäalkuaineilla sulamis- ja kiehumispisteet ovat varsin korkeita. Koska siirtymäalkuaineilla on vajaasti täyttyneitä d-orbitaaleja, elektronit pyrkivät Hundin säännön mukaan muodostamaan parittomia elektroneja. Suurin osa siirtymäalkuaineista on paramagneettisia. Valtaosa siirtymämetalleista muodostaa kompleksiyhdisteitä.

Lähteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  • Tro, Nivaldo J.: Chemistry, a Molecular Approach, s. 1052–1056. Pearson Education International, 2008. ISBN 0-13-233250-7.
  1. Matti Tiilikainen, Ilkka Virtamo: Kemia 1, s. 15-16. WSOY, 1968.