فلزات واسطه (1)

Cu، Sc و Zn شامل این تعریف نمی شوند:

عنصر Sc آرایش معمولی یک عنصر واسطه با یک لایه ناکامل d را دارد؛ اما یون Sc⁺³ این عنصر، هیچ الکترونی در لایه d ندارد؛ . با این حساب، اسکاندیوم Sc یک فلز واسطه نیست. وقتی ترکیبی از فلز واسطه، یک زیرلایه d ناکامل داشته باشد، دست کم می تواند یک یون پایدار تشکیل دهد. به طور مشابه، مس نیز لایه 3d ناکامل ندارد، اما یون رایج Cu⁺² آن دارد، پس این یون می تواند فلز واسطه به شمار رود. با این اوصاف، Zn و  یون غالب آن (Zn⁺² ) هم یک عنصر واسطه نیست؛ زیرا لایه کامل 3d دارند. البته در برخی مراجع، این فلزات هم جزو عناصر واسطه به حساب می آیند!

ویژگی های عمومی فلزات واسطه:

• ترکیبات رنگی دارند.
• اعداد اکسایش متغیر دارند.
•  کاتالیست های خوبی اند.
• در مقایسه با گروه 1 اصلی در جدول تناوبی، قدرت، سختی و تراکم بیش تری دارند.
•  خواص فیزیکی آن ها بسیار شبیه به هم است.
• عموما همگی این فلزات کمی غیر فعالند و آن چنان واکنش پذیر نیستند.
•  یون های کمپلکس تشکیل می دهند.

ساختار اتمی عناصری که آرایش اتمی آن ها به d ختم شده است، با توجه به آرایش الکترونی آرگون خواهد بود:

به دلیل این که لایه پر یا نیمه پر 3d پایدارتر از لایه کامل 4s است، آرایش های Cr و Cu به صورت پر رنگ نوشته شده اند. این نکته را به ذهن بسپارید!

عناصر واسطه ابتدا با از دست دادن الکترون های 4s خود به یون های با بار مثبت تبدیل می شوند. این کار باعث می شود که واکنش پذیری عناصر واسطه خیلی به هم شبیه باشد.

ممکن است این عناصر تعدادی از الکترون های 4d خود را نیز از دست دهند. اندازه یون ها همگی مشابه هم هستند؛ به همین دلیل، خواص فیزیکی مشابهی دارند.

اعداد اکسایش متغیر:

در جدول زیر اعداد اکسایش سری اول عناصر واسطه را مشاهده می کنید؛ اعدادی که به صورت پر رنگ نوشته شده اند، رایج تر و پایدارتر هستند.

به هنگام حل شدن در آب، یون های کمپلکس، کمپلکس های آبکی تشکیل می دهند. حالت های اکسایشی متفاوت این یون ها و لیگاندهای متفاوت متصل به آن ها، باعث می شود که رنگ این کمپلکس ها متفاوت و بسیار متنوع باشد.

خواص بیش تر راجع به فلزات واسطه:

• کمپلکس های آبی:

در یک محلول، یون های فلزات واسطه، کمپلکس های آبی تشکیل می دهند. یون های متفاوت، کمپلکس هایی با رنگ های متنوع تشکیل می دهند:

• چرا یون های فلزات واسطه در آب رنگی هستند؟

اتم هر فلز، نور را در طول موج خاصی جذب می کند. این کار باعث می شود که الکترون ها به تراز انرژی خاصی جهش کنند. جهش انرژی در این جا با انرژی نوری که از اتم ساتع می شود، متناسب است. در یک اتم فلزی معمولی، جهش های انرژی ممکن برای نور مرئی آن قدر بزرگ هستند که چیزی دیده نمی شود؛ به همین  دلیل،محلول بی رنگ به نظر می آید.

با این حال، عناصر واسطه متفاوت هستند. وقتی لیگاندهای آماده وجود دارند، تراز 3d به دو تراز انرژی با دو اوربیتال که اندکی بالاتر و پایین تر از این تراز هستند، شکافته می شود. زمانی که الکترونی بین دو تراز با انرژی متناسب با نور مرئی، انتقال پیدا می کند، جهش انرژی اتفاق می افتد. این همان دلیل رنگی دیده شدن این یون هاست.

حالت های اکسایشی وانادیوم:

قبلا اشاره شد که به دلیل این که ترازهای انرژی 3d و 4s بسیار به هم شبیه اند، عناصر واسطه می توانند تعداد متفاوتی از الکترون های خود را از دست دهند یا به عبارت دیگر، حالت های اکسایشی متفاوت داشته باشند.

وانادیوم 4 حالت اکسایشی مثل زیر دارد:

این رنگ ها زمانی پدیدار می شوند که Zn به محلول اسیدی شده  NH₄VO₃(aq)  اضافه شود.این محلول، یون های VO⁺² در محلول را تأمین می کند.

این حالت ها می توانند به شکل زیر کاهش یابند:

• +4: با استفاده از یدید پتاسیم، زمانی که نیاز است تا سدیم تیوسولفات، رنگ قهوه ای ید را از خود بزداید.
• +3: با استفاده از فلز قلع، این یک واکنش بسیار کند است.
• +2: با استفاده از فلز روی، این یک واکنش بسیار سریع است.

معادلات واکنش های بالا به این صورت خواهند بود:

حالت های اکسایشی کروم:

زمانی که Cr₂O₇^2-  در محلول توسط روی کاهیده می شود، کروم نیز حالت های اکسایشی خود را به نمایش می گذارد:

در ادامه خواهید خواند...

---

مرکز یادگیری سایت تبیان - تهیه و تنظیم: خدیجه آلچالانلو