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1 | H | Hey | |||||||||||||||||
2 | Li | Essere | B | VS | NON | O | F | Nato | |||||||||||
3 | N / A | Mg | Al | sì | P | S | Cl | Ar | |||||||||||
4 | K | It | Sc | Ti | V | Cr | Mn | Fe | Co | O | Cu | Zn | Ga | Ge | Asso | Se | Br | Kr | |
5 | Rb | Sr | Y | Zr | Nb | Mo | Tc | Ru | Rh | Pd | Ag | CD | Nel | Sn | Sb | voi | io | Xe | |
6 | Cs | Ba |
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Leggere | HF | Il tuo | W | Ri | Osso | Ir | Pt | A | Hg | Tl | Pb | Bi | Po | A | Rn |
7 | P | RA |
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Lr | Rf | Db | Sg | Bh | Hs | Mt | Ds | Rg | Cn | Nh | Fl | Mc | Lv | Ts | Og |
↓ | |||||||||||||||||||
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Il | Questo | Pr | Nd | Pm | Sm | Aveva | Gd | Tb | Dy | Ho | Er | Tm | Yb | |||||
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AC | Th | papà | U | Np | Poteva | Am | Cm | Bk | Cfr | È | Fm | Md | No | |||||
Li | Metalli alcalini | ||||||||||||||||||
Essere | Metalli alcalino terrosi | ||||||||||||||||||
Il | Lantanidi | ||||||||||||||||||
AC | Attinidi | ||||||||||||||||||
Sc | Metalli di transizione | ||||||||||||||||||
Al | Metalli poveri | ||||||||||||||||||
B | Metalloidi | ||||||||||||||||||
H | Non metalli | ||||||||||||||||||
F | Alogena | ||||||||||||||||||
Hey | gas nobili | ||||||||||||||||||
Mt | Natura chimica sconosciuta |
Un metallo di transizione , o elemento di transizione , è, secondo la definizione IUPAC , "un elemento chimico i cui atomi hanno una subshell elettronica d incompleta, o che può formare cationi la cui subshell elettronica d è incompleta". Questa definizione corrisponde agli elementi che condividono un insieme di proprietà comuni. Come tutti i metalli , sono buoni conduttori di elettricità . Sono solidi alla normale temperatura e pressione , con una densità e una temperatura di fusione più elevate. Molto spesso hanno proprietà catalitiche notevoli, sia nella loro forma atomica che nella loro forma ionica. Possono formare un'ampia varietà di specie ioniche in un'ampia gamma di stati di ossidazione , grazie alla piccola differenza di energia tra questi diversi stati di ossidazione, che dà origine a complessi variamente colorati a causa delle diverse transizioni elettroniche all'interno del sottolivello d incompleto. Sono anche in grado di formare numerosi composti paramagnetici sotto l'effetto di elettroni spaiati nel sottostrato d .
La definizione IUPAC porta a classificare come metalli di transizione gli elementi dei gruppi da 3 a 11 della tavola periodica - inclusa la maggior parte dei lantanidi e degli attinidi - mentre gli elementi del gruppo 12 - zinco 30 Zn, cadmio 48 Cd, mercurio 80 Hg e copernicio 112 Cn - sono esclusi: questi ultimi infatti formano legami con gli elettroni della loro subshell n s, dove n è il numero del periodo , lasciando la loro subshell ( n - 1) d completa, con 10 elettroni. In pratica, e per comodità, i libri di testo e un gran numero di opere includono gli elementi del gruppo 12 tra i metalli di transizione sebbene non soddisfino la definizione IUPAC, che consente di assimilare i metalli di transizione agli elementi del blocco d eccetto lantanidi e attinidi ; questi ultimi, la maggior parte dei quali soddisfano la definizione IUPAC, sono talvolta indicati come metalli di transizione interna , ma generalmente non sono presentati come metalli di transizione.
Nel 6 ° periodo , il mercurio formale appartenente alla famiglia dei metalli di transizione potrebbe essere stabilito dall'esistenza di un composto nello stato di ossidazione superiore 2, mentre mobilita almeno un elettrone dallo strato 5 d . Questo è esattamente il caso del mercurio (IV) fluoruro HgF 4, nello stato di ossidazione +4, osservato nel 2007 in una matrice criogenica di neon e argon a 4 K ; tuttavia, questo composto non è stato osservato l'anno successivo durante un esperimento simile, mentre alcuni autori sottolineano che, essendo osservabile solo in condizioni di non equilibrio , non sarebbe molto rappresentativo della chimica di questo elemento, che dovrebbe quindi essere considerato un magro metallo . Nel 7 ° periodo , il copernicio 112 Cn consegnerebbe probabilmente un metallo di transizione, a causa degli effetti relativistici di stabilizzazione dell'orbitale 7s a scapito degli orbitali 6d: lo ione Cn 2+ avrebbe quindi una configurazione [Rn] 5f 14 6d 8 7s 2 , quindi con un sottolivello 6d incompleto. In soluzione acquosa , sarebbe nello stato di ossidazione +2 o anche +4.
Rutenio 44 Ru.
Rodio 45 Rh.
Palladium 46 Pd.
Rhenium 75 Re.
Osmio 76 Os.
Iridium 77 Ir.
Platino 78 .
La distribuzione degli elementi del blocco d nelle diverse famiglie di elementi chimici può essere riassunta dalla seguente tabella:
I metalli di transizione sono elementi del d-block che riempiono gradualmente un d- subshell elettronico seguendo un s- subshell saturo, secondo la regola di Klechkowski . Questa regola permette di spiegare la configurazione elettronica di poco più dell'80% degli elementi chimici; il restante 20% circa si trova proprio tra i metalli di transizione, lantanidi e attinidi : è il caso dei primi due elementi del gruppo 6 e dei primi tre del gruppo 11 , per i quali una configurazione di tipo s 1 d 5 o s 1 d 10 è energeticamente più favorevole della configurazione di tipo s 2 d 4 o s 2 d 9 ; questa particolare configurazione si osserva anche per alcuni elementi adiacenti ai gruppi 6 e 11; l'esatta configurazione elettronica nello stato fondamentale dei metalli di transizione del settimo periodo ( transactinides ) rimane troppo poco compresa per caratterizzare tali eccezioni:
Elemento |
Massa atomica |
di fusione di temperatura |
Temperatura di ebollizione |
volume di massa |
Raggio atomico |
Configurazione elettronica |
Energia di ionizzazione |
Elettronegatività ( Pauling ) |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Scandio | 44.955908 (5) u | 1541 ° C | 2.836 ° C | 2.985 g · cm -3 | 162 pm | [ Ar ] 4s 2 3d 1 | 633,1 kJ · mol -1 | 1.36 |
Titanio | 47.867 (1) u | 1668 ° C | 3287 ° C | 4,506 g · cm -3 | 147 pm | [ Ar ] 4s 2 3d 2 | 658,8 kJ · mol -1 | 1.54 |
Vanadio | 50.9415 (1) u | 1.910 ° C | 3.407 ° C | 6,0 g · cm -3 | 134 pm | [ Ar ] 4s 2 3d 3 | 650,9 kJ · mol -1 | 1.63 |
Cromo | 51.9961 (6) u | 1.907 ° C | 2.671 ° C | 7,19 g · cm -3 | 128 pm | [ Ar ] 4s 1 3d 5 (*) | 652,9 kJ · mol -1 | 1.66 |
Manganese | 54.938044 u | 1246 ° C | 2.061 ° C | 7,21 g · cm -3 | 127 pm | [ Ar ] 4s 2 3d 5 | 717,3 kJ · mol -1 | 1.55 |
Ferro | 55.845 (2) u | 1538 ° C | 2.862 ° C | 7,874 g · cm -3 | 126 pm | [ Ar ] 4s 2 3d 6 | 762,5 kJ · mol -1 | 1.83 |
Cobalto | 58.933194 u | 1495 ° C | 2.927 ° C | 8,90 g · cm -3 | 125 pm | [ Ar ] 4s 2 3d 7 | 760,4 kJ · mol -1 | 1.88 |
Nichel | 58.6934 (4) u | 1.455 ° C | 2.730 ° C | 8,908 g · cm -3 | 124 pm | [ Ar ] 4s 2 3d 8 o 4s 1 3d 9 (**) | 737,1 kJ · mol -1 | 1.91 |
Rame | 63.546 (3) u | 1.085 ° C | 2.562 ° C | 8,96 g · cm -3 | 128 pm | [ Ar ] 4s 1 3d 10 (*) | 745,5 kJ · mol -1 | 1.90 |
Ittrio | 88.90584 u | 1526 ° C | 2930 ° C | 4,472 g · cm -3 | 180 pm | [ Kr ] 5s 2 4d 1 | 600 kJ · mol -1 | 1.22 |
Zirconio | 91.224 (2) u | 1855 ° C | 4377 ° C | 6,52 g · cm -3 | 160 pm | [ Kr ] 5s 2 4d 2 | 640,1 kJ · mol -1 | 1.33 |
Niobio | 92.90637 u | 2477 ° C | 4.744 ° C | 8,57 g · cm -3 | 146 pm | [ Kr ] 5s 1 4d 4 (*) | 652,1 kJ · mol -1 | 1.6 |
Molibdeno | 95,95 (1) u | 2.623 ° C | 4.639 ° C | 10,28 g · cm -3 | 139 pm | [ Kr ] 5s 1 4d 5 (*) | 684,3 kJ · mol -1 | 2.16 |
Tecnezio | [98] | 2.157 ° C | 4265 ° C | 11 g · cm -3 | 136 pm | [ Kr ] 5s 2 4d 5 | 702 kJ · mol -1 | 1.9 |
Rutenio | 101.07 (2) u | 2334 ° C | 4150 ° C | 12,45 g · cm -3 | 134 pm | [ Kr ] 5s 1 4d 7 (*) | 710,2 kJ · mol -1 | 2.2 |
Rodio | 102.90550 u | 1.964 ° C | 3.695 ° C | 12,41 g · cm -3 | 134 pm | [ Kr ] 5s 1 4d 8 (*) | 719,7 kJ · mol -1 | 2.28 |
Palladio | 106.42 (1) u | 1.555 ° C | 2.963 ° C | 12,023 g · cm -3 | 137 pm | [ Kr ] 4d 10 (*) | 804,4 kJ · mol -1 | 2.20 |
Argento | 107.8682 (2) u | 962 ° C | 2.162 ° C | 10,49 g · cm -3 | 144 pm | [ Kr ] 5s 1 4d 10 (*) | 731,0 kJ · mol -1 | 1.93 |
Afnio | 178.49 (2) u | 2233 ° C | 4.603 ° C | 13,31 g · cm -3 | 159 pm | [ Xe ] 6s 2 4f 14 5d 2 | 658,5 kJ · mol -1 | 1.3 |
Tantalio | 180.94788 u | 3017 ° C | 5.458 ° C | 16,69 g · cm -3 | 146 pm | [ Xe ] 6s 2 4f 14 5d 3 | 761 kJ · mol -1 | 1.5 |
Tungsteno | 183,84 (1) u | 3422 ° C | 5.930 ° C | 19,25 g · cm -3 | 139 pm | [ Xe ] 6s 2 4f 14 5d 4 | 770 kJ · mol -1 | 2.36 |
Renio | 186.207 (1) u | 3.186 ° C | 5630 ° C | 21,02 g · cm -3 | 137 pm | [ Xe ] 6s 2 4f 14 5d 5 | 760 kJ · mol -1 | 1.9 |
Osmio | 190.23 (3) u | 3.033 ° C | 5.012 ° C | 22,59 g · cm -3 | 135 pm | [ Xe ] 6s 2 4f 14 5d 6 | 840 kJ · mol -1 | 2.2 |
Iridio | 192.217 (3) u | 2446 ° C | 4130 ° C | 22,56 g · cm -3 | 136 pm | [ Xe ] 6s 2 4f 14 5d 7 | 880 kJ · mol -1 | 2.20 |
Platino | 195.084 (9) u | 1768 ° C | 3.825 ° C | 21,45 g · cm -3 | 139 pm | [ Xe ] 6s 1 4f 14 5d 9 (*) | 870 kJ · mol -1 | 2.28 |
Oro | 196.966569 u | 1064 ° C | 1.948 ° C | 19,30 g · cm -3 | 144 pm | [ Xe ] 6s 1 4f 14 5d 10 (*) | 890,1 kJ · mol -1 | 2.54 |
Ruterfordio | [267] | 2.100 ° C | 5500 ° C | 23,2 g · cm -3 | 150 pm | [ Rn ] 7s 2 5f 14 6d 2 | 579,9 kJ · mol -1 | - |
Dubnio | [268] | - | - | 29,3 g · cm -3 | 139 pm | [ Rn ] 7s 2 5f 14 6d 3 | 656,1 kJ · mol -1 | - |
Seaborgio | [269] | - | - | 35,0 g · cm -3 | 132 pm | [ Rn ] 7s 2 5f 14 6d 4 | 752,6 kJ · mol -1 | - |
Bohrium | [270] | - | - | 37,1 g · cm -3 | 128 pm | [ Rn ] 7s 2 5f 14 6d 5 | 742,9 kJ · mol -1 | - |
Hassium | [277] | - | - | 41 g · cm -3 | 134 pm | [ Rn ] 7s 2 5f 14 6d 6 | 733,3 kJ · mol -1 ' | - |
Copernicium | [285] | - | - | 23,7 g · cm -3 | 147 pm | [ Rn ] 7s 2 5f 14 6d 10 | 1 154,9 kJ · mol -1 | - |
Il ( n - 1) D orbitali elettronici di metalli di transizione svolgono un ruolo molto più importante del ( n - 1) p e n s orbitali , perché quest'ultimo rimangono grosso modo costante per un periodo di mentre il primo si riempie gradualmente. Questi d orbitali sono responsabili delle magnetiche proprietà di tali elementi, la varietà dei loro stati di ossidazione ei colori associati alle loro differenti composti ionici . D'altra parte, gli elettroni di valenza degli elementi di transizione dello stesso periodo mantengono all'incirca la stessa configurazione da un gruppo all'altro, il che spiega la forte somiglianza delle proprietà dei metalli di transizione nello stesso periodo.
A differenza dei primi due gruppi sulla tavola periodica ( metalli alcalini e metalli alcalino terrosi ), i metalli di transizione (specialmente i gruppi da 4 a 11) possono formare ioni con un'ampia varietà di stati di ossidazione . I metalli alcalino terrosi come il calcio sono stabili nello stato di ossidazione +2, mentre un metallo di transizione può adottare gradi di ossidazione da -3 a +8. Possiamo comprenderne il motivo studiando i potenziali di ionizzazione degli elementi delle due famiglie . L'energia richiesta per rimuovere un elettrone dal calcio è bassa finché non si inizia a rimuovere gli elettroni sotto i due elettroni del suo subshell 4s. In effetti, Ca 3+ ha una tale energia di ionizzazione che non esiste naturalmente. D'altra parte, con un elemento come vanadio , si osserva un aumento lineare l'energia di ionizzazione tra i s e d orbitali , che è dovuto al molto piccola differenza di energia tra i 3d e 4S subshells. Pertanto, un elemento come il manganese , con una configurazione [Ar] 4s 2 3d 5 , può perdere sette elettroni e raggiungere lo stato di ossidazione +7, mentre il rutenio e l' osmio raggiungono comunemente lo stato di ossidazione. +8:
Alcune tendenze nelle proprietà dei metalli di transizione possono essere osservate in un periodo:
Data la loro ampia varietà di stati di ossidazione e quindi di configurazioni elettroniche , i metalli di transizione formano composti con i più svariati colori. L'intero spettro visibile è coperto, il colore di un dato elemento dipende anche dal suo stato di ossidazione: quindi il manganese nello stato di ossidazione +7 è viola ( permanganato di potassio ) mentre lo ione Mn 2+ è rosa pallido.
La coordinazione di un ligando è in grado di modificare i livelli di energia degli orbitali d e quindi il colore dei composti di un dato metallo di transizione.
I fattori che determinano il colore di un complesso sono:
I metalli di transizione sono tutti metalli che conducono elettricità e alcuni mostrano una tossicità elevata o addirittura molto elevata. In forma di particolato contribuiscono all'inquinamento atmosferico .
I metalli di transizione hanno generalmente un'alta densità così come un'alta temperatura di fusione e vaporizzazione , ad eccezione di quelli del gruppo 12, che al contrario hanno un punto di fusione abbastanza basso: il mercurio è quindi liquido sopra −38,8 ° C e il copernicio potrebbe anche essere gassoso a temperatura ambiente. Queste proprietà derivano dalla capacità degli elettroni del sottolivello d di delocalizzarsi nel reticolo metallico. Nelle sostanze metalliche, maggiore è il numero di elettroni condivisi tra i nuclei, maggiore è la coesione del metallo.
Alcuni metalli di transizione formano buoni catalizzatori omogenei ed eterogenei (possibilmente in nanoparticelle o in forma colloidale). Ad esempio, il ferro è un catalizzatore nel processo Haber , il nichel e il platino sono utilizzati nell'idrogenazione degli alcheni .
Il gruppo del platino costituisce un importante insieme di metalli di transizione con proprietà notevoli, che li rendono ottimi catalizzatori per applicazioni strategiche.
I metalli di transizione, come catalizzatori, contribuiscono alla produzione di solfati nelle nuvole e in alcuni smog (umidi e invernali, in presenza di NO2 e senza passare per la via fotochimica che richiede la luce solare).
Possono essere utilizzati nella composizione dei semiconduttori
I metalli di transizione di origine antropica sono dispersi su larga scala nell'ambiente terrestre e acquatico dall'industria, da varie attività umane (ricerca dell'oro per esempio), dai convertitori catalitici (metalli del gruppo del platino) e dagli aeroplani. Reazione. Alcuni chelanti si attaccano preferenzialmente ad alcuni di questi metalli, possono aiutare a trattare l'avvelenamento o purificare terreni o sedimenti.
" Elemento di transizione: un elemento il cui atomo ha un sottoguscio d incompleto, o che può dare origine a cationi con un sottoguscio d incompleto. "
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