Καταλυτική Δραστηριότητα Στοιχείων

Οι ομάδες 3–12 στοιχείων βρίσκονται στο μπλοκ d του περιοδικού πίνακα, όπου τα τροχιακά d γεμίζουν σταδιακά κατά τη διάρκεια καθεμιάς από τις τέσσερις μεγάλες περιόδους.

Το μπλοκ d οριοθετείται από τα μπλοκ s και p στην κεντρική περιοχή του περιοδικού πίνακα. Λόγω της θέσης τους μεταξύ των στοιχείων s– και p– block, τα στοιχεία d-block αναφέρονται ως στοιχεία «μετάβασης». Οι τρεις σειρές των μετάλλων μετάπτωσης, 3d, 4d και 5d, σχηματίζονται όταν τα d-τροχιακά του προτελευταίου ενεργειακού επιπέδου στα άτομά τους λαμβάνουν ηλεκτρόνια. Η έκτη σειρά του 6d είναι ακόμα ημιτελής.

Καταλυτική δραστηριότητα στοιχείων

Οι καταλύτες μετάλλων μεταπτώσεως έχουν διαδραματίσει κρίσιμο ρόλο στη σύγχρονη οργανική και οργανομεταλλική χημεία λόγω των εγγενών χαρακτηριστικών τους, όπως η μεταβαλλόμενη κατάσταση οξείδωσης (αριθμός οξείδωσης), η παραγωγή ιόντων συμπλόκου και η καταλυτική δραστηριότητα. Αυτά τα στοιχεία βρίσκονται στη μέση του περιοδικού πίνακα και λειτουργούν ως σύνδεσμος ή μετάβαση μεταξύ των δύο πλευρών του πίνακα.

Οι αντιδράσεις διασταυρούμενης σύζευξης που περιλαμβάνουν καταλύτες μετάλλων μεταπτώσεως όπως παλλάδιο, πλατίνα, χαλκό, νικέλιο, ρουθήνιο και ρόδιο έχουν γίνει δημοφιλείς για διάφορους οργανικούς μετασχηματισμούς που προηγουμένως ήταν δύσκολο να επιτευχθούν χωρίς τη συμμετοχή μεταλλικών καταλυτών.

Καταλυτικές ιδιότητες 

Τα μέταλλα μεταπτώσεως και οι ενώσεις τους είναι από καιρό γνωστά για τις καταλυτικές τους ιδιότητες. Αυτό το αποτέλεσμα αποδίδεται στην ικανότητά τους να υιοθετούν διαφορετικές καταστάσεις οξείδωσης και να σχηματίζουν σύμπλοκα.

Το οξείδιο του βαναδίου (V) (στη διαδικασία επαφής), ο λεπτώς διαιρεμένος σίδηρος (στη διεργασία Haber) και το νικέλιο είναι μεταξύ των παραδειγμάτων (στην Καταλυτική Υδρογόνωση).

Ο σχηματισμός δεσμών μεταξύ των αντιδρώντων μορίων και των ατόμων στην επιφάνεια του καταλύτη είναι χαρακτηριστικό των καταλυτών στερεάς κατάστασης (ο δεσμός γίνεται με ηλεκτρόνια 3d και 4s στα μέταλλα μετάπτωσης πρώτης σειράς). Αυξάνει τα αντιδρώντα στην επιφάνεια του καταλύτη ενώ αποδυναμώνει τους δεσμούς μεταξύ των μορίων που αλληλεπιδρούν (η ενέργεια ενεργοποίησης μειώνεται). Επειδή τα ιόντα μετάλλων μετάπτωσης μπορεί να αλλάξουν τις καταστάσεις οξείδωσής τους, είναι πιο αποτελεσματικά ως καταλύτες.

Ιδιότητα σχηματισμού κράματος μεταβατικών μετάλλων (d block στοιχεία)

Ένα κράμα είναι ένα μείγμα μετάλλων που δημιουργείται από τη σύντηξη των μετάλλων που το αποτελούν.

Τα κράματα είναι στερεά διαλύματα στα οποία τα άτομα ενός μετάλλου διασκορπίζονται τυχαία μεταξύ των ατόμων ενός άλλου μετάλλου. Αυτά τα κράματα αποτελούνται από άτομα με μεταλλικές ακτίνες εντός 15% μεταξύ τους. Τα μεταβατικά μέταλλα διευκολύνουν την κατασκευή κραμάτων λόγω των παρόμοιων ακτίνων και άλλων χαρακτηριστικών τους. Τα κράματα που προκύπτουν είναι σκληρά και συχνά έχουν υψηλά σημεία τήξης. Τα πιο γνωστά σιδηρούχα κράματα είναι το χρώμιο, το βανάδιο, το βολφράμιο, το μολυβδαίνιο και το μαγγάνιο για την κατασκευή χάλυβα και ανοξείδωτου χάλυβα.

Τα κράματα μεταβατικών μετάλλων με μη μεταβατικά μέταλλα, όπως ο ορείχαλκος (χαλκός-ψευδάργυρος) και ο μπρούντζος (χαλκός-κασσίτερος), είναι επίσης σημαντικά στη βιομηχανία μετάλλων.

Μαγνητικά Χαρακτηριστικά

Όταν εφαρμόζεται μαγνητικό πεδίο σε μια ουσία, ο διαμαγνητισμός και ο παραμαγνητισμός είναι οι πιο συχνές παρατηρούμενες μαγνητικές συμπεριφορές.

Το εφαρμοζόμενο μαγνητικό πεδίο απωθεί τα διαμαγνητικά υλικά ενώ έλκει παραμαγνητικά υλικά. Οι σιδηρομαγνητικές ενώσεις έχουν υψηλή έλξη μεταξύ τους. Στην πραγματικότητα, στην πιο ακραία μορφή του, ο σιδηρομαγνητισμός είναι μια μορφή παραμαγνητισμού. Τα παραμαγνητικά χαρακτηριστικά πολλών ιόντων μετάλλων μετάπτωσης είναι γνωστά.

Ο παραμαγνητισμός προκαλείται από την παρουσία μη ζευγαρωμένων ηλεκτρονίων, καθένα από τα οποία έχει μια μαγνητική ροπή συνδεδεμένη με τη γωνιακή ορμή του σπιν και την τροχιακή γωνιακή ορμή του. Στην πρώτη σειρά ενώσεων μετάλλων μετάπτωσης, η συμβολή της τροχιακής γωνιακής ορμής σβήνει αποτελεσματικά και ως εκ τούτου δεν έχει καμία επίδραση. Η μαγνητική ροπή καθορίζεται από τον αριθμό των μη ζευγαρωμένων ηλεκτρονίων, ο οποίος υπολογίζεται χρησιμοποιώντας τον τύπο «μόνο spin»:=n(n+2)

όπου n είναι ο αριθμός των μη ζευγαρωμένων ηλεκτρονίων και m είναι η μαγνητική ροπή που εκφράζεται σε μονάδες μαγνητονίων Bohr (BM)

Καθώς ο αριθμός των μη ζευγαρωμένων ηλεκτρονίων αυξάνεται, αυξάνεται και η μαγνητική ροπή. Ως αποτέλεσμα, ο αριθμός των μη ζευγαρωμένων ηλεκτρονίων σε ένα άτομο, ένα μόριο ή ένα ιόν μπορεί να εκτιμηθεί χρησιμοποιώντας τη μετρούμενη μαγνητική ροπή.

Συμπέρασμα

Το d-block, το οποίο περιλαμβάνει τις Ομάδες 3-12, καταλαμβάνει το μεγαλύτερο μέρος του μεσαίου τμήματος του περιοδικού πίνακα. Τα εσωτερικά d τροχιακά αυτών των στοιχείων γεμίζουν σταδιακά.

Οι καταλυτικές ικανότητες των μετάλλων μετάπτωσης και των παραγώγων τους είναι από καιρό γνωστές. Η ικανότητά τους να υιοθετούν πολλαπλές καταστάσεις οξείδωσης και να σχηματίζουν σύμπλοκα πιστεύεται ότι προκαλεί αυτόν τον αντίκτυπο.