لماذا تعتبر معادن الانتقال محفزات جيدة؟

المعادن الانتقالية هي أي من العناصر المعدنية المختلفة مثل الكروم والحديد والنيكل التي تحتوي على إلكترونات التكافؤ في غلافين بدلاً من غلاف واحد فقط. يشير إلكترون التكافؤ إلى إلكترون واحد مسؤول عن الخصائص الكيميائية للذرة. المعادن الانتقالية هي محفزات معدنية جيدة لأنها تقرض وتأخذ الإلكترونات بسهولة من الجزيئات الأخرى. المحفز هو مادة كيميائية لا تؤثر ، عند إضافتها إلى تفاعل كيميائي ، على الديناميكا الحرارية للتفاعل ولكنها تزيد من معدل التفاعل.

تعمل المحفزات عن طريق المسارات التحفيزية في التفاعل. إنها تزيد من تكرار الاصطدامات بين المواد المتفاعلة ولكنها لا تغير خواصها الفيزيائية أو الكيميائية. تؤثر المحفزات على معدل التفاعل دون التأثير على الديناميكا الحرارية. وبالتالي توفر المحفزات مسارًا بديلاً منخفض الطاقة لحدوث التفاعل. يؤثر المحفز على الحالة الانتقالية للتفاعل من خلال تزويد الحالة الانتقالية بمسار تنشيط منخفض للطاقة.

غالبًا ما يتم الخلط بين المعادن الانتقالية ومعادن "كتلة d" في الجدول الدوري. على الرغم من أن المعادن الانتقالية تنتمي إلى الكتلة d للجدول الدوري للعناصر ، لا يمكن تسمية جميع معادن الكتلة d بالمعادن الانتقالية. على سبيل المثال ، سكانديوم والزنك ليسا معادن انتقالية ، على الرغم من أنها عناصر كتلة d. لكي يكون عنصر كتلة d معدنًا انتقاليًا ، يجب أن يمتلك مدارًا مداريًا مملوءًا بشكل غير كامل.

إن أهم سبب لكون المعادن الانتقالية محفزات جيدة هو أنها تستطيع إقراض الإلكترونات أو سحب الإلكترونات من الكاشف ، اعتمادًا على طبيعة التفاعل. قدرة المعادن الانتقالية على أن تكون في مجموعة متنوعة من حالات الأكسدة ، والقدرة على التبادل بين الأكسدة الدول والقدرة على تكوين معقدات باستخدام الكواشف وتكون مصدرًا جيدًا للإلكترونات تجعل المعادن الانتقالية جيدة المحفزات.

لا يحتوي أيون سكانديوم Sc3 + على إلكترونات d وليس معدنًا انتقاليًا. يحتوي أيون الزنك ، Zn2 + ، على مدار مداري ممتلئ بالكامل ، لذا فهو ليس معدنًا انتقاليًا. يجب أن تحتوي المعادن الانتقالية على إلكترونات d لتجنيبها ، ولها حالات أكسدة متغيرة وقابلة للتبديل. يعتبر النحاس مثالًا مثاليًا لمعدن انتقالي مع حالات الأكسدة المتغيرة Cu2 + و Cu3 +. يسمح المدار d غير المكتمل للمعدن بتسهيل تبادل الإلكترونات. يمكن للمعادن الانتقالية أن تعطي الإلكترونات وتقبلها بسهولة ، مما يجعلها مواتية كمحفزات. تشير حالة أكسدة المعدن إلى قدرة المعدن على تكوين روابط كيميائية.

تعمل المعادن الانتقالية من خلال تكوين معقدات مع الكاشف. إذا كانت الحالة الانتقالية للتفاعل تتطلب إلكترونات ، فإن المعادن الانتقالية في المجمعات المعدنية تخضع لتفاعلات الأكسدة أو الاختزال لتزويد الإلكترونات. إذا كان هناك تراكم زائد للإلكترونات ، يمكن للمعادن الانتقالية الاحتفاظ بكثافة الإلكترون الزائدة ، مما يساعد على حدوث التفاعل. تعتمد خاصية المعادن الانتقالية في كونها محفزات جيدة أيضًا على خصائص الامتصاص أو الامتصاص للمعدن والمركب المعدني الانتقالي.