Hvorfor er overgangsmetaller gode katalysatorer?

Overgangsmetaller er et hvilket som helst af forskellige metalelementer som krom, jern og nikkel, der har valenselektroner i to skaller i stedet for kun en. En valenselektron refererer til en enkelt elektron, der er ansvarlig for atomets kemiske egenskaber. Overgangsmetaller er gode metalkatalysatorer, fordi de let udlåner og tager elektroner fra andre molekyler. En katalysator er et kemisk stof, der, når det tilsættes til en kemisk reaktion, ikke påvirker en reaktions termodynamik, men øger reaktionshastigheden.

Katalysatorer arbejder katalytiske veje ind i reaktionen. De øger hyppigheden af ​​kollisioner mellem reaktanter, men ændrer ikke deres fysiske eller kemiske egenskaber. Katalysatorer påvirker reaktionshastigheden uden at påvirke termodynamikken. Katalysatorer giver således en alternativ, lavere energibane for reaktionen at finde sted. En katalysator påvirker overgangstilstanden for en reaktion ved at give overgangstilstanden en lavere energi-aktiveringsvej.

Overgangsmetaller forveksles ofte med "d-blok" metaller i det periodiske system. Selvom overgangsmetaller hører til d-blokken i elementernes periodiske system, kan ikke alle d-blokmetaller kaldes overgangsmetaller. For eksempel er scandium og zink ikke overgangsmetaller, selvom de er d-blokelementer. For at et d-blokelement skal være et overgangsmetal, skal det have et ufuldstændigt fyldt d-orbital.

Den vigtigste årsag til, at overgangsmetaller er gode katalysatorer, er, at de kan låne elektroner eller trække elektroner ud af reagenset afhængigt af reaktionens art. Overgangsmetalernes evne til at være i forskellige oxidationstilstande, evnen til at udveksle mellem oxidationen og evnen til at danne komplekser med reagenserne og være en god kilde til elektroner gør overgangsmetaller gode katalysatorer.

Scandiumionen Sc3 + har ingen d-elektroner og er ikke et overgangsmetal. Zinkionen, Zn2 +, har en fuldstændig fyldt d-orbital, og det er derfor ikke et overgangsmetal. Overgangsmetaller skal have d-elektroner til rådighed, og de har variable og udskiftelige oxidationstilstande. Kobber er et ideelt eksempel på et overgangsmetal med dets variable oxidationstilstande Cu2 + og Cu3 +. Den ufuldstændige d-orbital tillader metallet at lette udveksling af elektroner. Overgangsmetaller kan både give og acceptere elektroner let og derved gøre dem gunstige som katalysatorer. Oxidationstilstanden for et metal henviser til metalets evne til at danne kemiske bindinger.

Overgangsmetaller virker ved at danne komplekser med reagenset. Hvis reaktionens overgangstilstand kræver elektroner, gennemgår overgangsmetallerne i metalkomplekserne oxidations- eller reduktionsreaktioner for at levere elektroner. Hvis der er en overskydende ophobning af elektroner, kan overgangsmetallerne holde den overskydende elektrondensitet og derved hjælpe reaktionen til at forekomme. Egenskaben ved overgangsmetaller som gode katalysatorer afhænger også af absorptions- eller adsorptionsegenskaberne af metallet og overgangsmetalkomplekset.