Übergangsmetalle sind verschiedene metallische Elemente wie Chrom, Eisen und Nickel, die Valenzelektronen in zwei Schalen statt nur einer haben. Ein Valenzelektron bezieht sich auf ein einzelnes Elektron, das für die chemischen Eigenschaften des Atoms verantwortlich ist. Übergangsmetalle sind gute Metallkatalysatoren, da sie leicht Elektronen von anderen Molekülen leihen und aufnehmen. Ein Katalysator ist eine chemische Substanz, die bei Zugabe zu einer chemischen Reaktion die Thermodynamik einer Reaktion nicht beeinflusst, aber die Reaktionsgeschwindigkeit erhöht.
Wirkung von Katalysatoren
Katalysatoren arbeiten über katalytische Wege in die Reaktion. Sie erhöhen die Häufigkeit von Kollisionen zwischen Reaktanten, ändern jedoch nicht deren physikalische oder chemische Eigenschaften. Katalysatoren beeinflussen die Reaktionsgeschwindigkeit, ohne die Thermodynamik zu beeinflussen. Katalysatoren bieten somit einen alternativen, energieärmeren Reaktionsweg für die stattfindende Reaktion. Ein Katalysator beeinflusst den Übergangszustand einer Reaktion, indem er dem Übergangszustand einen Aktivierungspfad mit niedrigerer Energie bereitstellt.
Übergangsmetalle
Übergangsmetalle werden im Periodensystem oft mit "D-Block" -Metallen verwechselt. Obwohl Übergangsmetalle zum D-Block des Periodensystems der Elemente gehören, können nicht alle D-Block-Metalle als Übergangsmetalle bezeichnet werden. Scandium und Zink sind beispielsweise keine Übergangsmetalle, obwohl sie D-Block-Elemente sind. Damit ein d-Block-Element ein Übergangsmetall ist, muss es ein unvollständig gefülltes d-Orbital besitzen.
Warum Übergangsmetalle gute Katalysatoren sind
Der wichtigste Grund, warum Übergangsmetalle gute Katalysatoren sind, besteht darin, dass sie je nach Art der Reaktion Elektronen verleihen oder Elektronen aus dem Reagens entziehen können. Die Fähigkeit von Übergangsmetallen, eine Vielzahl von Oxidationsstufen einzunehmen, die Fähigkeit, zwischen den Oxidationsstufen Zustände und die Fähigkeit, mit den Reagenzien Komplexe zu bilden und eine gute Elektronenquelle zu sein, machen Übergangsmetalle gut Katalysatoren.
Übergangsmetalle als Elektronenakzeptor und -donor
Das Scandium-Ion Sc3+ hat keine d-Elektronen und ist kein Übergangsmetall. Das Zinkion Zn2+ hat ein vollständig gefülltes d-Orbital und ist somit kein Übergangsmetall. Übergangsmetalle müssen d-Elektronen zur Verfügung haben, und sie haben variable und austauschbare Oxidationsstufen. Kupfer ist ein ideales Beispiel für ein Übergangsmetall mit seinen variablen Oxidationsstufen Cu2+ und Cu3+. Das unvollständige d-Orbital ermöglicht es dem Metall, den Elektronenaustausch zu erleichtern. Übergangsmetalle können leicht Elektronen abgeben und aufnehmen, was sie als Katalysatoren günstig macht. Der Oxidationszustand eines Metalls bezieht sich auf die Fähigkeit des Metalls, chemische Bindungen zu bilden.
Wirkung von Übergangsmetallen
Übergangsmetalle wirken, indem sie mit dem Reagens Komplexe bilden. Wenn der Übergangszustand der Reaktion Elektronen erfordert, durchlaufen die Übergangsmetalle in den Metallkomplexen Oxidations- oder Reduktionsreaktionen, um Elektronen bereitzustellen. Bei einem übermäßigen Aufbau von Elektronen können die Übergangsmetalle die überschüssige Elektronendichte halten und so die Reaktion unterstützen. Die Eigenschaft von Übergangsmetallen, gute Katalysatoren zu sein, hängt auch von den Absorptions- bzw. Adsorptionseigenschaften des Metalls und des Übergangsmetallkomplexes ab.