¿Por qué los metales de transición son buenos catalizadores?

Los metales de transición son cualquiera de varios elementos metálicos como el cromo, el hierro y el níquel que tienen electrones de valencia en dos capas en lugar de una sola. Un electrón de valencia se refiere a un solo electrón que es responsable de las propiedades químicas del átomo. Los metales de transición son buenos catalizadores metálicos porque prestan y toman fácilmente electrones de otras moléculas. Un catalizador es una sustancia química que, cuando se agrega a una reacción química, no afecta la termodinámica de una reacción pero aumenta la velocidad de reacción.

Los catalizadores funcionan por vías catalíticas en la reacción. Aumentan la frecuencia de colisiones entre reactivos pero no cambian sus propiedades físicas o químicas. Los catalizadores afectan la velocidad de reacción sin afectar la termodinámica. Por tanto, los catalizadores proporcionan una vía alternativa de menor energía para que tenga lugar la reacción. Un catalizador afecta el estado de transición de una reacción proporcionando al estado de transición una ruta de activación de menor energía.

Los metales de transición a menudo se confunden con los metales del "bloque d" en la tabla periódica. Aunque los metales de transición pertenecen al bloque d de la tabla periódica de los elementos, no todos los metales del bloque d pueden llamarse metales de transición. Por ejemplo, el escandio y el zinc no son metales de transición, aunque son elementos del bloque d. Para que un elemento de bloque d sea un metal de transición, debe poseer un orbital d lleno de manera incompleta.

La razón más importante por la que los metales de transición son buenos catalizadores es que pueden prestar o retirar electrones del reactivo, según la naturaleza de la reacción. La capacidad de los metales de transición de estar en una variedad de estados de oxidación, la capacidad de intercambiar la oxidación estados y la capacidad de formar complejos con los reactivos y ser una buena fuente de electrones hacen que los metales de transición sean buenos catalizadores.

El ión escandio Sc3 + no tiene electrones d y no es un metal de transición. El ion zinc, Zn2 +, tiene un orbital d completamente lleno, por lo que no es un metal de transición. Los metales de transición deben tener electrones d de sobra y tienen estados de oxidación variables e intercambiables. El cobre es un ejemplo ideal de un metal de transición con sus estados de oxidación variables Cu2 + y Cu3 +. El orbital d incompleto permite que el metal facilite el intercambio de electrones. Los metales de transición pueden dar y aceptar electrones fácilmente, lo que los hace favorables como catalizadores. El estado de oxidación de un metal se refiere a la capacidad del metal para formar enlaces químicos.

Los metales de transición actúan formando complejos con el reactivo. Si el estado de transición de la reacción demanda electrones, los metales de transición en los complejos metálicos experimentan reacciones de oxidación o reducción para suministrar electrones. Si hay una acumulación excesiva de electrones, los metales de transición pueden contener el exceso de densidad de electrones, lo que ayuda a que se produzca la reacción. La propiedad de los metales de transición de ser buenos catalizadores también depende de las propiedades de absorción o adsorción del metal y del complejo del metal de transición.