Miksi siirtymämetallit ovat hyviä katalyyttejä?

Siirtymämetallit ovat mitä tahansa erilaisia ​​metallisia elementtejä, kuten kromi, rauta ja nikkeli, joiden valenssielektroneja on kaksi kuorta vain yhden sijasta. Valenssielektroni viittaa yksittäiseen elektroniin, joka on vastuussa atomin kemiallisista ominaisuuksista. Siirtymämetallit ovat hyviä metallikatalyyttejä, koska ne antavat helposti lainaa ja ottavat elektroneja muista molekyyleistä. Katalyytti on kemiallinen aine, joka kemialliseen reaktioon lisättynä ei vaikuta reaktion termodynamiikkaan, mutta lisää reaktionopeutta.

Katalyytit toimivat katalyyttisillä reiteillä reaktioon. Ne lisäävät reaktanttien välisten törmäysten tiheyttä, mutta eivät muuta niiden fysikaalisia tai kemiallisia ominaisuuksia. Katalyytit vaikuttavat reaktionopeuteen vaikuttamatta termodynamiikkaan. Katalyytit tarjoavat siten vaihtoehtoisen, matalamman energian reitin reaktion tapahtumiselle. Katalyytti vaikuttaa reaktion siirtymätilaan tarjoamalla siirtymätilalle pienemmän energian aktivaatioreitin.

Siirtymämetallit sekoitetaan usein jaksollisen taulukon "d-lohko" -metallien kanssa. Vaikka siirtymämetallit kuuluvat alkuaineiden jaksollisen taulukon d-lohkoon, kaikkia d-lohkometalleja ei voida kutsua siirtymämetalleiksi. Esimerkiksi skandium ja sinkki eivät ole siirtymämetalleja, vaikka ne ovat d-lohkoelementtejä. Jotta d-lohkoelementti olisi siirtymämetalli, sillä on oltava epätäydellisesti täytetty d-kiertorata.

Tärkein syy siirtymämetalleihin ovat hyvät katalyytit, että ne voivat lainata elektroneja tai vetää elektroneja reagenssista reaktion luonteesta riippuen. Siirtymämetallien kyky olla erilaisissa hapetustiloissa, kyky vaihtaa hapetusta tilat ja kyky muodostaa komplekseja reagenssien kanssa ja olla hyvä elektronien lähde tekevät siirtymämetalleista hyviä katalyytit.

Scandiumionissa Sc3 + ei ole d-elektroneja eikä se ole siirtymämetalli. Sinkki-ionilla, Zn2 +, on täysin täytetty d-orbitaali, joten se ei ole siirtymämetalli. Siirtymämetalleissa on oltava varattuna d-elektroneja, ja niillä on vaihtelevat ja vaihdettavat hapetustilat. Kupari on ihanteellinen esimerkki siirtymämetallista vaihtelevilla hapetustiloilla Cu2 + ja Cu3 +. Puutteellinen d-orbitaali antaa metallin helpottaa elektronien vaihtoa. Siirtymämetallit voivat sekä antaa että hyväksyä elektroneja helposti, mikä tekee niistä edullisia katalyytteinä. Metallin hapetustila viittaa metallin kykyyn muodostaa kemiallisia sidoksia.

Siirtymämetallit vaikuttavat muodostamalla komplekseja reagenssin kanssa. Jos reaktion siirtymätila vaatii elektroneja, metallikomplekseissa olevat siirtymämetallit läpikäyvät hapetus- tai pelkistysreaktioita elektronien syöttämiseksi. Jos elektroneja kertyy liikaa, siirtymämetallit voivat pitää ylimääräisen elektronitiheyden, mikä auttaa reaktiota. Siirtymämetallien ominaisuus olla hyviä katalyyttejä riippuu myös metallin ja siirtymämetallikompleksin absorptio- tai adsorptio-ominaisuuksista.