Pourquoi les métaux de transition sont-ils de bons catalyseurs ?

Les métaux de transition sont l'un des divers éléments métalliques tels que le chrome, le fer et le nickel qui ont des électrons de valence dans deux couches au lieu d'une seule. Un électron de valence fait référence à un seul électron responsable des propriétés chimiques de l'atome. Les métaux de transition sont de bons catalyseurs métalliques car ils prêtent et prennent facilement des électrons d'autres molécules. Un catalyseur est une substance chimique qui, lorsqu'elle est ajoutée à une réaction chimique, n'affecte pas la thermodynamique d'une réaction mais augmente la vitesse de réaction.

Les catalyseurs fonctionnent par des voies catalytiques dans la réaction. Ils augmentent la fréquence des collisions entre réactifs mais ne modifient pas leurs propriétés physiques ou chimiques. Les catalyseurs affectent la vitesse de réaction sans affecter la thermodynamique. Les catalyseurs fournissent ainsi une voie alternative à plus faible énergie pour que la réaction ait lieu. Un catalyseur affecte l'état de transition d'une réaction en fournissant à l'état de transition un chemin d'activation à plus faible énergie.

Les métaux de transition sont souvent confondus avec les métaux "d-block" dans le tableau périodique. Bien que les métaux de transition appartiennent au bloc d du tableau périodique des éléments, tous les métaux du bloc d ne peuvent pas être appelés métaux de transition. Par exemple, le scandium et le zinc ne sont pas des métaux de transition, bien qu'ils soient des éléments du bloc d. Pour qu'un élément de bloc d soit un métal de transition, il doit posséder une orbitale d incomplètement remplie.

La principale raison pour laquelle les métaux de transition sont de bons catalyseurs est qu'ils peuvent prêter ou retirer des électrons du réactif, selon la nature de la réaction. La capacité des métaux de transition à être dans une variété d'états d'oxydation, la capacité d'échanger entre l'oxydation états et la capacité de former des complexes avec les réactifs et d'être une bonne source d'électrons font de bons métaux de transition catalyseurs.

L'ion scandium Sc3+ n'a pas d'électrons d et n'est pas un métal de transition. L'ion zinc, Zn2+, a une orbitale d complètement remplie et ce n'est donc pas un métal de transition. Les métaux de transition doivent avoir des électrons d en réserve, et ils ont des états d'oxydation variables et interchangeables. Le cuivre est un exemple idéal de métal de transition avec ses états d'oxydation variables Cu2+ et Cu3+. L'orbitale d incomplète permet au métal de faciliter l'échange d'électrons. Les métaux de transition peuvent à la fois donner et accepter facilement des électrons, ce qui les rend favorables comme catalyseurs. L'état d'oxydation d'un métal fait référence à la capacité du métal à former des liaisons chimiques.

Les métaux de transition agissent en formant des complexes avec le réactif. Si l'état de transition de la réaction demande des électrons, les métaux de transition dans les complexes métalliques subissent des réactions d'oxydation ou de réduction pour fournir des électrons. S'il y a une accumulation excessive d'électrons, les métaux de transition peuvent contenir l'excès de densité électronique, aidant ainsi la réaction à se produire. La propriété des métaux de transition d'être de bons catalyseurs dépend également des propriétés d'absorption ou d'adsorption du métal et du complexe de métal de transition.