Perché i metalli di transizione sono buoni catalizzatori?

I metalli di transizione sono uno qualsiasi dei vari elementi metallici come cromo, ferro e nichel che hanno elettroni di valenza in due gusci invece di uno solo. Un elettrone di valenza si riferisce a un singolo elettrone responsabile delle proprietà chimiche dell'atomo. I metalli di transizione sono buoni catalizzatori metallici perché prestano e prendono facilmente elettroni da altre molecole. Un catalizzatore è una sostanza chimica che, aggiunta a una reazione chimica, non influisce sulla termodinamica di una reazione ma ne aumenta la velocità.

I catalizzatori lavorano per vie catalitiche nella reazione. Aumentano la frequenza delle collisioni tra i reagenti ma non ne modificano le proprietà fisiche o chimiche. I catalizzatori influenzano la velocità di reazione senza influenzare la termodinamica. I catalizzatori forniscono quindi un percorso alternativo a bassa energia affinché la reazione abbia luogo. Un catalizzatore influenza lo stato di transizione di una reazione fornendo allo stato di transizione un percorso di attivazione a energia inferiore.

I metalli di transizione sono spesso confusi con i metalli "d-block" nella tavola periodica. Sebbene i metalli di transizione appartengano al blocco d della tavola periodica degli elementi, non tutti i metalli del blocco d possono essere chiamati metalli di transizione. Ad esempio, lo scandio e lo zinco non sono metalli di transizione, sebbene siano elementi del blocco d. Affinché un elemento del blocco d sia un metallo di transizione, deve possedere un orbitale d non completamente riempito.

Il motivo più importante per cui i metalli di transizione sono buoni catalizzatori è che possono prestare o prelevare elettroni dal reagente, a seconda della natura della reazione. La capacità dei metalli di transizione di trovarsi in una varietà di stati di ossidazione, la capacità di interscambio tra l'ossidazione gli stati e la capacità di formare complessi con i reagenti ed essere una buona fonte di elettroni rendono buoni i metalli di transizione transition catalizzatori.

Lo ione scandio Sc3+ non ha elettroni d e non è un metallo di transizione. Lo ione zinco, Zn2+, ha un orbitale d completamente riempito e quindi non è un metallo di transizione. I metalli di transizione devono avere elettroni d di riserva e hanno stati di ossidazione variabili e intercambiabili. Il rame è un esempio ideale di metallo di transizione con i suoi stati di ossidazione variabili Cu2+ e Cu3+. L'orbitale d incompleto consente al metallo di facilitare lo scambio di elettroni. I metalli di transizione possono sia dare che accettare facilmente elettroni, rendendoli così favorevoli come catalizzatori. Lo stato di ossidazione di un metallo si riferisce alla capacità del metallo di formare legami chimici.

I metalli di transizione agiscono formando complessi con il reagente. Se lo stato di transizione della reazione richiede elettroni, i metalli di transizione nei complessi metallici subiscono reazioni di ossidazione o riduzione per fornire elettroni. Se c'è un eccesso di accumulo di elettroni, i metalli di transizione possono trattenere l'eccesso di densità elettronica, aiutando così la reazione a verificarsi. La proprietà dei metalli di transizione di essere buoni catalizzatori dipende anche dalle proprietà di assorbimento o adsorbimento del metallo e del complesso del metallo di transizione.