מדוע מתכות מעבר הן זרזים טובים?

מתכות מעבר הן כל אחד מאלמנטים מתכתיים שונים כגון כרום, ברזל וניקל שיש להם אלקטרוני ערכיות בשני קליפות במקום אחד בלבד. אלקטרון ערכיות מתייחס לאלקטרון יחיד האחראי על התכונות הכימיות של האטום. מתכות מעבר הן זרזים מתכתיים טובים מכיוון שהן משאילות ונוטלות אלקטרונים בקלות ממולקולות אחרות. זרז הוא חומר כימי שכאשר מוסיפים אותו לתגובה כימית אינו משפיע על התרמודינמיקה של תגובה אלא מגביר את קצב התגובה.

זרזים עובדים לפי מסלולים קטליטים לתגובה. הם מגדילים את תדירות ההתנגשויות בין מגיבים אך אינם משנים את תכונותיהם הפיזיקליות או הכימיות. זרזים משפיעים על קצב התגובה מבלי להשפיע על התרמודינמיקה. זרזים מהווים אפוא מסלול חלופי, בעל אנרגיה נמוכה יותר לתגובה. זרז משפיע על מצב המעבר של תגובה על ידי מתן מצב המעבר נתיב הפעלת אנרגיה נמוכה יותר.

מתכות מעבר מבולבלות לעיתים קרובות עם מתכות "ד-בלוק" בטבלה המחזורית. למרות שמתכות מעבר שייכות לבלוק ה- D של הטבלה המחזורית של היסודות, לא כל המתכות מסוג D-block יכולות להיקרא מתכות מעבר. למשל, סקנדיום ואבץ אינם מתכות מעבר, אם כי הם אלמנטים מסוג D-block. כדי שאלמנט d-block יהיה מתכת מעבר, עליו להיות בעל מסלול d מלא.

הסיבה החשובה ביותר לכך שמתכות מעבר הן זרזים טובים היא שהם יכולים להשאיל אלקטרונים או למשוך אלקטרונים מהגיב, בהתאם לאופי התגובה. היכולת של מתכות מעבר להיות במגוון מצבי חמצון, היכולת להחליף בין החמצון והיכולת ליצור קומפלקסים עם הריאגנטים ולהוות מקור טוב לאלקטרונים הופכים את מתכות המעבר לטובות זרזים.

לסקנדיום יון Sc3 + אין אלקטרונים d והוא אינו מתכת מעבר. ליון האבץ, Zn2 +, יש מסלול D מלא לחלוטין ולכן זה לא מתכת מעבר. על מתכות מעבר להיות בעלות אלקטרונים d לפנוי, ויש להם מצבי חמצון משתנים וניתנים להחלפה. נחושת היא דוגמה אידיאלית למתכת מעבר עם מצבי החמצון המשתנים שלה Cu2 + ו- Cu3 +. מסלול ה- D המלא שלם מאפשר למתכת להקל על החלפת אלקטרונים. מתכות מעבר יכולות לתת אלקטרונים ולקבל אותם בקלות, ובכך להפוך אותם לטובים כזרזים. מצב החמצון של מתכת מתייחס ליכולתה של המתכת ליצור קשרים כימיים.

מתכות מעבר פועלות על ידי יצירת קומפלקסים עם המגיב. אם מצב המעבר של התגובה דורש אלקטרונים, מתכות המעבר במתחמי המתכת עוברות תגובות חמצון או הפחתה כדי לספק אלקטרונים. אם יש הצטברות עודפת של אלקטרונים, מתכות המעבר יכולות להחזיק את צפיפות האלקטרונים העודפת, וכך לסייע לתגובה להתרחש. המאפיין של מתכות מעבר להיות זרזים טובים תלוי גם בתכונות הקליטה או הספיחה של המתכת ובמתחם המתכת המעבר.