遷移金属が優れた触媒である理由

遷移金属は、クロム、鉄、ニッケルなどのさまざまな金属元素のいずれかであり、1つだけではなく2つのシェルに価電子があります。 価電子とは、原子の化学的性質に関与する単一の電子を指します。 遷移金属は、他の分子から電子を容易に貸し出し、取り込むため、優れた金属触媒です。 触媒は、化学反応に加えられたときに、反応の熱力学に影響を与えないが、反応速度を上げる化学物質です。

触媒は、反応への触媒経路によって機能します。 それらは反応物間の衝突の頻度を増加させますが、それらの物理的または化学的特性を変更しません。 触媒は、熱力学に影響を与えることなく反応速度に影響を与えます。 したがって、触媒は、反応が起こるための代替の低エネルギー経路を提供します。 触媒は、遷移状態に低エネルギーの活性化経路を提供することにより、反応の遷移状態に影響を与えます。

遷移金属は、周期表の「dブロック」金属と混同されることがよくあります。 遷移金属は元素の周期表のdブロックに属しますが、すべてのdブロック金属を遷移金属と呼ぶことができるわけではありません。 たとえば、スカンジウムと亜鉛はdブロック元素ですが、遷移金属ではありません。 dブロック元素が遷移金属であるためには、それは不完全に満たされたd軌道を持っていなければなりません。

遷移金属が優れた触媒である最も重要な理由は、反応の性質に応じて、電子を貸したり、試薬から電子を引き出したりできることです。 遷移金属がさまざまな酸化状態にある能力、酸化間で交換する能力 状態と試薬と錯体を形成し、電子の優れた供給源となる能力により、遷移金属は優れたものになります 触媒。

スカンジウムイオンSc3 +にはd電子がなく、遷移金属ではありません。 亜鉛イオンZn2 +は、完全に満たされたd軌道を持っているため、遷移金属ではありません。 遷移金属は予備のd電子を持たなければならず、それらは可変で交換可能な酸化状態を持っています。 銅は、酸化状態がCu2 +およびCu3 +の遷移金属の理想的な例です。 不完全なd軌道により、金属は電子の交換を容易にすることができます。 遷移金属は電子を容易に授受することができるため、触媒として有利です。 金属の酸化状態とは、金属が化学結合を形成する能力を指します。

遷移金属は、試薬と錯体を形成することによって作用します。 反応の遷移状態が電子を必要とする場合、金属錯体中の遷移金属は酸化または還元反応を受けて電子を供給します。 電子の過剰な蓄積がある場合、遷移金属は過剰な電子密度を保持することができ、それによって反応の発生を助けます。 優れた触媒となる遷移金属の特性は、金属および遷移金属錯体の吸収または吸着特性にも依存します。