Kāpēc pārejas metāli ir labi katalizatori?

Pārejas metāli ir jebkurš no dažādiem metāla elementiem, piemēram, hroms, dzelzs un niķelis, kuriem valences elektroni ir tikai divos apvalkos, nevis tikai vienā. Valences elektrons attiecas uz vienu elektronu, kas ir atbildīgs par atoma ķīmiskajām īpašībām. Pārejas metāli ir labi metāla katalizatori, jo tie viegli aizdod un paņem elektronus no citām molekulām. Katalizators ir ķīmiska viela, kas, pievienojot ķīmiskai reakcijai, neietekmē reakcijas termodinamiku, bet palielina reakcijas ātrumu.

Katalizatori darbojas ar katalītiskiem ceļiem reakcijā. Tie palielina reaģentu sadursmju biežumu, bet nemaina to fizikālās vai ķīmiskās īpašības. Katalizatori ietekmē reakcijas ātrumu, neietekmējot termodinamiku. Tādējādi katalizatori nodrošina alternatīvu zemākas enerģijas ceļu reakcijas norisei. Katalizators ietekmē reakcijas pārejas stāvokli, nodrošinot pārejas stāvoklim zemākas enerģijas aktivācijas ceļu.

Pārejas metāli periodiskajā tabulā bieži tiek sajaukti ar "d-bloku" metāliem. Kaut arī pārejas metāli pieder elementu periodiskās tabulas d-blokam, ne visus d-bloka metālus var saukt par pārejas metāliem. Piemēram, skandijs un cinks nav pārejas metāli, lai gan tie ir d-bloku elementi. Lai d-bloka elements būtu pārejas metāls, tam jābūt ar nepilnīgi aizpildītu d-orbitāli.

Vissvarīgākais iemesls, kāpēc pārejas metāli ir labi katalizatori, ir tas, ka tie var aizdot elektronus vai izņemt elektronus no reaģenta atkarībā no reakcijas rakstura. Pārejas metālu spēja atrasties dažādos oksidācijas stāvokļos, spēja savstarpēji apmainīties starp oksidāciju stāvokļi un spēja veidot kompleksus ar reaģentiem un būt par labu elektronu avotu padara pārejas metālus labus katalizatori.

Skandija jonam Sc3 + nav d-elektronu, un tas nav pārejas metāls. Cinka jonam Zn2 + ir pilnībā piepildīta d-orbitāle, tāpēc tas nav pārejas metāls. Pārejas metāliem jābūt rezerves d-elektroniem, un tiem ir mainīgi un savstarpēji aizvietojami oksidācijas stāvokļi. Varš ir ideāls pārejas metāla piemērs ar mainīgiem oksidācijas stāvokļiem Cu2 + un Cu3 +. Nepilnīga d-orbitāle ļauj metālam atvieglot elektronu apmaiņu. Pārejas metāli var gan dot, gan pieņemt elektronus, tādējādi padarot tos par katalizatoriem labvēlīgus. Metāla oksidācijas stāvoklis attiecas uz metāla spēju veidot ķīmiskas saites.

Pārejas metāli darbojas, veidojot kompleksus ar reaģentu. Ja reakcijas pārejas stāvoklim ir vajadzīgi elektroni, metālu kompleksos esošie pārejas metāli tiek oksidēti vai reducēti, lai piegādātu elektronus. Ja notiek elektronu pārpalikums, pārejas metāli var noturēt lieko elektronu blīvumu, tādējādi palīdzot notikt reakcijai. Pārejas metālu īpašība būt labiem katalizatoriem ir atkarīga arī no metāla un pārejas metālu kompleksa absorbcijas vai adsorbcijas īpašībām.