Por que os metais de transição são bons catalisadores?

Os metais de transição são qualquer um dos vários elementos metálicos, como cromo, ferro e níquel, que possuem elétrons de valência em duas camadas em vez de apenas uma. Um elétron de valência se refere a um único elétron responsável pelas propriedades químicas do átomo. Os metais de transição são bons catalisadores de metal porque facilmente emprestam e pegam elétrons de outras moléculas. Um catalisador é uma substância química que, quando adicionada a uma reação química, não afeta a termodinâmica de uma reação, mas aumenta a velocidade da reação.

Os catalisadores atuam por vias catalíticas na reação. Eles aumentam a frequência das colisões entre os reagentes, mas não alteram suas propriedades físicas ou químicas. Os catalisadores afetam a taxa de reação sem afetar a termodinâmica. Os catalisadores fornecem, portanto, um caminho alternativo de baixa energia para que a reação ocorra. Um catalisador afeta o estado de transição de uma reação, fornecendo ao estado de transição um caminho de ativação de baixa energia.

Os metais de transição são freqüentemente confundidos com os metais do "bloco d" na tabela periódica. Embora os metais de transição pertençam ao bloco d da tabela periódica dos elementos, nem todos os metais do bloco d podem ser chamados de metais de transição. Por exemplo, escândio e zinco não são metais de transição, embora sejam elementos do bloco d. Para que um elemento de bloco d seja um metal de transição, ele deve possuir um orbital d incompletamente preenchido.

A razão mais importante para os metais de transição serem bons catalisadores é que eles podem emprestar elétrons ou retirar elétrons do reagente, dependendo da natureza da reação. A capacidade dos metais de transição de estarem em uma variedade de estados de oxidação, a capacidade de intercambiar entre os estados e a capacidade de formar complexos com os reagentes e ser uma boa fonte de elétrons tornam os metais de transição bons catalisadores.

O íon escândio Sc3 + não tem elétrons-d e não é um metal de transição. O íon zinco, Zn2 +, tem um orbital d completamente preenchido e, portanto, não é um metal de transição. Os metais de transição devem ter elétrons-d de sobra e têm estados de oxidação variáveis ​​e intercambiáveis. O cobre é um exemplo ideal de um metal de transição com seus estados de oxidação variáveis ​​Cu2 + e Cu3 +. O orbital d incompleto permite que o metal facilite a troca de elétrons. Os metais de transição podem dar e aceitar elétrons facilmente, tornando-os favoráveis ​​como catalisadores. O estado de oxidação de um metal refere-se à capacidade do metal de formar ligações químicas.

Os metais de transição atuam formando complexos com o reagente. Se o estado de transição da reação exige elétrons, os metais de transição nos complexos metálicos sofrem reações de oxidação ou redução para fornecer elétrons. Se houver um acúmulo excessivo de elétrons, os metais de transição podem reter o excesso de densidade de elétrons, ajudando assim a ocorrer a reação. A propriedade dos metais de transição de serem bons catalisadores também depende das propriedades de absorção ou adsorção do metal e do complexo do metal de transição.