Prečo sú prechodové kovy dobrými katalyzátormi?

Prechodné kovy sú akékoľvek rôzne kovové prvky, ako je chróm, železo a nikel, ktoré majú valenčné elektróny v dvoch obaloch namiesto iba jedného. Valenčný elektrón označuje jeden elektrón, ktorý je zodpovedný za chemické vlastnosti atómu. Prechodné kovy sú dobrými kovovými katalyzátormi, pretože ľahko požičiavajú a berú elektróny z iných molekúl. Katalyzátor je chemická látka, ktorá po pridaní k chemickej reakcii neovplyvňuje termodynamiku reakcie, ale zvyšuje rýchlosť reakcie.

Katalyzátory pracujú katalytickými cestami do reakcie. Zvyšujú frekvenciu zrážok medzi reaktantmi, ale nemenia ich fyzikálne ani chemické vlastnosti. Katalyzátory ovplyvňujú rýchlosť reakcie bez ovplyvnenia termodynamiky. Katalyzátory tak poskytujú alternatívny spôsob uskutočnenia reakcie s nízkou energiou. Katalyzátor ovplyvňuje prechodný stav reakcie poskytnutím prechodového stavu aktivačnou cestou s nízkou energiou.

Prechodné kovy sú v periodickej tabuľke často zamieňané s kovmi typu „d-blok“. Aj keď prechodné kovy patria do d-bloku periodickej tabuľky prvkov, nie všetky kovy v d-bloku možno nazvať prechodnými kovmi. Napríklad škandium a zinok nie sú prechodné kovy, aj keď sú prvkami d-bloku. Aby prvok d-bloku bol prechodným kovom, musí mať neúplne vyplnený d-orbitál.

Najdôležitejším dôvodom, prečo sú prechodné kovy dobrými katalyzátormi, je to, že môžu požičiavať elektróny alebo odoberať elektróny z činidla v závislosti od povahy reakcie. Schopnosť prechodných kovov byť v rôznych oxidačných stavoch, schopnosť výmeny medzi oxidáciou stavov a schopnosť tvoriť komplexy s činidlami a byť dobrým zdrojom pre elektróny robia prechodné kovy dobrými katalyzátory.

Škandiový ión Sc3 + nemá žiadne d-elektróny a nie je prechodným kovom. Zinkový ión, Zn2 +, má úplne vyplnený d-orbitál, takže nejde o prechodný kov. Prechodné kovy musia mať rezervné d-elektróny a musia mať premenlivé a zameniteľné oxidačné stavy. Meď je ideálnym príkladom prechodného kovu s rôznymi stavmi oxidácie Cu2 + a Cu3 +. Neúplný d-orbitál umožňuje kovu uľahčiť výmenu elektrónov. Prechodné kovy môžu ľahko dávať aj prijímať elektróny, čo ich robí priaznivými ako katalyzátory. Oxidačný stav kovu sa vzťahuje na schopnosť kovu vytvárať chemické väzby.

Prechodné kovy pôsobia tvorbou komplexov s činidlom. Ak si prechodový stav reakcie vyžaduje elektróny, prechádzajú prechodné kovy v komplexoch kovov oxidačnými alebo redukčnými reakciami na dodávanie elektrónov. Ak dôjde k nadmernému hromadeniu elektrónov, môžu prechodné kovy zadržiavať nadmernú elektrónovú hustotu, čo pomáha pri uskutočňovaní reakcie. Vlastnosť prechodných kovov byť dobrými katalyzátormi tiež závisí od absorpčných alebo adsorpčných vlastností kovu a komplexu prechodného kovu.