ทำไมโลหะทรานซิชันจึงเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่ดี?

โลหะทรานซิชันเป็นองค์ประกอบโลหะต่างๆ เช่น โครเมียม เหล็ก และนิกเกิล ที่มีวาเลนซ์อิเล็กตรอนในเปลือกสองอันแทนที่จะเป็นเพียงอันเดียว เวเลนซ์อิเล็กตรอนหมายถึงอิเล็กตรอนตัวเดียวที่รับผิดชอบคุณสมบัติทางเคมีของอะตอม โลหะทรานซิชันเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะที่ดี เพราะพวกมันให้ยืมและดึงอิเล็กตรอนจากโมเลกุลอื่นๆ ได้ง่าย ตัวเร่งปฏิกิริยาคือสารเคมีที่เมื่อเติมลงในปฏิกิริยาเคมีแล้ว จะไม่ส่งผลต่ออุณหพลศาสตร์ของปฏิกิริยา แต่จะช่วยเพิ่มอัตราการเกิดปฏิกิริยา

ตัวเร่งปฏิกิริยาทำงานโดยวิถีของตัวเร่งปฏิกิริยาในปฏิกิริยา พวกมันเพิ่มความถี่ของการชนกันระหว่างสารตั้งต้นแต่ไม่เปลี่ยนคุณสมบัติทางกายภาพหรือทางเคมีของพวกมัน ตัวเร่งปฏิกิริยาส่งผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาโดยไม่ส่งผลต่ออุณหพลศาสตร์ ตัวเร่งปฏิกิริยาจึงเป็นเส้นทางทางเลือกที่มีพลังงานต่ำกว่าสำหรับปฏิกิริยาที่จะเกิดขึ้น ตัวเร่งปฏิกิริยาส่งผลต่อสถานะการเปลี่ยนแปลงของปฏิกิริยาโดยให้สถานะการเปลี่ยนแปลงเป็นเส้นทางการกระตุ้นด้วยพลังงานที่ต่ำกว่า

โลหะทรานซิชันมักสับสนกับโลหะ "d-block" ในตารางธาตุ แม้ว่าโลหะทรานซิชันจะเป็นของบล็อก d ของตารางธาตุของธาตุ แต่โลหะทรานสิชันบางชนิดไม่สามารถเรียกได้ว่าเป็นโลหะทรานสิชัน ตัวอย่างเช่น สแกนเดียมและสังกะสีไม่ใช่โลหะทรานซิชัน แม้ว่าจะเป็นองค์ประกอบดีบล็อกก็ตาม เพื่อให้องค์ประกอบ d-block เป็นโลหะทรานซิชัน จะต้องมี d-orbital ที่เติมไม่สมบูรณ์

เหตุผลที่สำคัญที่สุดที่โลหะทรานซิชันเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่ดีก็คือ พวกมันสามารถยืมอิเล็กตรอนหรือดึงอิเล็กตรอนออกจากรีเอเจนต์ได้ ขึ้นอยู่กับลักษณะของปฏิกิริยา ความสามารถของโลหะทรานซิชันที่จะอยู่ในสถานะออกซิเดชันที่หลากหลาย ความสามารถในการแลกเปลี่ยนระหว่างการเกิดออกซิเดชัน สถานะและความสามารถในการสร้างสารเชิงซ้อนด้วยรีเอเจนต์และเป็นแหล่งที่ดีสำหรับอิเล็กตรอนทำให้โลหะทรานซิชันดี ตัวเร่งปฏิกิริยา

Scandium ion Sc3+ ไม่มีอิเล็กตรอน d และไม่ใช่โลหะทรานซิชัน ซิงค์ไอออน Zn2+ มี d-orbital เต็มไปหมด ดังนั้นจึงไม่ใช่โลหะทรานซิชัน โลหะทรานสิชันต้องมีอิเล็กตรอนดีสำรอง และมีสถานะออกซิเดชันที่แปรผันและเปลี่ยนแทนกันได้ ทองแดงเป็นตัวอย่างที่ดีของโลหะทรานซิชันที่มีสถานะออกซิเดชันที่แปรผันได้ Cu2+ และ Cu3+ d-orbital ที่ไม่สมบูรณ์ทำให้โลหะสามารถแลกเปลี่ยนอิเล็กตรอนได้ง่ายขึ้น โลหะทรานซิชันสามารถให้และรับอิเล็กตรอนได้ง่าย ดังนั้นจึงเป็นที่ชื่นชอบในฐานะตัวเร่งปฏิกิริยา สถานะออกซิเดชันของโลหะหมายถึงความสามารถของโลหะในการสร้างพันธะเคมี

โลหะทรานสิชันกระทำโดยการสร้างสารเชิงซ้อนด้วยรีเอเจนต์ หากสถานะการเปลี่ยนแปลงของปฏิกิริยาต้องการอิเล็กตรอน โลหะทรานซิชันในเชิงซ้อนของโลหะจะเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันหรือปฏิกิริยารีดักชันเพื่อจ่ายอิเล็กตรอน หากมีการสะสมของอิเล็กตรอนมากเกินไป โลหะทรานซิชันสามารถเก็บความหนาแน่นของอิเล็กตรอนที่มากเกินไป ซึ่งจะช่วยให้ปฏิกิริยาเกิดขึ้นได้ คุณสมบัติของโลหะทรานซิชันจะเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่ดียังขึ้นอยู่กับคุณสมบัติการดูดซับหรือการดูดซับของโลหะและสารประกอบเชิงซ้อนของโลหะทรานสิชัน