Χρώματα μεταβατικών ιόντων μετάλλων

Τα μέταλλα μετάπτωσης σχηματίζουν πολύχρωμα ιόντα, σύμπλοκα και ενώσεις. Τα χρώματα είναι χαρακτηριστικά του στοιχείου και αν είναι σε υδατικό διάλυμα ή σε άλλο διαλύτη εκτός από νερό. Τα χρώματα είναι χρήσιμα στην ποιοτική ανάλυση επειδή προσφέρουν μια ένδειξη για τη σύνθεση του δείγματος. Ακολουθεί μια ματιά στα χρώματα μετάλλων μεταπτώσεως σε υδατικό διάλυμα και μια εξήγηση του γιατί εμφανίζονται.

Γιατί τα μεταβατικά μέταλλα σχηματίζουν έγχρωμα σύμπλοκα

Τα μέταλλα μεταπτώσεως σχηματίζουν έγχρωμα διαλύματα και ενώσεις επειδή αυτά τα στοιχεία έχουν απλήρωτο d τροχιακά. Τα μεταλλικά ιόντα στην πραγματικότητα δεν χρωματίζονται μόνα τους επειδή το d τα τροχιακά είναι εκφυλισμένα. Με άλλα λόγια, έχουν όλα την ίδια ενέργεια, η οποία αντιστοιχεί στο ίδιο φασματικό σήμα. Όταν τα ιόντα μετάλλων μετάπτωσης σχηματίζουν σύμπλοκα και ενώσεις με άλλα μόρια, αυτά χρωματίζονται. Ένα σύμπλοκο σχηματίζεται όταν ένα μέταλλο μετάπτωσης συνδέεται με ένα ή περισσότερα ουδέτερα ή αρνητικά φορτισμένα αμέταλλα (συνδέτες). Ο συνδέτης αλλάζει το σχήμα του d τροχιακά. Μερικά από τα d τα τροχιακά αποκτούν υψηλότερη ενέργεια από πριν, ενώ άλλα κινούνται σε κατάσταση χαμηλότερης ενέργειας. Αυτό δημιουργεί ένα ενεργειακό κενό. Το μήκος κύματος του φωτονίου που απορροφάται εξαρτάται από το μέγεθος του ενεργειακού κενού. (Αυτός είναι ο λόγος για τον διαχωρισμό των s και p τροχιακά, ενώ εμφανίζεται, δεν παράγει έγχρωμα σύμπλοκα. Αυτά τα κενά απορροφούν το υπεριώδες φως και δεν επηρεάζουν το χρώμα στο ορατό φάσμα.)

Μη απορροφημένα μήκη κύματος φωτός διέρχονται από ένα σύμπλεγμα. Κάποιο φως ανακλάται επίσης από ένα μόριο. Ο συνδυασμός απορρόφησης, ανάκλασης και μετάδοσης έχει ως αποτέλεσμα τα εμφανή χρώματα των συμπλεγμάτων. Για παράδειγμα, ένα ηλεκτρόνιο μπορεί να απορροφήσει κόκκινο φως και να διεγερθεί σε υψηλότερο επίπεδο ενέργειας. Δεδομένου ότι το μη απορροφούμενο φως είναι το χρώμα που ανακλάται, θα βλέπαμε ένα πράσινο ή μπλε χρώμα.

Τα σύμπλοκα ενός μόνο μετάλλου μπορεί να έχουν διαφορετικά χρώματα ανάλογα με την κατάσταση οξείδωσης του στοιχείου.

Γιατί δεν εμφανίζονται τα χρώματα όλων των μετάλλων μετάβασης

Όμως, δεν παράγουν χρώματα όλες οι καταστάσεις οξείδωσης. Ένα ιόν μετάλλου μετάπτωσης με μηδέν ή δέκα d Τα ηλεκτρόνια σχηματίζουν ένα άχρωμο διάλυμα.

Ένας άλλος λόγος που δεν εμφανίζονται όλα τα στοιχεία στα χρώματα της ομάδας είναι ότι δεν είναι όλα τεχνικά μέταλλα μετάβασης. Εάν ένα στοιχείο πρέπει να έχει ατελώς συμπληρωμένο d τροχιακό να είναι μέταλλο μετάπτωσης, τότε δεν είναι όλα τα στοιχεία του μπλοκ μετάπτωσης. Έτσι, ο ψευδάργυρος και το σκάνδιο δεν είναι μέταλλα μετάπτωσης σύμφωνα με τον αυστηρό ορισμό, επειδή ο Zn έχει πλήρες επίπεδο d, ενώ το Sc δεν έχει d ηλεκτρόνια.

Χρώματα ιόντων μετάπτωσης σε υδατικό διάλυμα

Εδώ είναι ένας πίνακας κοινών χρωμάτων ιόντων μετάλλου μετάπτωσης σε υδατικό διάλυμα. Χρησιμοποιήστε το ως βοήθημα για τη Χημεία AP και την ποιοτική ανάλυση, ειδικά σε συνδυασμό με άλλα διαγνωστικά εργαλεία, όπως η δοκιμή φλόγας.

Transition Metal Ion	Χρώμα
Τι	Απαλό καφέ
Τι	Μωβ
V	Μωβ
V	Πράσινο
V	Μπλε-Γκρι
V	Κίτρινο
Cr	Μπλε-Βιολετί
Cr	Πράσινο
Cr	Πορτοκαλί-Κίτρινο
Mn	Απαλό ροζ
Mn	Ματζέντα
Φε	Πράσινο ελιάς
Φε	Κίτρινο
Co	Κόκκινο έως ροζ
Ni	Φωτεινό πράσινο
Cu	Μπλε-πράσινο

Άλλα σύνθετα χρώματα μετάλλων μετάβασης

Τα χρώματα των συμπλεγμάτων μετάλλων μεταπτώσεως ποικίλλουν συχνά σε διαφορετικούς διαλύτες. Το χρώμα του συμπλόκου εξαρτάται από τον συνδέτη. Για παράδειγμα, ο Fe είναι ανοιχτό πράσινο στο νερό, αλλά σχηματίζει ένα σκούρο πράσινο ίζημα σε ένα πυκνό διάλυμα βάσης υδροξειδίου, διάλυμα ανθρακικού ή αμμωνίας. Το Co σχηματίζει ένα ροζ διάλυμα στο νερό, αλλά ένα γαλαζοπράσινο ίζημα σε διάλυμα βάσης υδροξειδίου, αχυρόχρωμο διάλυμα σε αμμωνία και ροζ ίζημα σε ανθρακικό διάλυμα.

Στοιχεία που ανήκουν στη σειρά λανθανιδών σχηματίζουν επίσης χρωματιστά σύμπλοκα. Οι λανθανίδες είναι επίσης γνωστές ως τα εσωτερικά μέταλλα μετάπτωσης ή απλώς ως υποκατηγορία των μετάλλων μετάπτωσης. Ωστόσο, τα έγχρωμα σύμπλοκα οφείλονται σε μεταπτώσεις ηλεκτρονίων 4f. Τα χρώματα των συμπλεγμάτων λανθανιδών δεν επηρεάζονται τόσο από τη φύση του συνδέτη τους και είναι ωχρά σε σύγκριση με τα σύμπλοκα μετάλλων μεταπτώσεως.

Αναφορές

• Cotton, F. Albert; Wilkinson, Geoffrey; Murillo, Carlos A.; Bochmann, Manfred (1999). Προηγμένη Ανόργανη Χημεία (6η έκδ.). Νέα Υόρκη:Wiley-Interscience. ISBN 0-471-19957-5.
• Harris, D.; Bertolucci, Μ. (1989). Συμμετρία και Φασματοσκοπία . Εκδόσεις Dover.
• Huheey, James E. (1983). Ανόργανη Χημεία (3η έκδ.). Harper &Row. ISBN 0-06-042987-9.
• Levine, Ira Ν. (1991). Κβαντική Χημεία (4η έκδ.). Prentice Hall. ISBN 0-205-12770-3.