Γιατί τα μεταβατικά μέταλλα έχουν πολλαπλούς αριθμούς οξείδωσης;
* μερικώς συμπληρωμένα D-Orbitals: Τα μεταβατικά μέταλλα έχουν γεμίσει εν μέρει D-πορνεία. Αυτά τα D-orbitals είναι σχετικά κοντά στην ενέργεια των S-orbitals, επιτρέποντάς τους να συμμετάσχουν στη συγκόλληση. Ο αριθμός των ηλεκτρονίων στα D-πορρείς μπορεί να ποικίλει, οδηγώντας σε διαφορετικές καταστάσεις οξείδωσης.
* Ενέργειες μεταβλητού ιονισμού: Τα μεταβατικά μέταλλα έχουν σχετικά παρόμοιες ενέργειες ιονισμού για τα d-ηλεκτρονικά τους. Αυτό σημαίνει ότι είναι δυνατή η απώλεια πολλαπλών d-ηλεκτρονίων, οδηγώντας σε διάφορες καταστάσεις οξείδωσης.
* Εφέ πεδίου προσδέματος: Η παρουσία προσδεμάτων (άτομα ή μόρια που δεσμεύονται με το κεντρικό μεταλλικό ιόν) επηρεάζει τα επίπεδα ενέργειας των D-πορνείων. Διαφορετικοί συνδετήρες μπορούν να προκαλέσουν διαφορετική διάσπαση D-orbital, η οποία μπορεί να επηρεάσει τη σταθερότητα διαφόρων καταστάσεων οξείδωσης.
* Σταθερότητα των καταστάσεων οξείδωσης: Διαφορετικές καταστάσεις οξείδωσης μπορούν να σταθεροποιηθούν από την παρουσία ορισμένων προσδεμάτων ή με τη διαμόρφωση συγκεκριμένων τύπων δεσμών. Για παράδειγμα, οι υψηλότερες καταστάσεις οξείδωσης των μεταβατικών μετάλλων συχνά σταθεροποιούνται από ισχυρούς οξειδωτικούς παράγοντες.
Εδώ είναι μια απλοποιημένη εξήγηση:
Φανταστείτε ένα μεταβατικό μέταλλο όπως το IROR (FE). Μπορεί να έχει κατάσταση οξείδωσης +2 (όπως στο FeO) ή +3 (όπως στο Fe2O3). Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι τα D-Orbitals του σιδήρου μπορούν να χάσουν είτε δύο είτε τρία ηλεκτρόνια για να σχηματίσουν δεσμούς. Η συγκεκριμένη κατάσταση οξείδωσης εξαρτάται από το περιβάλλον (τα άλλα στοιχεία με τα οποία συνδέονται).
Συνοπτικά: Η μοναδική ηλεκτρονική δομή των μεταβατικών μετάλλων, με τα μερικώς γεμισμένα D-τροχιακά τους, τους επιτρέπει να χάσουν εύκολα ποικίλους αριθμούς ηλεκτρονίων, οδηγώντας σε διαφορετικές καταστάσεις οξείδωσης τους.
