Dブロック元素による有色イオンの形成

グループ 3 ～ 12 の要素は、周期表の d ブロックにあり、d 軌道は 4 つの長い周期のそれぞれを通して徐々に満たされます。

d ブロックは、周期表の中央セクションで s ブロックと p ブロックに隣接しています。 s ブロック要素と p ブロック要素の間に位置するため、d ブロックの要素には「遷移」というラベルが付けられます. 遷移金属の 3 列、3d、4d、および 5d は、d 軌道がそれらの原子の最後から 2 番目のエネルギー準位が電子を吸収します。 6d の 6 行目はまだ不完全です。

d ブロック要素の一般的なプロパティ

ほとんどすべての遷移要素 (d ブロック要素) は、高い引張強度、柔軟性、可鍛性、高い熱および電気伝導性、金属光沢などの金属特性を備えています。それらは、Zn、Cd、Hg、および Mn を除いて、常温で 1 つまたは複数の従来の金属構造を示します。

Zn、Cd、および Hg を除いて、遷移金属は非常に硬く、揮発性が限られています。融点と沸点が高い。

原子間金属結合における ns 電子に加えて、(n-1)d からの多数の電子の関与は、これらの金属の高い融解温度に起因します。

D ブロック元素による有色イオンの形成

励起エネルギーは、より低いエネルギーの d 軌道からの電子がより高いエネルギーの d 軌道に励起されるときに吸収される光の周波数に対応します。通常、この周波数は可視範囲内にあります。見られる色は、吸収された光の補色と一致します。配位子の種類によって、吸収される光の周波数が決まります。

いくつかの例を見てみましょう:

触媒特性

遷移金属および関連誘導体の触媒活性はよく知られています。複数の酸化状態を採用し、複合体を形成する能力は、この作用によるものと考えられています。

いくつかの例としては、酸化バナジウム (V) (接触プロセス)、微粉鉄 (ハーバープロセス)、およびニッケル (接触水素化) があります。固体表面上の触媒には、反応物分子と触媒表面上の原子との間の結合の生成が含まれます (結合は、最初の行の遷移金属の 3d および 4s 電子で行われます)。相互作用する分子間の結合を弱めると同時に、触媒表面の反応物質の濃度を増加させます (活性化エネルギーが低下します)。

遷移金属イオンは、酸化状態を変化させることができるため、触媒としてもより効果的です。

合金形成

合金は、構成要素を組み合わせて作られた金属混合物です。

合金は、ある金属の原子が他の原子の中にランダムに分散している固溶体です。これらの合金は、互いに 15% 以内の金属半径を持つ原子で構成されています。遷移金属は、同等の半径やその他の特性により、合金を容易に作成します。得られた合金は硬く、融点が高いことがよくあります。鉄合金が最もよく知られています。クロム、バナジウム、タングステン、モリブデン、マンガンは、さまざまな鋼やステンレス鋼の製造に使用されます。

真鍮 (銅-亜鉛) や青銅 (銅-スズ) などの非遷移金属を含む遷移金属合金も、金属産業では非常に重要です。

結論

グループ 3 ～ 12 を含む d ブロックは、周期表の中央領域の大部分を占めています。

これらの要素の内側の d 軌道は徐々に満たされます。 f ブロックは周期表の下部近くにあり、4f 軌道と 5f 軌道はこのブロックの要素で徐々に埋められます。

D ブロック元素による有色イオンの形成は、遷移金属イオンに共通する 1 つまたは複数の不対電子によるものです。可視光が遷移金属錯体またはイオンに当たると、低エネルギーの d 軌道にある不対電子が高エネルギーの d 軌道に昇格します。このプロセスは d-d 遷移として知られています。 d-d 遷移に含まれるエネルギーは量子化されているため、特定の波長のみが吸収され、残りの可視スペクトルは透過されます。その結果、透過光は吸収された色の補色になります。