Прелазни метал

• IUPAC дефиниција^[5] дефинише прелазни метал као „елемент чији атом има делимично испуњену d подљуску, или који може формирати катјоне са непотпуном d подљуском”.
• Многи научници описују „прелазни метал“ као било који елемент у d-блоку периодног система, који укључује групе од 3 до 12 на периодичној табели.^[6][7] У стварној пракси, серија лантаноида и актиноида f-блока такође се сматрају прелазним металима и називају се „унутрашњи прелазни метали”.
• Котон и Вилкинсон^[8] проширују сажету IUPAC дефиницију (погледајте изнад) специфицирајући који су елементи укључени. Поред елемената група 4 до 11, они додају скандијум и итријум групе 3, који имају делимично испуњено d подљуску у металном стању. Лантан и актинијум у групи 3, међутим, класификовани су као лантаноиди и актиноиди.

Енглески хемичар Чарлс Бери (1890-1968) први је користио реч транзиција у овом контексту 1921. године, када се поменуо серију прелазних елемената током промене унутрашњег слоја електрона (на пример n = 3 у 4. реду периодне табеле) из стабилне групе од 8 до једног од 18, или од 18 до 32.^[9][10][11] Ови елементи су сада познати као d-блок.

У d-блоку, атоми елемената имају између једног и десет d електрона.

Елементи група 4–11 су генерално препознати као прелазни метали, због њихове типичне хемије, тј. великог распона сложених јона у различитим оксидационим стањима, обојеним комплексима и каталитичким својствима било као елементи или као јони (или обоје). Sc и Y у групи 3 су такође генерално препознати као прелазни метали. Међутим, елементи La–Lu и Ac–Lr и група 12 привлаче различите дефиниције од различитих аутора.

1. Многи уџбеници хемије и штампане периодичне табеле класификују La и Ac као елементе групе 3 и прелазне метале, пошто су њихове атомске конфигурације основног стања s²d¹ попут Sc и Y. Елементи Ce–Lu се сматрају се серијом „лантаноида” и Th–Lr као серија „актиноида”.^[12][13] Ове две серије заједно су класификоване као елементи f-блока, или (у старијим изворима) као „унутрашњи прелазни елементи”.
2. Неки уџбеници неорганске хемије укључују La са лантанoидима и Ac са актинoидима.^[8][14][15] Ова класификација се заснива на сличностима у хемијском понашању и дефинише 15 елемената у свакој од две серије, иако оне одговарају попуњавању f подљуске, која може да садржи само 14 електрона.
3. Трећа класификација дефинише елементе f-блока као La–Yb и Ac–No, док се Lu и Lr сврставају у групу 3.^[9] То се заснива на Ауфбау принципу (или Маделунговом правилу) за попуњавање електронских подљуски, по које се 4f испуњава пре 5d (и 5f пре 6d), тако да је f подљуска заправо пуна у Yb (и No), док Lu (и Lr) имају [ ]s²f¹⁴d¹ конфигурацију. Међутим, La и Ac су изузеци од Ауфбау принципа са конфигурацијом електрона [ ]s²d¹ (а не [ ]s²f¹ како предвиђа Ауфбауов принцип), тако да из конфигурација атомских електрона није јасно да ли La или Lu (Ac или Lr) треба сматрати прелазним металима.^[16] Ово се може решити узимајући у обзир да оно што су побуђена стања за слободни атом и јон, може постати основно стање у хемијским окружењима; La и Ac имају слободне ниско лежеће f подљуске које су попуњене у Lu и Lr, тако да је побуда до f орбитале могућа у La и Ac, али не за Lu или Lr.

Цинк, кадмијум, и жива се генерално искључују из прелазних метала,^[9] јер они имају електронску конфигурацију [ ]d¹⁰s², без комплетне d љуске.^[17] У оксидационом стању +2, јони имају електронску конфигурацију [ ]…d¹⁰. Иако ови елементи могу постојати и у другим оксидационим стањима, укључујући оксидационо стање +1, као у дијатомском јону Hg2+
2, они још увек имају потпуну d шкољку у овим оксидационим стањима. Елементи групе 12 Zn, Cd и Hg могу се, према одређеним критеријумима, у овом случају класификовати као посттранзициони метали. Међутим, често је прикладно укључити те елементе у дискусију о прелазним елементима. На пример, када се расправља о енергији стабилизације кристалног поља прелазних елемената првог реда, прикладно је да се укључују и елементи калцијум и цинк, јер оба Ca2+
и Zn2+
имају вредност нулу, са којом се може упоредити вредност за остале јоне прелазних метала. Један други пример се јавља у Ирвинг-Вилијамсовој серији константи стабилности комплекса.

Недавну (иако спорну и до сада независно нерепродуковану) синтези жива(IV) флуорида (HgF
4) део научне заједнице сматра додатном потврдом гледишта да елементе 12 групе треба сматрати прелазним металима,^[18] иако неки аутори и даље сматрају ово једињење изузетком.^[19] Очекује се да ће коперницијум моћи да користи своје d-електроне за хемијске реакције, јер је његова 6d подљуска дестабилизована јаким релативистичким ефектима због његовог врло високог атомског броја, а као такав се очекује да има понашање попут прелазног метала када показује виша оксидациона стања него +2 (која дефинитивно нису позната код лакших елемената групе 12).

Анализом енергија јонизације и поређењем са алкалним и земноалкалним металима у истој периоди примећујемо да су вредности првих енергија јонизације веће код прелазних метала и да расту са порастом атомског броја. Прелазни метали ретко граде јонска једињења, већ се једине градећи ковалентне молекуле, или везе са знатним ковалентним карактером.

За ове метале карактеристично је грађење једињења са различитим оксидационим бројевима. У истој групи могу се наћи стабилна једињења и са парним и са непарним бројем. Једињења прелазних метала 5. и 6. периоде су стабилна, са високим оксидационим бројевима, а кисели карактер им је у порасту. У једињењима прелазних метала са нижим оксидационим бројевима веза је претежно јонског карактера, док при вишим оксидационим бројевима преовлађује ковалентна веза.

Јони прелазних метала 1, 2. и 3. групе граде комплексе са јонима или диполним неутралним молекулским групама попуњених љуски, који се у комплексима називају лиганди и симетрично се каче на централизовани јон прелазног метала. Код првих неколико прелазних метала прве периоде енергетски је стабилнија 4s орбитала од 3d, те се она попуњава прва. Додавањем више електрона, постаје значајно међусобно електронско одбијање и 3d орбитала се контрахује и постаје повољнија за попуњавање од 4s орбитале. Доминантне интеракције код комплекса су електростатичке природе, а карактеристични облици прелазних метал-комплекса су тетраедарски и октаедарски. Међу самим лигандима се такође јављају одбојне електростатичке силе, с тим што је њихов утицај слабији него одбијања која потичу од унутрашњих електрона. Величина комплексног једињења примарно зависи од контракције 3d орбитале.^[20]

• Белић, Драгољуб (2000). Физика молекула. Београд. стр. 43—45.