ธาตุทรานสิชัน

1. 1 ธาตุทรานสิชัน

2. 2

3. 3 ธาตุที่มีการจัดเรียง electron ไม่เต็มใน d และ f orbital เรียกว่าธาตุทรานสิชัน ยกเว้นบางธาตุ เช่น Zn, Cd, Hg แต่ก็จัดไว้เป็นธาตุทรานสิชัน เพราะอยู่ในกลุ่มเดียวกันกับธาตุ ทรานสิชัน และมีสมบัติใกล้เคียงกัน

4. 4 การจัดเรียงอิเล็กตรอนของโลหะทรานสิชัน

5. การจัดเรียงอิเลคตรอนแตกต่างจากธาตุในกลุ่ม s และ p ที่มี atomic number สูงกว่า Ar อื่น เช่น K : [Ar] 4s13d0 Ca : [Ar] 4s23d0 พบว่าในธาตุทรานสิชันเกิดการสลับระดับพลังงาน ns กับ (n-1)d เนื่องจากผลของผลของอำนาจทะลุทะลวง(Penetrating power) ต่อ (n-1)d orbital ที่มากกว่า n4s จึงมีการจัดเรียงอิเลคตรอนเป็น (n-1)d ns ตามลำดับ

6. หลังจากธาตุ Ca พบว่า penetration ต่อ 4s orbital มีค่าลดลงเนื่องจาก shielding effect เพิ่มมากขึ้น การจัดเรียง electron ของธาตุที่ 21 ถึง 30 แสดงได้ดังนี้ Sc Ti V Cr Mn 3d14s2 3d24s2 3d34s2 3d54s1 3d54s2 Fe Co Ni Cu Zn 3d64s2 3d74s2 3d84s1 3d104s1 3d104s2

7. Cr และ Cu จัด electron แตกต่างจากธาตุอื่น ๆ เนื่องจากผลของการผลักกันของ electron คู่ใน s orbital ทำให้ electron จัดตัวแบบ half filled ใน d orbital ของ Cr และ full filled ใน d orbital ของ Cu

8. 8 ด้วยสมบัติโลหะ ธาตุทรานสิชันจึงสูญเสียe–ได้ง่ายเช่นเดียวกันกับโลหะใน s -block และ p-block e– ใน s-orbital ถูก ionized ก่อน จึงพบว่า oxidation state 2+ เป็นค่า oxidation ที่พบมากในธาตุทรานสิชัน

9. 9 Oxidation State • โดยทั่วไป โลหะทรานสิชันมีเลขออกซิเดชันมากกว่าหนึ่งค่า • – ส่วนใหญ่มีเลขออกซิเดชัน • +2 เนื่องจากเสีย e–ใน s- • orbital • – เลขออกซิเดชันมากกว่า 2 • เกิดจากเสีย e–ใน d- • orbital และ s-orbital Figure 23.22 Oxidation states of the first transition series. The larger circles indicate the most common oxidation states

10. 10

11. 11 การจัดหมู่ โดยทั่วไปใช้ oxidation state ค่าสูงสุดเป็นเกณฑ์เทียบกับ group A พบว่ามีสารประกอบที่มีโครงสร้างใกล้เคียงกัน เช่น IV A CCl4,CO2IV B TiCl4,TiO2 V A PO43–,POCl3V B VO43–,V2O72– VI A SO42–,S2O72– VI B CrO42–, Cr2O72– VII A ClO4–,Cl2O7VII B MnO4–, Mn2O7 I A NaCl,KCl I B AgCl II A CaCl2II B ZnCl2 ยกเว้น หมู่ที่ 8 ที่ไม่เหมือนกับ กลุ่มก๊าซเฉื่อย

12. 12 • ธาตุทรานสิชันมีสมบัติทางเคมีแตกต่างกันมากแต่มีสมบัติที่เหมือนกันคือ • Oxidation state หลายค่าเช่น Fe, Fe+2, Fe+3 • เกิดสารเชิงซ้อนได้ดี • สารประกอบทรานสิชันมักมีสี • มักมีสมบัติเป็นพาราแมกเนติก

13. 13 Figure 23.20 Radii of transition metals. The variation in the radius of transition metal atoms in closed packed metallic substances as a function of position in the periodic table

14. 14 Figure 23.4 Vertical trends in key properties within the transition elements. The trends are unlike those for the main-group elements in serval ways: A, The second and third members of a transition metal group are nearly the same size. B, EN increases down a transition group. C, IE1 are highest at the bottom of a transition group. D, Densities increase down a transition group because mass increases faster than volume

15. 15

16. การแยกธาตุทรานสิชั่นจากแร่ดิบการแยกธาตุทรานสิชั่นจากแร่ดิบ ธาตุบริสุทธิ์เตรียมได้จากการรีดิวซ์ ไอออนของธาตุทรานสิชัน การรีดิวซ์ยากขึ้นจากขวาไปซ้าย เปรียบเทียบการแยกโลหะทรานสิชัน จากสินแร่ได้จากยุคของโลหะที่พบดังนี้ Ag, Zn Prehistoric Cu, Zn Bronze Age ( 4000BC - 1500BC ) Fe Iron Age ( 1500BC - 1800AD ) Ti, V, Cr, Zn Modern Age ( 1800AD - present )

17. สินแร่ก่อนการนำมาทำให้บริสุทธิ์ด้วยวิธี รีดักชัน อาจต้องเตรียมให้อยู่ในรูปของสารประกอบที่เหมาะสมก่อน เช่น CuS ZnSหรือ NiS เปลี่ยนเป็น CuO ZnO และ NiO โดยการเผาในบรรยายกาศของO2 ตัวรีดิวซ์ที่นิยมและมีราคาถูกคือ Carbon หรือ ก๊าซไฮโดรเจน ธาตุบางชนิดที่รีดิวซ์ยากนิยมเปลี่ยนเป็นสารประกอบเฮไลด์แล้วจึงจึงรีดิวซ์ด้วย โลหะกลุ่ม S ( Na Mg หรือ K) ภายใต้บรรยายกาศของก๊าซเฉื่อย

19. สารประกอบของธาตุทรานสิชันมีสมบัติเป็นแม่เหล็กและมีสี เช่น สีแดงของเลือดที่เกิดจาก Fe+3/+2 สีต่างๆที่เกิดขึ้นในอัญมณีก็เกิดจากมีธาตุทรานสิชันปนอยู่ เช่น น้ำเงินจาก Fe+3 ในไพลิน สารประกอบของธาตุทรานสิชันมีมากกว่าธาตุรีพรีเซนเตตีฟ เพราะธาตุ ทรานสิชันมี oxidation state ได้หลายค่า และสามารถเกิดพันธะโคออร์ดิเนชันได้ด้วย