Студент бакалавриата
  1. Общая химия  1.1. Введение в Химию  1.2. Структура атома  1.2.1. Субатомные частицы  1.2.2. Атомная модель  1.2.3. Квантовые числа  1.2.4. Электронная конфигурация  1.2.5. Периодические тенденции  1.2.6. Изотопы и их применения  1.3. Химическая связь  1.3.1. Ионная связь  1.3.2. Ковалентные связи  1.3.3. Металлическая связь  1.3.4. Гибридизация  1.3.5. Молекулярная геометрия и теория ВЕСЗР  1.3.6. Полярность связи и дипольный момент  1.4. Стехиометрия  1.4.1. Понятие моль  1.4.2. Эмпирическая и молекулярная формула  1.4.3. Ограничивающий реагент и избыток реагента  1.4.4. Процентный выход и чистота  1.4.5. Расчет разведения  1.5. Состояния вещества  1.5.1. Газовые законы  1.5.2. Материя и межмолекулярные силы  1.5.3. Твёрдые тела и кристаллические структуры  1.5.4. Диаграмма фаз  1.5.5. Плазма и сверхкритическая жидкость  1.6. Химические реакции  1.6.1. Типы химических реакций  1.6.2. Балансировка химических уравнений  1.6.3. Термохимические реакции  1.6.4. Энергетические профили реакций  1.7. Растворы и смеси  1.7.1. Единицы измерения концентрации  1.7.2. Свойства синдрома  1.7.3. Растворимость и правила растворимости  1.7.4. Закон Генри и Закон Рауля  1.7.5. Partition coefficient  1.8. Химическое равновесие  1.8.1. Закон действия масс  1.8.2. Принцип Ле Шателье  1.8.3. Реакционный коэффициент  1.8.4. Чтобы воспользоваться этим онлайн-калькулятором для расчета константы равновесия, введите константу равновесия (Eq.) и нажмите кнопку расчета. Вот как можно объяснить расчет константы равновесия с заданными входными значениями -> 0.05 = 0.05/0.  1.8.5. Кислотно-щелочной баланс  1.9. Кислоты и основания  1.9.1. Определения Аррениуса, Брёнстеда–Лоури и Льюиса  1.9.2. pH и pOH  1.9.3. Титрование кислоты и основания  1.9.4. Буферный раствор  1.9.5. Кислотно-основной индикатор  1.9.6. Полипротные кислоты и основания  1.10. Электрохимия  1.10.1. Окислительно-восстановительные реакции  1.10.2. Гальванические и Электролитические Элементы  1.10.3. Уравнение Нернста  1.10.4. Электролиз  1.10.5. Законы электролиза Фарадея  1.11. Термодинамика  1.11.1. Законы термодинамики  1.11.2. Enthalpy, entropy and Gibbs free energy  1.11.3. Спонтанность реакций  1.11.4. Термодинамические циклы (закон Гесса, цикл Карно)  1.12. Кинетика  1.12.1. Закон скорости и порядок реакции  1.12.2. Энергия активации и катализаторы  1.12.3. Collision theory  1.12.4. Механизм реакции  1.12.5. Теория переходного состояния
  2. Органическая химия  2.1. Структура и взаимосвязь  2.1.1. Гибридизация в углеродных соединениях  2.1.2. Резонанс и ароматизация  2.1.3. Molecular orbitals  2.1.4. Индуктивные и мезомерные эффекты  2.2. Углеводороды  2.2.1. Углеводороды  2.2.2. Алкены  2.2.3. Алкины  2.2.4. Ароматические соединения  2.2.5. Циклоалканы и Конформация  2.3. Функциональная группа  2.3.1. Алкоголи и фенолы  2.3.2. Эфиры и эпоксиды  2.3.3. Альдегиды и кетоны  2.3.4. Карбоновые кислоты и их производные  2.3.5. Aмин  2.3.6. Сложные эфиры и амиды  2.3.7. Тиолы и сульфиды  2.4. Стереохимия  2.4.1. Изомерия в стереохимии  2.4.2. Хиральность и оптическая активность  2.4.3. Структурный анализ  2.4.4. Диастереомеры и энантиомеры  2.5.1. Реакции замещения  2.5.2. Реакции элиминирования  2.5.3. Реакции присоединения  2.5.4. Радикальные реакции  2.5.5. Реакции перегруппировки  2.5.6. Перицветные реакции  2.6. Спектроскопия и структурный анализ  2.6.1. Инфракрасная спектроскопия  2.6.2. Ядерный магнитный резонанс  2.6.3. Масс-спектрометрия  2.6.4. УФ-видимая спектроскопия  2.6.5. Рентгеновская кристаллография  2.7. Химия полимеров  2.7.1. Полимеры добавления и конденсации  2.7.2. Механизм полимеризации  2.7.3. Биоразлагаемый полимер  2.7.4. Проводящие и умные полимеры
  3. Неорганическая химия  3.1. Координационная химия  3.1.1. Лиганды и координационные соединения  3.1.2. Теория кристаллического поля  3.1.3. Теория молекулярных орбиталей в координационных соединениях  3.1.4. Искажение Яна–Тейлора  3.2. Main Group Chemistry  3.2.1. Щелочные и щелочноземельные металлы  3.2.2. Галогены и благородные газы  3.2.3. Переходные металлы и их комплексы  3.2.4. Лантаниды и актиниды  3.3. Solid state chemistry  3.3.1. Кристаллические решетки и элементарные ячейки  3.3.2. Дефекты в твердых телах  3.3.3. Электрические и магнитные свойства  3.3.4. Сверхпроводимость  3.4. Биоорганическая химия  3.4.1. Ионы металлов в биологии  3.4.2. Энзиматические реакции с металлами  3.4.3. Отравление металлами и детоксикация  3.4.4. Металлопротеины и Металлоэнзимы
  4. Физическая химия  4.1. Квантовая химия  4.1.1. Дуализм волны и частицы  4.1.2. Уравнение Шрёдингера  4.1.3. Квантовые числа и орбитали  4.1.4. Атомная и молекулярная спектроскопия  4.2. Statistical mechanics  4.2.1. Распределение Максвелла-Больцмана  4.2.2. Функции разложения  4.2.3. Статистика Бозе–Эйнштейна и Ферми–Дирака  4.3. Химическая термодинамика  4.3.1. Энергия Гиббса  4.3.2. Фазовый переход  4.3.3. Термодинамическая эффективность  4.4. Поверхностная химия  4.4.1. Абсорбция и катализ  4.4.2. Коллоиды и эмульсии
  5. Аналитическая химия  5.1. Classical methods  5.1.1. Гравиметрический анализ  5.1.2. титриметр  5.2. Инструментальные методы  5.2.1. Хроматография  5.2.2. Спектроскопия  5.2.3. Электроанализаторные методы  5.2.4. Рентгеновская дифракция
  6. Промышленная химия  6.1. Нефтехимия  6.2. Принципы химической инженерии  6.3. Зеленая химия  6.4. Фармацевтика и синтез лекарств
  7. Биохимия  7.1. Углеводы  7.2. Белки и ферменты  7.3. Липиды и мембраны  7.4. Нуклеиновые кислоты  7.5. Метаболизм и биоэнергетика  7.6. Кинетика и механизм ферментов

Студент бакалавриата → Неорганическая химия → Main Group Chemistry ↓


Переходные металлы и их комплексы


Переходные металлы, хотя и являются частью более широкой области неорганической химии, занимают особое место благодаря своим уникальным свойствам и широкому спектру применения. Эти металлы находятся в d-блоке периодической таблицы и известны способностью образовывать сложные соединения, яркие цвета и переменные степени окисления. Цель этого урока — исследовать увлекательный мир переходных металлов и их комплексов, включая примеры и иллюстрации для облегчения понимания.

Введение в переходные металлы

Переходные металлы — это элементы, которые находятся в группах 3-12 периодической таблицы, включая железо, медь, никель, хром и другие элементы. Эти металлы характеризуются наличием незавершенной d-подоболочки в одном или нескольких состояниях окисления. Некоторые ключевые характеристики переходных металлов включают:

  • Переменные состояния окисления: Переходные металлы могут проявлять различные состояния окисления, позволяя им участвовать в широком спектре химических реакций.
  • Образование комплексов: Они могут образовывать комплексные ионы связываясь с различными лигандами.
  • Цветные соединения: Из-за d-d электронного перехода, эти металлы часто образуют цветные соединения.
  • Магнитные свойства: Многие переходные металлы демонстрируют магнитные свойства благодаря наличию неспаренных d электронов.

Характеристики переходных металлов

Ниже приведен краткий обзор некоторых определяющих характеристик:

Переменные состояния окисления

Переходные металлы могут терять разное количество электронов, позволяя им переключаться между различными состояниями окисления. Например, железо может существовать в виде ионов Fe 2+ и Fe 3+.

Fe ⇒ Fe 2+ + 2e - Fe ⇒ Fe 3+ + 3e -

Образование комплексов

Переходные металлы имеют тенденцию образовывать координационные комплексы с лигандами. Лиганд — это молекула или ион, который может предоставлять пару электронов металлу. Некоторые распространенные лиганды включают воду, аммиак и ионы хлорида. Например, медь может образовывать комплекс с аммиаком:

[Cu(NH 3) 4 ] 2+

Цветные соединения

Одной из самых отличительных особенностей комплексов переходных металлов является их цвет. Цвета возникают из-за электронных переходов d электронов между различными уровнями энергии. Например, комплекс [Cu(NH 3) 4 ] 2+ имеет темно-синий цвет.

Cu(NH 3) 4

Магнетизм

Магнитные свойства переходных металлов обусловлены наличием неспаренных электронов. Например, железо, кобальт и никель известны своими ферромагнитными свойствами. Неспаренные d электроны выстраиваются в присутствии магнитного поля.

Комплексы переходных металлов

Комплексы переходных металлов содержат центральный ион металла, связанный с группой окружающих лигандов. Эти комплексы демонстрируют разнообразные геометрические расположения и характерные свойства.

Общая геометрия

  • Октаэдрическая: Шесть лигандов симметрично расположены вокруг центрального атома, с координационным числом шесть в общем случае. Пример: [Fe(CN) 6] 4-.
  • Тетраэдрическая: Четыре лиганда размещены в тетраэдрической форме, с обычно координационным числом четыре. Пример: [NiCl 4] 2-.
  • Квадратно-планарная: Четыре лиганда расположены на углах квадрата в одной плоскости. Пример: [PtCl 4] 2-.

Давайте представим себе октаэдрическую геометрию:

l l l l

Теория кристаллического поля

Теория кристаллического поля объясняет расщепление энергии d-орбиталей в комплексах переходных металлов. Присутствие лигандов изменяет уровни энергии d орбиталей, вызывая их расщепление. Для октаэдрических комплексов d орбитали расщепляются на два набора: t 2g и e g.

T2G e.g.

Это расщепление вызывает различное поглощение света, что приводит к наблюдаемым цветам комплексов.

Стабильность комплексов

Стабильность комплекса переходного металла зависит от различных факторов, таких как природа металла, лиганды и общая геометрия. Некоторые важные понятия включают:

  • Хелация: Образование нескольких связей между одним лигандом и металлическим центром увеличивает стабильность комплекса.
  • Энергия стабилизации кристаллического поля (CFSE): Стабилизация достигается за счет распределения электронов в расщепленных d орбиталях.
  • Изменение энтропии/энтальпии: Термодинамические параметры, которые определяют формирование и устойчивость комплексов.

Применение переходных металлов и комплексов

Понимание переходных металлов и их комплексов привело к многочисленным применениям в различных отраслях:

Катализ

Переходные металлы важны в каталитических процессах. Они предоставляют активные центры для химических реакций и используются как в гомогенном, так и в гетерогенном катализе. Примером этого служит каталитическая роль железа в процессе Габера для получения аммиака.

Биологическое значение

Многие биологические процессы зависят от комплексов переходных металлов. Гемоглобин, комплекс железа, важен для транспортировки кислорода в крови. Другие примеры включают хлорофилл (магниевый комплекс) и витамин B12 (кобальтовый комплекс).

Физика

Переходные металлы необходимые для разработки новых материалов с уникальными свойствами, таких как сверхпроводники, магниты и сплавы.

Медицинские приложения

Комплексы переходных металлов используются в медицинской диагностике и лечении. Цисплатин, платиновый комплекс, широко используется в терапии рака.

Заключение

Переходные металлы и их комплексы играют важные роли как в химии, так и в повседневной жизни. От красочных соединений до важнейших биологических процессов, универсальность этих металлов продолжает вдохновлять как исследования, так и промышленность. Понимание их свойств и поведения предоставляет ценную информацию о фундаментальных механизмах химии и ее применений. Через этот урок мы изучили свойства, поведение и разнообразные роли переходных металлов и их комплексов.


Студент бакалавриата → 3.2.3


U
username
0%
завершено в Студент бакалавриата

← Предыдущий (3.2.2)
Галогены и благородные газы
Следующий (3.2.4) →
Лантаниды и актиниды

Комментарии 



Переходные металлы и их комплексы

https://www.chemistryelite.com/ug/3.2.3?ceal=ru