Краски с переходными металлами в водном растворе

Переходные металлы образуют окрашенные ионы, комплексы и соединения в водном растворе. Характерные цвета полезны при выполнении качественного анализа для определения состава образца. Цвета также отражают интересный химический состав переходных металлов.

Переходные металлы и цветные комплексы

Переходный металл – это металл, который образует стабильные ионы с не полностью заполненными d орбиталями. Согласно этому определению, технически не все элементы d-блока периодической таблицы являются переходными металлами. Например, цинк и скандий не являются переходными металлами по этому определению, потому что Zn ²⁺ имеет полный d-уровень, а Sc ³⁺ не имеет d-электронов. .

Типичный переходный металл имеет несколько возможных степеней окисления, потому что он имеет частично заполненную d-орбиталь. Когда переходные металлы связываются с еще одной нейтральной или отрицательно заряженной разновидностью неметаллов (лигандами), они образуют так называемые комплексы переходных металлов. Другой способ взглянуть на сложный ион – это как химический элемент с ионом металла в центре и другими ионами или молекулами, окружающими его. Лиганд присоединяется к центральному иону дативной ковалентной или координационной связью. Примеры обычных лигандов включают воду, ионы хлорида и аммиак.

Energy Gap

Когда образуется комплекс, форма d-орбиталь изменяется, потому что некоторые из них ближе к лиганду, чем другие: некоторые d-орбитали переходят в состояние с более высокой энергией, чем раньше, в то время как другие переходят в состояние с более низкой энергией. Это образует энергетический зазор. Электроны могут поглощать фотон света и переходить из состояния с более низкой энергией в состояние с более высокой энергией. Длина волны поглощаемого фотона зависит от размера запрещенной зоны. (Вот почему расщепление s- и p-орбиталей, хотя и происходит, но не приводит к образованию цветных комплексов. Эти промежутки поглощают ультрафиолетовый свет и не влияют на цвет в видимом спектре.)

Непоглощенные длины волн света проходят через комплекс. Часть света также отражается от молекулы. Комбинация поглощения, отражения и пропускания дает видимые цвета комплексов.

Переходные металлы могут иметь более одного цвета

Разные элементы могут отличаться друг от друга по цвету. Кроме того, разные заряды одного переходного металла могут иметь разные цвета. Другой фактор – химический состав лиганда. Один и тот же заряд на ионе металла может давать другой цвет в зависимости от лиганда, который он связывает..

Цвет ионов переходных металлов в водном растворе

Цвета иона переходного металла зависят от его состояния в химическом растворе , но некоторые цвета полезно знать (особенно если вы принимаете AP Chemistry):