Overgangsmetalfarver i vandig opløsning

Det overgangsmetaller danner farvede ioner, komplekser og forbindelser i vandig opløsning. De karakteristiske farver er nyttige, når du udfører a kvalitativ analyse at identificere sammensætningen af ​​en prøve. Farverne afspejler også interessant kemi, der forekommer i overgangsmetaller.

Et overgangsmetal er et, der danner stabile ioner, der er ufuldstændigt fyldt d orbitaler. Ved denne definition er teknisk set ikke alle d-blokelementer i det periodiske system overgangsmetaller. For eksempel er zink og skandium ikke overgangsmetaller ved denne definition, fordi Zn²⁺ har et fuldt d-niveau, mens Sc³⁺ har ingen d-elektroner.

Et typisk overgangsmetal har mere end en mulig oxidationstilstand, fordi det har en delvist fyldt orbital. Når overgangsmetaller binder til en mere neutral eller negativt ladet ikke-metallisk art (ligander), danner de, hvad der kaldes overgangsmetalkomplekser. En anden måde at se på en kompleks ion er som en kemisk art med en metalion i midten og andre ioner eller molekyler der omgiver den. Liganden fastgøres til den centrale ion ved

Når et kompleks dannes, ændres d-orbitalens form, fordi nogle er tættere på liganden end andre: Nogle orbitaler bevæger sig i en højere energitilstand end før, mens andre flytter til en lavere energi stat. Dette danner et energigap. Elektroner kan absorbere en foton af lys og bevæge sig fra en lavere energitilstand til en højere tilstand. Bølgelængden af ​​det foton, der absorberes, afhænger af størrelsen på energigabet. (Dette er grunden til, at opdeling af s og p orbitaler, mens det forekommer, ikke producerer farvede komplekser. Disse huller ville absorbere ultraviolet lys og ikke påvirke farven i det synlige spektrum.)

Uabsorberede bølgelængder af lys passerer gennem et kompleks. Noget lys reflekteres også tilbage fra et molekyle. Kombinationen af ​​absorption, reflektion og transmission resulterer i kompleksernes tilsyneladende farver.

Forskellige elementer kan producere forskellige farver fra hinanden. Forskellige ladninger af et overgangsmetal kan også resultere i forskellige farver. En anden faktor er den kemiske sammensætning af liganden. Den samme ladning på en metalion kan producere en anden farve afhængigt af liganden, den binder.

Farverne på en overgangsmetalion afhænger af dens forhold i en kemisk opløsning, men nogle farver er gode at vide (især hvis du tager AP-kemi):

Et relateret fænomen er emissionsspektre for overgangsmetalsalte, der bruges til at identificere dem i flamme test.