Στοιχεία μετάπτωσης

Στην προηγούμενη ενότητα παρατηρήσαμε την περιοδική μεταβολή στην οποία υπόκεινται ορισμένες ιδιότητες των στοιχείων της 2ης και 3ης περιόδου. Οι δύο αυτοί περίοδοι περιέχουν αποκλειστικά και μόνο στοιχεία του s και p τομέα. Στην 4η, όμως, περίοδο εκτός από τα στοιχεία του τομέα s και p υπάρχουν και τα στοιχεία του d τομέα. Αν επικεντρωθούμε στις ιδιότητες των στοιχείων του τομέα d, παρατηρούμε ότι δεν παρουσιάζονται μεγάλες διαφορές μεταξύ των ιδιοτήτων τους. Αυτό συμβαίνει, γιατί κατά τη ηλεκτρονιακή δόμηση των στοιχείων αυτών, το τελευταίο ηλεκτρόνιο εισέρχεται σε εσωτερική υποστιβάδα, δηλαδή στην 3d, ενώ η 4η στιβάδα σε όλα σχεδόν αυτά τα στοιχεία παραμένει με δύο ηλεκτρόνια. Τα στοιχεία αυτά ονομάζονται στοιχεία μετάπτωσης. Δηλαδή,

- Στοιχεία μετάπτωσης είναι τα στοιχεία που καταλαμβάνουν τον τομέα d του περιοδικού πίνακα.

Τα στοιχεία μετάπτωσης, που παρουσιάζουν ενδιαφέρον, βρίσκονται σε τρεις περιόδους και έτσι δημιουργούνται αντίστοιχα, οι τρεις σειρές των στοιχείων μετάπτωσης. 1η σειρά: στοιχεία 4ης περιόδου 2η σειρά: στοιχεία 5ης περιόδου 3η σειρά: στοιχεία 6ης περιόδου Στα στοιχεία της 1ης σειράς (4ης περιόδου) γίνεται πλήρωση της 3d υποστιβάδας (η υποστιβάδα 4s είναι ήδη συμπληρωμένη γιατί έχει μικρότερη ενέργεια). Αναλογικά, στη 2η σειρά πληρώνεται η 4d υποστιβάδα, ενώ η 5s είναι συμπληρωμένη. Επίσης στη 3η σειρά πληρώνεται η 5d υποστιβάδα, ενώ η 6s είναι συμπληρωμένη

Παλιότερα ονόμαζαν στοιχεία μετάπτωσης όλα τα στοιχεία του τομέα d και του τομέα f. Σήμερα έχει καθιερωθεί να ονομάζουμε στοιχεία μετάπτωσης αποκλειστικά τα στοιχεία του τομέα d.Τα στοιχεία του τομέα f της 6ης περιόδου ονομάζονται λανθανίδες από το όνομα του πρώτου από αυτά που είναι το λανθάνιο (57La) και τα στοιχεία του τομέα f της 7ης περιόδου ονομάζονται ακτινίδες από το όνομα του πρώτου από αυτά που είναι το ακτίνιο (89Ac).

ΣΧΗΜΑ 1.7 Τα στοιχεία μετάπτωσης βρίσκονται ανάμεσα στους τομείς s και p γι’ αυτό και οι ιδιότητες τους βρίσκονται μεταξύ των ιδιοτήτων των δύο αυτών τομέων.

Τα στοιχεία μετάπτωσης, αν και ανήκουν σε διαφορετικές ομάδες, έχουν πολλές κοινές ιδιότητες, που συνοψίζονται παρακάτω: -έχουν μεταλλικό χαρακτήρα -έχουν πολλούς αριθμούς οξείδωσης -είναι παραμαγνητικά -σχηματίζουν σύμπλοκα ιόντα -σχηματίζουν έγχρωμες ενώσεις -έχουν την ικανότητα να καταλύουν αντιδράσεις

Οι ηλεκτρονιακές δομές και οι αριθμοί οξείδωσης των στοιχείων της 1ης σειράς παρουσιάζονται στους παρακάτω πίνακες.

ΠΙΝΑΚΑΣ1.6 Ηλεκτρονιακή δομή της 1ης σειράς των στοιχείων μετάπτωσης. 21Sc - 1s2 2s2 2p63s2 3p6 - 3d1 - 4s2 22Ti - [Ar] - 3d2 - 4s2 23V - [Ar] - 3d3 - 4s2 24Cr - [Ar] - 3d5 - 4s1 25Mn - [Ar] - 3d5 - 4s2 26Fe - [Ar] - 3d6 - 4s2 27Co - [Ar] - 3d7 - 4s2 28Ni - [Ar] - 3d8 - 4s2 29Cu - [Ar] - 3d10 - 4s1 30Zn - [Ar] - 3d10 - 4s2

ΠΙΝΑΚΑΣ1.7 Αριθμοί οξείδωσης της 1ης σειράς των στοιχείων μετάπτωσης. Sc - Ti - V - Cr - Mn - Fe - Co - Ni - Cu - Zn - - - - - - - - +1 - - - +2 - +2 - +2 - +2 - +2 - +2 - +2 - +2 +3 - +3 - +3 - +3 - +3 - +3 - +3 - +3 - +3 - - +4 - +4 - - +4 - - - - - - - +5 - - - - - - - - - - +6 - +6 - - - - - - - - - +7 - - - - -

Παραμαγνητικές ουσίες είναι αυτές που έλκονται από το μαγνητικό πεδίο. Τα άτομα ή ιόντα αυτών των ουσιών περιέχουν ένα ή περισσότερα μονήρη (μοναχικά) ηλεκτρόνια. Να παρατηρήσετε ότι, η ηλεκτρονιακή δομή του Cr και Zn παρουσιάζει μια ιδιομορφία. Δηλαδή, η υποστιβάδα 4s χάνει ένα ηλεκτρόνιο και μένει με ένα μονήρες ηλεκτρόνιο. Αυτό συμβαίνει όταν η υποστιβάδα 3d είναι ημισυμπληρωμένη (με 5 ηλεκτρόνια) ή συμπληρωμένη (με 10 ηλεκτρόνια), καθώς η εικόνα αυτή παρουσιάζει τη μεγίστη σταθερότητα. Πολλοί θεωρούν ότι το Sc και ο Zn καταχρηστικά ονομάζονται στοιχεία μετάπτωσης, γιατί έχουν ένα μόνο αριθμό οξείδωσης και δε σχηματίζουν άλατα με χαρακτηριστικά χρώματα.