Overgangsmetalen zijn verschillende metalen elementen zoals chroom, ijzer en nikkel met valentie-elektronen in twee schillen in plaats van slechts één. Een valentie-elektron verwijst naar een enkel elektron dat verantwoordelijk is voor de chemische eigenschappen van het atoom. Overgangsmetalen zijn goede metaalkatalysatoren omdat ze gemakkelijk lenen en elektronen uit andere moleculen halen. Een katalysator is een chemische stof die, wanneer toegevoegd aan een chemische reactie, de thermodynamica van een reactie niet beïnvloedt, maar de reactiesnelheid verhoogt.

Effect van katalysatoren

Katalysatoren werken op basis van katalytische routes in de reactie. Ze verhogen de frequentie van botsingen tussen reactanten, maar veranderen hun fysische of chemische eigenschappen niet. Katalysatoren beïnvloeden de reactiesnelheid zonder de thermodynamica te beïnvloeden. Katalysatoren verschaffen aldus een alternatief, lager energetisch pad voor de reactie die plaats vindt. Een katalysator beïnvloedt de overgangstoestand van een reactie door de overgangstoestand een minder energieactiveringspad te bieden.

Overgangsmetalen

Overgangsmetalen worden vaak verward met "d-blok" metalen in de periodiek systeem. Hoewel overgangsmetalen behoren tot het d-blok van het periodiek systeem van de elementen, kunnen niet alle metalen met d-blok overgangsmetalen worden genoemd. Scandium en zink zijn bijvoorbeeld geen overgangsmetalen, hoewel het d-blokelementen zijn. Een d-blokelement moet een overgangsmetaal zijn en moet een onvolledig gevulde d-orbitaal bevatten.

Waarom overgangsmetalen goede katalysatoren zijn

De belangrijkste reden waarom overgangsmetalen goede katalysatoren zijn dat ze elektronen kunnen lenen of elektronen uit het reagens kunnen onttrekken, afhankelijk van de aard van de reactie. Het vermogen van overgangsmetalen om in verschillende oxidatietoestanden te verkeren, het vermogen om te wisselen tussen de oxidatietoestanden en het vermogen om complexen te vormen met de reagentia en een goede bron te zijn voor elektronen, maken overgangsmetalen tot goede katalysatoren.

Transitie Metalen als Electron Accepter en Donor

Het scandiumion Sc3 + heeft geen d-elektronen en is geen overgangsmetaal. Het zinkion, Zn2 +, heeft een volledig gevulde d-orbitaal en is dus geen overgangsmetaal. Overgangsmetalen moeten d-elektronen over hebben en ze hebben variabele en uitwisselbare oxidatietoestanden. Koper is een ideaal voorbeeld van een overgangsmetaal met zijn variabele oxidatietoestanden Cu2 + en Cu3 +. Het onvolledige d-orbitaal zorgt ervoor dat het metaal de uitwisseling van elektronen mogelijk maakt. Overgangsmetalen kunnen zowel gemakkelijk elektronen geven en accepteren, waardoor ze als katalysatoren gunstig zijn. De oxidatietoestand van een metaal verwijst naar het vermogen van het metaal om chemische bindingen te vormen.

Werking van overgangsmetalen

Overgangsmetalen werken door complexen te vormen met het reagens. Als de overgangstoestand van de reactie elektronen vereist, ondergaan de overgangsmetalen in de metaalcomplexen oxidatie- of reductiereacties om elektronen toe te voeren. Als er een overmatige opbouw van elektronen is, kunnen de overgangsmetalen de overmatige elektronendichtheid vasthouden, waardoor de reactie kan helpen voorkomen. De eigenschap van overgangsmetalen om goede katalysatoren te zijn, hangt ook af van de absorptie- of adsorptie-eigenschappen van het metaal en het overgangsmetaalcomplex.