Övergångsmetallfärger i vattenlösning

Övergångsmetallerna bildar färgade joner, komplex och föreningar i vattenlösning. De karakteristiska färgerna är användbara när du utför en kvalitativ analys för att identifiera ett provs sammansättning. Färgerna återspeglar också intressant kemi som förekommer i övergångsmetaller.

Övergångsmetaller och färgade komplex

En övergångsmetall är en som bildar stabila joner som ofullständigt har fyllts d orbitaler. Enligt denna definition är tekniskt inte alla d-blockelementen i det periodiska systemet övergångsmetaller. Till exempel är zink och skandium inte övergångsmetaller enligt denna definition eftersom Zn²⁺ har en full d-nivå, medan Sc³⁺ har inga d-elektroner.

En typisk övergångsmetall har mer än ett möjligt oxidationstillstånd eftersom den har en delvis fylld d orbital. När övergångsmetaller binds till en mer neutral eller negativt laddad icke-metalsort (ligander), bildar de vad som kallas övergångsmetallkomplex. Ett annat sätt att titta på en komplex jon är som en kemisk art med en metalljon i mitten och andra joner eller molekyler som omger den. Liganden fäster vid den centrala jonen genom dativ kovalent eller koordinatbindning. Exempel på vanliga ligander inkluderar vatten, kloridjoner och ammoniak.

Energy Gap

När ett komplex bildas, förändras d-banans form eftersom vissa är närmare liganden än andra: Vissa d-orbitaler rör sig till ett högre energitillstånd än tidigare, medan andra rör sig till ett lägre energitillstånd. Detta bildar ett energigap. Elektroner kan absorbera en foton av ljus och flytta från ett lägre energitillstånd till ett högre tillstånd. Våglängden för fotonen som absorberas beror på storleken på energigapet. (Detta är anledningen till att splittring av s och p-orbitaler, medan det inträffar, inte ger färgade komplex. Dessa luckor skulle absorbera ultraviolett ljus och inte påverka färgen i det synliga spektrumet.)

Oabsorberade våglängder för ljus passerar genom ett komplex. Viss ljus reflekteras också tillbaka från en molekyl. Kombinationen av absorption, reflektion och transmission resulterar i de synliga färgerna på komplexen.

Övergångsmetaller kan ha mer än en färg

Olika element kan producera olika färger från varandra. Olika laddningar av en övergångsmetall kan också resultera i olika färger. En annan faktor är den kemiska sammansättningen av liganden. Samma laddning på en metalljon kan ge en annan färg beroende på liganden den binder.

Färg på övergångsmetalljoner i vattenlösning

Färgerna på en övergångsmetalljon beror på dess förhållanden i en kemisk lösning, men vissa färger är bra att veta (särskilt om du tar AP-kemi):

Transition Metal Ion	Färg
Co2+	rosa
Cu2+	blå grön
fe2+	olivgrön
Ni2+	ljusgrön
fe3+	brun till gul
CrO42-	orange
cr2O72-	gul
Ti3+	lila
cr3+	violett
mn2+	blek rosa
Zn2+	färglös

Ett relaterat fenomen är emissionsspektra för övergångsmetallsalter, som används för att identifiera dem i lågtestet.