A periódusos rendszer – az átmenetifémek

Legutóbbi videónkban bemutattuk, hogyan rendezhetők az elemek a periódusos rendszer csoportjaiba, és az átmenetifémeknél hagytuk abba. Az átmenetifémeknek kétféle meghatározása létezik. Az egyik szerint, amikor néhány tanár azt mondja, hogy átmenetifém, akkor a 3-12. csoportok elemeiről beszél. Ők tehát az összes, d mezőbe tartozó elemet átmenetifémnek tekintik. Most tehát a d pályákról beszélünk, így ehhez a videóhoz meg kell ismernünk az elektronszerkezeteket is. Ez az egyik definíciója az átmenetifémeknek, ám ez néha egy kicsit túl általános. Létezik egy másik definíció, amely az IUPAC weboldalán található. Az IUPAC a Nemzetközi Elméleti és Alkalmazott Kémiai Szövetség angol nevének rövidítése. Az ő meghatározásuk szerint az átmenetifémek olyan elemek, amelyek atomjaiban telítetlen d alhéj található. A d pályákról már tudjuk, hogy 5 van belőlük, és ezek mindegyikén legfeljebb 2 elektron lehet. 5-ször 2 az 10. Tehát maximum 10 elektron lehet a d pályákon, vagyis egy d alhéjon. Számoljunk el tízig a periódusos rendszer d mezőjében vízszintesen lépkedve: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 a d-mezőben. Írjuk fel egy átmenetifém elektronszerkezetét, és lássuk, miként feleltethető meg az IUPAC definíciójának. Írjuk fel a vas elektronszerkezetét. Ez itt a vas. Az elektronszerkezet felírásakor a nemesgázszerkezetet rövidítve szeretném jelölni. Feltételezem, hogy ezt a módszert már ismered, így nem fogok róla sokat beszélni. A nemesgázszerkezet felírásához az argonhoz fordulok, ami a vas előtti nemesgáz. Az argon vegyjelét szögletes zárójelbe teszem, ily módon rögtön a negyedik energiaszintre jutunk, azaz a periódusos rendszer negyedik periódusába. Ekkor a periódusos rendszerre tekintve látható, hogy a 4s1 majd a 4s2 jelű elektronok következnek, ezért ideírhatjuk, hogy 4s2. Ezzel el is jutottunk a d pályákig. Ismét a periódusos rendszerre tekintve, felírjuk az elektronszerkezetet, 1, 2, 3, 4, 5, 6 elektron. Ennek a jelölése 3d6. Ezt felírhatnám 3d6 4s2 sorrendben is. Jelen esetben mindkét sorrendet helyesnek tekintjük. Ebben a videóban nem foglalkozunk azzal, hogy milyen sorrendben töltődnek fel a pályák. Erre majd visszatérünk egy másik videóban. Ebben a videóban csak a definíciókkal és a periódusos rendszer elemeinek azonosításával foglalkozunk. Tehát mindkét elektronszerkezetet helyesnek tekintjük. Az elektronszerkezetben lévő d pályákra tekintve látható, hogy a d pályákon összesen 6 elektron van. Nos, ezt nevezzük telítetlen alhéjnak, mivel ezeken a d pályákon összesen 10 elektron férne el. A vas tehát példa azokra az elemekre, amelyek atomjaiban telítetlen d alhéj található. A vas tehát átmenetifém. Írjuk fel a cink elektronszerkezetét. Keressük meg a cinket a periódusos rendszerben. A cink elektronszerkezetét felírva, ismét a cink előtt elhelyezkedő nemesgázra, az argonra hivatkozunk, úgyhogy ideírom szögletes zárójelben az argon vegyjelét. Ezzel ismét a negyedik energiaszintre jutunk. Tehát 4s1 és 4s2. Megszámolom a d elektronokat: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 és 10. Ennek jelölése 3d10. Ismét felírhattam volna az argon utáni részt 3d10 4s2 sorrendben is. Ez most nem számít. Idézzük fel most azt a definíciót, amely szerint az átmenetifém olyan elemet jelent, amelynek atomjaiban telítetlen d alhéj van. Nos, a cink d pályáira nézve látható, hogy azok teljesen telítettek. A d pályákon 10 elektron van, tehát ez telített d alhéj. Ez ellentmond annak a definíciónak, amelyet az átmenetifémekre alkalmaztunk. A definíció viszont a kationokról is szót ejt. Gondoljuk tehát végig, hogy a cink milyen kationt képez. Kétszeresen pozitív cinkionná alakul. A kétszeresen pozitív cinkion elektronszerkezetének felírásához át kell gondolnunk, hogy melyik két elektronját adja le a cink. Tehát amikor egy semleges cinkatom átalakul kétszeresen pozitív cinkionná, le kell adnia két elektront. Nos, már tudjuk, hogy ez a két elektron a 4s pályáról szakad le. Az elektronszerkezetéből ezt a két elektront veszíti el és megmarad a 3d10. Ez ismét olyan kation, amelyben telített a d alhéj. A d pályák teljesen telítettek, azaz a kationnak nincs telítetlen d alhéja, ami ellentmond az IUPAC által felállított definíciónak, amelyet az átmenetifémekre alkalmazunk. Tehát kétféle megközelítési mód létezik. Az egyik, nagyon általánosan fogalmazva, azt mondja, hogy az átmenetifémek a 3.-12. csoport elemei. míg mások, kissé precízebb definíciót alkalmazva, az IUPAC szellemét követik. Jó tudni, hogy kétféle megközelítés is létezik.