ธาตุแทรนซิชัน

สมบัติของธาตุแทรนซิชัน

ธาตุแทรนซิชันมีสมบัติคล้ายคลึงกันทั้งในแนวนอนและแนวดิ่ง  ซึ่งทุกธาตุต่างเป็นพวกโลหะ  แต่มีความแตกต่างจากโลหะหมู่  IA  และหมู่  IIA  หลายประการดังนี้

1. ธาตุแทรนซิชัน  เป็นโลหะซึ่งส่วนใหญ่มีจุดหลอมเหลว  จุดเดือด  และความหนาแน่นสูง

2. เวเลนต์อิเล็กตรอนของธาตุแทรนซิชันในคาบที่  4  เท่ากับ  2  ยกเว้นโครเมียม  กับทองแดง  ซึ่งมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนเท่ากับ  1

3. อิเล็กตรอนในระดับพลังงานถัดเข้ามานับจากระดับพลังงานของเวเลนซ์อิเล็กตรอน  ส่วนใหญ่มีจำนวนไม่เท่ากัน  ส่วนของธาตุหมู่   IA  และหมู่  IIA  ในคาบเดียวกันมีจำนวนอิเล็กตรอนในระดับพลังงานถัดเข้ามาเท่ากับ  8

4. รัศมีอะตอมมีขนาดใกล้เคียงกันและมีแนวโน้มลดลงเมื่อเลขอะตอมเพิ่มขึ้นตามคาบ

5. ความหนาแน่นมีแนวโน้มเพิ่มขึ้นตามคาบ

6. ธาตุแทรนซิชันมีสมบัติคล้ายคลึงกันตามคาบมากกว่าธาตุอื่นๆ  ในตารางธาตุ

นอกจากสมบัติที่ธาตุแทรนซิชันแตกต่างจากโลหะหมู่  IA  และหมู่  IIA  แล้ว  ธาตุแทรนซิชันยังมีสมบัติพิเศษที่เด่นชัดอีกหลายประการ  ดังนี้

1. โลหะแทรนซิชันเป็นตัวนำไฟฟ้าและนำความร้อนที่ดี  โดยเฉพาะอย่างยิ่งธาตุในหมู่  IB  คือ  ทองแดง  เงิน  และทอง

2. รัศมีอะตอมของธาตุแทรนซิชันโดยทั่วไปมีขนาดลดลงเมื่อเลขอะตอมเพิ่มขึ้น  แต่รัศมีอะตอมของธาตุต่างๆ  จากโครเมียม  (Cr)  ถึงทองแดง   (Cu)  มีขนาดใกล้เคียงกันมาก  ทั้งนี้เนื่องจากแม้ว่าธาตุในแถวเดียวกันจะมีประจุในนิวเคลียสเพิ่มขึ้นซึ่งทำให้หมอกอิเล็กตรอนเล็กลงก็ตาม  แต่อิเล็กตรอนในระดับพลังงานย่อยมีจำนวนมากขึ้นและมีแรงต้านกับการหดขนาดของหมอกอิเล็กตรอน  จึงทำให้ขนาดอะตอมของธาตุแทรนซิชันไม่ค่อยเปลี่ยนแปลงมากนัก  และจะลดลงอย่างช้า ๆ เท่านั้น

3. พลังงานไอออไนเซชันลำดับที่  1  ที่เปลี่ยนแปลงอย่างไม่สม่ำเสมอเป็นผลจากการต้านกันระหว่างประจุของนิวเคลียสที่เพิ่มขึ้น  กับการเพิ่มอิเล็กตรอนในระดับพลังงานย่อย

4. มีเลขออกซิเดชันได้หลายค่า  ยกเว้น  IIIB  และหมู่  IIB  ซึ่งเกิดสารประกอบที่มีเลขออกซิเดชัน  +3  และ  +2  ตามลำดับ  ส่วนธาตุแทรนซิชันอื่น ๆ สามารถแสดงเลขออกซิเดชันร่วมกันเป็นอย่างน้อย

5. สารประกอบส่วนมากของธาตุแทรนซิชันมีสี  (ยกเว้นหมู่  IIIB)

6. มีแนวโน้มเกิดสารประกอบเชิงซ้อน (Complex  compounds)   ได้ง่ายกว่าธาตุหมู่  IA  และหมู่  IIA

 สารประกอบธาตุแทรนซิชัน

สารเคมี เช่น KMnO4 และ CuSO4 เป็นสารประกอบของธาตุแทรนซิชัน สารประกอบของธาตุในกลุ่มนี้แตกต่างจากสารประกอบของโลหะในกลุ่ม A อย่างไร จากการศึกษาสารประกอบของโครเมียมและแมงกานีสจะได้ดังนี้จากผลการทดลอง ทำให้ทราบว่าโครเมียมและแมงกานีสมีเลขออกซิเดชันได้หลายค่า นอกจากนี้สารประกอบของทั้งโครเมียมและแมงกานีสที่มีเลขออกซิเดชันแตกต่างกันจะมีสีแตกต่างกันด้วย เช่นโครเมียมที่มีเลขออกซิเดชัน +2 และ +3 จะมีสีฟ้าและเขียวตามลำดับ ส่วนแมงกานีสที่มีเลขออกซิเดชัน+3 +6 และ +7 จะมีสีน้ำตาล สีเขียว และสีม่วงแดงตามลำดับ และจะพบว่าโครเมียมเกิดเป็นไอออนที่มีประจุได้ตั้งแต่ +1 ถึง +6 โดยที่การเกิดเป็น Cr+ อะตอมจะเสีย 1 อิเล็กตรอนในระดับพลังงานนอกสุดก่อนคือ 4s เมื่อเกิดเป็นไอออนที่มีประจุสูงขึ้น อะตอมจะเสียอิเล็กตรอนเพิ่มขึ้นซึ่งเป็นอิเล็กตรอนที่อยู่ในระดับพลังงาน 3d การที่โครเมียมสามารถให้อิเล็กตรอนในระดับพลังงานที่ถัดเข้าไปจากระดับพลังงานนอกสุดและเกิดเป็นไอออนที่เสถียร ทำให้โครเมียมมีเลขออกซิเดชันได้หลายค่า ธาตุแทรนซิชันอื่น ๆ ก็สามารถให้อิเล็กตรอนในลักษณะเดียวกับโครเมียมและมีเลขออกซิเดชันได้หลายค่าจึงเกิดสารประกอบได้หลายชนิด
          ตารางแสดงสีของไอออนของธาตุ  Mn และ  Cr

สารประกอบเชิงซ้อนธาตุแทรนซิชัน

สารประกอบของธาตุแทรนซิชันชนิดต่างๆ เช่น KMnO₄ ประกอบด้วย K⁺ และ MnO₄^- ส่วน K₃Fe(CN)₆ ประกอบด้วย K⁺ และ Fe(CN)₆^3- ทั้ง MnO₄^- และ Fe(CN)₆^3- จัดเป็นไอออนเชิงซ้อนที่มาตุแทรนซิชันเป็นอะตอมกลางและยึดเหนี่ยวกับอะตอมหรือไอออนอื่นๆ ที่มาล้อมรอบด้วยพันธะโคออร์ดิเนตโคเวเลนต์
         สารประกอบที่ประกอบด้วยไอออนเชิงซ้อนจัดเป็นสารประอบเชิงซ้อน ธาตุแทรนซิชันส่วนใหญ่จะเกิดเป็นสารประกอบเชิงซ้อนที่มีสีต่างๆ จากการทดลองเมื่อเติมสารละลายแอมโมเนียเข้มข้นลงในสารละลายคอปเปอร์(II)   ซัลเฟต จะเกิดตะกอนสีครามของเตตระแอมมีนคอปเปอร์ (II)ซัลเฟตมอนอไฮเดรต โดยมีสูตรเป็น Cu(NH₃)₄SO₄*H₂O ซึ่งแตกต่างจากสารตั้งต้นที่มีสีฟ้า
         เมื่อเก็บผลึกของ Cu(NH₃)₄SO₄*H₂O ไว้ 1 คืน สีของผลึกจะเปลี่ยนเป็นสีเขียวแกมฟ้า เนื่องจากผลึกนี้สลายตัวให้น้ำและแอมโมเนียออกมาอย่างละ 1 โมเลกุลเกิดเป็น Cu(NH₃)₃SO₄
           ถ้าพิจารณาเลขออกซิเดชันของทองแดงในสารประกอบทั้งสามชนิดจะพบว่ามีค่า +2 เท่ากัน แต่ชนิดและจำนวนโมเลกุลของสารที่มาล้อมรอบคอปเปอร์ (II) ไอออนแตกต่างกัน จากข้อมูลให้มีความรู้ว่าธาตุแทรนซิชันชนิดหนึ่งๆ อาจเกิดเป็นสารประกอบที่มาตุองค์ประกอบเหมือนกันได้มากกว่าหนึ่งชนิด สารประกอบแต่ละชนิดมีสีแตกต่างกันซึ่งขึ้นอยู่กับเลขออกซิเดชันของธาตุแทรนซิชัน ชนิดและจำนวนโมเลกุลหรือไอออนที่ล้อมรอบธาตุแทรนซิชันนั้น