2.5ธาตุแทรนซิชัน

2.5ธาตุแทรนซิชัน

  ธาตุแทรนซิชัน (transition  element)  หมายถึง  ธาตุหมู่ B  ที่อยู่ระหว่างหมู่ธาตุ  IIA และ  IIIA  โดยธาตุแทรนซิชันมีอิเล็กตรอนบรรจุใน  d หรือ  f-ออร์บิทัลไม่เต็ม  ได้แก่ ธาตุ d  และกลุ่ม  f  ในตารางธาตุ  ธาตุแทรนซิชันมีการแบ่งเป็นหมู่ได้  8  หมู่เช่นเดียวกันธาตุ A เริ่มจากหมู่  IIIB,  IVB,  VB, VIB, VIIB, VIIIB, IB และ  IIB ธาตุหมู่  IIB  (Zn, Cd, Hg) มีอิเล็กตรอนบรรจุเต็มใน  d-ออร์บิทัล

1.  ธาตุแทรนซิชันหลัก  (main  transition) คือ ธาตุแทรนซิชันที่มีการบรรจุอิเล็กตรอนใน d-ออร์บิทัล

2.  ธาตุแทรนซิชันชั้นใน (inner  transition)  คือ ธาตุแทรนซิชันที่มีการบรรจุอิเล็กตรอนที่ f-ออร์บิทัล

สมบัติของธาตุแทรนซิชัน

            สมบัติของธาตุแทรนซิชันสรุปได้ดังนี้

            1. มีเวเลนซ์อิเล็กตรอนเท่ากับ 2 ยกเว้นธาตุ Cr และ Cu มีเวเลนซ์อิเล็กตรอนเท่ากับ 1 โดยการบรรจุอิเล็กตรอนในสองระดับ  พลังงานสุดท้ายควรเป็น 4s²3d⁴ และ 4s²3d9 ตามลำดับ แต่ปรากฏว่าเป็น 4s¹3d⁵ และ 4s¹3d¹⁰  เพราะการบรรจุอิเล็กตรอนแบบหลังจะทำให้อิเล็กตรอนใน  s-ออร์บิทัลเป็นแบบการบรรจุครึ่ง  ส่วนใน d-ออร์บิทัลของ  Cr  เป็นการบรรจุครึ่ง  และในd-ออร์บิทัลของ Cu  เป็นแบบการบรรจุเต็ม  ซึ่งจะทำให้อะตอมมีความเสถียรมากกว่า

            2.  อิเล็กตรอนในระดับพลังงานหลัก (n) ถัดจากเวเลนซ์อิเล็กตรอนเข้าไป  จะมีจำนวนไม่เท่ากัน

            3. มีสมบัติเป็นโลหะ เป็นตัวนำไฟฟ้าและความร้อนที่ดี  โดย  Ag เป็นตัวนำความร้อนและไฟฟ้าที่ดีที่สุด  ส่วน  Fe, Co, Ni  แสดงสมบัติเป็นแม่เหล็กได้  เมื่อวางไว้ในสนามแม่เหล็กเป็นเวลานาน

สารประกอบของธาตุแทรนซิชัน

            ธาตุแทรนซิชันทำปฏิกิริยาโดยตรงกับอโลหะ  แต่ปฏิกิริยาไม่รุนแรงเหมือนธาตุหมู่  IA และ  IIA  และสารประกอบที่เกิดขึ้นมีลักษณะของสารประกอบโคเวเลนต์แฝงอยู่มาก

            สารประกอบของธาตุแทรนซิชันมีสีต่างกัน  ขึ้นอยู่กับ

            1. เลขออกซิเดชันของธาตุแทรนซิชัน

            2. ชนิดของไอออนลบหรือโมเลกุลที่มาสร้างพันธะล้อมรอบอะตอมของธาตุแทรนซิชัน

            การที่สารประกอบของธาตุแทรนซิชันมีสีต่างๆกัน  เนื่องจากอิเล็กตรอนใน 3d-ออร์บิทัลซึ่งอยู่ในระดับพื้นฐาน (ground state) ได้รับพลังงาน จึงทำให้เปลี่ยนจากระดับพลังงานต่ำไปสู่ระดับพลังงานที่สูงกว่า (excited  state)  และจะมีสีต่างๆ ตามความถี่ของแสงที่ดูดกลืนเข้าไป

1.  สารประกอบของธาตุโครเมียม (Cr)

            จากการทดลอง  เมื่อนำสารละลาย  K₂Cr₂O₇ ซึ่งมีสีส้มมาเติม  H₂SO₄ ลงไปแล้วเขย่า จะได้สารละลายสีเขียวและมีฟองก๊าซเกิดขึ้น อธิบายได้ว่า  สารละลาย K₂Cr₂O₇ มีสีส้มซึ่งเกิดจากสีของ   Cr₂O^2-₇ โดย Crมีเลขออกซิเดชัน  +6  เมื่อเติม H₂SO₄ ลงไป  จะได้สารละลายสีเขียวของ  Cr³⁺ โดยเลขออกซิเดชันของ Cr เปลี่ยนจาก+6 เป็น +3  และก๊าซที่เกิดขึ้นคือO₂เขียนเป็นสมการแสดงปฏิกิริยาได้ดังนี้

Cr₂O^2-₇  (aq) + 3H₂O₂(aq) + 8H + (aq) ---------> Cr³⁺(aq) + 7H₂O(l) + 3O₂(g)

                 (สีส้ม)                                                       (สีเขียว) 

2. สารประกอบของธาตุแมงกานิส (Mn)

            จากการทดลอง  เมื่อนำเม็ด NaOH  มาเผารวมกับ  MnO₂ (ผงสีดำ)  จนหลอมเหลวรวมกันทิ้งให้เย็นแล้วเติมน้ำจะได้สารละลายสีเขียว  รินเฉพาะสารละลายสีเขียวมาเติมสารละลายH₂SO₄ ลงไป  สีของสารละลายจะเปลี่ยนไปเป็นสีม่วงแดง  เมื่อเติมสารละลาย  Na₂S ลงไปทีละหยด จะได้ตะกอนสีขาวขุ่น  และสีสารละลายสีม่วงแดงจะจางลงเรื่อยๆ  จนไม่มีสี  นำสารละลายเติมสารละลาย  NaOH  จะเกิดตะกอนเบาสีน้ำตาลอ่อน  ซึ่งเมื่อตั้งทิ้งไว้สีจะเข้มขึ้น

สารประกอบเชิงซ้อนของธาตุแทรนซิชัน

     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 โมเลกุลเกิดเป็นCu(NH₃)₃SO₄

           ถ้าพิจารณาเลขออกซิเดชันของทองแดงในสารประกอบทั้งสามชนิดจะพบว่ามีค่า +2 เท่ากัน แต่ชนิดและจำนวนโมเลกุลของสารที่มาล้อมรอบคอปเปอร์ (II) ไอออนแตกต่างกัน จากข้อมูลให้มีความรู้ว่าธาตุแทรนซิชันชนิดหนึ่งๆ อาจเกิดเป็นสารประกอบที่มาตุองค์ประกอบเหมือนกันได้มากกว่าหนึ่งชนิด สารประกอบแต่ละชนิดมีสีแตกต่างกันซึ่งขึ้นอยู่กับเลขออกซิเดชันของธาตุแทรนซิชัน ชนิดและจำนวนโมเลกุลหรือไอออนที่ล้อมรอบธาตุแทรนซิชันนั้น

สารประกอบเชิงซ้อน	ไอออนบวก	ไอออนลบ	สีของสารประกอบ
KMnO4	K+	[MnO4]-	ม่วงแดง
K2MnO4	K+	[MnO4]2-	เขียว
PbCrO4	Pb2+	[CrO4]2+	เหลือง
K3[Fe(CN)6]	K+	[Fe(CN)6]3-	ส้มแดง
Cu[(NH3)4SO4}]	[Cu(NH3)4]2+	[SO4]2-	คราม
Cu[(H2O)5SO4]	[Cu(H2O)5]2+	[SO4]2-	น้ำเงิน