ธาตุแทรนซิชัน

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

               แสดงสมบัติของธาตุแทรนซิชันเทียบกับธาตุหมู่ IA  และ  IIA

สมบัติธาตุ	เลขอะตอม	รัศมีอะตอม (pm)	จุดหลอมเหลว (OC)	จุดเดือด (OC)	ความหนาแน่น (g/ cm3)	IE1 (kJ/mol)	อิเล็กโทรเนกาติวิตี
K	19	227	64	760	0.86	425	0.82
Ca	20	197	839	1490	1.54	596	1.00
Sc	21	160	1540	2730	3.0	632	1.36
Ti	22	150	1680	3260	4.5	661	1.54
V	23	140	1900	3400	6.1	648	1.63
Cr	24	130	1890	2480	7.2	653	1.66
Mn	25	140	1240	2100	7.4	716	1.55
Fe	26	130	1535	2750	7.9	762	1.83
Co	27	130	1500	2900	8.9	757	1.88
Ni	28	130	1450	2730	8.9	736	1.91
Cu	29	130	1080	2600	8.9	908	1.90
Zn	30	130	420	910	7.1	577	1.68

                                                          

                 

         

สารประกอบของธาตุแทรนซิชัน

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

ตารางแสดงสีของไอออนของธาตุ  Mn และ  Cr

สูตร	ชื่อ	สี
Cr2+	โครเมียม (II) ไอออน	น้ำเงิน
Cr3+	โครเมียม (III) ไอออน	เขียว
Mn2+	แมงกานีส (II) ไอออน	ชมพูอ่อน
Mn(OH)3	แมงกานีส (III) ไฮดรอกไซด์	น้ำตาล
MnO2	แมงกานีส (IV) ออกไซด์	ดำ

   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 โมเลกุลเกิดเป็น Cu(NH₃)₃SO₄
           ถ้าพิจารณาเลขออกซิเดชันของทองแดงในสารประกอบทั้งสามชนิดจะพบว่ามีค่า +2 เท่ากัน แต่ชนิดและจำนวนโมเลกุลของสารที่มาล้อมรอบคอปเปอร์ (II) ไอออนแตกต่างกัน จากข้อมูลให้มีความรู้ว่าธาตุแทรนซิชันชนิดหนึ่งๆ อาจเกิดเป็นสารประกอบที่มาตุองค์ประกอบเหมือนกันได้มากกว่าหนึ่งชนิด สารประกอบแต่ละชนิดมีสีแตกต่างกันซึ่งขึ้นอยู่กับเลขออกซิเดชันของธาตุแทรนซิชัน ชนิดและจำนวนโมเลกุลหรือไอออนที่ล้อมรอบธาตุแทรนซิชันนั้น

ตารางแสดงสารประกอบเชิงซ้อนบางชนิดและไอออนองค์ประกอบ

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