ธาตุแทรนซิชัน





      Homepage


ธาตุแทรนซิชัน


ธาตุแทรนซิชัน (transition elements)
ตำแหน่งของธาตุแทรนซิชันในตารางธาตุ  อยู่ระหว่างหมู่ IIA และ IIIA ประกอบด้วยธาตุหมู่  IB ถึงหมู่VIIIB รวม ทั้งกลุ่มแลนทาไนด์กับกลุ่มแอกทิไนด์ ดังรูป 


 
สมบัติของธาตุแทรนซิชัน 

ธาตุแทรนซิชันทุกธาตุเป็นโลหะ แต่มีความแข็งแรง  เหนียวและทนทานกว่าโลหะหมู่  A  ในที่นี้จะศึกษาสมบัติของธาตุแทรนซิชันเฉพาะคาบที่  4  เป็นธาตุคาบแรกที่มีธาตุแทรนซิชัน  ประกอบด้วยธาตุที่มีเลขเชิงอะตอม  19  ถึง  36  ธาตุแทรนซิชันที่อยู่ในคาบนี้คือธาตุที่มีเลขเชิงอะตอมตั้งแต่  21-30  ธาตุสแกนเดียม  (Sc) เป็นธาตุแทรนซิชันที่มีเลขเชิงอะตอมต่ำสุด  ดังรูป



ตารางเปรียบเทียบสมบัติของโลหะหมู่  A กับโลหะแทรนซิชันคาบที่ 4 

ธาตุ\สมบัติ
เลขเชิง
อะตอม
รัศมีอะตอม
ในโลหะ(pm)
จุดหลอมเหลว
(oC)
จุดเดือด
(oC)
ความหนาแน่น
(g/cm3)
IE1
(kJ/mol)
อิเล็กโตร
เนกาติวิตี
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
1.65




สมบัติของโลหะแทรนซิชันเมื่อเปรียบเทียบกับโลหะหมู่  1A  IIA  มีความแตกต่างกันดังนี้ 

1.  โลหะแทรนซิชันส่วนใหญ่มีจุดหลอมเหลว จุดเดือด และความหนาแน่นสูงกว่าโลหะหมู่   IA , IIA 

2.   โลหะแทรนซิชันมีค่า  IE1 สูงกว่าโลหะหมู่  IA , IIA  ทำให้ความว่องไวในการเกิดปฏิกิริยาน้อยกว่า
      โลหะหมู่  IA , IIA
3.   โลหะแทรนซิชันมีรัศมีอะตอมใกล้เคียงกัน   แต่รัศมีอะตอมสั้นกว่าธาตุหมู่  IA , II A  และแนวโน้มใน
       การเพิ่มขึ้นหรือลดลงไม่แน่นอน 

4.   โลหะแทรนซิชันมีค่าอิเล็กโตรเนกาติวิตีสูงกว่าโลหะหมู่  1A  2A  จึงเสียอิเล็กตรอนยากกว่า  ทำให้
       ความไวในการเกิดปฏิกิริยาน้อยกว่าธาตุหมู่  1A  2A


การจัดอิเล็กตรอนของธาตุแทรนซิชัน 

          ธาตุแทรนซิชันมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนไม่เกิน  1  หรือ  2  ไม่ว่าจะอยู่หมู่ใด    ถ้าดูเฉพาะเวเลนซ์อิเล็กตรอนจะเหมือนธาตุหมู่  1A  หรือ  2A  แต่ต่างกันที่จำนวนอิเล็กตรอนชั้นที่อยู่ถัดเข้าไป  คือถ้าเป็นโลหะหมู่  1A  หรือ  2A  อิเล็กตรอนชั้นที่ถัดจากเวเลนซ์อิเล็กตรอนเข้าไปจะเท่ากับ  8  แต่ถ้าเป็นโลหะแทรนซิชันจำนวนอิเล็กตรอนของชั้นที่ถัดจากเวเลนซ์อิเล็กตรอนเข้าไปจะมีจำนวนไม่แน่นอน  การจัดอิเล็กตรอนของโลหะแทรนซิชันคาบที่  4  เป็นดังนี้


ตารางแสดงการจัดอิเล็กตรอนเปรียบเทียบระหว่างธาตุ  IA , II A , (K,Ca) กับธาตุแทรนซิชันคาบที่ 4
ธาตุ
เลขเชิงอะตอม
การจัดอิเล็กตรอนในระดับพลังงานย่อย
จำนวนอิเล็กตรอนในระดับพลังงาน
K
19
1s2s2 2p6 3s2 3p6  3d0 4s1
หรือ [Ar]  3d0 4s1
2, 8, 8, 1
Ca
20
1s2s2 2p6 3s2 3p6 3d0 4s2
หรือ [Ar]  3d0 4s2
2, 8, 8, 2
Sc
21
1s2s2 2p6 3s2 3p6 3d1 4s2
หรือ [Ar]  3d1 4s2
2, 8, 9, 2
Ti
22
1s2s2 2p6 3s2 3p6 3d2 4s2
หรือ [Ar]  3d2 4s2
2, 8, 10, 2

V

23
1s2s2 2p6 3s2 3p6 3d3 4s2
หรือ [Ar]  3d3 4s2
2, 8, 11, 2
Cr
24
1s2s2 2p6 3s2 3p6 3d5 4s1
หรือ [Ar]  3d5 4s1
2, 8, 13, 1
Mn
25
1s2s2 2p6 3s2 3p6 3d5 4s2
หรือ [Ar]  3d5 4s2
2, 8, 13, 2

Fe

26

1s2s2 2p6 3s2 3p6 3d6 4s2
หรือ [Ar]  3d6 4s2

2, 8, 14, 2
Co
27
1s2s2 2p6 3s2 3p6 3d7 4s2
หรือ [Ar]  3d7 4s2
2, 8, 15, 2
Ni
28
1s2s2 2p6 3s2 3p6 3d8 4s2
หรือ [Ar]  3d8 4s2
2, 8, 16, 2
Cu
29
1s2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s1
หรือ [Ar]  3d10 4s1
2, 8, 18, 1
Zn
30
1s2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2
หรือ [Ar]  3d10 4s2
2, 8, 18, 2

สารประกอบของโลหะแทรนซิชัน 

          สารประกอบของโลหะแทรนส่วนใหญ่จะมีสี  (คลิ้กชมภาพแสดงสีของสารละลายของสารประกอบของโลหะแทรนซิชัน)  ในขณะที่สารประกอบของโลหะหมู่  A  และสารละลายของสารประกอบของโลหะหมู่  A  จะใสไม่มีสี ยกเว้นสารประกอบของ  Pb  เป็นโลหะหมู่  4A  แต่มีทั้งชนิดที่มีสีและไม่มีสี   (คลิ้กชมภาพเปรียบเทียบสีของสารละลายของสารละลายของโลหะแทรนซิชันกับโลหะหมู่ A)  พบว่าสีของธาตุแทรนซิชันจะสัมพันธ์กับเลขออกซิเดชันของธาตุแทรนซิชันนั้น ๆ   ดังตัวอย่าง  

ตัวอย่างสีของสารประกอบและ ไอออนของธาตุแทรนซิชันบางชนิดกับเลขออกซิเดชัน

สูตร 
ชื่อ 
เลขออกซิเดชันของธาตุแทรนซิชัน
สี 
ScCl3
สแกนเดียม (III) คลอไรด์
+3
ไม่มีสี(ขาว)
Sc2S3
สแกนเดียม (III) ซัลไฟด์
+3
เหลือง
TiCl2
ไททาเนียม (II) คลอไรด์
+2
ดำ
TiS
ไททาเนียม (II) ซัลไฟด์
+2
น้ำตาล
TiF3 , TiCl3
ไททาเนียม (III) ฟลูออไรด์ , คลอไรด์
+3
ม่วง
TiO
ไททาเนียม (II) ออกไซด์
+2
บรอน

Cr2+
โครเมียม (II) ไอออน
+2
น้ำเงิน
Cr3+
โครเมียม (III) ไอออน
+3
เขียว

CrO42-
โครเมตไอออน
+6
เหลือง
Cr2O72-
ไดโครเมตไอออน
+2
ส้ม
Mn2+
แมงกานีส (II) ไอออน
+2
ชมพูอ่อน
Mn(OH)3 *
แมงกานีส (III) ไฮดรอกไซด์
+3
น้ำตาล
MnO*
แมงกานีส (IV) ออกไซด์
+4
ดำ
MnO42-
แมงกานเนตไอออน
+6
เขียว
MnO4-
เปอร์แมงกาเนตไอออน
+7
ม่วงแดง
FeO
ไอร์ออน(II)ออกไซด์
+2
ดำ
Fe2O3
ไอร์ออน(III)ออกไซด์
+3
น้ำตาลแดง
FeSO4
ไอร์ออน(II)ซัลเฟต
+2
น้ำเงินเขียว
CoO
โคบอลต์(II)ออกไซด์
+2
ดำ
Co2O3
โคบอลต์(III)ออกไซด์
+3
ดำ
Co(OH)2
โคบอลต์(II)ไฮดรอกไซด์
+2
น้ำเงินเข้ม
NiF2
นิกเกิล(II)ฟลูออไรด์
+2
เหลือง
NiO
นิกเกิล(II)ออกไซด์
+2
เขียว
Ni2S3
นิกเกิล(III)ซัลไฟด์
+3
เขียว

CuSO4
คอปเปอร์(II)ซัลเฟต
+2
สีน้ำเงิน
CuF
คอบเปอร์(I)ฟลูออออไรด์
+1
ไม่มีสี
ZnO
ซิงค์ออกไซด์
+2
ขาว
ZnS
ซิงค์ซัลไฟด์
+2
ขาว

* ไม่ละลายน้ำ 
เราไม่สามารถสรุปได้ว่าธาตุแทรนซิชันชนิดเดียวกัน  เมื่ออยู่ในสารประกอบต่างชนิดแต่มีเลขออกซิเดชันเท่ากัน  จะต้องมีสีเหมือนกันเสมอไป  เช่น  ScCl กับ  Sc2S3  เลขออกซิเดชันของ  Sc  ในสารประกอบทั้ง  2 ชนิด = +3  แต่สีของสารประกอบไม่เหมือนกัน
                แต่อย่างไรก็ตามมีธาตุแทรนซิชันจำนวนมากที่อยู่ในสารประกอบต่างชนิด  แต่มีเลขออกซิเดชันเท่ากัน  พบว่ามีสีเหมือนกัน  เช่น  CuSO4   Cu(NO3)2   กรณีนี้  Cu  มีเลขออกซิเดชัน  = +2  เท่ากันและพบว่ามีสีน้ำเงินเหมือนกัน (คลิ้กชมได้)  ( Cu  ถ้ามีเลขออกซิเดชัน  = +1  จะไม่มีสี)   (คลิ้ก ดูรูปสีของสารประกอบของธาตุแทรนซิชัน)
  •  สีของสารประกอบของธาตุแทรนซิชันคาบที่  4  เกิดจากการที่อิเล็กตรอนในระดับพลังงาน  3d  มีไม่เต็ม
การที่ธาตุแทรนซิชันมีสีต่าง ๆ กันเมื่อมีเลขออกซิเดชันเปลี่ยนไป   ทำให้ทราบขั้นตอนในการเกิดปฏิกิริยาของธาตุแทรนซิชัน  โดยสังเกตจากการเปลี่ยนสี   เช่น  โครเมียม  (Cr)  เมื่อมีเลขออกซิเดชัน  +6  จะมีสีส้ม  แต่ถ้ามีเลขออกซิเดชัน  +3  จะมีสีเขียว   ถ้าเราต้องการเปลี่ยน  Cr2O72-  ซึ่ง  Cr  มีเลขออกซิเดชัน  +6  (สีส้ม)  ให้เป็น  Cr3+  (สีเขียว)    โดยให้  Cr2O72-  ทำปฏิกิริยากับ  H2O2  ดังสมการ
     Cr2O72- (aq)  +  H2O2(aq)                 →        Cr3+(aq)  +  H2O(g)  +  ….
      สีส้ม                 ไม่มีสี                                   สีเขียว          ไม่มีสี
   ในการเกิดปฏิกิริยานี้ถ้าสารละลายเปลี่ยนจากสีส้มเป็นสีเขียวอย่างสมบูรณ์  ย่อมแสดงว่า  Cr2O72- เปลี่ยนเป็น  Cr3+ ตามต้องการ
           แมงกานีส (Mn)  เป็นธาตุแทรนซิชันที่เกิดสารประกอบได้หลายชนิด  มีเลขออกซิเดชันหลายค่าและมีสีต่าง  ๆ  กันไป  เช่น 


สารประกอบของ  Mn
เลขออกซิเดชันของ  Mn
สี
KMnO4
+7
ม่วง
K2MnO4
+6
เขียว
MnO2
+4
เหลือง , ดำ



                  ถ้าเรามีสารละลาย  KMnO4  สารละลายจะเป็นสีม่วง  จากนั้นเติมสารละลายอื่น ๆ เพื่อให้ทำปฏิกิริยากัน  มีผลให้   KMnO4    กลายเป็นสารประกอบชนิดใหม่ที่เลขออกซิเดชันไม่เท่าเดิม  สีจึงเปลี่ยนไป  เราสังเกตจากสีที่เปลี่ยนจะทราบว่าปฏิกิริยาก้าวหน้าไปถึงขั้นใด  เช่น  เติมสารละลาย  NaOH  กับสารละลาย  C12H22O11  ลงในสารละลาย  KMnO4  แล้วสังเกตการณ์เปลี่ยนสี  จะพบว่ามีการเปลี่ยนสีจากสีม่วงเป็รนสีเขียวและสีเหลืองตามลำดับ  แสดงว่ามีปฏิกิริยาเกิดขึ้น  2  ขั้นตอน  ทำให้สารประกอบของ  Mn  เปลี่ยนจาก  KMnO4  เป็น  K2MnO4  และ  MnO2  ตามลำดับ

การที่ธาตุแทรนซิชันมีเลขออกซิเดชันได้หลายค่า  เป็นเพราะการจัดอิเล็กตรอนมีลักษณะพิเศษต่างจากธาตุหมู่  A  ถ้าเป็นธาตุแทรนซิชันคาบที่  4  ความพิเศษอยู่ที่  3d  กับ  4s  (คาบ 5 อยู่ที่  4d  กับ  5s  และต่อ ๆ ไป ) เช่น โครเมียม   ( Cr )   เมื่ออยู่ในภาวะปกติและเมื่ออยู่ในสารประกอบต่าง ๆ จะมีการจัดอิเล็กตรอนดังนี้ 




โครเมียม
การจัดเรียงอิเล็กตรอน
เลขออกซิเดชัน
ตัวอย่างสาร
24Cr
1s2s2 2p6 3s2 3p6  3d5 4s1
หรือ [Ar] 3d5 4s1

0
Cr
24Cr+
1s2s2 2p6 3s2 3p6  3d5 4s0
หรือ [Ar]  3d5 4s0


+1

ไม่พบในธรรมชาติ
24Cr2+
1s2s2 2p6 3s2 3p6  3d4 4s0
หรือ [Ar]  3d4 4s0

+2
CrO
24Cr3+
1s2s2 2p6 3s2 3p6 3d3 4s0
หรือ [Ar]  3d3 4s0

+3
CrCl3


24Cr4+

1s2s2 2p6 3s2 3p6 3d2 4s0
หรือ [Ar]  3d2 4s0



+4


CrI4
24Cr5+
1s2s2 2p6 3s2 3p6 3d1 4s0
หรือ [Ar]  3d1 4s0

+5
CrF5
24Cr6+
1s2s2 2p6 3s2 3p6 3d0 4s0
หรือ [Ar]  3d0 4s0

+6
CrO3


จากตาราง จะเห็นว่า โครเมียมมีเลขออกซิเดชันได้ตั้งแต่  0  ถึง +6   อะตอมจะเสียอิเล็กตรอนในระดับพลังงานนอกสุดก่อน คือ 4s ก่อน  จากนั้นจึงเสียอิเล็กตรอนที่ระดับพลังงาน 3d  ทำให้โครเมียมมีเลขออกซิเดชันหลายค่า   ธาตุแทรนซิชันอื่น ๆ ก็จะมีสมบัติทำนองเดียวกันนี้  จึงมีเลขออกซิเดชันได้หลายค่าและเกิดสารประกอบได้หลายชนิดเช่นกัน
แม้ว่าธาตุแทรนซิชันส่วนใหญ่จะมีเลขออกซิเดชันได้หลายค่า  แต่ก็มีธาตุแทรนซิชันบางธาตุมีเลขออกซิเดชันค่าเดียว  ดังตารางต่อไปนี้  แสดงเลขออกซิเดชันของธาตุแทรนซิชันคาบที่  4 



 
  • เลขออกซิเดชันที่มีวงกลมล้อมรอบเป็นค่าที่พบได้มากในสารประกอบของธาตุนั้น ๆ 

สารประกอบเชิงซ้อนของธาตุแทรนซิชัน (complex compound)   หรือประกอบโคออร์ดิเนชัน (coordination compounds)
สารประกอบของธาตุแทรนซิชันมี  2  แบบ  คือสารประกอบทั่วไป  เช่น  CuSO4  และสารประกอบเชิงซ้อนของธาตุแทรนซิชันหรือประกอบโคออร์ดิเนชัน  เช่น  [ Cu ( NH3 ) 4]SO   
สารประกอบเชิงซ้อนของธาตุแทรนซิชันประกอบด้วย  ไอออนเชิงซ้อนของธาตุแทรนซิชัน (complex ion)  ร่วมกับไอออนอื่น ๆ หรือไอออนเชิงซ้อนร่วมกับไอออนเชิงซ้อนด้วยกันก็ได้   ไอออนเชิงซ้อนของธาตุแทรนซิชันประกอบด้วย  อะตอมหรือไอออนของโลหะแทรนซิชันอยู่ตรงกลาง   เรียกว่า  central atom  หรือ  central ion มีกลุ่มของไอออนหรือโมเลกุลที่มีอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวล้อมรอบ  เรียกว่า  ligands   ระหว่างอะตอมกลางกับอะตอมที่ล้อมรอบจะสร้างพันธะโคออร์ดิเนตโคเวเลนต์ซึ่งกันและกัน  (เป็นลักษณะของกรด-เบส  ตามทฤษฎีของลิวอิส  ซึ่งกล่าวว่า  กรดคืออนุภาคที่รับคู่อิเล็กตรอนจากสารอื่น  เบสคืออนุภาคที่ให้คู่อิเล็กตรอนแก่สารอื่น  )  จำนวนลิแกนด์ที่สร้างพันธะกับอะตอมหรือไอออนกลาง  (ล้อมรอบอะตอมกลาง)  เรียกว่า เลขโคออร์ดิเนชัน 
( coordination number)  เช่น  Co3+ ถูกล้อมรอบด้วยโมเลกุลของ  NH3  จำนวน  6  โมเลกุล  ดังรูป




 



สารประกอบเชิงซ้อนต่าง ๆ อะตอมกลางจะเป็นไอออนบวกของโลหะ  จึงเป็นฝ่ายรับอิเล็กตรอนจากโมเลกุลหรือไอออนที่ล้อมรอบ  ฉะนั้นโลหะที่เป็นอะตอมกลางจึงมีสมบัติเป็นกรดตามทฤษฎีของลิวอิส  ในขณะที่อนุภาคที่ล้อมรอบทำหน้าที่เป็นเบส   อนุภาคที่ล้อมรอบอะตอมกลางในไอออนเชิงซ้อน มี  2 ประเภทคือ 
  1. ไอออนที่มีประจุลบ ได้แก่ เฮไลด์ไอออน  เช่น  F-, Cl-, Br- , I- และไอออนอื่น ๆ  เช่น
    OH-, CN-, SCN-  เป็นต้น  ให้สังเกตว่าไอออนเชิงซ้อนของธาตุแทรนซิชันที่เกิดจากไอออนของธาตุ
    แทรนซิชันถูกล้อมรอบด้วยไอออนลบ  ไอออนเชิงซ้อนดังกล่าวจะเป็นไอออนลบ  เช่น  [Fe(CN)6]3-  MnO4-  CrO42-  Cr2O72-  
  2. โมเลกุลที่เป็นกลางที่มีอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว   เช่น  H2O , NH3 , CO, NO  ให้สังเกตว่าไอออนเชิงซ้อนของธาตุแทรนซิชัน  ที่เกิดจากไอออนของธาตุแทรนซิชันถูกล้อมรอบด้วยอะตอมที่เป็นกลาง  ไอออนเชิงซ้อนจะมีประจุบวก  เช่น   Cu(NH3)42+

ตัวอย่าง  ไอออนเชิงซ้อนที่มีประจุเป็นลบ  จะมีกลุ่มไอออนที่มีประจุลบล้อมรอบ   และไอออนเชิงซ้อนที่มีประจุเป็นบวกจะมีโมเลกุลที่เป็นกลางล้อมรอบ


  
ตัวอย่างสารประกอบเชิงซ้อน 

  1. สารประกอบเชิงซ้อนที่เกิดจากไอออนเชิงซ้อนบวกกับไอออนลบ เช่น 
        [ Co ( NH 6 ]Cl3    ประกอบด้วย  [ Co ( NH ) 6 ]3+  +  3Cl- 
  1. สารประกอบเชิงซ้อนที่เกิดจากไอออนเชิงซ้อนลบกับไอออนบวก เช่น K3 [ Fe (CN) ]     ประกอบด้วย  3 K+ +  [ Fe (CN) ]3- 
  2.  สารประกอบเชิงซ้อนที่เกิดจากไอออนเชิงซ้อนบวกกับไอออนเชิงซ้อนลบ เช่น            
     [ Cu( NH3 )4 ] [ Ni ( CN ) 4 ]   ประกอบด้วย   [ Cu ( NH3 ) 4 ]2+ + [ Ni (CN) 4 ]2+ 

การเตรียมสารประกอบเชิงซ้อนของธาตุทองแดง 

                การเตรียมสารประกอบเชิงซ้อนของทองแดง เช่น เฮกซะแอมมีนคอปเปอร์ (II) ซัลเฟต เตรียมโดยนำ CuSO4 .5H2O ซึ่งเป็นผลึกสีฟ้าละลายน้ำ แล้วเติม  NH3 และเอทานอลจะได้ผลึกสีครามเข้ม ดังสมการ     CuSO4.5H2O + 4NH3     →      Cu ( NH3 )4SO4 . H2O + 4H2O
          คอปเปอร์ (II) ซัลเฟต                       เตตระแอมมีนคอปเปอร์(II) ซัลเฟต
                     (สีฟ้า)                                                    (สีครามเข้ม)

         เมื่อเก็บผลึกเตตระแอมมีนคอปเปอร์ (II) ซัลเฟตไว้ข้ามคืน สารนี้จะเปลี่ยนเป็นสารสีเขียวแกมฟ้า เพราะที่อุณหภูมิ 30 oC เตตระแอมมีนคอปเปอร์ (II) ซัลเฟตจะแยกสลายให้น้ำ และแอมโมเนียอย่างละ 1 โมเลกุล ได้สารใหม่ คือ 
Cu( NH3 )4SO4 . H2O      →   Cu( NH3 )3SO4 + NH3 + H2O
       สีครามเข้ม                         สีเขียวแกมฟ้า
      (คลิ้กชมได้)                        (คลิ้กชมได้)
         ถ้าพิจารณาเลขออกซิเดชันของทองแดงในสารประกอบทั้ง 3 ชนิดจะพบว่ามีค่า +2 เท่ากัน แต่จำนวนลิแกนที่ล้อมรอบ  Cu2+  มีไม่เท่ากัน  

ความคิดเห็น

โพสต์ยอดนิยมจากบล็อกนี้

พันธะโควาเลนต์

ตารางธาตุ