Overgangsmetalen – deel 1 § 19.1-19.3 ANOR1 week 4 Overgangsmetalen – deel 1 § 19.1-19.3

Week 3 Wat is het oxidatiegetal van N in de volgende verbindingen: NO2 HNO3 HN(CH3)2 HN=C(CH3)2

Week 3 Reageert NH3 als een lewiszuur of als een lewisbase, leg uit.

Week 3 Bij lage temperatuur zal het geel-bruine gas NO2 ontkleuren, dit proces is reversibel. Wat zou er gebeurd kunnen zijn?

overgangsmetalen

overgangsmetalen IUPAC definitie: “Elementen, die een niet volledig gevulde d-subschil hebben of ionen met een niet volledig gevulde d-subschil vormen” Algemeen geaccepteerde definitie: alle elementen uit groep 1B t/m 8B Overgangsmetalen onderscheiden zich door hun deels gevulde d-orbitalen en door hun grote variatie aan mogelijke oxidatietoestanden. Dit maakt hun chemie zeer omvangrijk. De oxidatietoestand wordt vrijwel altijd als superscript erbij gegeven. Bijvoorbeeld: Fe0 of FeII

Belangrijke metaalcomplexen heme b groep uit hemoglobine Vitamine B12

Belangrijke katalysatoren Ziegler-Natta: katalysator voor polyolefines (PE, PP). Nobelprijs in 1963 (heterogene katalyse). Mengsel van MgCl2 + TiCl4 + AlEt3 Ti-complexen worden in het algemeen veel gebruikt voor polymerisatie-reacties

Belangrijke katalysatoren Wilkinson-katalysator: hydrogenatie van alkenen (homogene katalyse) Er zijn nog vele tientallen katalysatoren te noemen, een deel hiervan komen we in de komende weken nog tegen. I

d-orbitalen Bij de overgangsmetalen worden de d-orbitalen gevuld met elektronen.

Elektronenconfiguraties Figuur 5.16 (ed.6)

d-orbitalen Voor een neutral atoom ligt de energie van een nd orbitaal gemiddeld genomen hoger dan dat van het (n+1)s orbitaal. (dus 4s ligt lager in energie dan 3d) Vrije d-orbitalen kunnen met een hoger gelegen vrij s- en/of p-orbitaal hybridiseren. Als resultaat kunnen de overgangsmetalen zeer veel gevarieerde geometriën vormen.

d-orbitalen De d-orbitalen worden aan de “buitenkant” van een atoom gestopt, maar zitten eerder naar de kern van het atoom gericht, hierdoor: gedragen de d-blok elementen zich niet zo voorspelbaar als de s- en de p-blok elementen worden de (n+1)s elektronen eerst geïoniseerd VB: Fe0 = [Ar] 3d6 4s2 FeII = [Ar] 3d6

Elektronenconfiguraties Dit geldt alleen voor vrije atomen! Het energieverschil tussen de (n+1)s- en de nd-orbitalen ligt in de buurt van paringenergie van twee elektronen, daarom is de opvulling van de d-orbitalen niet overal even voorspelbaar.

Elektronenconfiguraties De Cu-groep heeft de elektronenconfiguratie [Ar] 3d10 4s1 en lijkt daarom chemisch gezien op groep 1A elementen, vandaar de naam 1B voor de Cu-groep. Hetzelfde geldt voor de Zn-groep die wat betreft de elektronenconfiguratie sterk lijkt op de 2A-groep en daarom als 2B betiteld is. Groep 3B t/m 8B lijkt weer sterk op de 3A t/m 8A groep wat betreft het aantal valentie-elektronen

Elektronenconfiguraties oefenen Geef de elektronenconfiguratie van de volgende atomen/ionen: Rh0 NiI OsII Welk ion hoort bij de volgende elektronenconfiguraties: [Ar] 3d5 [Xe] 4f14 5d6

Elektronenconfiguraties Op basis van de elektronenconfiguratie is het aantal ongepaarde elektronen te voorspellen. Een element/complex is paramagnetisch als het ongepaarde elektronen heeft Een element/complex is diamagnetisch als het geen ongepaarde elektronen heeft Een paramagnetische verbinding is niet met NMR te onderzoeken. Een veel gebruikte technieken voor paramagnetische verbindingen is EPR. Elektron paramagnetische resonantie

elektronenconfiguratie VB. FeII = [Ar] 3d6 FeII is dus paramagnetisch

elektronenconfiguraties maar: [Fe(CN)6]3- en [FeCl6]3- (=FeIII) low spin high spin [FeCl6]3- is dus meer paramagnetisch dan [Fe(CN)6]3- is afhankelijk van de sterke van het ligand, hier komen we in de komende weken op terug

Trends in d-blok metalen: smeltpunt

Trends in d-blok metalen: atoomstraal

Trends in d-blok metalen: dichtheid Dichtheid is evenredig aan de atoomstraal Rij 2 en 3 hebben gelijke straal, maar rij 3 heeft een veel hogere massa  hele hoge dichtheid

Trends in d-blok metalen: ionisatiepotentiaal Ionisatiepotentialen voor M (s)  M2+ (aq) + 2e- M Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn E° (v) 1.63 1.18 0.91 0.45 0.28 0.26 -0.34 0.76 Dus links staan de metalen die het makkelijkste geoxideerd kunnen worden en daardoor de sterkere reductors zijn.

Oxidatietoestanden Karakteristiek voor de overgangsmetalen is dat ze allemaal veel verschillende oxidatietoestanden kunnen hebben. Deze oxidatietoestanden zijn meestal positief en varieren tussen de +I en de +VII Iedere oxidatietoestand wordt (samen met het type liganden) door een specifieke kleur gekenmerkt. Hier komen we later nog op terug.

oxidatietoestanden

oxidatietoestanden De kleuren van Mn: II, III, IV, VI en VII

oxidatietoestand De oxidatietoestand van een overgangsmetaal is af te leiden van het soort liganden dat aan het metaal gebonden is. Hier gaan we in de volgende weken mee oefenen.

Opgaven: Ed 6: Hoofdstuk 19, opgaven: 1, 2, 3, 22, 34, 38, 44, 46, 50, 54