전이 원소. 전이 금속. transition metals ★

전이 원소. 전이 금속. transition metals

 

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▶ 참고: 제23장 전이 금속과 배위 화학. 목차

[ https://ywpop.tistory.com/19815 ]

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▶ 전이원소의 정의

> 중성 원자일 때나 양이온이 되었을 때,

d 오비탈에 전자가 부분적으로 채워진 원소

( d 오비탈에 9개 이하의 전자가 존재하는 원소 )

 

 

 

▶ The IUPAC definition defines a transition metal as

“an element whose atom has a partially filled d sub-shell,

or which can give rise to cations with an incomplete d sub-shell”.

 

 

 

[표] 4주기 전이금속의 원자가전자

 

 

 

 

 

> 전이금속의 d 오비탈에 존재하는 전자는

화학 결합에 참여하기 때문에,

원자가전자에 포함시킨다.

> 예를 들어, 4주기 전이금속의 경우,

3d 전자와 4s 전자 모두가 원자가전자이다.

> A, B 구분없이, 1~18로 나타낸 족의 숫자를

원자가전자의 수로 보면 된다.

예) 11족 전이금속의 원자가전자 수 = 11개

 

 

 

▶ 3B~8B족, 1B족(, 2B족) 원소

( 참고: 주기율표 그림 https://ywpop.tistory.com/8715 )

( 2B족인 Zn은 교재(학자)에 따라 전이원소에서 제외되기도 한다. )

( Zn은 항상 +2가의 산화수를 가진다. 즉, +2가 양이온이 된다. )

( 드물지만, +1가 Zn도 있다. 아래 내용 참고. )

 

 

 

[참고] 2B족인 Zn, Cd의 산화수(산화 상태)는

거의 대부분 화합물에서 +2, 극히 드물게 +1.

---> 몇몇 교재(저자)는 이들을 전이금속에서 제외.

---> 이들을 명명할 때 로마숫자도 생략.

 

> Zn(NO3)2의 IUPAC name: zinc nitrate

> Cd(NO3)2의 IUPAC name: cadmium(II) nitrate

---> 대부분 논문에서 cadmium nitrate라고 명명하고 있다.

( 참고 https://www.sciencedirect.com/topics/chemistry/cadmium-nitrate )

 

 

 

▶ 전이원소는 모두 금속 ⇨ 전이금속

 

 

 

 

 

[그림] 4주기, 5주기 전이금속.

 

 

 

 

[ 참고: 4주기, 5주기 전이금속의 원자가전자 https://ywpop.tistory.com/2844 ]

 

[ 참고: 원자가 전자 수 결정 방법 https://ywpop.tistory.com/2866 ]

 

[ 참고: 전형 원소와 전이 원소 https://ywpop.tistory.com/5893 ]

 

 

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전이금속의 특징

▶ 부분적으로 채워진 d 오비탈 때문에...

① 다양한 산화수. multiple oxidation states

( 다양한 산화수 = 다양한 이온전하 )

② 색깔. colored compounds

( 참고 https://ywpop.tistory.com/15748 )

③ 자기적 성질. magnetic properties

 

 

 

전이금속의 산화수. oxidation states of transition metals

 

예를 들면, 화합물에서 Mn이 가질 수 있는

가장 일반적인 산화수(= 이온 전하)는 +2, +4, +7 이다.

> MnCl2에서 +2, MnO2에서 +4, KMnO4에서 +7

 

이렇듯, 전이금속은 화합물의 종류에 따라서,

다수의 다양한 이온 전하를 가질 수 있기 때문에,

전이금속의 이온 전하는 따로 암기할 필요가 없다.

---> 산화수는 계산할 줄 알고 있을 테니, 계산하면 된다.

 

 

 

[주목] 3B~7B족 전이금속의

가장 일반적인 산화수(이온전하)는 ‘족의 수’와 같다.

※ 일반적으로 금속은 족의 일의자리 수와 같은 전하의 양이온이 되고,

비금속은 (8 – 족의 일의자리 수)와 같은 전하의 음이온이 된다.

> 1족인 Na의 산화수 = +1, 2족인 Ca의 산화수 = +2.

> 16족인 O의 산화수 = –2, 17족인 Cl의 산화수 = –1.

( 참고 https://ywpop.tistory.com/4841 )

 

 

 

 

[그림] transition metal colors in aqueous solution.

구글 이미지 검색 결과 중 일부.

 

 

 

 

[ 관련 글 https://ywpop.tistory.com/22811 ] Mn의 산화수 = +1. [Mn(CN)6]^5-

 

[ 관련 글 https://ywpop.tistory.com/18770 ] Co(OH)2에서 Co의 산화수

 

[ 관련 글 https://ywpop.tistory.com/8159 ] 구리의 산화수

 

[ 관련 글 https://ywpop.tistory.com/22090 ] 구리가 +2가 양이온인 이유

 

[ 관련 글 https://ywpop.tistory.com/2844 ] 크롬(Cr)과 구리(Cu)의 전자배치 예외

 

[ 관련 글 https://ywpop.tistory.com/471105 ] Cr^3+ 산화수 설명. Cr^3+ 이온상태 설명

 

[ 관련 글 https://ywpop.tistory.com/2959 ] 왜 전이금속은 다양한 산화수를 가질까?

 

[ 관련 글 https://ywpop.tistory.com/3012 ] 무기화합물 명명법에서 괄호안의 로마숫자

 

 

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[참고] +1가의 Zn 이온, Zn2^2+

No compounds of zinc in oxidation states other than +1 or +2 are known.

( 참고 https://en.wikipedia.org/wiki/Zinc )

 

 

zinc(I) compounds, Zn2Cl2

Zn2Cl2 → Zn2^2+ + 2Cl^-

 

 

Zn2^2+ 이온은 Hg2^2+ 이온과 유사한 형태.

[Zn2]^2+ 이온은 [Hg2]^2+ 이온과 유사한 형태.

( 참고: Hg2^2+의 구조 https://ywpop.tistory.com/12488 )

 

 

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[참고] 가장 높은 산화수를 가진 물질. 원자번호 77 이리듐(Ir, iridium)

> Ir은 6주기 전이금속

> Ir의 바닥상태 전자배치: [Xe] 4f^14 5d^7 6s^2

> Ir의 원자가 전자 수 = 9개 (5d^7 6s^2)

( 참고 https://ywpop.tistory.com/2866 )

 

 

> IrO4 화합물에서, Ir의 산화수 = +8

> IrO4 화합물에서, Ir의 전자배치 = 5d^1

---> 5d^1 전자를 제거하면, +9가 되지 않을까?

---> A team have successfully formed the [IrO4]^+ cation in the gas phase

using pulsed-laser vaporization of an iridium metal target,

and identified it using photodissociation spectroscopy.

 

( 기체 상태의 [IrO4]^+ 양이온을 합성, [IrO4]^+ 양이온에서 Ir의 산화수 = +9. )

( 그러나 중성인 화합물(염)은 아직 합성하지 못함. )

[ 출처 https://www.nature.com/articles/nature13795 ]

 

 

 

[키워드] 전이금속 기준, 다양한 산화수 기준, 자기적 성질 기준, 색깔 기준, 전이금속 사전