Übergangsmetallfarben in wässriger Lösung

Das Übergangsmetalle bilden in wässriger Lösung gefärbte Ionen, Komplexe und Verbindungen. Die charakteristischen Farben sind hilfreich bei der Durchführung von a qualitative Analyse die Zusammensetzung einer Probe zu identifizieren. Die Farben spiegeln auch interessante Chemie wider, die in Übergangsmetallen vorkommt.

Ein Übergangsmetall bildet stabile Ionen, die unvollständig gefüllt sind d Orbitale. Nach dieser Definition sind technisch nicht alle d-Blockelemente des Periodensystems Übergangsmetalle. Zum Beispiel sind Zink und Scandium nach dieser Definition keine Übergangsmetalle, weil Zn²⁺ hat ein volles d-Niveau, während Sc³⁺ hat keine d Elektronen.

Ein typisches Übergangsmetall hat mehr als eine mögliche Oxidationsstufe, da es ein teilweise gefülltes d-Orbital aufweist. Wenn Übergangsmetalle an eine weitere neutrale oder negativ geladene Nichtmetallspezies binden (Liganden) bilden sie sogenannte Übergangsmetallkomplexe. Eine andere Möglichkeit, ein komplexes Ion zu betrachten, ist eine chemische Spezies mit einem Metallion im Zentrum und anderen Ionen oder Molekülen, die es umgeben. Der Ligand bindet an das Zentralion durch

Wenn sich ein Komplex bildet, ändert sich die Form des d-Orbitals, da einige näher am Liganden liegen als andere: Einige d-Orbitale bewegen sich in einen Zustand höherer Energie als zuvor, während andere sich in einen niedrigeren Energiezustand bewegen Zustand. Dies bildet eine Energielücke. Elektronen können ein Lichtphoton absorbieren und von einem Zustand niedrigerer Energie in einen Zustand höherer Energie übergehen. Die Wellenlänge des absorbierten Photons hängt von der Größe der Energielücke ab. (Aus diesem Grund erzeugt die Aufspaltung von s- und p-Orbitalen, während sie auftritt, keine farbigen Komplexe. Diese Lücken würden ultraviolettes Licht absorbieren und die Farbe im sichtbaren Spektrum nicht beeinflussen.)

Nicht absorbierte Wellenlängen des Lichts passieren einen Komplex. Ein Teil des Lichts wird auch von einem Molekül zurückreflektiert. Die Kombination von Absorption, Reflexion und Transmission führt zu den scheinbaren Farben der Komplexe.

Unterschiedliche Elemente können unterschiedliche Farben voneinander erzeugen. Auch unterschiedliche Ladungen eines Übergangsmetalls können zu unterschiedlichen Farben führen. Ein weiterer Faktor ist die chemische Zusammensetzung des Liganden. Die gleiche Ladung eines Metallions kann abhängig vom Liganden, den es bindet, eine andere Farbe erzeugen.

Die Farben eines Übergangsmetallions hängen von seinen Bedingungen in einer chemischen Lösung ab, aber einige Farben sind gut zu wissen (insbesondere, wenn Sie AP Chemistry einnehmen):

Ein verwandtes Phänomen sind die Emissionsspektren von Übergangsmetallsalzen, mit denen sie in der Flammentest.