Overgang metallfarger i vandig løsning

De overgangsmetaller danner fargede ioner, komplekser og forbindelser i vandig løsning. De karakteristiske fargene er nyttige når du utfører a kvalitativ analyse å identifisere sammensetningen av en prøve. Fargene gjenspeiler også interessant kjemi som forekommer i overgangsmetaller.

Et overgangsmetall er et som danner stabile ioner som er ufullstendig fylt d orbitaler. Av denne definisjonen er teknisk sett ikke alle d-blokkeringselementene i det periodiske systemet overgangsmetaller. For eksempel er sink og skandium ikke overgangsmetaller etter denne definisjonen fordi Zn²⁺ har et fullt d-nivå, mens Sc³⁺ har ingen d-elektroner.

Et typisk overgangsmetall har mer enn en mulig oksidasjonstilstand fordi det har en delvis fylt d orbital. Når overgangsmetaller binder seg til en mer nøytral eller negativt ladet ikke-metallisk art (ligander), danner de det som kalles overgangsmetallkomplekser. En annen måte å se på et komplekst ion er som en kjemisk art med et metallion i sentrum og andre ioner eller molekyler som omgir det. Liganden festes til det sentrale ionet ved

Når et kompleks dannes, endres formen på d-banen rundt fordi noen er nærmere liganden enn andre: Noen orbitaler beveger seg til en høyere energitilstand enn tidligere, mens andre flytter til en lavere energi stat. Dette danner et energigap. Elektroner kan absorbere et foton av lys og bevege seg fra en lavere energitilstand til en høyere tilstand. Bølgelengden til fotonet som blir absorbert avhenger av størrelsen på energigapet. (Dette er grunnen til at splitting av s og p orbitaler, mens det oppstår, ikke produserer fargede komplekser. Disse hullene ville absorbere ultrafiolett lys og ikke påvirke fargen i det synlige spekteret.)

Uabsorberte bølgelengder av lys passerer gjennom et kompleks. Noe lys reflekteres også tilbake fra et molekyl. Kombinasjonen av absorpsjon, refleksjon og overføring resulterer i de tilsynelatende fargene på kompleksene.

Ulike elementer kan produsere forskjellige farger fra hverandre. Ulike ladninger av ett overgangsmetall kan også føre til forskjellige farger. En annen faktor er den kjemiske sammensetningen av liganden. Den samme ladningen på et metallion kan gi en annen farge avhengig av liganden den binder.

Fargene på et overgangsmetallion avhenger av betingelsene i en kjemisk løsning, men noen farger er gode å vite (spesielt hvis du tar AP-kjemi):

Et beslektet fenomen er utslippsspektre for overgangsmetallsalter, brukt til å identifisere dem i flammetest.