Scandium Titanium Vanadium Chromium Manganese Iron Cobalt Nickel Copper

ธาตุแทรนซิชัน (Transition elements) สมบัติของธาตุแทรนซิชัน สารประกอบของธาตุแทรนซิชัน สารประกอบเชิงซ้อนของธาตุแทรนซิชัน

ธาตุแทรนซิชัน

การจัดเรียงอิเล็กตรอนของธาตุ K Ca และธาตุแทรนซิชันในคาบที่ 4 เลขอะตอม การจัดเรียง e จำนวน e K 19 [Ar] 3d0 4s1 2 8 8 1 Ca 20 [Ar] 3d0 4s2 2 8 8 2 Sc 21 [Ar] 3d1 4s2 2 8 9 2 Ti 22 [Ar] 3d2 4s2 2 8 10 2 V 23 [Ar] 3d34s2 2 8 11 1 Cr 24 [Ar] 3d5 4s1 2 8 13 2 Mn 25 [Ar] 3d5 4s2 Fe 26 [Ar] 3d6 4s2 2 8 14 2 Co 27 [Ar] 3d7 4s2 2 8 15 2 Ni 28 [Ar] 3d8 4s2 2 8 16 2 Cu 29 [Ar] 3d10 4s1 2 8 18 1 Zn 30 [Ar] 3d10 4s2 2 8 18 2

สมบัติของธาตุแทรนซิชัน ธาตุแทรนซิชันมีสมบัติแตกต่างจากโลหะทั่วๆ ไป ทำให้ต้องแยกออกเป็นกลุ่ม ๆ ต่างหาก ลักษณะที่สำคัญของธาตุแทรนซิชันเป็นดังนี้ 1. มีเลขออกซิเดชันมากกว่า 1 ค่า ยกเว้นหมู่ IIIB เช่น Sc เป็น +3 ค่าเดียว และหมู่ IIB (Zn, Cd) เป็น +2 ค่าเดียว 2. ธาตุแทรนซิชันเป็นโลหะ จึงดึงดูดกับแม่เหล็ก และมีบางธาตุ เช่น Fe, Co, และ Ni สามารถแสดงสมบัติเป็นแม่เหล็กได้เมื่อนำไปวางไว้ในสนามแม่เหล็กนาน ๆ นอกจากนี้ยังมีสารประกอบของธาตุแทรนซิชันอีกหลายชนิดที่สามารถดูดกับแม่เหล็กได้ 3. สารประกอบส่วนใหญ่ มีสี (ยกเว้นหมู่ IIIB) ซึ่งเป็นสีของไอออนเชิงซ้อนของธาตุแทรนซิชัน ซึ่งแตกต่างกันขึ้นอยู่กับชนิดของธาตุแทรนซิชันเอง เลขออกซิเดชัน ชนิดและจำนวนของสารที่รวมตัวกับธาตุแทรนซิชัน 4. ธาตุแทรนซิชันมีแนวโน้มที่จะเกิดสารประกอบเชิงซ้อนได้ 5. มีเวเลนต์อิเล็กตรอนเท่ากับ 2 (ยกเว้น Cr, และ Cu มีเวเลนต์อิเล็กตรอนเท่ากับ 1) และอิเล็กตรอนถัดจากวงนอกสุดไม่ครบ 18 (ยกเว้น Cu และ Zn)

สมบัติของธาตุแทรนซิชัน รัศมีอะตอมมีแนวโน้มลดลงจากซ้ายไปขวาของคาบ (หรือเมื่อเลขอะตอมเพิ่มขึ้น รัศมีอะตอมจะเล็กลง) ซึ่งเหมือนกับธาตุในคาบเดียวกันทั่วๆ ไป) มีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดค่อนข้างสูง เพราะมีพันธะโลหะ ความหนาแน่นเพิ่มขึ้น เมื่อเลขอะตอมเพิ่มขึ้น เนื่องจากมวลเพิ่มขึ้นในขณะที่ขนาดเล็กลง ค่า IE1 , IE2 , และ IE3 มีแนวโน้มเพิ่มขึ้นเมื่อเลขอะตอมเพิ่มขึ้น แต่ค่าต่างกันไม่มากนัก เพราะขนาดใกล้เคียงกัน อิเล็กโทรเนกาติวิตีมีแนวโน้มเพิ่มขึ้น เมื่อเลขอะตอมเพิ่มขึ้น เป็นโลหะที่นำความร้อนและนำไฟฟ้าได้ดีเหมือนกับโลหะทั่ว ๆ ไป ทั้งนี้เพราะมีพันธะโลหะ ขนาดอะตอมในคาบเดียวกันจะเล็กลงจากซ้ายไปขวาเล็กน้อย และขนาดอะตอมเล็กกว่าธาตุหมู่ IA และ IIA ในคาบเดียวกัน

สมบัติของธาตุแทรนซิชัน รัศมีอะตอม

สมบัติของธาตุแทรนซิชัน Transition metal densities

พลังงานไอออไนเซชันของโลหะแทรนซิชันแถวแรก

เลขออกซิเดชันของธาตุแทรนซิชัน Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn +3 +4 +5 +6 +7 +2 +1 เลขออกซิเดชันที่เสถียรที่สุดแสดงไว้ด้วยสีแดง

สมบัติของธาตุแทรนซิชัน Atomic No. Atomic Radius(pm) mp.(oC) bp.(oC) Density (g/cm3) IE1 (kJ/mol) EN 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 V 23 140 1900 3400 6.1 648 1.63 Cr 24 130 1890 2480 7.2 653 1.66 Mn 25 1240 2100 7.4 716 1.55 Fe 26 1535 2750 7.9 762 1.83 Co 27 1500 2900 8.9 757 1.88 Ni 28 1450 736 1.91 Cu 29 1080 2600 908 1.90 Zn 30 420 910 7.1 577 1.65 Sc (ออกซิเดชัน+3) Zn(+2) นอกนั้นมีเลขออกซิเดชันได้หลายค่า เป็นโลหะหมด ทำแม่เหล็กได้ (Ferromagnetic substance) สปก.ส่วนใหญ่มีสี ยกเว้นหมู่ 2B 3B เกิดสารเชิงซ้อนได้ดี d สูงเพราะมีพันธะโลหะที่แข็งแรง นำความร้อนและไฟฟ้าได้ดีโดยเฉพาะ Ag Cu(ดีที่สุด) ทุกธาตุเป็นของแข็งหมด ยกเว้น Hg เหลว

สารประกอบเชิงซ้อนของธาตุแทรนซิชัน * โลหะแทรนซิชันมีโครงสร้างทางอิเล็กตรอนที่แตกต่างไปจากโลหะหมู่ที่ IA และหมู่  IIA คือสามารถรวมกับไอออน  หรือหมู่ไอออน โมเลกุลหรือสารบางชนิดที่มีอิเล็กตรอนคู่ว่างอยู่ เกิดเป็นสารประกอบโคเวเลนต์ที่เรียกว่า สารประกอบโคออดิเนชันหรือสารประกอบเชิงซ้อน (Complex  Compound) สารประกอบเชิงซ้อน คือ สารประกอบที่มีไอออนเชิงซ้อนเป็นองค์ประกอบอยู่ด้วย ส่วนมากเกิด กับธาตุแทรนซิชัน ไอออนเชิงซ้อน คือ สารที่เกิดจากไอออนลบ (anions) หรือโมเลกุลที่เป็นกลางไม่มีประจุจำนวน หนึ่ง หรือมากกว่านั้นมาสร้างพันธะเคมีกับไอออนกลางของโลหะ เช่น Cu(NH3)42+, ไอออนเชิงซ้อนมี 2 ชนิดคือ ไอออนเชิงซ้อนที่เป็นไอออนบวก และไอออนลบ

สารประกอบเชิงซ้อนของธาตุแทรนซิชัน อะตอมกลางหรือไอออนกลาง (Central atom ion) คือ อะตอมของธาตุที่อยู่แกนกลางของสารเชิงซ้อน ส่วนมาก ได้แก่ โลหะแทรนซิชัน ลิแกนด์ คือ ไอออนหรือโมเลกุลที่ล้อมรอบอะตอมกลางหรือไอออนกลาง สารพวกนี้เป็นสารที่มีอะตอมของธาตุที่มีอิเล็กตรอนคู่อิสระอยู่ เช่น F-, Br-, OH-, SCN-, S2-,CO, NH3, H2O เป็นต้น พันธะระหว่างลิแกนด์ และโลหะแทรนซิชันที่อยู่กลางในสารเชิงซ้อนเป็นพันธะโคเวเลนต์ และจำนวนลิแกนด์ที่ล้อมรอบโลหะแทรนซิชันที่อยู่กลาง เรียกว่า เลขโคออร์ดิเนชัน และเลขโคออร์ดิเนชันเป็นเท่าใดนั้นขึ้นอยู่กับชนิดของธาตุแทรนซิชัน เลขออกซิเดชันของโลหะแทรนซิชัน และชนิดของลิแกนด์ด้วย

สารประกอบโคออร์ดิเนชัน (Coordination Compound) สารประกอบโคออร์ดิเนชัน โดยทั่วไปประกอบด้วยไอออนเชิงซ้อน (complex ion) และไอออนที่มีประจุตรงข้าม(counter ion) ไอออนเชิงซ้อน ประกอบด้วย โลหะที่มีประจุบวกตรงกลาง (central metal cation) เกิดพันธะกับโมเลกุลหรือไอออนตั้งแต่ 1 ตัวขึ้นไป โมเลกุลหรือไอออนที่ล้อมรอบโลหะที่อยู่ตรงกลาง เรียกว่า “ลิแกนด์ (ligand)” ลิแกนด์จะมีอิเลกตรอนวงนอกสุดที่ไม่ได้ใช้ในการเกิดพันธะโคเวเลนท์ (unshared pair of valence electrons)อยู่อย่างน้อย 1 คู่ H O • • H N • Cl - • C O

สารประกอบโคออร์ดิเนชัน อะตอมในลิแกนด์ที่เกิดพันธะโดยตรงกับโลหะอะตอมกลางเรียกว่า “อะตอมดอนเนอร์ (donor atom)” • H N H O • จำนวนของอะตอมดอนเนอร์ที่ล้อมรอบโลหะตรงกลางในสารประกอบโคออร์ดิเนชันเรียกว่า “เลขโคออร์ดิเชัน (coordination number)” ลิแกนด์ที่มี: อะตอมดอนเนอร์ 1 ตัว เรียกว่า monodentate H2O, NH3, Cl- อะตอมดอนเนอร์ 2 ตัว เรียกว่า bidentate ethylenediamine อะตอมดอนเนอร์ 3 ตัวขึ้นไป เรียกว่า polydentate EDTA

ตัวอย่างลิแกนด์ที่พบบ่อยๆ

จงหาเลขออกซิเดชันของโลหะในสารเหล่านี้ K[Au(OH)4] และ [Cr(NH3)6](NO3)3 ? Au + 1 + 4x(-1) = 0 NO3- มีประจุเป็น -1 Au = +3 NH3 ไม่มีประจุ (เป็นกลาง) ? Cr + 6x(0) + 3x(-1) = 0 Cr = +3

Common ligands

โครงสร้างของสารประกอบเชิงซ้อน

โครงสร้างของไอออนเชิงซ้อน

ธาตุแทรนซิชันและสารประกอบเชิงซ้อนของธาตุแทรนซิชัน เป็นโลหะทุกธาตุ และมีความสามารถเป็นตัวรีดิวส์ได้ มีอะตอมหรือไอออนของธาตุแทรนซิชันอยู่ตรงกลางและมีไอออน อะตอม หรือโมเลกุล มาล้อมรอบโดยสร้างพันธะโคเวเลนต์ระหว่างกัน มีการจัดเรียงอิเล็กตรอนเพิ่มเข้าไปในระดับพลังงานชั้นในที่อยู่ติดกับระดับพลังงานนอกสุด อาจเป็นไอออนบวก ไอออนลบ หรือเป็นกลางก็ได้ บางธาตุมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนเท่ากับ 1 (Cr, Cu) และบางธาตุมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนเท่ากับ 2 และเมื่อเป็นสารประกอบจะมีเลขออกซิเดชันหลายค่า มักมีสี และถ้าเลขออกซิเดชันของธาตุแทรนซิชันเปลี่ยน สีจะเปลี่ยน มีขนาดอะตอมใกล้เคียงกันภายในกลุ่ม แต่เล็กกว่าโลหะหมู่ IA และ IIA ในคาบเดียวกัน ธาตุแทรนซิชันชนิดหนึ่งอาจเกิดเป็นสารประกอบที่มีองค์ประกอบเหมือนกันได้มากกว่า 1 ชนิด แต่ละชนิดจะมีสีแตกต่างกันขึ้นอยู่กับชนิด และจำนวนโมเลกุล อะตอม หรือไอออน ที่มาล้อมรอบ

สารประกอบเชิงซ้อนของธาตุแทรนซิชัน

สารประกอบเชิงซ้อนของธาตุแทรนซิชัน ตารางแสดงสารประกอบเชิงซ้อนบางชนิดและไอออนองค์ประกอบ สารประกอบเชิงซ้อน ไอออนบวก ไอออนลบ สีของสารประกอบ KMnO4 K+ [MnO4]- ม่วงแดง K2MnO4 [MnO4]2- เขียว PbCrO4 Pb2+ [CrO4]2- เหลือง K3[Fe(CN)6] [Fe(CN)6]3- ส้มแดง [Cu(NH3)4 ] SO4 [Cu(NH3)4]2+ [SO4]2- คราม [Cu(H2O)5] SO4 [Cu(H2O)5]2+ น้ำเงิน

สมบัติบางประการของสารประกอบของโครเมียมและแมงกานีสไอออน Cr Mn +6 +6 +7 H+ H+ Cr2O72- Cr3+ + O2(g) + H2O2 MnO42- MnO4- สีส้ม สีเขียว สีเขียว สีม่วงแดง S2- H+ OH- H+ กับ S2- NaOH Cr2+ +6 +4 สีน้ำเงิน Mn2+ CrO42- MnO2 สีชมพูอ่อน สีเหลือง สีดำ OH- +3 Mn(OH)3 สีน้ำตาล

สีของสารประกอบของโครเมียมและแมงกานีสในน้ำ สูตร ชื่อ สี Cr2+ Cr3+ CrO42- Cr2O72- Mn2+ Mn(OH)3* MnO2* MnO42- MnO4- Chromium (II) ion Chromium (III) ion Chromate ion Dichromate ion Manganese (II) ion Manganese (II) hydroxide Manganese (IV) oxide Manganate ion Permanganate ion น้ำเงิน เขียว เหลือง ส้ม ชมพูอ่อน น้ำตาล ดำ ม่วงแดง *ไม่ละลายน้ำ

การเตรียมสารประกอบเตตระแอมมีนคอปเปอร์ (II) ซัลเฟต เตรียมโดยนำ CuSO4.5H2Oซึ่งเป็นผลึกสีฟ้ามาละลายน้ำ แล้วเติม NH3 และ เอทานอล จะได้ผลึกสีครามเข้ม เมื่อตั้งทิ้งไว้ข้ามคืนจะเปลี่ยนเป็นสารสีเขียวแกมฟ้า ดังสมการ CuSO4.5H2O + 4NH3 Cu(NH3)4SO4.H2O + 4H2O (สีฟ้า) (สีคราม) ทิ้งไว้ข้ามคืน Cu(NH3)3SO4 + NH3 + H2O (สีเขียวแกมฟ้า)

สารประกอบเชิงซ้อนขอธาตุแทรนซิชัน TM Formula of Hydroxide Precipitate Colour Excess NaOH Excess Ammonia Cr Cr(OH)3 green [Cr(OH)6]3-(aq)   Mn Mn(OH)2 cream Fe Fe(OH)2 Fe(OH)3 red/brown Co Co(OH)2 light blue Ni Ni(OH)2 [Ni(NH3)6]2+(aq)  Cu Cu(OH)2 blue Cu(NH3)4]2+(aq) Zn Zn(OH)2 white [Zn(OH)4]2- (aq) [Zn(NH3)4]2+(aq)

การเขียนสูตรและการเรียกชื่อสารประกอบเชิงซ้อน เรียกชื่อไอออนบวกก่อนไอออนลบ เช่นเดียวกับการเรียกชื่อสารประกอบไอออนิก การเรียกชื่อไอออนเชิงซ้อน ให้เรียกชื่อลิแกนด์ก่อนแล้วตามด้วยชื่อของไอออนของธาตุแทรนซิชัน **การเรียกชื่อลิแกนด์ 1) ไอออนลบที่ลงท้ายด้วย -ide เปลี่ยนเป็น -o ไอออนลบ ชื่อทั่วไป ชื่อเมื่อเป็นลิแกนด์ Cl- Br- I- CN- O2- chloride bromide Iodide cyanide oxide chloro bromo Iodo cyano oxo

การเขียนสูตรและการเรียกชื่อสารประกอบเชิงซ้อน **การเรียกชื่อลิแกนด์ 2) ไอออนลบที่ลงท้ายด้วย –ite หรือ –ate เปลี่ยนเป็น –ito , –ato ไอออนลบ ชื่อทั่วไป ชื่อเมื่อเป็นลิแกนด์ CO32- S2O32- SCN- C2O42- carbonate thiosulfate thiocyanate oxalate Carbonato Thiosulfato thiocyanato เมื่อเกิดพันธะที่ S isothiocyanato เมื่อเกิดพันธะที่ N oxalato

การเขียนสูตรและการเรียกชื่อสารประกอบเชิงซ้อน **การเรียกชื่อลิแกนด์ 3) ลิแกนด์ที่ไม่มีประจุหรือเป็นกลาง : ให้เรียกเหมือนกับโมเลกุลที่เป็นกลาง ยกเว้น ลิแกนด์ ชื่อเมื่อเป็นลิแกนด์ H2O NH3 CO aqua ammine carbonyl

การเขียนสูตรและการเรียกชื่อสารประกอบเชิงซ้อน **การเรียกชื่อลิแกนด์ 4) ถ้าสารประกอบเชิงซ้อนมีลิแกนด์ชนิดเดียวกันมากกว่าหนึ่ง :ให้บอกจำนวนที่ซ้ำกันไว้หน้าชื่อลิแกนด์ด้วยภาษากรีก จำนวนลิแกนด์ที่ซ้ำกัน เรียก 2 3 4 5 6 di tri tetra penta hexa

การเขียนสูตรและการเรียกชื่อสารประกอบเชิงซ้อน **การเรียกชื่อไอออนเชิงซ้อน 1) ถ้าไอออนเชิงซ้อนมีประจุเป็นลบ : ให้เรียกชื่อลิแกนด์แล้วตามด้วยชื่อโลหะ และเปลี่ยนคำลงท้ายเป็น –ate และใส่เลขออกซิเดชันไว้ในวงเล็บต่อจากชื่อโลหะด้วยเลขโรมัน โลหะ ชื่อโลหะ ชื่อโลหะในไอออนเชิงซ้อนที่มีประจุลบ Al Cr Mn Ni Co Zn Mo W Aluminium chromium manganese nickel cobalt zinc molybdenum tungsten Aluminate Chromate Manganate Nickelate Cobaltate Zinccate Molybdate Tungatate

การเขียนสูตรและการเรียกชื่อสารประกอบเชิงซ้อน **การเรียกชื่อไอออนเชิงซ้อน 2) ไอออนเชิงซ้อนที่มีประจุเป็นลบ : ชื่อโลหะบางตัวมีชื่อเรียกเป็นภาษาละติน ให้ใช้ภาษาละตินและลงท้ายด้วย –ate ธาตุ ชื่อโลหะ ชื่อโลหะในไอออนเชิงซ้อน ภาษาอังกฤษ ภาษาละติน ที่มีประจุเป็นลบ Fe Cu Pb Ag Au Sn iron copper lead silver gold tin Ferrum Cuprum Plumbum Argentum Aurum Stannum Ferrate Cuprate Plumbate Argentate Aurate Stannate

การเขียนสูตรและการเรียกชื่อสารประกอบเชิงซ้อน 3) ในกรณีที่สารประกอบเชิงซ้อนนั้นมีลิแกนด์หลายชนิด ให้เรียกชื่อลิแกนด์ตามลำดับ ตัวอักษรภาษาอังกฤษ เรียงจาก A-Z

การเขียนสูตรและการเรียกชื่อสารประกอบเชิงซ้อน ตัวอย่าง การเรียกชื่อสารประกอบเชิงซ้อน สารประกอบเชิงซ้อน ไอออนบวก ไอออนลบ เลขโคออร์ดิเนชัน อ่านชื่อ K3[Fe(CN)6] [Cu(NH3)4]SO4 [Cr(H2O)4Cl2]ClO4 Na3[Cr(NO2)6] Fe2[Fe(CN)6] [Ni(NH3)6]Br2 ................... ...................... ................................. ........................

ธาตุกึ่งโลหะ (Metalloids) ธาตุกึ่งโลหะ คือ ธาตุที่มีสมบัติบางประการคล้ายโลหะ และมีสมบัติบางประการคล้ายอโลหะ ได้แก่ B (โบรอน) Si (ซิลิกอน) Ge (เจอร์เมเนียม) As (อาร์เซนิก) Sb (แอนติโมนี) Te (เทลลูเรียม) Po (โพโลเนียม) At (แอสทาทีน)

ธาตุกึ่งโลหะ โบรอน (B) - มีจุดเดือด จุดหลอมเหลวสูงเหมือนโลหะ แต่เปราะ และไม่นำไฟฟ้า - มีโครงสร้างแบบโครงผลึกร่างตาข่ายที่แข็งแรงมาก มีรูปผลึกหลายรูป

ธาตุกึ่งโลหะ ซิลิกอน (Si) - เป็นผลึกสีเทาเงิน มีจุดเดือด จุดหลอม เหลวสูงเหมือนโลหะ แต่เปราะเหมือนอโลหะ - เป็นสารกึ่งตัวนำ - อะตอมของ Si ยึดต่อกันในรูปโครงผลึก ร่างตาข่าย - ใช้ทำแผงวงจรไฟฟ้าและอุปกรณ์ไฟฟ้าต่างๆ เช่น วิทยุ โทรทัศน์ คอมพิวเตอร์

ธาตุกึ่งโลหะ เจอร์เมเนียม (Ge) มีจุดเดือด จุดหลอมเหลวสูงเหมือนโลหะ แต่เปราะเหมือนอโลหะ เป็นธาตุกึ่งตัวนำ ใช้ทำส่วนประกอบของอิเล็กทรอนิกส์ อาร์เซนิก (As) มีจุดเดือด จุดหลอมเหลวค่อนข้างสูง นำไฟฟ้าได้เหมือนโลหะ แต่เปราะ