transition elements - chem ku-kps€¦ · isomer of complexes isomers (same formula but different...

41
Transition Elements 1

Upload: others

Post on 17-Mar-2020

4 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Transition Elements

���������������������� ��� !" �#

1

$��% ��#&�'�#

()��*�+,-%�-���.-/---#�+-���0���-#1��2*

3# d ��.- f---��1���� /�7��0�8

2��#����

)��*3#��97 IIB (Zn(3d104s2), Cd(4d105s2), Hg(5d106s2)) &J,"�+

-���0���-#1��2*��0�3# d---��1���� /�7�7�3#�9K-%�-���.-

/---# 2%/�72�L�KM#)��* ��#&�'�#

2��#����

)��*3#��97 IIB (Zn(3d104s2), Cd(4d105s2), Hg(5d106s2)) &J,"�+

-���0���-#1��2*��0�3# d---��1���� /�7�7�3#�9K-%�-���.-

/---# 2%/�72�L�KM#)��* ��#&�'�#2

� -%�-�N-" Cu(3d104s1), Ag(4d105s1), Au(5d106s1) �+���1��2*

-���0���-#��0�3# d---��1���� �73#/---# Cu(II), Ag(II), Au(III)

�KM#/K����".,-#/N�+,�+���1��2*-���0���-#/�7��0� d---��1����

)��* ��#&�'�# �+��1���Q�R����#��S"3# #�#-# �% #���S" )��* ��#&�'�# �+��1���Q�R����#��S"3# #�#-# �% #���S"

17"������1��2* e- 3# #�#-#/LR�KM#

1. -#*��� ��#&�'�#�+, 1 (First transition series)

Sc Zn �+���1��2* e- 3# 3d---��1���� /�7Q�13

2. -#*��� ��#&�'�#�+, 2 (Second transition series)

Y Cd �+���1��2* e- 3# 4d---��1���� /�7Q�1

3. -#*��� ��#&�'�#�+, 3 (Third transition series)

Lu Hg �+���1��2* e- 3# 5d---��1���� /�7Q�1

4. -#*��� �#��/#L� (Lanthanides)4. -#*��� �#��/#L� (Lanthanides)

La Yb

5. -#*��� -���/#L� (Actinides)

Ac No

)��* ��#&�'�#'�S#3#�!��%�+���1��2* e- 3# (n-2)f --��1���� 3#N]%�+, e- 3# ns ��"Q"Q�R��

�L��

4

5

����]%�L7#N-")��* ��#&�'�#

� �L"��N--�&��L'�#/LR����Q7� ����R#��97 IIIB �% IIB �+,�+/LRQ7�

�L+��Q.- +3 �% +2 ������L�1 )��*-.,#_ �+ 2 Q7� �KM#-�7�"#R-� �%���

���,��+, +2

� ���K�%�-1����+��1����KM# paramagnetic

Q.- a9�LJ"L9L-�7�"-7-#_LR���#�� �7���0� �KM#b�2������+

-���0���-#�L+,��3# d---��1����

� ����'�"&R-#�+,���LNJS#�7�#3�c72%�+�+

� ���L�KM#����'�"&R-#�+,�+��N--�&��L'�#/LR����Q7� 6

Lanthanide contractionLanthanide contraction

7

e- 3# (n-2)f --��1���� �+Q��������a3#������1�"/LR#R-�

8

��1�����,�/K

$��% ���#���+,L+ ��#��� N0" �%2*L��-������9" �#.,-"2�� �+

��1������d�!

d-e- 2��#�#�����+,��NR-"3#�����R�"!�#)%$��% �%'7���JL

b�J�$��% 2J"�+!�#)%$��%�+, N0" �"

Q����#� #7#�9" �!��% �+���N-"-%�-���� �7�+N#�L-%�-�

��0� �%�+���2�L��+�"'�L��#���

9

� ��1����L7# Q.- ���3�R�KM# �7���0�/LR /LR �7 Fe, Co, Ni K���$��%

���7�#+S �7���0�L9L/LR ��.,-��"3#�#�� �7���0��+, �"#�#_ $��%

2%�����KM# �7���0�

domain

10

���2�L��+�"-���0���-#N-")��* ��#&�'�#

)��* ��#&�'�#3#Q�1 n ����+-���0���-#1��2*��0�3# ns-

--��1���� �%�+-���0���-#1�"�7�#3# (n-1)d---��1���� --��1���� �%�+-���0���-#1�"�7�#3# (n-1)d---��1����

��.- (n-2)f---��1����

11

��.,-�K�+�1��+�1���2�L-���0���-#3#-%�-� �%3#/---#1��

Fe [Ar] 4s2 3d6

Fe2+ [Ar] 3d6

Fe3+ [Ar] 3d5

3#������L/---# -%�-�2%��+� e- 3# 4s---��1���� �7-# ��S"�+,2�� 3#������L/---# -%�-�2%��+� e- 3# 4s---��1���� �7-# ��S"�+,2��

Aufbau 2%1��2* e- 3# 4s �7-# &J,"���3�RQ�L�7� 4s �+�%L�1

!��""�#�,����7� 3d �%Q���+,2%LJ" e- --�/LR�����7� 2��"_ �R�

��.,- ns e- 1��2*3# K �% Ca ns---��1�����+�%L�1!��""�#�,��

��7� (n-1)d---��1���� 12

� �7��.,-����!�,�NJS#N-"K�%2*3##���Q�+�� (/�7Q�Lb������S#

N-"�%L�1!��""�#'�S#3#) 2%LJ" (n-1)d---��1����3�R�+�%L�1

!��""�#�,���" &J,"�,����7� ns ��0�#R-�3#)��* ��#&�'�# ��_

�% �,���"��.,-�_ �7/�7���#����-L-#*���#�S#

���2�L��+�" e- N-" Cr 3d54s1 �% Cu 3d104s1 �L"3�R

��0#�7� �%L�1!��""�#N-" 3d �% 4s 3��R�Q+�"��#��� �%

Cr ��.-�1��2* 11Q�J," �!.,-3�R�+��a+��d�!���NJS#

�'7#�L+����#��1 Cu13

��1�����"�Q�+

* (n-1)d ��� ns ������� �� ������������������� ��

�������� �� ��������� !�������

1. �$�� e- �%����� ns ����� &� M2+

2. �$�� e- �� (n-1)d ���������� IE �(���)*� +�� �������� ��2. �$�� e- �� (n-1)d ���������� IE �(���)*� +�� �������� ��

* � �-� .�)/�������0�������������������1*� 2 �*� ������*�

+2 � &�)1�*1�

* ���1�� ��3* IIIB Sc, Y [(n-1)d1 ns2] ��������������� &� +3

�*��-� ����� ������ ���� (n-1)d ��� ns ���������14

#�$#R���N--�&��L'�#

� )��* ��#&�'�#��*7��R#_ �+ e- 3# d---��1����#R-� �"b����%��7�"

e- #R-� ���3�R�%L�1!��""�#N-" (n-1)d ��1 ns /�7�7�"��##��

��N--�&��L'�#N-")��* ��#&�'�#��*7��R#_ #+S2J"�+Q7�/LR�9"�*L���

��N��97 �-LQ�R-"��1�����+���.-3'R����#�� e-��S"��L3# (n-1)d ��N��97 �-LQ�R-"��1�����+���.-3'R����#�� e-��S"��L3# (n-1)d

�% ns --��1���� �'7#

Sc Ti V Cr Mn

3d14s2 3d24s2 3d3 4s2 3d5 4s1 3d5 4s2

Ox.No.�9"�*L +3 +4 +5 +6 +7 15

� )��* ��#&�'�#��*7��R��_ /�7�+Q������!�#)��%��7�"��N

--�&��L'�#�9"�*L��1���2�L��+�"-���0���-# �!��% )��*��*7�#+S�+ e-

3# d---��1�������NJS# �"b����%��7�" e- ���NJS# ���3�R�%L�1

!��""�#�%��7�" (n-1)d ��1 ns �7�"��#���NJS#���2��#�# d e- �%

�"LJ"2��#���Q�+���+,�!�,����NJS#���3�R (n-1)d --��1���� �NR�3��R �"LJ"2��#���Q�+���+,�!�,����NJS#���3�R (n-1)d --��1���� �NR�3��R

#���Q�+�����NJS# �%�7�"2�� ns �!�,�NJS#

� ��N--�&��L'�#�7�#3�c7���!1�KM# +2

16

� 3#-#*����+, 1 ��N--�&��L'�#�+,��a+��N-" 3 )��* ��2%�+Q7��9"�*L

��7���1��N��97 Q.- +3, +4, +5 ������L�1 ���"2��#�S#��N--�&��L'�#

�+,��a+��2%�+Q7��L�" �L"aJ" K�%2*N-"#���Q�+���+,�!�,����NJS# ���

3�R d-e- �+,2%3'R���L!�#)%/LR�L�"

� #�$#R�3#��97�L+����# !1�7� )��*LR�#�7�" ��N--�&��L'�#Q7��9"2%� #�$#R�3#��97�L+����# !1�7� )��*LR�#�7�" ��N--�&��L'�#Q7��9"2%

��a+��NJS# �'7#

Mn ��N--�&��L'�#�+,��a+�� +4

Tc ( +7

Re ( +7 17

� ����� 0�� ������ ���� (n-1)d ��������������

�� ���� ns ����5-� (0(��1��-������� ������� �)*

���������7�*�����)

e (n-1)d ns(��������$��������� e- - (n-1)d ��� ns ������� �����5-�

7�� *���1*�.�)/������

18

$�� ����������������

$�� ������� .�)/�������0�����89����1���)�

�: ��3*����1*�$�� ������� ������/*� s ����%���

.�)/�����������������������$3 + ����� 0��.�)/�����������������������$3 + ����� 0��

7����������;�����$� ��0/�1����05 �5 �3���/*����� e-�� 7������7���� �����-1�5-�

19

$��)���*��� $�� ������� .�)/��/*���-��� ��

���!� &�$�)*� + �����1�)*������ .�)/ ���

��������� ��������� 7������ �����$(��<��������� ��������� 7������ �����$(��<

��� ���������������$��� ��.��� $����� ����

20

$�� �������� ���� (Complex compounds ���� coordination compounds)

$�� ��������������������� &�������)�����

�������)��������/*��� ��)���������1*� =�������> �������)��������/*��� ��)���������1*� =�������>

������� ������ ��.�����������)���1���)�

?����� $��� �� ��0/ 0������1*�

=7������� ���� (complex ions)821

��N$Q--��L��#'�#

�)*�� NH3 (�������� &� Lewis base ��� N ��� e- �3*���

�����1�����$��� ��.��� Cu2+ ��)����� N � &� donor

atom ����3*��������� NH3 22

� @���� 7������� ���� [Cu(NH3)4]2+ �� �������1� NH3 4

�����/� ����������) �� Cu2+ ��)�����

* ��������������� ��0��9�0�� 0(��1� donor atom

���� 0(��1���.���$��� 0������������ ��)����� ���� 0(��1���.���$��� 0������������ ��)�����

� �-�7�����1��� �����������05 ���1����� 2 ���� ���

1. Ordinary ionic valency = ������������

2. Secondary valency = ���������������23

)1��*� [Pt(NH3)5Cl]3+

Pt �������������� = +4

��������������� = 6

�����1*� NH3 � &������/���� &���� 05 7�*�� ��0/�����1*� NH3 � &������/���� &���� 05 7�*�� ��0/

$*1� Cl- �� ��0/� &� -1 (Cl- ��� e- �3*��������1������.��� Pt4+)

@��1� ��0/�� 7������� ����� &� +3

� �-� Pt 05 �� ��0/� &� +4 = Pt4+24

������ �������

� ��)����������������3*����;�)�����������1 $��� ��.���

7������ ����(�����1��$)7�� �����1*� donor atom ��*� ��$

��1��$ 7����* CO, H2O �� O � &� donor atom

� ��������������)������1$��� ��.�������7������ ���� � ��������������)������1$��� ��.�������7������ ����

�����1*� monodentate ligands ��*� NH3 Cl- H2O CN- F-

Br- I- NO2-

� ����������� donor atom ����1*� 1 ��)��)*� 1 ��/*� ���

��)��$��� 7��������.�����)����� ������� �����1*�

polydentate ligands 25

� ����������� donor atom 2 ��)��)*� 1 ��/*� �����1*�

bidentate ligand ��*� oxalate : ox (-OOCCOO-) ;

2,2- dipyridyl ���� bipyridyl (dipy ���� bipy) ;

o-phenanthroline (phen) ; dimethylglyoxime (DMG)

� tridentate ligands ��*� diethylenetriamine (dien)

� tetradentate ��*� triethylenetetramine (trien)

� hexadentate : ethylenediaminetetraacetate (EDTA)

26

������������$����� ����

1. �*������7�����1��*��7������ ��*�

[Ag(NH3)2]Cl �)�)1� &� [Ag(NH3)2]+ ��� Cl-

�*������ [Ag(NH3)2]+ �*��

2. ��7������� ���� ����*��������������*�����1)����1�����

�� 7�����1������������

2.1 ?�����������������������1*� 1 ��/*� ����$*

0(��1�����������-(���71��������� ���������1�27

2 ������� ����(�1*� di

3 5 5 tri

4 5 5 tetra

5 5 5 penta

6 5 5 hexa6 5 5 hexa

���������� &� polydentate ������0(��1��������� ��-

2 ������� ����(�1*� bis-

3 5 5 tris-28

������������������� &�7������� �����1� 5o6 � )*�7 ��-

7������ ������ &���������*��1*�

F- fluoride fluoro

Cl- chloride chloroCl- chloride chloro

Br- bromide bromo

I- iodide iodo

CN- cyanide cyano

OH- hydroxide hydroxo 29

7������ ������ &���������*��1*�

NH3 ammonia ammine

H2O aqua

CO carbonylCO carbonyl

NO nitrosyl

CO32- carbonate carbonato

[Ag(NH3)2]+ = diamminesilver(I)ion

30

2.2 ?���������������1*� 1 ����������������)���(�����8�

��*� [Pt(NH3)2Cl2] �*�������� ammine �*�� chloro

�*��1*� diamminedichloroplatinum(II)

3. ����*������������)�����

$ ��)1*�������)����� 0��$� �������������� () )���� ��1�

�*������������)����� )*�0��������������* � &� 2 ��� 31

3.1 ������)����� ��7������� �������� ��0/� &��1�

���$����� ������7�*�� ��0/ ����*����������)������.�)/

�-�+ ��*� cobalt, silver, platinum

��*� [Ag(NH3)2]+ �*�� diamminesilver(I) ion3 2

[Ni(CO)4] �*�� tetracarbonylnickel(0)

3.2 7������� �������� ��0/� &��� �����������������-�+�

�����1� 5ate6 ��*�

32

.�)/�������.�)/ ����������7������� ���� ��0/��

Cr chromium chromate

Mn manganese manganate

Ni nickel nickelate

Co cobalt cobaltate

Zn zinc zincate

Pt platinum platinate

33

��*�

[PtCl5(NH3)]3- �*��

[Ni(CN)4]2- �*��

K[Pt(NH3)Cl5] = K+ + [Pt(NH3)Cl5]

- �*��

amminepentachloroplatinate(II) ion

tetracyanonickelate(II) ion

K[Pt(NH3)Cl5] = K + [Pt(NH3)Cl5] �*��

[Co(NH3)4SO4]NO3 �*��

potassium amminepentachloroplatinate(IV)

tetraamminesulfatocobalt(III) nitrate

34

Isomer of complexes

Isomers(Same formula but different properties)

Stereoisomers

(same bonds, different

Structural

Isomers

35

(same bonds, different spatial arrangements)

Isomers(different bonds)

• Geometric isomer• Optical isomer

• Coordination isomer

• ionization isomer

• hydrate isomer• linkage isomer

Structural isomerism

1. Coordination isomer����������� ������� �� ��������������� ��������������������� ����������� �!�����"��'7#

36

[Co(NH3)6][Cr(CN)6] �% [Co(CN)6][Cr(NH)3)6]

[Cr(NH3)6][Cr(SCN)6] �% [Cr(NH3)4(SCN)2][Cr(NH3)2(SCN)4]

2. Ionization isomer���"#����������$���� ��"%�����������&!��� complex ion�'7#[Cr(NH3)5Br]SO4 �% [Cr(NH3)5SO4]Br

[Pt(NH3)3Br]NO2 �% [Pt(NH3)3NO2]Br

3. Hydrate isomer���"#����� ����'$�������'7#

[CrCl(H2O)5]Cl2 ⋅⋅⋅⋅H2O blue-green

[Cr(H2O)6B]Cl3 violet

37

[CrCl3(H2O)3]⋅⋅⋅⋅3H2O yellow green

[CrCl2(H2O)4]Cl ⋅⋅⋅⋅2H2O dark green

[CrCl(H2O)5]Cl2 ⋅⋅⋅⋅H2O blue-green

Linkage Isomers

38

Geometric (cis-trans) Isomerism

39

Optical Isomerism

40

Mirror Images

41