संक्रमण धातु

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रसायन विज्ञान में, एक संक्रमण धातु (या संक्रमण तत्व) आवर्त सारणी के d-ब्लॉक (समूह 3 से 12) में स्थित एक रासायनिक तत्व है, हालाँकि समूह 12 (और कभी-कभी समूह 3) के तत्वों को कभी-कभी इसमें शामिल नहीं किया जाता है। लैंथेनाइड और एक्टिनाइड तत्वों (f-ब्लॉक) को आंतरिक संक्रमण धातुएं कहा जाता है और इन्हें भी कभी-कभी संक्रमण धातुओं के रूप में माना जाता है।

ये चमकदार धातुएं होती हैं जिनमें अच्छी विद्युत और ऊष्मीय चालकता होती है। अधिकांश (समूह 11 और समूह 12 को छोड़कर) कठोर और मजबूत होती हैं, और इनका गलनांक और क्वथनांक उच्च होता है। ये दो या दो से अधिक विभिन्न ऑक्सीकरण अवस्थाओं में यौगिक बनाती हैं और विभिन्न लिगेंडों के साथ जुड़कर समन्वय परिसर (coordination complexes) बनाती हैं जो अक्सर रंगीन होते हैं। ये कई उपयोगी मिश्र धातु बनाती हैं और अक्सर तात्विक रूप में या समन्वय परिसरों और ऑक्साइड जैसे यौगिकों में उत्प्रेरक के रूप में उपयोग की जाती हैं। अधिकांश अपने अयुग्मित d इलेक्ट्रॉनों के कारण प्रबल अनुचुंबकीय होती हैं, जैसा कि उनके कई यौगिकों के साथ होता है। कमरे के तापमान पर लौहचुंबकीय होने वाले सभी तत्व संक्रमण धातुएं (लोहा, कोबाल्ट और निकेल) या आंतरिक संक्रमण धातुएं (गैडोलीनियम) हैं।

अंग्रेजी रसायनज्ञ चार्ल्स रूजली बरी (1890–1968) ने 1921 में पहली बार इस संदर्भ में 'संक्रमण' शब्द का उपयोग किया था, जब उन्होंने इलेक्ट्रॉनों की एक आंतरिक परत (उदाहरण के लिए आवर्त सारणी की चौथी पंक्ति में n = 3) के 8 के स्थिर समूह से 18 के समूह में, या 18 से 32 में परिवर्तन के दौरान 'तत्वों की संक्रमण श्रृंखला' का उल्लेख किया था।[1][2][3] इन तत्वों को अब d-ब्लॉक के रूप में जाना जाता है।

संक्रमण धातुओं की पहली पंक्ति, क्रम में

परिभाषा और वर्गीकरण

2011 का IUPAC प्रिंसिपल्स ऑफ केमिकल नोमेनक्लेचर एक "संक्रमण धातु" को आवर्त सारणी पर समूह 3 से 12 में किसी भी तत्व के रूप में वर्णित करता है।[4] यह बिल्कुल d-ब्लॉक तत्वों के अनुरूप है, और कई वैज्ञानिक इस परिभाषा का उपयोग करते हैं।[5][6] वास्तविक व्यवहार में, f-ब्लॉक लैंथेनाइड और एक्टिनाइड श्रृंखलाओं को "आंतरिक संक्रमण धातुएं" कहा जाता है। 2005 की रेड बुक समूह 12 के तत्वों को बाहर करने की अनुमति देती है, लेकिन 2011 के प्रिंसिपल्स नहीं।[7]

IUPAC की गोल्ड बुक[8] एक संक्रमण धातु को "एक तत्व जिसके परमाणु में आंशिक रूप से भरा d उप-कोश हो, या जो अपूर्ण d उप-कोश वाले धनायन उत्पन्न कर सके" के रूप में परिभाषित करती है, लेकिन यह परिभाषा रेड बुक के एक पुराने संस्करण से ली गई है और अब वर्तमान संस्करण में मौजूद नहीं है।[7]

d-ब्लॉक में, तत्वों के परमाणुओं में शून्य से दस d इलेक्ट्रॉन होते हैं।

d-ब्लॉक में संक्रमण धातुएं
समूह 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
आवर्त 4 21Sc 22Ti 23V 24Cr 25Mn 26Fe 27Co 28Ni 29Cu 30Zn
5 39Y 40Zr 41Nb 42Mo 43Tc 44Ru 45Rh 46Pd 47Ag 48Cd
6 71Lu 72Hf 73Ta 74W 75Re 76Os 77Ir 78Pt 79Au 80Hg
7 103Lr 104Rf 105Db 106Sg 107Bh 108Hs 109Mt 110Ds 111Rg 112Cn

प्रकाशित ग्रंथों और आवर्त सारणियों में समूह 3 के भारी सदस्यों के संबंध में भिन्नता दिखाई देती है।[9] इन स्थानों पर लैंथेनम और एक्टिनियम की सामान्य स्थिति भौतिक, रासायनिक और इलेक्ट्रॉनिक प्रमाणों द्वारा समर्थित नहीं है,[10][11][12] जो भारी बहुमत से लुटेटियम और लॉरेंशियम को उन स्थानों पर रखने का समर्थन करते हैं।[13][14] कुछ लेखक यट्रियम के नीचे के स्थानों को तीसरे विकल्प के रूप में खाली छोड़ना पसंद करते हैं, लेकिन इस बात पर भ्रम है कि क्या यह प्रारूप यह दर्शाता है कि समूह 3 में केवल स्कैंडियम और यट्रियम शामिल हैं, या इसमें सभी लैंथेनाइड्स और एक्टिनाइड्स भी शामिल हैं;[15][16][17][18][19] इसके अतिरिक्त, यह 15-तत्व-चौड़ा f-ब्लॉक बनाता है, जबकि क्वांटम यांत्रिकी यह निर्धारित करती है कि f-ब्लॉक केवल 14 तत्वों का चौड़ा होना चाहिए।[15] समूह 3 में लुटेटियम और लॉरेंशियम वाला रूप भौतिक, रासायनिक और इलेक्ट्रॉनिक आधारों पर 1988 की एक IUPAC रिपोर्ट द्वारा समर्थित है,[20] और फिर 2021 की एक IUPAC प्रारंभिक रिपोर्ट द्वारा, क्योंकि यह एकमात्र रूप है जो (1) बढ़ते परमाणु क्रमांकों के अनुक्रम को संरक्षित करने, (2) 14-तत्व-चौड़ा f-ब्लॉक, और (3) d-ब्लॉक में विभाजन से बचने की अनुमति देता है।[15] समकालीन साहित्य में अभी भी ऐसे तर्क पाए जा सकते हैं जो समूह 3 में लैंथेनम और एक्टिनियम वाले रूप का बचाव करने का प्रयास करते हैं, लेकिन कई लेखक इसे तार्किक रूप से असंगत मानते हैं (विवाद का एक विशेष बिंदु एक्टिनियम और थोरियम का अलग-अलग उपचार है, जो दोनों संयोजकता कक्षीय के रूप में 5f का उपयोग कर सकते हैं लेकिन एकल परमाणुओं के रूप में कोई 5f अधिभोग नहीं है);[14][21][22] समस्या पर विचार करने वाले अधिकांश शोधकर्ता लुटेटियम और लॉरेंशियम के साथ अद्यतन रूप से सहमत हैं।[14]

समूह 12 के तत्वों जस्ता, कैडमियम और पारा को कभी-कभी संक्रमण धातुओं से बाहर रखा जाता है।[1] ऐसा इसलिए है क्योंकि उनका इलेक्ट्रॉनिक विन्यास [ ]d10s2 है, जहाँ d कोश पूर्ण है,[23] और उनकी सभी ज्ञात ऑक्सीकरण अवस्थाओं में अभी भी एक पूर्ण d कोश होता है। इसलिए, कुछ मानदंडों के तहत, समूह 12 के तत्वों Zn, Cd और Hg को इस मामले में पोस्ट-ट्रांजिशन मेटल के रूप में वर्गीकृत किया जा सकता है। हालाँकि, संक्रमण तत्वों की चर्चा में इन तत्वों को शामिल करना अक्सर सुविधाजनक होता है। उदाहरण के लिए, जब प्रथम-पंक्ति संक्रमण तत्वों की क्रिस्टल क्षेत्र स्थिरीकरण ऊर्जा पर चर्चा की जाती है, तो कैल्शियम और जस्ता को भी शामिल करना सुविधाजनक होता है, क्योंकि Ca2+ और Zn2+ दोनों का मान शून्य होता है, जिसके विरुद्ध अन्य संक्रमण धातु आयनों के मान की तुलना की जा सकती है। एक अन्य उदाहरण परिसरों के स्थिरता स्थिरांक की इरविंग-विलियम्स श्रृंखला में मिलता है। इसके अलावा, Zn, Cd, और Hg बंधन के लिए अपने d कक्षकों का उपयोग कर सकते हैं, भले ही वे ऐसी ऑक्सीकरण अवस्थाओं में ज्ञात न हों जिन्हें औपचारिक रूप से d-उपकोश को तोड़ने की आवश्यकता होगी, जो उन्हें p-ब्लॉक तत्वों से अलग करता है।[24][25][26]

पारा(IV) फ्लोराइड (HgF4) का 2007 का संश्लेषण (हालाँकि विवादित है और अब तक स्वतंत्र रूप से पुनरुत्पादित नहीं हुआ है) को कुछ लोगों द्वारा इस दृष्टिकोण को सुदृढ़ करने के लिए लिया गया है कि समूह 12 के तत्वों को संक्रमण धातु माना जाना चाहिए,[27] लेकिन कुछ लेखक अभी भी इस यौगिक को असाधारण मानते हैं।[28] कोपरनिसियम से रसायन विज्ञान के लिए अपने d इलेक्ट्रॉनों का उपयोग करने में सक्षम होने की उम्मीद है क्योंकि इसका 6d उपकोश बहुत उच्च परमाणु क्रमांक के कारण मजबूत सापेक्षतावादी प्रभावों द्वारा अस्थिर हो गया है, और इस प्रकार इससे संक्रमण-धातु-समान व्यवहार की उम्मीद की जाती है और +2 से अधिक ऑक्सीकरण अवस्थाएं दिखाने की उम्मीद है (जो हल्के समूह 12 तत्वों के लिए निश्चित रूप से ज्ञात नहीं हैं)। यहाँ तक कि नग्न डाइकेशन में भी, Cn2+ के 6d87s2 होने का अनुमान है, जो Hg2+ के विपरीत है जो 5d106s0 है।

हालाँकि मिटनेरियम, डार्मस्टेडियम और रंटजेनियम d-ब्लॉक के भीतर हैं और उनके हल्के सजातीय इरिडियम, प्लेटिनम और सोना के अनुरूप संक्रमण धातुओं के रूप में व्यवहार करने की उम्मीद है, लेकिन इसकी अभी तक प्रयोगात्मक रूप से पुष्टि नहीं हुई है। क्या कोपरनिसियम पारा की तरह अधिक व्यवहार करता है या उत्कृष्ट गैस रेडॉन के समान गुण रखता है, यह स्पष्ट नहीं है। Cn की सापेक्ष निष्क्रियता सापेक्षतावादी रूप से विस्तारित 7s–7p1/2 ऊर्जा अंतराल से आएगी, जो Hg के लिए 6s–6p1/2 अंतराल में पहले से ही स्पष्ट है, जो धात्विक बंधन को कमजोर करता है और इसके प्रसिद्ध निम्न गलनांक और क्वथनांक का कारण बनता है।

निचली या उच्च समूह संख्या वाली संक्रमण धातुओं को क्रमशः 'प्रारंभिक' या 'बाद की' के रूप में वर्णित किया जाता है। जब दो-तरफा वर्गीकरण योजना में वर्णित किया जाता है, तो प्रारंभिक संक्रमण धातुएं d-ब्लॉक के बाईं ओर समूह 3 से समूह 7 तक होती हैं। बाद की संक्रमण धातुएं d-ब्लॉक के दाईं ओर, समूह 8 से 11 तक (या 12, यदि उन्हें संक्रमण धातुओं के रूप में गिना जाता है) होती हैं। एक वैकल्पिक तीन-तरफा योजना में, समूह 3, 4, और 5 को प्रारंभिक संक्रमण धातुओं के रूप में, 6, 7, और 8 को मध्य संक्रमण धातुओं के रूप में, और 9, 10, और 11 (और कभी-कभी समूह 12) को बाद की संक्रमण धातुओं के रूप में वर्गीकृत किया जाता है।

भारी समूह 2 तत्वों कैल्शियम, स्ट्रोंटियम और बेरियम में एकल परमाणुओं के रूप में भरे हुए d-कक्षक नहीं होते हैं, लेकिन कुछ यौगिकों में d-कक्षक बंधन भागीदारी के लिए जाने जाते हैं, और उस कारण से उन्हें "मानद" संक्रमण धातु कहा गया है।[29] यही बात रेडियम के लिए भी सच होने की संभावना है।[30]

f-ब्लॉक तत्वों La–Yb और Ac–No में (n−1)d कोश की रासायनिक सक्रियता होती है, लेकिन महत्वपूर्ण रूप से (n−2)f कोश की रासायनिक सक्रियता भी होती है जो d-ब्लॉक तत्वों में अनुपस्थित होती है। इसलिए उन्हें अक्सर आंतरिक संक्रमण तत्वों के रूप में अलग से माना जाता है।

इलेक्ट्रॉनिक विन्यास

d-ब्लॉक परमाणुओं का सामान्य इलेक्ट्रॉनिक विन्यास [उत्कृष्ट गैस](n − 1)d0–10ns0–2np0–1 है। यहाँ "[उत्कृष्ट गैस]" विचाराधीन परमाणु से पहले की अंतिम उत्कृष्ट गैस का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास है, और n उस परमाणु में एक भरे हुए कक्षक की उच्चतम मुख्य क्वांटम संख्या है। उदाहरण के लिए, Ti (Z = 22) आवर्त 4 में है इसलिए n = 4, पहले 18 इलेक्ट्रॉनों का विन्यास आवर्त 3 के अंत में Ar के समान है, और कुल विन्यास [Ar]3d24s2 है। आवर्त 6 और 7 की संक्रमण धातुएं कोर (n − 2)f14 इलेक्ट्रॉन भी जोड़ती हैं, जिन्हें नीचे दी गई तालिकाओं से हटा दिया गया है। p कक्षक लगभग कभी भी मुक्त परमाणुओं में नहीं भरे जाते हैं (लॉरेंशियम एकमात्र अपवाद है क्योंकि सापेक्षतावादी प्रभावों के कारण जो इतने उच्च Z पर महत्वपूर्ण हो जाते हैं), लेकिन वे संक्रमण धातु यौगिकों में रासायनिक बंधन में योगदान कर सकते हैं।

माडेलुंग नियम भविष्यवाणी करता है कि आंतरिक d कक्षक संयोजकता-कोश s कक्षक के बाद भरे जाते हैं। संक्रमण धातु परमाणुओं की विशिष्ट इलेक्ट्रॉनिक संरचना को तब [उत्कृष्ट गैस]ns2(n − 1)dm के रूप में लिखा जाता है। यह नियम अनुमानित है, लेकिन अधिकांश संक्रमण धातुओं के लिए सही है। भले ही यह तटस्थ जमीनी अवस्था के लिए विफल हो जाता है, यह एक निम्न-ऊर्जा उत्तेजित अवस्था का सटीक वर्णन करता है।

d उपकोश दूसरा-अंतिम उपकोश है और इसे (n − 1)d उपकोश के रूप में दर्शाया जाता है। सबसे बाहरी s उपकोश में s इलेक्ट्रॉनों की संख्या आमतौर पर एक या दो होती है, पैलेडियम (Pd) को छोड़कर, जिसकी जमीनी अवस्था में उस s उपकोश में कोई इलेक्ट्रॉन नहीं होता है। संयोजकता कोश में s उपकोश को ns उपकोश के रूप में दर्शाया जाता है, उदा. 4s। आवर्त सारणी में, संक्रमण धातुएं दस समूहों (3 से 12) में मौजूद होती हैं।

समूह 3 के तत्वों में ns2(n − 1)d1 विन्यास होता है, लॉरेंशियम (Lr) को छोड़कर: इसका 7s27p1 विन्यास असाधारण रूप से 6d कक्षकों को बिल्कुल भी नहीं भरता है। पहली संक्रमण श्रृंखला 4थे आवर्त में मौजूद है, और समूह 2 के Ca (Z = 20) के बाद [Ar]4s2 विन्यास के साथ, या स्कैंडियम (Sc), समूह 3 का पहला तत्व जिसका परमाणु क्रमांक Z = 21 और विन्यास [Ar]4s23d1 है, के साथ शुरू होती है, जो उपयोग की गई परिभाषा पर निर्भर करता है। जैसे-जैसे हम बाएं से दाएं बढ़ते हैं, इलेक्ट्रॉनों को उसी d उपकोश में तब तक जोड़ा जाता है जब तक कि वह पूर्ण न हो जाए। चूंकि जोड़े गए इलेक्ट्रॉन (n − 1)d कक्षकों को भरते हैं, इसलिए d-ब्लॉक तत्वों के गुण s और p ब्लॉक तत्वों से काफी अलग होते हैं जिनमें भरना संयोजकता कोश के s या p कक्षकों में होता है। सभी d-ब्लॉक श्रृंखलाओं में मौजूद व्यक्तिगत तत्वों का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास नीचे दिया गया है:[31]

पहली (3d) d-ब्लॉक श्रृंखला (Sc–Zn)
समूह 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
परमाणु क्रमांक 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
तत्व Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn
इलेक्ट्रॉन
विन्यास 		3d14s2 3d24s2 3d34s2 3d54s1 3d54s2 3d64s2 3d74s2 3d84s2 3d104s1 3d104s2
दूसरी (4d) d-ब्लॉक श्रृंखला (Y–Cd)
परमाणु क्रमांक 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48
तत्व Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd
इलेक्ट्रॉन
विन्यास 		4d15s2 4d25s2 4d45s1 4d55s1 4d55s2 4d75s1 4d85s1 4d105s0 4d105s1 4d105s2
तीसरी (5d) d-ब्लॉक श्रृंखला (Lu–Hg)
परमाणु क्रमांक 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80
तत्व Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg
इलेक्ट्रॉन
विन्यास 		5d16s2 5d26s2 5d36s2 5d46s2 5d56s2 5d66s2 5d76s2 5d96s1 5d106s1 5d106s2
चौथी (6d) d-ब्लॉक श्रृंखला (Lr–Cn)
(Mt–Cn के लिए अनुमानित विन्यास)
परमाणु क्रमांक 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112
तत्व Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn
इलेक्ट्रॉन
विन्यास 		7s27p1 6d27s2 6d37s2 6d47s2 6d57s2 6d67s2 6d77s2 6d87s2 6d97s2 6d107s2

तत्वों के इलेक्ट्रॉनिक विन्यास पर एक सावधानीपूर्वक नज़र डालने से पता चलता है कि माडेलुंग नियम के कुछ अपवाद हैं। उदाहरण के लिए Cr के लिए नियम 3d44s2 विन्यास की भविष्यवाणी करता है, लेकिन देखे गए परमाणु स्पेक्ट्रा दिखाते हैं कि वास्तविक जमीनी अवस्था 3d54s1 है। ऐसे अपवादों को समझाने के लिए, कक्षीय ऊर्जाओं पर बढ़ते परमाणु आवेश के प्रभावों, साथ ही कूलम्ब प्रतिकर्षण और विनिमय ऊर्जा दोनों सहित इलेक्ट्रॉन-इलेक्ट्रॉन इंटरैक्शन पर विचार करना आवश्यक है।[31] ये अपवाद किसी भी स्थिति में रसायन विज्ञान के लिए बहुत प्रासंगिक नहीं हैं क्योंकि उनके और अपेक्षित विन्यास के बीच ऊर्जा का अंतर हमेशा काफी कम होता है।[32]

संक्रमण धातुओं में शामिल (n − 1)d कक्षक बहुत महत्वपूर्ण हैं क्योंकि वे चुंबकीय चरित्र, परिवर्तनीय ऑक्सीकरण अवस्थाओं, रंगीन यौगिकों के निर्माण आदि जैसे गुणों को प्रभावित करते हैं। संयोजकता s और p कक्षकों (ns और np) का इस संबंध में बहुत कम योगदान है क्योंकि वे संक्रमण श्रृंखला में बाएं से दाएं जाने पर शायद ही बदलते हैं। संक्रमण धातुओं में, उन अवधियों की तुलना में जिनमें d कक्षक शामिल नहीं हैं, एक आवर्त में तत्वों के गुणों में अधिक क्षैतिज समानताएं होती हैं। ऐसा इसलिए है क्योंकि एक संक्रमण श्रृंखला में, तत्वों का संयोजकता कोश इलेक्ट्रॉनिक विन्यास नहीं बदलता है। हालाँकि, कुछ समूह समानताएं भी हैं।

अभिलक्षणिक गुण

संक्रमण तत्वों में कई ऐसे गुण साझा होते हैं जो अन्य तत्वों में नहीं पाए जाते हैं, जो आंशिक रूप से भरे हुए d-कोश के कारण होते हैं। इनमें शामिल हैं:

  • ऐसे यौगिकों का निर्माण जिनका रंग d–d इलेक्ट्रॉनिक संक्रमणों के कारण होता है।
  • विभिन्न संभावित ऑक्सीकरण अवस्थाओं के बीच अपेक्षाकृत कम ऊर्जा अंतराल के कारण कई ऑक्सीकरण अवस्थाओं में यौगिकों का निर्माण।[33]
  • अयुग्मित d इलेक्ट्रॉनों की उपस्थिति के कारण कई अनुचुंबकीय (paramagnetic) यौगिकों का निर्माण। मुख्य-समूह तत्वों के कुछ यौगिक भी अनुचुंबकीय होते हैं (जैसे नाइट्रिक ऑक्साइड, ऑक्सीजन)।

अधिकांश संक्रमण धातुओं को विभिन्न प्रकार के लिगेंड (ligands) से जोड़ा जा सकता है, जिससे संक्रमण धातु परिसरों (complexes) की एक विस्तृत विविधता संभव होती है।[34]

रंगीन यौगिक

बाएं से दाएं, इनके जलीय घोल: Co(NO3)2 (लाल); K2Cr2O7 (नारंगी); K2CrO4 (पीला); NiCl2 (फ़िरोज़ी); CuSO4 (नीला); KMnO4 (बैंगनी)।

संक्रमण-श्रेणी के धातु यौगिकों में रंग सामान्यतः दो मुख्य प्रकार के इलेक्ट्रॉनिक संक्रमणों के कारण होता है।

  • आवेश स्थानांतरण (Charge transfer) संक्रमण। एक इलेक्ट्रॉन मुख्य रूप से लिगेंड कक्षक से मुख्य रूप से धातु कक्षक में कूद सकता है, जिससे लिगेंड-से-धातु आवेश-स्थानांतरण (LMCT) संक्रमण उत्पन्न होता है। ये तब सबसे आसानी से हो सकते हैं जब धातु उच्च ऑक्सीकरण अवस्था में हो। उदाहरण के लिए, क्रोमेट, डाइक्रोमेट और परमैंगनेट आयनों का रंग LMCT संक्रमणों के कारण होता है। एक अन्य उदाहरण यह है कि मर्क्यूरिक आयोडाइड, HgI2, एक LMCT संक्रमण के कारण लाल होता है।

धातु-से-लिगेंड आवेश स्थानांतरण (MLCT) संक्रमण तब सबसे अधिक संभावित होता है जब धातु कम ऑक्सीकरण अवस्था में हो और लिगेंड आसानी से अपचयित (reduced) हो जाए।

सामान्य तौर पर आवेश स्थानांतरण संक्रमण d–d संक्रमणों की तुलना में अधिक तीव्र रंग उत्पन्न करते हैं।

  • d–d संक्रमण। एक इलेक्ट्रॉन एक d कक्षक से दूसरे में कूदता है। संक्रमण धातुओं के परिसरों में सभी d कक्षकों की ऊर्जा समान नहीं होती है। d कक्षकों के विपाटन (splitting) के पैटर्न की गणना क्रिस्टल क्षेत्र सिद्धांत का उपयोग करके की जा सकती है। विपाटन की सीमा विशेष धातु, उसकी ऑक्सीकरण अवस्था और लिगेंड की प्रकृति पर निर्भर करती है। वास्तविक ऊर्जा स्तर तानाबे-सुगानो आरेख (Tanabe–Sugano diagrams) पर दिखाए जाते हैं।

केंद्र-सममित (centrosymmetric) परिसरों में, जैसे कि अष्टफलकीय परिसर, d–d संक्रमण लापोर्टे नियम (Laporte rule) द्वारा वर्जित होते हैं और केवल वाइब्रोनिक कपलिंग के कारण होते हैं जिसमें एक आणविक कंपन d–d संक्रमण के साथ होता है। चतुष्फलकीय परिसरों का रंग कुछ अधिक तीव्र होता है क्योंकि जब समरूपता का कोई केंद्र नहीं होता है तो d और p कक्षकों का मिश्रण संभव होता है, इसलिए संक्रमण शुद्ध d–d संक्रमण नहीं होते हैं। d–d संक्रमणों के कारण बैंड की मोलर अवशोषकता (ε) अपेक्षाकृत कम होती है, जो लगभग 5–500 M−1cm−1 की सीमा में होती है (जहाँ M = mol dm−3)।[35] कुछ d–d संक्रमण स्पिन वर्जित होते हैं। एक उदाहरण मैंगनीज(II) के अष्टफलकीय, उच्च-स्पिन परिसरों में होता है, जिसका d5 विन्यास होता है जिसमें सभी पांच इलेक्ट्रॉनों के स्पिन समानांतर होते हैं; ऐसे परिसरों का रंग स्पिन-अनुमत संक्रमण वाले परिसरों की तुलना में बहुत कमजोर होता है। मैंगनीज(II) के कई यौगिक लगभग रंगहीन दिखाई देते हैं। [[Mn(H2O)6]2+ का स्पेक्ट्रम] दृश्य स्पेक्ट्रम में लगभग 0.04 M−1cm−1 की अधिकतम मोलर अवशोषकता दर्शाता है।

ऑक्सीकरण अवस्थाएं

संक्रमण धातुओं की एक विशेषता यह है कि वे दो या अधिक ऑक्सीकरण अवस्थाएं प्रदर्शित करते हैं, जो आमतौर पर एक से भिन्न होती हैं। उदाहरण के लिए, वैनेडियम के यौगिक −1, जैसे [V(CO)6]-, और +5, जैसे VO43-, के बीच सभी ऑक्सीकरण अवस्थाओं में ज्ञात हैं।

संक्रमण धातुओं की ऑक्सीकरण अवस्थाएं। ठोस बिंदु सामान्य ऑक्सीकरण अवस्थाओं को दर्शाते हैं, और खोखले बिंदु संभावित लेकिन असंभावित अवस्थाओं को दर्शाते हैं।

समूह 13 से 18 के मुख्य-समूह तत्व भी कई ऑक्सीकरण अवस्थाएं प्रदर्शित करते हैं। इन तत्वों की "सामान्य" ऑक्सीकरण अवस्थाएं आमतौर पर एक के बजाय दो से भिन्न होती हैं। उदाहरण के लिए, ऑक्सीकरण अवस्था +1 और +3 में गैलियम के यौगिक मौजूद हैं जिनमें एक एकल गैलियम परमाणु होता है। Ga(II) के यौगिकों में एक अयुग्मित इलेक्ट्रॉन होगा और वे एक मुक्त मूलक (free radical) के रूप में व्यवहार करेंगे और आमतौर पर तेजी से नष्ट हो जाएंगे, लेकिन Ga(II) के कुछ स्थिर मूलक ज्ञात हैं।[36] गैलियम में द्वितयी (dimeric) यौगिकों में +2 की औपचारिक ऑक्सीकरण अवस्था भी होती है, जैसे [Ga2Cl6]2-, जिसमें प्रत्येक Ga परमाणु पर अयुग्मित इलेक्ट्रॉन से बना Ga-Ga बंधन होता है।[37] इस प्रकार संक्रमण तत्वों और अन्य तत्वों के बीच ऑक्सीकरण अवस्थाओं में मुख्य अंतर यह है कि ऐसी ऑक्सीकरण अवस्थाएं ज्ञात हैं जिनमें तत्व का एक एकल परमाणु और एक या अधिक अयुग्मित इलेक्ट्रॉन होते हैं।

पहली पंक्ति की संक्रमण धातुओं में अधिकतम ऑक्सीकरण अवस्था टाइटेनियम (+4) से लेकर मैंगनीज (+7) तक संयोजी इलेक्ट्रॉनों की संख्या के बराबर होती है, लेकिन बाद के तत्वों में यह घट जाती है। दूसरी पंक्ति में, अधिकतम ऑक्सीकरण अवस्था रुथेनियम (+8) के साथ होती है, और तीसरी पंक्ति में, अधिकतम इरिडियम (+9) के साथ होती है। [MnO4]- और OsO4 जैसे यौगिकों में, तत्व सहसंयोजक बंधन द्वारा एक स्थिर विन्यास प्राप्त करते हैं।

सबसे कम ऑक्सीकरण अवस्थाएं धातु कार्बोनिल परिसरों में प्रदर्शित होती हैं जैसे Cr(CO)6 (ऑक्सीकरण अवस्था शून्य) और [Fe(CO)4]2- (ऑक्सीकरण अवस्था −2) जिसमें 18-इलेक्ट्रॉन नियम का पालन किया जाता है। ये परिसर भी सहसंयोजक होते हैं।

आयनिक यौगिक ज्यादातर +2 और +3 ऑक्सीकरण अवस्थाओं के साथ बनते हैं। जलीय घोल में, आयन (आमतौर पर) छह पानी के अणुओं द्वारा अष्टफलकीय रूप से जलयोजित (hydrated) होते हैं।

चुंबकत्व

मुख्य लेख: Magnetochemistry

संक्रमण धातु यौगिक अनुचुंबकीय होते हैं जब उनमें एक या अधिक अयुग्मित d इलेक्ट्रॉन होते हैं।[38] चार से सात d इलेक्ट्रॉनों वाले अष्टफलकीय परिसरों में उच्च स्पिन और निम्न स्पिन दोनों अवस्थाएं संभव हैं। [FeCl4]2- जैसे चतुष्फलकीय संक्रमण धातु परिसर उच्च स्पिन होते हैं क्योंकि क्रिस्टल क्षेत्र विपाटन छोटा होता है ताकि इलेक्ट्रॉनों के निचले ऊर्जा कक्षकों में होने के कारण प्राप्त होने वाली ऊर्जा हमेशा स्पिन को युग्मित करने के लिए आवश्यक ऊर्जा से कम होती है। कुछ यौगिक प्रतिचुंबकीय (diamagnetic) होते हैं। इनमें अष्टफलकीय, निम्न-स्पिन, d6 और वर्ग-समतलीय d8 परिसर शामिल हैं। इन मामलों में, क्रिस्टल क्षेत्र विपाटन ऐसा होता है कि सभी इलेक्ट्रॉन युग्मित हो जाते हैं।

लौहचुंबकत्व (Ferromagnetism) तब होता है जब व्यक्तिगत परमाणु अनुचुंबकीय होते हैं और स्पिन वेक्टर एक क्रिस्टलीय सामग्री में एक-दूसरे के समानांतर संरेखित होते हैं। धात्विक लोहा और मिश्र धातु अल्निको (alnico) संक्रमण धातुओं से जुड़े लौहचुंबकीय पदार्थों के उदाहरण हैं। प्रतिलौहचुंबकत्व (Antiferromagnetism) ठोस अवस्था में व्यक्तिगत स्पिन के एक विशेष संरेखण से उत्पन्न होने वाले चुंबकीय गुण का एक और उदाहरण है।

उत्प्रेरक गुण

संक्रमण धातुएं और उनके यौगिक अपनी समांगी और विषमांगी उत्प्रेरक (catalytic) गतिविधि के लिए जाने जाते हैं। यह गतिविधि उनकी कई ऑक्सीकरण अवस्थाओं को अपनाने और परिसर बनाने की क्षमता के कारण मानी जाती है। वैनेडियम(V) ऑक्साइड (संपर्क प्रक्रिया में), बारीक विभाजित लोहा (हैबर प्रक्रिया में), और निकेल (उत्प्रेरक हाइड्रोजनीकरण में) इसके कुछ उदाहरण हैं। ठोस सतह पर उत्प्रेरक (नैनोमटेरियल-आधारित उत्प्रेरक) में अभिकारक अणुओं और उत्प्रेरक की सतह के परमाणुओं के बीच बंधन का निर्माण शामिल होता है (पहली पंक्ति की संक्रमण धातुएं बंधन के लिए 3d और 4s इलेक्ट्रॉनों का उपयोग करती हैं)। इसका प्रभाव उत्प्रेरक सतह पर अभिकारकों की सांद्रता को बढ़ाने और अभिकारक अणुओं में बंधनों को कमजोर करने का होता है (सक्रियण ऊर्जा कम हो जाती है)। साथ ही क्योंकि संक्रमण धातु आयन अपनी ऑक्सीकरण अवस्थाओं को बदल सकते हैं, वे उत्प्रेरण (catalysis) के रूप में अधिक प्रभावी हो जाते हैं।

उत्प्रेरण का एक दिलचस्प प्रकार तब होता है जब किसी प्रतिक्रिया के उत्पाद प्रतिक्रिया को उत्प्रेरित करते हैं, जिससे अधिक उत्प्रेरक उत्पन्न होता है (स्वतः-उत्प्रेरण या autocatalysis)। एक उदाहरण अम्लीकृत पोटेशियम परमैंगनेट (या मैंगनेट (VII)) के साथ ऑक्सालिक एसिड की प्रतिक्रिया है।[39] एक बार जब थोड़ा Mn2+ उत्पन्न हो जाता है, तो यह MnO4− के साथ प्रतिक्रिया करके Mn3+ बना सकता है। यह फिर C2O4− आयनों के साथ प्रतिक्रिया करके फिर से Mn2+ बनाता है।

भौतिक गुण

जैसा कि नाम से पता चलता है, सभी संक्रमण धातुएं धातु हैं और इसलिए बिजली की सुचालक हैं।

सामान्य तौर पर, संक्रमण धातुओं का घनत्व उच्च होता है और गलनांक तथा क्वथनांक उच्च होते हैं। ये गुण विस्थानीकृत (delocalized) d इलेक्ट्रॉनों द्वारा धात्विक बंधन के कारण होते हैं, जिससे संसंजन (cohesion) होता है जो साझा इलेक्ट्रॉनों की संख्या के साथ बढ़ता है। हालाँकि समूह 12 की धातुओं के गलनांक और क्वथनांक बहुत कम होते हैं क्योंकि उनके पूर्ण d उपकोश d–d बंधन को रोकते हैं, जो उन्हें स्वीकृत संक्रमण धातुओं से अलग करता है। पारे का गलनांक −38.83 °C है और यह कमरे के तापमान पर तरल होता है।

इन्हें भी देखें

संदर्भ

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स्रोत: अंग्रेज़ी विकिपीडिया के "Transition metal" लेख पर आधारित। मूल लेख: https://en.wikipedia.org/wiki/Transition_metal यह लेख स्वचालित रूप से तैयार किया गया है।

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