La chimie des métaux de transition. | Chimie générale 3
Série des métaux de transition du bloc d
Métal de transition: tout élément du bloc d du tableau périodique (groupes 3 à 12)
Une grande partie de la chimie des métaux de transition est déterminée par la forme des orbitales d: dxy, dxz, dyz, dx²-y² et dz². Les énergies des cinq orbitales d sont égales en l'absence de champ électrique ou magnétique. Dans toute la chimie des métaux de transition, l'orbitale 4s se comporte comme l'orbitale externe de plus haute énergie par rapport aux orbitales 3d.
Un ion de métal de transition du bloc d a généralement un nombre caractéristique d'électrons. Cependant, certains ions de métal de transition peuvent avoir des états d'oxydation variables.
Un ion de métal de transition avec x électrons d est généralement appelé un ion dx et peut avoir des états d'oxydation variables.
Le fer est un élément du groupe 8 et possède 26 électrons: Fe: [Ar] 3d64s2
Les états d'oxydation les plus importants du fer sont +2 et +3:
Fe2+: [Ar] 3d6 ⇒ Fe (II) est un ion de métal de transition d6
Fe3+: [Ar] 3d5 ⇒ Fe (III) est un ion de métal de transition d5
Complexes de métaux de transition
Complexe de métaux de transition : atome ou ion métallique central lié à des ligands
Ligand : anion ou molécule neutre attachée directement à l'atome ou à l'ion métallique central
Nombre de coordination : nombre de ligands attachés à l'atome ou à l'ion métallique central
[Fe(CN)6]4- est un complexe de métaux de transition
Fe2+ est l'ion central et CN- sont les ligands
Le nombre de coordination de ce complexe est égal à 6
Réaction de substitution de ligand : réaction impliquant la modification des ligands par substitution
Cela produit un environnement électrique modifié autour de l'atome ou de l'ion central ⇒ les énergies des orbitales d changent, ce qui entraîne un changement des énergies de transition électronique (la couleur du complexe est différente)
Réaction de substitution de ligand :
[Ni(H2O)6]2+ + 6 NH3 [Ni(NH3)6]2+ + 6 H2O
[Ni(H2O)6]2+ est vert tandis que [Ni(NH3)6]2+ est bleu
Les complexes de métaux de transition peuvent avoir différentes géométries en fonction de leur nombre de coordination
Les plus courantes sont linéaires (2 ligands), tétraédriques, plans carrés (4 ligands) et octaédriques (6 ligands)
Les complexes de métaux de transition sont généralement utilisés comme catalyseurs
Nomenclature des complexes de métaux de transition.
1. Énoncez d'abord le nom du cation, puis celui de l'anion
2. Pour les complexes de métaux de transition anioniques, énoncez d'abord les ligands, puis le métal
3. Si le ligand est neutre : donnez le nom de la molécule du ligand
Si le ligand est négatif : terminez le nom par la lettre o
4. Utilisez les préfixes di-, tri-, tétra-, penta- ou hexa- pour indiquer le nombre de ligands
5. Si l'ion complexe est positif ou neutre : utilisez le nom ordinaire du métal
Si l'ion complexe est négatif : terminez le nom du métal par -ate
6. Utilisez un chiffre romain pour indiquer l'état d'oxydation du métal
[AgBr2]-
K2[CuCl4]
[Pt(NH3)2Cl2]dibromoargentate (I)
potassium tetrachlorocuprate (II)
diamine dichloroplatinum (II)
Isomères
Isomères géométriques : des molécules qui diffèrent uniquement dans l'arrangement spatial des atomes constitutifs.
Isomère cis ("du même côté") : des ligands identiques sont placés côte à côte.
Isomère trans ("opposé") : des ligands identiques sont placés directement en face l'un de l'autre.
[Pt(NH3)2Cl2] a 2 isomères géométriques :
Splittings d'orbitales
Les 5 orbitales d de l'ion d'un métal de transition dans un complexe octaédrique sont séparées en 2 groupes par des ligands
Orbitales t2g : ensemble d'orbitales à plus basse énergie (dxy, dxz, dyz)
Orbitales eg : ensemble d'orbitales à plus haute énergie (dx²-y², dz²)
Δo : énergie de séparation octaédrique = différence entre les 2 ensembles d'orbitales d
Cela dépend de l'ion métallique central et des ligands
La différence d'énergie entre les 2 ensembles d'orbitales d signifie que les électrons d peuvent passer d'une transition en absorbant de la lumière (Δo = hν) ⇒ cela explique la couleur de nombreux composés de coordination
Configurations électroniques
d1, d2, d3 et d8, d9, d10 ions de métaux de transition :
une seule configuration électronique possible pour l'état fondamental
d4, d5, d6 et d7 ions de métaux de transition :
configuration spin basse ou haute ⇒ selon l'ion métallique central et les ligands
Si l'énergie de division Δo > l'énergie de mise en paire :
les électrons remplissent d'abord les orbitales t2g avant d'occuper les orbitales d'énergie plus élevée eg
⇒ configuration de spin basse
Si l'énergie de division Δo < l'énergie de mise en paire :
les électrons d occupent les orbitales eg avant de s'apparier dans les orbitales t2g
⇒ configuration de spin haute
Configuration électronique des complexes de métaux de transition avec 6 électrons d :
Série spectrochimique de Fajans-Tsuchida:
agencement des ligands selon leur capacité croissante à diviser les orbitales d
