Colori metallici di transizione in soluzione acquosa

I metalli di transizione formano ioni, complessi e composti colorati in soluzione acquosa. I colori caratteristici sono utili quando si esegue un'analisi qualitativa per identificare la composizione di un campione. I colori riflettono anche la chimica interessante che si verifica nei metalli di transizione.

Metalli di transizione e complessi colorati

Un metallo di transizione è uno che forma ioni stabili che si sono riempiti in modo incompleto d orbitali. Con questa definizione, tecnicamente non tutti gli elementi a blocchi d della tavola periodica sono metalli di transizione. Ad esempio, lo zinco e lo scandio non sono metalli di transizione con questa definizione perché Zn²⁺ ha un livello d completo, mentre Sc³⁺ non ha elettroni d.

Un tipico metallo di transizione ha più di un possibile stato di ossidazione perché ha un orbitale parzialmente riempito. Quando i metalli di transizione si legano a un'altra specie non metallica (ligandi) neutra o caricata negativamente, formano quelli che vengono chiamati complessi di metalli di transizione. Un altro modo di guardare uno ione complesso è come una specie chimica con uno ione metallico al centro e altri ioni o molecole che lo circondano. Il ligando si attacca allo ione centrale mediante legame covalente o coordinato dativo. Esempi di ligandi comuni includono acqua, ioni cloruro e ammoniaca.

Divario energetico

Quando si forma un complesso, la forma dell'orbitale cambia perché alcuni sono più vicini al ligando di altri: alcuni orbitali si spostano in uno stato di energia superiore rispetto a prima, mentre altri si spostano in uno stato di energia inferiore. Questo costituisce un gap energetico. Gli elettroni possono assorbire un fotone di luce e spostarsi da uno stato di energia inferiore a uno stato superiore. La lunghezza d'onda del fotone che viene assorbito dipende dalla dimensione del gap energetico. (Questo è il motivo per cui la divisione degli orbitali s e p, mentre si verifica, non produce complessi colorati. Questi spazi assorbirebbero la luce ultravioletta e non influenzerebbero il colore nello spettro visibile.)

Le lunghezze d'onda della luce non assorbite attraversano un complesso. Parte della luce viene anche riflessa da una molecola. La combinazione di assorbimento, riflessione e trasmissione produce i colori apparenti dei complessi.

I metalli di transizione possono avere più di un colore

Elementi diversi possono produrre colori diversi l'uno dall'altro. Inoltre, cariche diverse di un metallo di transizione possono comportare colori diversi. Un altro fattore è la composizione chimica del ligando. La stessa carica su uno ione metallico può produrre un colore diverso a seconda del legante che si lega.

Colore degli ioni metallici di transizione in soluzione acquosa

I colori di uno ione metallo di transizione dipendono dalle sue condizioni in una soluzione chimica, ma alcuni colori sono buoni a sapersi (specialmente se stai prendendo AP Chemistry):

Ione di metallo di transizione	Colore
co2+	rosa
Cu2+	blu verde
Fe2+	verde oliva
Ni2+	verde acceso
Fe3+	marrone al giallo
CrO42-	arancia
Cr2O72-	giallo
Ti3+	viola
Cr3+	viola
Mn2+	rosa pallido
Zn2+	incolore

Un fenomeno correlato sono gli spettri di emissione di sali di metalli di transizione, utilizzati per identificarli nel test di fiamma.