Overgangsmetaalkleuren in waterige oplossing

De overgangsmetalen vormen gekleurde ionen, complexen en verbindingen in waterige oplossing. De karakteristieke kleuren zijn nuttig bij het uitvoeren van een kwalitatieve analyse om de samenstelling van een monster te identificeren. De kleuren weerspiegelen ook interessante chemie die optreedt in overgangsmetalen.

Overgangsmetalen en gekleurde complexen

Een overgangsmetaal is er een dat stabiele ionen vormt die onvolledig zijn gevuld d orbitalen. Volgens deze definitie zijn technisch niet alle d-blokelementen van het periodiek systeem overgangsmetalen. Zink en scandium zijn bijvoorbeeld geen overgangsmetalen volgens deze definitie omdat Zn²⁺ heeft een volledig niveau d, terwijl Sc³⁺ heeft geen d-elektronen.

Een typisch overgangsmetaal heeft meer dan één mogelijke oxidatietoestand omdat het een gedeeltelijk gevulde orbitaal heeft. Wanneer overgangsmetalen zich binden aan een meer neutrale of negatief geladen niet-metalen soort (liganden), vormen ze zogenaamde overgangsmetaalcomplexen. Een andere manier om naar een complex ion te kijken, is als een chemische soort met een metaalion in het midden en andere ionen of moleculen eromheen. Het ligand hecht aan het centrale ion door datieve covalente of coördinaatbinding. Voorbeelden van gebruikelijke liganden omvatten water, chloride-ionen en ammoniak.

Energy Gap

Wanneer een complex wordt gevormd, verandert de vorm van de orbitaal omdat sommige dichter bij het ligand liggen dan andere: sommige orbitalen bewegen naar een hogere energietoestand dan voorheen, terwijl anderen naar een lagere energietoestand gaan. Dit vormt een energiekloof. Elektronen kunnen een foton van licht absorberen en van een lagere energietoestand naar een hogere toestand bewegen. De golflengte van het geabsorbeerde foton hangt af van de grootte van de energiekloof. (Dit is de reden waarom het splitsen van s- en p-orbitalen, hoewel het zich voordoet, geen gekleurde complexen produceert. Die openingen absorberen ultraviolet licht en hebben geen invloed op de kleur in het zichtbare spectrum.)

Niet-geabsorbeerde golflengten van licht passeren een complex. Sommige licht wordt ook teruggekaatst door een molecuul. De combinatie van absorptie, reflectie en transmissie resulteert in de schijnbare kleuren van de complexen.

Overgangsmetalen kunnen meer dan één kleur hebben

Verschillende elementen kunnen verschillende kleuren van elkaar produceren. Ook kunnen verschillende ladingen van één overgangsmetaal verschillende kleuren tot gevolg hebben. Een andere factor is de chemische samenstelling van het ligand. Dezelfde lading op een metaalion kan een andere kleur produceren, afhankelijk van het ligand dat het bindt.

Kleur van overgangsmetaalionen in waterige oplossing

De kleuren van een overgangsmetaalion zijn afhankelijk van de omstandigheden in een chemische oplossing, maar sommige kleuren zijn goed om te weten (vooral als u AP Chemistry gebruikt):

Overgangsmetaalion	Kleur
Co2+	roze
Cu2+	blauw groen
Fe2+	olijfgroen
Ni2+	Fel groen
Fe3+	bruin tot geel
CrO42-	oranje
Cr2O72-	geel
Ti3+	Purper
Cr3+	paars
Mn2+	bleekroze
Zn2+	kleurloos

Een gerelateerd fenomeen zijn de emissiespectra van overgangsmetaalzouten, die worden gebruikt om ze in de vlamtest te identificeren.