Skip to content · ⁨ข้ามไปยังเนื้อหา⁩

Chemistry of transition elements · ⁨เคมีของธาตุทรานซิชัน⁩

A-Level Chemistry · ⁨Chemistry A-Level⁩ · Topic 28 · ⁨หัวข้อ 28⁩

Video lesson for this topic · ⁨บทเรียนวิดีโอสำหรับหัวข้อนี้⁩ Open the video page · ⁨เปิดหน้าวิดีโอ⁩
8:24

เคมีของธาตุทรานซิชัน

ดู试管ทั้งหกนี้: ชมพู ส้ม เหลือง เขียว น้ำเงิน ม่วง ทุกตัวมีโลหะด bloque ในน้ำ และโลหะทุกตัวมาจาก…

English narration · English + 中文 subtitles burned in · ⁨การบรรยายภาษาอังกฤษ · คำบรรยายภาษาอังกฤษ + 中文 ลอยตัวบนภาพ⁩

28.1

Transition elements · ⁨ธาตุทรานซิชัน⁩

Syllabus · ⁨หลักสูตร⁩
English
  1. define a transition element as a d-block element which forms one or more stable ions with incomplete d orbitals
  2. sketch the shape of a $3\text{d}_{xy}$ orbital and $3\text{d}_{z^2}$ orbital
  3. understand that transition elements have the following properties: (a) they have variable oxidation states (b) they behave as catalysts (c) they form complex ions (d) they form coloured compounds
  4. explain why transition elements have variable oxidation states in terms of the similarity in energy of the 3d and the 4s sub-shells
  5. explain why transition elements behave as catalysts in terms of having more than one stable oxidation state, and vacant d orbitals that are energetically accessible and can form dative bonds with ligands
  6. explain why transition elements form complex ions in terms of vacant d orbitals that are energetically accessible
ไทย
  1. นิยาม ธาตุทรานซิชัน เป็น d-block element ที่สร้างไอออนที่เสถียรหนึ่งหรือมากกว่าที่มี orbital d ไม่เต็ม
  2. วาดรูปทรงของ orbital $3\text{d}_{xy}$ และ orbital $3\text{d}_{z^2}$
  3. เข้าใจว่าธาตุทรานซิชันมีคุณสมบัติดังนี้: (ก) มี สถานะออกซิเดชันที่หลากหลาย (ข) ทำหน้าที่เป็น ตัวเร่งปฏิกิริยา (ค) สร้าง ไอออนคอมเพล็กซ์ (ง) สร้าง สารประกอบที่มีสี
  4. อธิบายเหตุผลที่ธาตุทรานซิชันมีสถานะออกซิเดชันที่หลากหลายตามความคล้ายคลึงกันของพลังงานของ sub-shell 3d และ 4s
  5. อธิบายเหตุผลที่ธาตุทรานซิชันทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาตามการมีสถานะออกซิเดชันที่เสถียรมากกว่าหนึ่งและ orbital d ที่ว่างซึ่งมีพลังงานเข้าถึงได้และสามารถสร้างพันธะโคออร์ดิเนตกับ ลิแกนด์
  6. อธิบายเหตุผลที่ธาตุทรานซิชันสร้างไอออนคอมเพล็กซ์ตาม orbital d ที่ว่างซึ่งมีพลังงานเข้าถึงได้

Source: Cambridge International syllabus · ⁨แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International⁩

English

A transition element 过渡元素 is a d-block element that forms one or more stable ions with incomplete d orbitals. (Scandium and zinc are in the d-block but are not transition elements, because their stable ions have empty or full d orbitals.)

The 3d orbitals 轨道 have set shapes: the $3\text{d}_{xy}$ orbital has four lobes pointing between the axes, and the $3\text{d}_{z^2}$ orbital has two lobes along the $z$-axis with a ring around the middle.

Four key properties (and why)

Property Reason
variable oxidation state 氧化态 the 3d and 4s sub-shells are close in energy, so similar small amounts of energy remove different numbers of electrons
act as a catalyst 催化剂 they have more than one stable oxidation state, and vacant d orbitals that can form dative bonds
form complex ions vacant d orbitals can accept lone pairs
form coloured compounds electrons move between split d orbitals (see below)
ไทย

ธาตุทรานซิชันคือ d-block element ที่สร้างไอออนเสถียรหนึ่งหรือมากกว่าที่มี d orbitals ไม่เต็ม (Scandium และ zinc อยู่ใน d-block แต่ไม่ใช่ธาตุทรานซิชัน เพราะไอออนเสถียรของพวกมันมี d orbitalsว่างเปล่าหรือเต็มแล้ว)

3d orbitals มีรูปร่างที่กำหนดไว้: $3\text{d}_{xy}$ orbital มีสี่กลีบชี้ระหว่างแกน และ $3\text{d}_{z^2}$ orbital มีสองกลีบตาม $z$-axis พร้อมวงแหวนอยู่ตรงกลาง

สี่คุณสมบัติสำคัญ (และเหตุผล)

คุณสมบัติ เหตุผล
สถานะออกซิเดชันแปรผัน sub-shells ของ 3d และ 4s อยู่ใกล้กันด้านพลังงาน ดังนั้นพลังงานเล็กน้อยที่เท่ากันจึงสามารถดึงอิเล็กตรอนจำนวนแตกต่างกันออกไปได้
ทำหน้าที่เป็น ตัวเร่งปฏิกิริยา พวกมันมีสถานะออกซิเดชันเสถียรหลายระดับ และมี d orbitals ว่างเปล่าที่สามารถสร้างพันธะโคออร์ดิเนต
สร้างไอออนคอมเพล็กซ์ d orbitals ว่างเปล่าสามารถรับคู่โดดเดี่ยวได้
สร้างสารประกอบสี อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ระหว่าง d orbitals ที่แยกชั้น (ดูด้านล่าง)
สี่คุณสมบัติ: สถานะออกซิเดชันแปรผัน, ทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา, การสร้างไอออนคอมเพล็กซ์, และสารประกอบสี
สี่คุณสมบัติสำคัญของธาตุทรานซิชัน

คริสตัลqusy สีแดง *ruby เป็นสีแดงเนื่องจากไอออนโลหะทรานซิชัน (โครเมียม) ถูกยึดอยู่ในโครงสร้างแลตทิซของมัน

Explore · ⁨สำรวจ⁩

Transition element property lab · ⁨ห้องปฏิบัติการคุณสมบัติธาตุทรานซิชัน⁩

Sort transition-metal evidence by the property it shows. · ⁨จัดกลุ่มหลักฐานของโลหะทรานซิชันตามคุณสมบัติที่แสดงออก⁩

Vocabulary · ⁨คำศัพท์⁩ Train · ⁨ฝึกฝน⁩
English ไทย
transition element/trænˈsɪʃn ˈelɪmənt/ ธาตุทรานซิชัน
orbital/ˈɔːbɪtl/ ออร์บิตัล
oxidation state/ˌɒksɪˈdeɪʃn steɪt/ สถานะออกซิเดชัน
catalyst/ˈkætəlɪst/ ตัวเร่งปฏิกิริยา
complex ion/ˈkɒmpleks ˈaɪɒn/ ไอออนคอมเพล็กซ์
28.2

Ligands and complexes · ⁨ลิแองด์และคอมเพล็กซ์⁩

Syllabus · ⁨หลักสูตร⁩
English
  1. describe and explain the reactions of transition elements with ligands to form complexes, including the complexes of copper(II) and cobalt(II) ions with water and ammonia molecules and hydroxide and chloride ions
  2. define the term ligand as a species that contains a lone pair of electrons that forms a dative covalent bond to a central metal atom/ion
  3. understand and use the terms: (a) monodentate ligand including as examples $\text{H}_2\text{O}$, $\text{NH}_3$, $\text{Cl}^-$ and $\text{CN}^-$ (b) bidentate ligand including as examples 1,2-diaminoethane, en, $\text{H}_2\text{NCH}_2\text{CH}_2\text{NH}_2$ and the ethanedioate ion, $\text{C}_2\text{O}_4^{2-}$ (c) polydentate ligand including as an example $\text{EDTA}^{4-}$
  4. define the term complex as a molecule or ion formed by a central metal atom/ion surrounded by one or more ligands
  5. describe the geometry (shape and bond angles) of transition element complexes which are linear, square planar, tetrahedral or octahedral
  6. (a) state what is meant by coordination number (b) predict the formula and charge of a complex ion, given the metal ion, its charge or oxidation state, the ligand and its coordination number or geometry
  7. explain qualitatively that ligand exchange can occur, including the complexes of copper(II) ions and cobalt(II) ions with water and ammonia molecules and hydroxide and chloride ions
  8. predict, using $E^\ominus$ values, the feasibility of redox reactions involving transition elements and their ions
  9. describe the reactions of, and perform calculations involving: (a) $\text{MnO}_4^- / \text{C}_2\text{O}_4^{2-}$ in acid solution given suitable data (b) $\text{MnO}_4^- / \text{Fe}^{2+}$ in acid solution given suitable data (c) $\text{Cu}^{2+} / \text{I}^-$ given suitable data
  10. perform calculations involving other redox systems given suitable data
ไทย
  1. อธิบายและอธิบายปฏิกิริยาของธาตุทรานซิชันกับ ลิแกนด์ เพื่อสร้าง คอมเพล็กซ์ รวมถึงคอมเพล็กซ์ของไอออนทองแดง(II) และโคบอลต์(II) กับโมเลกุลน้ำและแอมโมเนียและไอออนไฮดรอกไซด์และคลอไรด์
  2. นิยามคำศัพท์ ลิแกนด์ sebagai species ที่มีคู่ไฟฟ้าอิสระซึ่งสร้างพันธะโคออร์ดิเนตกับอะตอม/ไอออนโลหะกลาง
  3. เข้าใจและใช้คำศัพท์: (ก) ลิแกนด์ monodentate รวมถึงตัวอย่างเช่น $\text{H}_2\text{O}$, $\text{NH}_3$, $\text{Cl}^-$ และ $\text{CN}^-$ (ข) ลิแกนด์ bidentate รวมถึงตัวอย่างเช่น 1,2-diaminoethane, en, $\text{H}_2\text{NCH}_2\text{CH}_2\text{NH}_2$ และไอออน ethanedioate, $\text{C}_2\text{O}_4^{2-}$ (ค) ลิแกนด์ polydentate รวมถึงตัวอย่างเช่น $\text{EDTA}^{4-}$
  4. นิยามคำศัพท์ คอมเพล็กซ์ sebagai molekul or ion ที่เกิดจากอะตอม/ไอออนโลหะกลางล้อมรอบด้วยลิแกนด์หนึ่งหรือมากกว่า
  5. อธิบายเรขาคณิต (รูปร่างและมุมพันธะ) ของคอมเพล็กซ์ธาตุทรานซิชันที่เป็น linear, square planar, tetrahedral หรือ octahedral
  6. (ก) ระบุว่า coordination number หมายถึงอะไร (ข) คาดการณ์สูตรและประจุของไอออนคอมเพล็กซ์ โดยกำหนดไอออนโลหะ ประจุหรือสถานะออกซิเดชัน ลิแกนด์ และ coordination number หรือเรขาคณิต
  7. อธิบายโดยสังเขบว่า ligand exchange สามารถเกิดขึ้นได้ รวมถึงคอมเพล็กซ์ของไอออนทองแดง(II) และโคบอลต์(II) กับโมเลกุลน้ำและแอมโมเนียและไอออนไฮดรอกไซด์และคลอไรด์
  8. คาดการณ์ Using $E^\ominus$ values, ความเป็นไปได้ของปฏิกิริยา redox ที่เกี่ยวข้องกับธาตุทรานซิชันและไอออนของมัน
  9. อธิบายปฏิกิริยาและทำการคำนวณที่เกี่ยวข้อง: (ก) $\text{MnO}_4^- / \text{C}_2\text{O}_4^{2-}$ ในสารละลายกรด เมื่อมีข้อมูลที่เหมาะสม (ข) $\text{MnO}_4^- / \text{Fe}^{2+}$ ในสารละลายกรด เมื่อมีข้อมูลที่เหมาะสม (ค) $\text{Cu}^{2+} / \text{I}^-$ เมื่อมีข้อมูลเหมาะสม
  10. ทำการคำนวณที่เกี่ยวข้องกับระบบ redox อื่นๆ เมื่อมีข้อมูลเหมาะสม

Source: Cambridge International syllabus · ⁨แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International⁩

English

A transition metal ion can be surrounded by complex ions 配离子. The species attached are ligands.

A ligand 配体 is a species with a lone pair of electrons that forms a dative covalent bond 配位键 to the central metal ion. (The lone pair 孤对电子 is what it donates.) Ligands are grouped by how many such bonds they can form:

  • monodentate 单齿: one bond ($\text{H}_2\text{O}$, $\text{NH}_3$, $\text{Cl}^-$, $\text{CN}^-$).
  • bidentate 双齿: two bonds (1,2-diaminoethane "en", and the ethanedioate ion $\text{C}_2\text{O}_4^{2-}$).
  • polydentate 多齿: many bonds ($\text{EDTA}^{4-}$, which uses six).

A complex 配合物 is a central metal atom or ion surrounded by one or more ligands. Its shape can be linear 直线形, square planar 平面正方形, tetrahedral 四面体形 or octahedral 八面体形.

The coordination number 配位数 is the number of dative bonds from the ligands to the central ion (6 → octahedral, 4 → tetrahedral or square planar, 2 → linear). To predict the charge of a complex, add the metal's charge and all the ligand charges.

Ligand exchange

In ligand exchange 配体交换 one ligand replaces another, often with a colour change. For copper(II):

$$[\text{Cu}(\text{H}_2\text{O})_6]^{2+} \;(\text{pale blue}) \;\xrightarrow{\text{NH}_3}\; [\text{Cu}(\text{NH}_3)_4(\text{H}_2\text{O})_2]^{2+} \;(\text{deep blue})$$

With concentrated $\text{HCl}$ it becomes yellow $[\text{CuCl}_4]^{2-}$; cobalt(II) behaves in a similar way.

Redox reactions of transition ions

Use $E^{\ominus}$ values to predict whether a redox reaction is feasible. Common titrations you should be able to calculate include $\text{MnO}_4^-/\text{C}_2\text{O}_4^{2-}$ and $\text{MnO}_4^-/\text{Fe}^{2+}$ in acid (purple to colourless), and $\text{Cu}^{2+}/\text{I}^-$ (which makes iodine, then titrated with thiosulfate).

Worked example. In acid, $\text{MnO}_4^-$ reacts with $\text{Fe}^{2+}$ in the ratio $1:5$ (see the balanced equation above). A $25.0\ \text{cm}^3$ sample of $\text{Fe}^{2+}$ solution needs $22.0\ \text{cm}^3$ of $0.0200\ \text{mol dm}^{-3}$ $\text{KMnO}_4$ to reach the end point. Find the concentration of the $\text{Fe}^{2+}$.

Moles of $\text{MnO}_4^-$ used $= 0.0200 \times \dfrac{22.0}{1000} = 4.40 \times 10^{-4}\ \text{mol}$. Each mole of $\text{MnO}_4^-$ reacts with $5$ moles of $\text{Fe}^{2+}$, so moles of $\text{Fe}^{2+} = 5 \times 4.40 \times 10^{-4} = 2.20 \times 10^{-3}\ \text{mol}$. This was in $25.0\ \text{cm}^3$, so

$$[\text{Fe}^{2+}] = \frac{2.20 \times 10^{-3}}{25.0/1000} = 0.0880\ \text{mol dm}^{-3}.$$
ไทย

ไอออนโลหะทรานซิชันสามารถถูกรอบด้วย ไอออนคอมเพล็กซ์ Species ที่เชื่อมต่อกับมันคือลิแองด์

ลิแองด์ คือ species ที่มีคู่โดดเดี่ยวของอิเล็กตรอนซึ่งสร้าง พันธะโคออร์ดิเนต กับไอออนโลหะ trung tâm ( คู่โดดเดี่ยว คือสิ่งที่มันบริจาค) ลิแองด์ถูกจัดกลุ่มตามจำนวนพันธะดังกล่าวที่มันสามารถสร้างได้:

  • monodentate: หนึ่งพันธะ ($\text{H}_2\text{O}$, $\text{NH}_3$, $\text{Cl}^-$, $\text{CN}^-$)。
  • bidentate: สองพันธะ (1,2-diaminoethane "en", และไอออน ethanedioate $\text{C}_2\text{O}_4^{2-}$)
  • polydentate: พันธหลายอัน ($\text{EDTA}^{4-}$, ซึ่งใช้หกพันธะ)
ไอออนโลหะที่มีลิแกนด์ monodentate ทำหนึ่งพันธะ, bidentate ทำสองพันธะ และ polydentate ทำหกพันธะ
ลิแกนด์จัดกลุ่มตามจำนวนพันธะโคออร์ดิเนตที่สร้าง: monodentate (หนึ่ง), bidentate (สอง) หรือ polydentate (หลาย, เช่น หกของ EDTA)

คอมเพล็กซ์ คืออะตอมหรือไอออนโลหะกลางที่ถูก包围ด้วยลิแกนด์อย่างน้อยหนึ่งตัว รูปทรงของมันอาจเป็น เชิงเส้น, สี่เหลี่ยมระนาบ, ทetrahedron หรือ octahedron

เลขการประสาน คือจำนวนพันธะโคออร์ดิเนตจากลิแกนด์ไปยังไอออนกลาง (6 → octahedral, 4 → tetrahedral หรือ square planar, 2 → linear) เพื่อทำนายประจุของคอมเพล็กซ์ ให้บวกประจุของโลหะกับประจุของลิแกนด์ทั้งหมดเข้าด้วยกัน

คอมเพล็กซ์สี่ชนิด: เชิงเส้นสองลิแกนด์, tetrahedral และ square planar สี่ลิแกนด์, และ octahedral หกลิแกนด์ แต่ละชนิดมีป้ายระบุเลขการประสาน
รูปทรงคอมเพล็กซ์ขึ้นอยู่กับเลขการประสาน: 2 เป็นเชิงเส้น, 4 เป็น tetrahedral หรือ square planar, 6 เป็น octahedral

การแลกเปลี่ยนลิแกนด์

ในการ แลกเปลี่ยนลิแกนด์ ลิแกนด์ตัวหนึ่งจะแทนที่อีกตัวหนึ่ง มักมีการเปลี่ยนแปลงสี สำหรับทองแดง(II):

$$[\text{Cu}(\text{H}_2\text{O})_6]^{2+} \;(\text{pale blue}) \;\xrightarrow{\text{NH}_3}\; [\text{Cu}(\text{NH}_3)_4(\text{H}_2\text{O})_2]^{2+} \;(\text{deep blue})$$

เมื่อ $\text{HCl}$ มีความเข้มข้นสูงจะเปลี่ยนเป็นสี $[\text{CuCl}_4]^{2-}$; คอปเปอร์(II) มีพฤติกรรมคล้ายกัน

กล่องสีสามกล่องสำหรับทองแดง(II): สีฟ้าอ่อนกับน้ำ, สีฟ้าเข้มหลังเติมแอมโมเนีย, สีเหลืองหลังเติม HCl ความเข้มข้นสูง
การแลกเปลี่ยนลิแกนด์เปลี่ยนสีทองแดง(II): สีฟ้าอ่อนกับน้ำ, สีฟ้าเข้มกับแอมโมเนีย, สีเหลืองกับ HCl ความเข้มข้นสูง

ปฏิกิริยาออกซิเดชัน-รีดักชันของไอออนทรานซิชัน

ใช้ค่า $E^{\ominus}$ เพื่อทำนายว่าปฏิกิริยา redox เป็นไปได้หรือไม่ การทำ titration ที่คุณควรคำนวณได้ ได้แก่ $\text{MnO}_4^-/\text{C}_2\text{O}_4^{2-}$ และ $\text{MnO}_4^-/\text{Fe}^{2+}$ ในสภาวะกรด (สีม่วงเป็นใส), และ $\text{Cu}^{2+}/\text{I}^-$ (ซึ่งทำให้ไอโอดีน แล้วทำ titration กับ thiosulfate)

ตัวอย่างวิธีทำ ในสภาวะกรด, $\text{MnO}_4^-$ ทำปฏิกิริยากับ $\text{Fe}^{2+}$ ตามอัตราส่วน $1:5$ (ดูสมการที่สมดุลข้างต้น) ตัวอย่าง $25.0\ \text{cm}^3$ ของสารละลาย $\text{Fe}^{2+}$ ต้องการ $22.0\ \text{cm}^3$ ของ $0.0200\ \text{mol dm}^{-3}$ $\text{KMnO}_4$ เพื่อให้ถึงจุดสิ้นสุด จงหาความเข้มข้นของ $\text{Fe}^{2+}$

โมลของ $\text{MnO}_4^-$ ที่ใช้ $= 0.0200 \times \dfrac{22.0}{1000} = 4.40 \times 10^{-4}\ \text{mol}$. โมลละ $\text{MnO}_4^-$ ทำปฏิกิริยากับ $5$ โมลของ $\text{Fe}^{2+}$, ดังนั้นโมลของ $\text{Fe}^{2+} = 5 \times 4.40 \times 10^{-4} = 2.20 \times 10^{-3}\ \text{mol}$. สิ่งนี้อยู่ในปริมาตร $25.0\ \text{cm}^3$, ดังนั้น

$$[\text{Fe}^{2+}] = \frac{2.20 \times 10^{-3}}{25.0/1000} = 0.0880\ \text{mol dm}^{-3}.$$
Explore · ⁨สำรวจ⁩

Ligand and complex lab · ⁨ห้องปฏิบัติการลิแกนด์และคอมเพล็กซ์⁩

Identify the part of a complex ion that controls its structure. · ⁨ระบุส่วนประกอบของไอออนคอมเพล็กซ์ที่กำหนดโครงสร้างของมัน⁩

Explore · ⁨สำรวจ⁩

Ligand exchange route · ⁨เส้นทางแลกเปลี่ยนลิแกนด์⁩

Follow one ligand replacing another around a metal ion. · ⁨ติดตามการที่ลิแกนด์หนึ่งแทนอีกตัวหนึ่งรอบๆ ไอออนโลหะ⁩

Vocabulary · ⁨คำศัพท์⁩ Train · ⁨ฝึกฝน⁩
English ไทย
ligand/ˈlɪɡænd/ ลิแกนด์
dative covalent bond/ˈdætɪv ˈkəʊvələnt bɒnd/ พันธะโคเวเลนต์โคออร์ดิเนต
lone pair/ləʊn peə/ อิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว
monodentate/ˈmɒnəʊdenteɪt/ โมโนเดนเทต
bidentate/baɪˈdenteɪt/ ไบเดนเทต
polydentate/ˌpɒlɪˈdenteɪt/ พอลิเดนเต
complex/ˈkɒmpleks/ ซับซ้อน
linear/ˈlɪnɪə/ linear
square planar/skweə ˈpleɪnə/ สี่เหลี่ยมระนาบ
tetrahedral/ˌtetrəˈhiːdrəl/ เททราเฮดรัล
octahedral/ˌɒktəˈhiːdrəl/ octahedral
coordination number/kəʊˈɔːdɪneɪʃn ˈnʌmbə/ เลขประสาน
ligand exchange/ˈlɪɡænd eksˈtʃeɪndʒ/ การแลกเปลี่ยนลิแกนด์
28.3

Why complexes are coloured · ⁨เหตุผลที่คอมเพล็กซ์มีสี⁩

Syllabus · ⁨หลักสูตร⁩
English
  1. define and use the terms degenerate and non-degenerate d orbitals
  2. describe the splitting of degenerate d orbitals into two non-degenerate sets of d orbitals of higher energy, and use of $\Delta E$ in: (a) octahedral complexes, two higher and three lower d orbitals (b) tetrahedral complexes, three higher and two lower d orbitals
  3. explain why transition elements form coloured compounds in terms of the frequency of light absorbed as an electron is promoted between two non-degenerate d orbitals
  4. describe, in qualitative terms, the effects of different ligands on $\Delta E$, frequency of light absorbed, and hence the complementary colour that is observed
  5. use the complexes of copper(II) ions and cobalt(II) ions with water and ammonia molecules and hydroxide and chloride ions as examples of ligand exchange affecting the colour observed
ไทย
  1. นิยามและใช้คำศัพท์ degenerate และ non-degenerate d orbitals
  2. อธิบายการแยกของ d orbitals ที่ degenerate เป็นสองกลุ่ม non-degenerate ของ d orbitals ที่มีพลังงานสูงขึ้น และการใช้ $\Delta E$ ใน: (ก) คอมเพล็กซ์ octahedral, d orbitals สูงขึ้นสองตัวและต่ำลงสามตัว (ข) คอมเพล็กซ์ tetrahedral, d orbitals สูงขึ้นสามตัวและต่ำลงสองตัว
  3. อธิบายเหตุผลที่ธาตุทรานซิชันสร้าง สารประกอบที่มีสี ตามความถี่ของแสงที่ถูกดูดซับเมื่ออิเล็กตรอนถูกกระตุ้นระหว่าง d orbitals สองตัวที่ไม่ degenerate
  4. อธิบาย โดยสังเขบ ถึงผลของลิแกนด์ที่แตกต่างกันที่มีต่อ $\Delta E$, ความถี่ของแสงที่ถูกดูดซับ และดังนั้น สีเสริม ที่สังเกตได้
  5. ใช้คอมเพล็กซ์ของไอออนทองแดง(II) และไอออนโคบอลต์(II) กับโมเลกุลน้ำและแอมโมเนีย และไอออนไฮดรอกไซด์และคลอไรด์ เป็นตัวอย่างของการแลกเปลี่ยนลิแกนด์ที่ส่งผลต่อการเปลี่ยนแปลงสีที่สังเกตได้

Source: Cambridge International syllabus · ⁨แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International⁩

English

In a free ion the five d orbitals are degenerate 简并 — they have the same energy. When ligands come close, they split the d orbitals into two non-degenerate 非简并 sets, separated by an energy gap $\Delta E$:

  • octahedral: three lower and two higher orbitals.
  • tetrahedral: two lower and three higher orbitals.

A complex absorbs light whose frequency matches $\Delta E$, promoting an electron from a lower to a higher d orbital. The colour you see is the complementary colour 互补色 of the light absorbed. Different ligands give a different $\Delta E$, so they change the frequency absorbed and hence the colour — which is why ligand exchange changes the colour.

ไทย

ในไอออนอิสระ d orbitals ทั้งห้าเป็น degenerate — มีพลังงานเท่ากัน เมื่อลิแกนด์เข้ามาใกล้ มันจะแยก d orbitals ออกเป็นสองชุด non-degenerate แยกออกจากกันด้วยช่องว่างพลังงาน $\Delta E$:

  • octahedral: สาม orbital ต่ำและสอง orbital สูง
  • tetrahedral: สอง orbital ต่ำและสาม orbital สูง

คอมเพล็กซ์ดูดกลืนแสงที่มีความถี่ตรงกับ $\Delta E$, กระตุ้นอิเล็กตรอนจาก orbital d ต่ำขึ้นสู่ orbital d สูง สีที่คุณ เห็น คือ สีเสริม ของแสงที่ดูดกลืน ลิแกนด์ที่แตกต่างกันให้ช่องว่าง $\Delta E$ ที่ต่างกัน ดังนั้นจึงเปลี่ยนความถี่ที่ดูดกลืนและดังนั้นเปลี่ยนสี — นั่นคือเหตุผลที่การแลกเปลี่ยนลิแกนด์เปลี่ยนสี

d orbitals ทั้งห้าเท่ากันของไอออนอิสระแยกออกเป็นชุดต่ำและชุดสูง แยกด้วยช่องว่างพลังงาน สำหรับคอมเพล็กซ์ octahedral และ tetrahedral
ลิแกนด์แยก d orbitals ทั้งห้าออกเป็นสองชุดที่แยกด้วยช่องว่าง $\Delta E$; คอมเพล็กซ์ดูดกลืนแสงที่มีพลังงานนั้น เราจึงเห็นสีเสริม
ถ้วยทดลองหกใบเรียงกันพร้อมสารละลายโลหะทรานซิชัน แต่ละใบมีสีเข้มแตกต่างกัน: แดง ส้ม เหลือง เขียว น้ำเงิน และม่วง
โลหะและสถานะออกซิเดชันที่แตกต่างกันให้สีต่างกัน: คอปเปอร์(II) (แดง), ไดโครเมต (ส้ม), ครอเมต (เหลือง), นิกเกิล(II) (เขียว), ทองแดง(II) (น้ำเงิน) และเพอร์แมงกาเนต (ม่วง)
Explore · ⁨สำรวจ⁩

Complex colour route · ⁨เส้นทางสีของคอมเพล็กซ์⁩

Follow light absorption from d-orbital splitting to observed colour. · ⁨ติดตามการดูดกลืนแสงจากการแยกชั้น d-orbital ไปจนถึงสีที่สังเกตได้⁩

Vocabulary · ⁨คำศัพท์⁩ Train · ⁨ฝึกฝน⁩
English ไทย
degenerate/dɪˈdʒenəreɪt/ degenerate
non-degenerate/nɒn dɪˈdʒenəreɪt/ ไม่เดเจนเนอเรต
complementary colour/ˌkɒmplɪˈmentəri ˈkʌlə/ สีเสริมกัน
geometrical isomerism/ˌdʒiːəʊˈmetrɪkl ˈaɪsəmərɪzəm/ geometrical isomerism
28.4

Stereoisomerism in complexes · ⁨สเตอริโอไอโซเมอร์ในคอมเพล็กซ์⁩

Syllabus · ⁨หลักสูตร⁩
English
  1. describe the types of stereoisomerism shown by complexes, including those associated with bidentate ligands: (a) geometrical (cis/trans) isomerism, e.g. square planar such as $[\text{Pt}(\text{NH}_3)_2\text{Cl}_2]$ and octahedral such as $[\text{Co}(\text{NH}_3)_4(\text{H}_2\text{O})_2]^{2+}$ and $[\text{Ni}(\text{H}_2\text{NCH}_2\text{CH}_2\text{NH}_2)_2(\text{H}_2\text{O})_2]^{2+}$ (b) optical isomerism, e.g. $[\text{Ni}(\text{H}_2\text{NCH}_2\text{CH}_2\text{NH}_2)_3]^{2+}$ and $[\text{Ni}(\text{H}_2\text{NCH}_2\text{CH}_2\text{NH}_2)_2(\text{H}_2\text{O})_2]^{2+}$
  2. deduce the overall polarity of complexes such as those described in 28.4.1(a) and 28.4.1(b)
ไทย
  1. อธิบายประเภทของ isomerism แบบสเตอริโอ ที่แสดงโดยคอมเพล็กซ์ รวมถึง那些เกี่ยวข้องกับลิแกนด์แบบบิเดนตेट: (a) isomerism แบบเรขาคณิต (cis/trans), เช่น โครงสร้างสี่เหลี่ยมระนาบเช่น $[\text{Pt}(\text{NH}_3)_2\text{Cl}_2]$ และโครงสร้างทรงแปดหน้าเช่น $[\text{Co}(\text{NH}_3)_4(\text{H}_2\text{O})_2]^{2+}$ และ $[\text{Ni}(\text{H}_2\text{NCH}_2\text{CH}_2\text{NH}_2)_2(\text{H}_2\text{O})_2]^{2+}$ (b) optical isomerism, เช่น $[\text{Ni}(\text{H}_2\text{NCH}_2\text{CH}_2\text{NH}_2)_3]^{2+}$ และ $[\text{Ni}(\text{H}_2\text{NCH}_2\text{CH}_2\text{NH}_2)_2(\text{H}_2\text{O})_2]^{2+}$
  2. สรุปความเป็นขั้วรวมของคอมเพล็กซ์เช่นที่อธิบายไว้ใน 28.4.1(a) และ 28.4.1(b)

Source: Cambridge International syllabus · ⁨แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International⁩

English
  • geometrical isomerism 几何异构 (cis 顺式 / trans 反式) appears in square planar complexes such as $[\text{Pt}(\text{NH}_3)_2\text{Cl}_2]$, and in octahedral complexes such as $[\text{Co}(\text{NH}_3)_4(\text{H}_2\text{O})_2]^{2+}$.
  • optical isomerism 旋光异构 appears in octahedral complexes with bidentate ligands, such as $[\text{Ni}(\text{en})_3]^{2+}$, which has two non-superimposable mirror images.

You can also deduce the polarity of a complex: a cis form may be polar, while the matching trans form is often non-polar because its dipoles cancel.

ไทย
  • ไอโซเมริซึมเชิงเรขาคณิต (cis / trans) เกิดในคอมเพล็กซ์สี่เหลี่ยมระนาบเช่น $[\text{Pt}(\text{NH}_3)_2\text{Cl}_2]$, และในคอมเพล็กซ์ octahedral เช่น $[\text{Co}(\text{NH}_3)_4(\text{H}_2\text{O})_2]^{2+}$
คอมเพล็กซ์แพลทินัมสี่เหลี่ยมระนาบวาดสองครั้ง: cis โดยลิแกนด์แอมโมเนียสองตัวอยู่ติดกัน, trans โดยอยู่ตรงข้ามกัน
ไอโซเมริซึมเชิงเรขาคณิตในคอมเพล็กซ์สี่เหลี่ยมระนาบ: ลิแกนด์เหมือนกันสองตัวอยู่ติดกัน (cis) หรือตรงข้ามกัน (trans)
  • ไอโซเมริซึมทางออปติคอล เกิดในคอมเพล็กซ์ octahedral ที่มีลิแกนด์ bidentate เช่น $[\text{Ni}(\text{en})_3]^{2+}$, ซึ่งมีภาพสะท้อนที่ไม่ซ้อนทับกันได้สองแบบ

คุณสามารถอนุมานความเป็นขั้วของคอมเพล็กซ์ได้: รูปแบบ cis อาจเป็นขั้ว ในขณะที่รูปแบบ trans ที่สอดคล้องกันมักไม่เป็นขั้วเพราะไดโพลตัดกัน

Explore · ⁨สำรวจ⁩

Complex stereoisomer lab · ⁨แล็บสเตอริโอไอโซเมอร์ของคอมเพล็กซ์⁩

Classify complex isomers by ligand arrangement. · ⁨จำแนกไอโซเมอร์ของคอมเพล็กซ์ตามการจัดเรียงลิแกนด์⁩

Vocabulary · ⁨คำศัพท์⁩ Train · ⁨ฝึกฝน⁩
English ไทย
cis/sɪs/ ซิส
trans/trænz/ ทรานส์
optical isomerism/ˈɒptɪkl ˈaɪsəmərɪzəm/ ไอโซเมରିزمแบบออปติคอล
stability constant/stəˈbɪlɪti ˈkɒnstənt/ ค่าคงที่เสถียรภาพ
28.5

Stability constants · ⁨ค่าคงที่เสถียรภาพ⁩

Syllabus · ⁨หลักสูตร⁩
English
  1. define the stability constant, $K_{\text{stab}}$, of a complex as the equilibrium constant for the formation of the complex ion in a solvent (from its constituent ions or molecules)
  2. write an expression for a $K_{\text{stab}}$ of a complex ($[\text{H}_2\text{O}]$ should not be included)
  3. use $K_{\text{stab}}$ expressions to perform calculations
  4. describe and explain ligand exchanges in terms of $K_{\text{stab}}$ values and understand that a large $K_{\text{stab}}$ is due to the formation of a stable complex ion
ไทย
  1. นิยาม ค่าคงที่ความเสถียร, $K_{\text{stab}}$, ของคอมเพล็กซ์ว่าเป็นค่าคงที่สมดุลสำหรับการเกิดไอออนคอมเพล็กซ์ในตัวทำละลาย (จากไอออนหรือโมเลกุลองค์ประกอบ)
  2. เขียนนิพจน์สำหรับ $K_{\text{stab}}$ ของคอมเพล็กซ์ ($[\text{H}_2\text{O}]$ ไม่ควรรวมอยู่ด้วย)
  3. ใช้ $K_{\text{stab}}$ นิพจน์เพื่อทำการคำนวณ
  4. อธิบายและอธิบายการแลกเปลี่ยนลิแกนด์ใน terms of $K_{\text{stab}}$ values และเข้าใจว่าค่า $K_{\text{stab}}$ ที่สูงเป็นผลมาจากการเกิดไอออนคอมเพล็กซ์ที่มีความเสถียร

Source: Cambridge International syllabus · ⁨แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International⁩

English

The stability constant 稳定常数 ($K_{\text{stab}}$) is the equilibrium constant for forming a complex ion from the metal ion and its ligands in solution (water is left out of the expression).

A large $K_{\text{stab}}$ means a very stable complex. In a ligand exchange, the position moves towards the complex with the larger $K_{\text{stab}}$ — that is why a ligand that forms a more stable complex can push out a weaker one.

ไทย

ค่าคงที่เสถียรภาพ ($K_{\text{stab}}$) คือค่าคงที่สมดุลสำหรับการเกิดไอออนคอมเพล็กซ์จากไอออนโลหะและลิแกนด์它在溶液中 (น้ำถูกทิ้งไว้ข้างนอกในนิพจน์)

ค่า $K_{\text{stab}}$ ที่ ใหญ่ หมายถึงคอมเพล็กซ์ที่มีเสถียรภาพมาก ในการแลกเปลี่ยนลิแกนด์ ตำแหน่งสมดุลจะเคลื่อนไปทางคอมเพล็กซ์ที่มีค่า $K_{\text{stab}}$ มากกว่า — นั่นคือเหตุผลที่ลิแกนด์ที่สร้างคอมเพล็กซ์ที่เสถียรกว่าสามารถดันลิแกนด์ที่ weaker ออกได้

Explore · ⁨สำรวจ⁩

Stability constant lab · ⁨แล็บค่าคงที่ความเสถียร⁩

larger Kstab favours complex · ⁨Kstab ใหญ่กว่าสนับสนุนคอมเพล็กซ์⁩

Increase ligand binding strength and see complex formation become more complete. · ⁨เพิ่มแรงผูกมัดของลิแกนด์และเห็นการสร้างคอมเพล็กซ์สมบูรณ์มากขึ้น⁩

28.5

Exam tips · ⁨ข้อแนะนำสำหรับการสอบ⁩

English
  • Define a transition element: it forms at least one ion with a partially filled d sub-shell — so Sc and Zn are excluded.
  • Colour comes from d-d transitions (ligands split the d orbitals); the colour seen is the complement of the light absorbed.
  • State the ligand and coordination number and predict the shape (6 = octahedral, 4 = tetrahedral or square planar).
  • Ligand exchange can change colour and coordination number; a larger stability constant = a more stable complex.
ไทย
  • นิยาม ** عنصرทรานซิชัน**: มันสร้างไอออนอย่างน้อยหนึ่งตัวที่มี d sub-shell ที่ไม่เต็ม — ดังนั้น Sc และ Zn จึงถูกตัดออก
  • สีมาจาก d-d transitions (ลิแกนด์แยก d orbitals); สีที่เห็นคือสีเสริมของแสงที่ดูดกลืน
  • ระบุ ลิแกนด์และเลขการประสาน และทำนายรูปทรง (6 = octahedral, 4 = tetrahedral หรือ square planar)
  • การแลกเปลี่ยนลิแกนด์ สามารถเปลี่ยนสีและเลขการประสาน; ค่าคงที่เสถียรภาพที่ใหญ่ขึ้น = คอมเพล็กซ์ที่เสถียรมากขึ้น

Interactive lessons on this topic · ⁨บทเรียนเชิงโต้ตอบสำหรับหัวข้อนี้⁩

Work through it step by step, with instant-check exercises. · ⁨ทำทีละขั้นตอน พร้อมแบบฝึกหัดตรวจสอบผลทันที⁩

Past Papers · ⁨ข้อสอบย้อนหลัง⁩

More topics in A-Level Chemistry · ⁨Chemistry A-Level⁩ · ⁨หัวข้อเพิ่มเติมใน A-Level Chemistry · ⁨Chemistry A-Level⁩⁩

Log in or create account · ⁨เข้าสู่ระบบหรือสร้างบัญชี⁩

IGCSE, A-Level & AP