第19章遷移金属と錯体化学
Halidesハロゲン化物
Anhydrous halides of each of the transition elements can be prepared by the direct reaction of the metal with halogens. For example:
各遷移元素の無水ハロゲン化物は、金属とハロゲンとの直接反応によって調製できる。たとえば、
Heating a metal halide with additional metal can be used to form a halide of the metal with a lower oxidation state:
金属ハロゲン化物にさらに金属を加えて加熱すると、金属の酸化状態がより低いハロゲン化物を作ることができる。
The stoichiometry of the metal halide that results from the reaction of the metal with a halogen is determined by the relative amounts of metal and halogen and by the strength of the halogen as an oxidizing agent. Generally, fluorine forms fluoride-containing metals in their highest oxidation states. The other halogens may not form analogous compounds.
金属とハロゲンとの反応で生じる金属ハロゲン化物の化学量論は、金属とハロゲンの相対量、および酸化剤としてのハロゲンの強さで決まる。一般に、フッ素は、金属が最高酸化状態をとるフッ化物を作る。他のハロゲンでは、類似の化合物ができないことがある。
In general, the preparation of stable water solutions of the halides of the metals of the first transition series is by the addition of a hydrohalic acid to carbonates, hydroxides, oxides, or other compounds that contain basic anions. Sample reactions are:
一般に、第一遷移系列の金属のハロゲン化物の安定な水溶液は、炭酸塩、水酸化物、酸化物、または塩基性陰イオンを含む他の化合物に、ハロゲン化水素酸を加えて調製する。反応の例は、次のとおりである。
Most of the first transition series metals also dissolve in acids, forming a solution of the salt and hydrogen gas. For example:
第一遷移系列の金属の大部分は酸にも溶け、塩の溶液と水素ガスを生じる。たとえば、
The polarity of bonds with transition metals varies based not only upon the electronegativities of the atoms involved but also upon the oxidation state of the transition metal. Remember that bond polarity is a continuous spectrum with electrons being shared evenly (covalent bonds) at one extreme and electrons being transferred completely (ionic bonds) at the other. No bond is ever 100% ionic, and the degree to which the electrons are evenly distributed determines many properties of the compound. Transition metal halides with low oxidation numbers form more ionic bonds. For example, titanium(II) chloride and titanium(III) chloride (TiCl2 and TiCl3) have high melting points that are characteristic of ionic compounds, but titanium(IV) chloride (TiCl4) is a volatile liquid, consistent with having covalent titanium-chlorine bonds. All halides of the heavier d-block elements have significant covalent characteristics.
英語のヒント
遷移金属との結合の極性は、関係する原子の電気陰性度だけでなく、遷移金属の酸化状態によっても変わる。結合の極性は、一端では電子が均等に共有される共有結合、もう一端では電子が完全に移動するイオン結合という、連続した範囲であることを思い出そう。どの結合も100%イオン性になることはなく、電子が均等に分布する程度が、化合物の多くの性質を決める。酸化数の低い遷移金属のハロゲン化物は、よりイオン性の高い結合を作る。たとえば、塩化チタン(II)と塩化チタン(III)(TiCl2とTiCl3)は、イオン性化合物に特徴的な高い融点を持つが、塩化チタン(IV)TiCl4は揮発性液体であり、共有結合性のチタン・塩素結合を持つことと整合する。重いdブロック元素のすべてのハロゲン化物は、かなりの共有結合性を持つ。
The covalent behavior of the transition metals with higher oxidation states is exemplified by the reaction of the metal tetrahalides with water. Like covalent silicon tetrachloride, both the titanium and vanadium tetrahalides react with water to give solutions containing the corresponding hydrohalic acids and the metal oxides:
高い酸化状態の遷移金属の共有結合的な挙動は、金属の四ハロゲン化物と水との反応に示される。共有結合性の四塩化ケイ素と同様に、チタンとバナジウムの四ハロゲン化物はいずれも水と反応し、対応するハロゲン化水素酸と金属酸化物を含む溶液を与える。
Oxides酸化物
As with the halides, the nature of bonding in oxides of the transition elements is determined by the oxidation state of the metal. Oxides with low oxidation states tend to be more ionic, whereas those with higher oxidation states are more covalent. These variations in bonding are because the electronegativities of the elements are not fixed values. The electronegativity of an element increases with increasing oxidation state. Transition metals in low oxidation states have lower electronegativity values than oxygen; therefore, these metal oxides are ionic. Transition metals in very high oxidation states have electronegativity values close to that of oxygen, which leads to these oxides being covalent.
ハロゲン化物と同様に、遷移元素の酸化物の結合の性質は、金属の酸化状態で決まる。低い酸化状態の酸化物はイオン性が高い傾向にあり、高い酸化状態では共有結合性が高い。これらの結合の違いは、元素の電気陰性度が固定値ではないためである。元素の電気陰性度は、酸化状態が高くなるにつれて増す。低い酸化状態の遷移金属は、酸素より電気陰性度が低いので、その金属酸化物はイオン性となる。非常に高い酸化状態の遷移金属は、酸素に近い電気陰性度を持つため、その酸化物は共有結合性となる。
The oxides of the first transition series can be prepared by heating the metals in air. These oxides are Sc2O3, TiO2, V2O5, Cr2O3, Mn3O4, Fe3O4, Co3O4, NiO, and CuO.
第一遷移系列の酸化物は、金属を空気中で加熱して調製できる。これらの酸化物は、Sc2O3、TiO2、V2O5、Cr2O3、Mn3O4、Fe3O4、Co3O4、NiO、CuOである。
Alternatively, these oxides and other oxides (with the metals in different oxidation states) can be produced by heating the corresponding hydroxides, carbonates, or oxalates in an inert atmosphere. Iron(II) oxide can be prepared by heating iron(II) oxalate, and cobalt(II) oxide is produced by heating cobalt(II) hydroxide:
別の方法として、対応する水酸化物、炭酸塩、シュウ酸塩を不活性雰囲気で加熱すると、これらの酸化物や、金属の酸化状態が異なる他の酸化物を生成できる。酸化鉄(II)はシュウ酸鉄(II)を加熱して調製でき、酸化コバルト(II)は水酸化コバルト(II)を加熱して生成する。
With the exception of CrO3 and Mn2O7, transition metal oxides are not soluble in water. They can react with acids and, in a few cases, with bases. Overall, oxides of transition metals with the lowest oxidation states are basic (and react with acids), the intermediate ones are amphoteric, and the highest oxidation states are primarily acidic. Basic metal oxides at a low oxidation state react with aqueous acids to form solutions of salts and water. Examples include the reaction of cobalt(II) oxide accepting protons from nitric acid, and scandium(III) oxide accepting protons from hydrochloric acid:
CrO3とMn2O7を除き、遷移金属酸化物は水に溶けない。酸と反応でき、少数の場合には塩基とも反応できる。全体として、最低酸化状態の遷移金属の酸化物は塩基性(酸と反応する)、中間のものは両性、最高酸化状態のものは主に酸性である。低い酸化状態の塩基性金属酸化物は、酸の水溶液と反応して、塩の溶液と水を作る。例として、酸化コバルト(II)が硝酸からプロトンを受け取る反応や、酸化スカンジウム(III)が塩酸からプロトンを受け取る反応がある。
The oxides of metals with oxidation states of 4+ are amphoteric, and most are not soluble in either acids or bases. Vanadium(V) oxide, chromium(VI) oxide, and manganese(VII) oxide are acidic. They react with solutions of hydroxides to form salts of the oxyanions and For example, the complete ionic equation for the reaction of chromium(VI) oxide with a strong base is given by:
酸化状態4+の金属酸化物は両性であり、大部分は酸にも塩基にも溶けない。酸化バナジウム(V)、酸化クロム(VI)、酸化マンガン(VII)は酸性である。水酸化物の溶液と反応して、オキソ陰イオン、、の塩を作る。たとえば、酸化クロム(VI)と強塩基との反応の完全イオン反応式は、次のように与えられる。
Chromium(VI) oxide and manganese(VII) oxide react with water to form the acids H2CrO4 and HMnO4, respectively.
酸化クロム(VI)と酸化マンガン(VII)は水と反応して、それぞれ酸H2CrO4とHMnO4を作る。