Siirdemetallid

Siirdemetallid ehk üleminekumetallid (inglise keeles Transition metal) on metallid, mis kuuluvad perioodilisustabelis B-rühma.^[1]^[2]

Siirdemetallid on perioodilisussüsteemi kõrvalalarühmade metallid, mille aatomite elektronkihtidest sisemised, d-alakihid täituvad alles pärast välimiste, s-alakihtide täitumist. Vahel loetakse siirdemetallide hulka ka lantanoidid ja aktinoidid.^[2]

Asukoht perioodilisustabelis

Siirdemetallid asuvad perioodilisustabelis IB–VIIIB rühmas.

Aatomi ehitus

Elementide perioodilisustabel

Siirdemetallide aatomi ehitus on võrreldes A-rühma metallide omaga keerulisem. Enamikul B-rühma elementidel on väliskihil 2 elektroni. Eranditeks on kroom (Cr), kuld (Au), hõbe (Ag) ja vask (Cu), mille väliskihil on ainult 1 elektron.^[3]^[4]

Elementide omadused määrab üldiselt väline elektronkiht, kuna väliskihi elektronid osalevad keemilistes reaktsioonides. B-rühma ehk siirdemetallide korral on oluline ka eelviimane elektronkiht.^[3]

Siirdemetalle nimetatakse d-elementideks sellepärast, et B-rühma elementidel täituvad sisemised d-orbitaalid alles peale seda, kui on täitunud väline s-orbitaal.^[5]

Elementide orbitaalide ehituse jaotus

Orbitaal on ruumiosa, kus elektroni leidumise tõenäosus on kõige suurem. Orbitaale on 4: s-, p-, d- ja f-orbitaalid. s-orbitaal mahutab endale maksimaalselt 2 elektroni, p-orbitaal 6 elektroni, d-orbitaal 10 elektroni ning f-orbitaal 14 elektroni.^[6]

Näide

Kroomi elektronskeem on Cr+24|2)8)13)1). Elektronskeemi järgi koostatakse elektronvalem 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁵ 4s¹ , aga d-alakiht täidetakse viimasena seega on õige järjekord 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s¹3d⁵.^[5]^[7]

Elektronvalemi kirjutamine: 1s² 2s²2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁵ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 5s² 5p⁶ , aga tuleb arvestada, et d-alakiht täidetakse viimasena.

Järelikult õige järjekord: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁵ 4p⁶ 5s² 4d¹⁰ 5p⁶ .^[5]^[7]

Elementide orbitaalide täitumis järjekord

Elementide oksüdatsiooniastmed ja nimetamine

Siirdemetallidel võib ühel elemendil olla mitu eri väärtusega oksüdatsiooniastet, mis sõltub valemist, milles elementi kasutatakse. Nende oksüdatsiooniaste võib olla negatiivne, null või positiivne. Eriühendites võivad B-rühma metallide oksüdatsiooniastmed olla I–VIII. Näiteks valemis Fe₂O₃ on Fe oksüdatsiooniaste III, ent valemis FeO on Fe oksüdatsiooniaste II.^[2]^[3]

Kui siirdemetall moodustab mitu oksiidi, on madalama oksüdatsiooniastmega oksiid aluseline, kõrgema astmega happeline ning vahepealse astmega amfoteerne.^[2]

Siirdemetallide ehk B-rühma elementide nimetused peavad sisaldama järgmist teavet: element + (oksüdatsiooniaste) + aineklass. Näiteks FeO – raud(II)oksiid, CuCl – vask(I)kloriid.^[3]^[4]

Omadused

Siirdemetallid on

kõvad, tugevad ja haprad
värvus hõbevalgest terashallini^[8]
kõrge keemis- ja sulamistemperatuuriga^[2]

Elektrijuhtivus

Siirdemetallidest on kõige paremad soojus- ja elektrijuhid hõbe (Ag), vask (Cu) ja kuld (Ag). Nende metallide väliskihil on ainult 1 elektron, mis tagab head omadused. Teised siirdemetallid, millel on väliskihil 2 elektroni, juhivad elektrit halvemini. Peamine probleem on nende kuumenemine elektrivoolul.^[5]

Metallide plastilisus

Metallid on plastilisemad, kui neis on suurem metallilise sideme osatähtsus. Sellised metallid on väga pehmed, neid on võimalik kergesti töödelda. Enamikus siirdemetallides, mis on vähem aktiivsed, on suur osatähtsus kovalentsetel sidemetel. See tähendab, et siirdemetallides moodustavad kovalentseid sidemeid aatomite eelviimase kihi d-alakihi elektronid, mistõttu on metallid üpris kõvad ja haprad. Kõige kõvem siirdemetall on kroom (Cr).^[9]

Metallide sulamistemperatuur

Metallide sulamistemperatuur sõltub metallilise sideme osatähtsusest metallis. Metalliline side on küllaltki nõrk, selle tõttu on nendel elementidel sulamistemperatuur suhteliselt madal. Siirdemetallid on küllaltki rasksulavad ehk kõrge sulamistemperatuuriga. Eelkõige on rasksulavad 5. ja 6. perioodi rea keskel paiknevad B-rühma elemendid, kuna nendes on aatomitevaheliste kovalentsete sidemete osatähtsus väga suur. Kõige kõrgema sulamistemperatuuriga element on volfram (W), lisaks on rasksulavad tantaal (Ta), nioobium (Nb), molübdeem (Mo) ja raud (Fe). ^[8]^[9]

IIB rühma elemendid moodustavad sulamistemperatuuri poolest erandid, kuna selle alarühma metallid ei käitu tüüpiliste siirdemetallidena. Näiteks elavhõbeda (Hg) sulamistemperatuur on –39 °C, mis teeb temast madalaima sulamistemperatuuriga metalli. ^[9]

Metallide sulamistemperatuurid^[9]
	I A	II A	IIIB	IVB	VB	VIB	VIIB	VIIIB			IB	IIB	IIIA	IVA	VA
2. periood	Li 100–500 °C	Be 1000–1500 °C
3. periood	Na kuni 100 °C	Mg 500–1000 °C											Al 500–1000 °C
4. periood	K kuni 100°C	Ca 500–1000 °C	Sc 1500–2000 °C	Ti 1500–2000 °C	V 1500–2000 °C	Cr 1500–2000 °C	Mn 1000–1500 °C	Fe 1500–2000 °C	Co 1000–1500 °C	Ni 1000–1500 °C	Cu 1000–1500 °C	Zn 100–500 °C	Ga kuni 100 °C	Ge 500–1000 °C
5. periood	Rb kuni 100 °C	Sr 500–1000 °C	Y 1500–2000 °C	Zr 1500–2000 °C	Nb üle 2000 °C	Mo üle 2000 °C	Tc üle 2000 °C	Ru üle 2000 °C	Rh 1500–2000 °C	Pd 1500–2000 °C	Ag 500–1000 °C	Cd 100–500 °C	In 100–500 °C	Sn 100–500 °C	Sb 500–1000 °C
6. periood	Cs kuni 100 °C	Ba 500–1000 °C	La 500–1000 °C	Hf üle 2000 °C	Ta üle 2000 °C	W üle 2000 °C	Re üle 2000 °C	Os üle 2000 °C	Ir üle 2000 °C	Pt 1500–2000 °C	Au 1000–1500 °C	Hg kuni 100 °C	Tl 100–500 °C	Pb 100–500 °C	Bi 100–500 °C

Metallide tihedus

Metallide tihedust mõjutab eelkõige elemendi aatommass, aga olulised on ka aatomiraadius ja kristallvõre ehitus. Aatomiraadius suureneb rühmas ülevalt alla, seetõttu metallide tihedused suurenevad samas suunas ehk rühmas ülevalt alla. Raskmetallid ehk suure tihedusega metallid on eelkõige siirdemetallid. Elemendid, millel on suurim tihedus paiknevad, 6. perioodis B-rühmas. Kõige suurema tihedusega metall on osmium (Os), temale järgneb iriidium (Ir). Raskmetallid on veel kuld (Au), raud (Fe) jt siirdemetallid.^[9]

Metallide tihedused^[9]
	I A	II A	IIIB	IVB	VB	VIB	VIIB	VIIIB			IB	IIB	IIIA	IVA	VA
2. periood	Li kuni 2,0 g/cm³	Be kuni 2,0 g/cm³
3. periood	Na kuni 2,0 g/cm³	Mg kuni 2,0 g/cm³											Al 2,0–5,0 g/cm³
4. periood	K kuni 2,0 g/cm³	Ca kuni 2,0 g/cm³	Sc 2,0–5,0 g/cm³	Ti 2,0–5,0 g/cm³	V 5,0–10,0 g/cm³	Cr 5,0–10,0 g/cm³	Mn 5,0–10,0 g/cm³	Fe 5,0–10,0 g/cm³	Co 5,0–10,0 g/cm³	Ni 5,0–10,0 g/cm³	Cu 5,0–10,0 g/cm³	Zn 5,0–10,0 g/cm³	Ga 5,0–10,0 g/cm³	Ge 5,0–10,0 g/cm³
5. periood	Rb kuni 2,0 g/cm³	Sr 2,0–5,0 g/cm³	Y 2,0–5,0 g/cm³	Zr 5,0–10,0 g/cm³	Nb 5,0–10,0 g/cm³	Mo 10,0–15,0 g/cm³	Tc 10,0–15,0 g/cm³	Ru 10,0–15,0 g/cm³	Rh 10,0–15,0 g/cm³	Pd 10,0–15,0 g/cm³	Ag 10,0–15,0 g/cm³	Cd 2,0–5,0 g/cm³	In 2,0–5,0 g/cm³	Sn 2,0–5,0 g/cm³	Sb 2,0–5,0 g/cm³
6. periood	Cs kuni 2,0 g/cm³	Ba 2,0–5,0 g/cm³	La 5,0–10,0 g/cm³	Hf 10,0–15,0 g/cm³	Ta üle 15,0 g/cm³	W üle 15,0 g/cm³	Re üle 15,0 g/cm³	Os üle 15,0 g/cm³	Ir üle 15,0 g/cm³	Pt üle 15,0 g/cm³	Au üle 15,0 g/cm³	Hg 10,0–15,0 g/cm³	Tl 10,0–15,0 g/cm³	Pb 10,0–15,0 g/cm³	Bi 5,0–10,0 g/cm³

Metallide magnetilised omadused

Siirdemetallidest on magnetilised omadused raual (Fe), lisaks koobaldil (Co) ja niklil (Ni) ning nende metallide sulamitel.^[9]

Kasutamine

Raud (Fe) – tööriistade valmistamine, laevade, lennukite, rongide ja autode ehitamine ning tööstusseadmete valmistamine
Vask (Cu) – elektrijuhtmed ja peenraha
Tsink (Zn) – katuseplekk, raudplekk
Nikkel (Ni) – elektripliitide, käekellade, raha ja triikraudade komponendid
Kroom (Cr) – elektripliitide, käekellade ja triikraudade komponendid
Kuld (Au) – ehted
Hõbe (Ag) – ehted
Volfram (W) – hõõgniit.^[4]

Siirdemetallidest kasutatakse kõige rohkem rauda, vaske ja tsinki.^[6]

Vaata lisaks

Viited

↑ Tamm, L. (2014). Keemia õpik gümnaasiumile anorgaanilised ained. Maurus Kirjastus.
↑ ^2,0 ^2,1 ^2,2 ^2,3 ^2,4 Aasmäe, M., Aru, L., Kraav, M., Rauk, H., Rõuk, A.-M., Saar, A., Sillaots, A. & Tampuu, A. (1995). Siirdemetallid. E. Varrak (Toim). Eesti Entsüklopeedia, 8 RAI – SUM (lk 489). Eesti Entsüklopeediakirjastus.
↑ ^3,0 ^3,1 ^3,2 ^3,3 Katt, N., & Saar, M. (2018). Aatomi ehitus ja keemiliste elementide perioodilisussüsteem. Keemia õpik VIII klassile (lk 39). Maurus Kirjastus.
↑ ^4,0 ^4,1 ^4,2 Rapla Ühisgümnaasium (2014). Keemia konspekt. Metallid. Käsikirjaline materjal.
↑ ^5,0 ^5,1 ^5,2 Tallinna Ülikool. (s. a.). Keemia põhiteadmised. Salvestatud 3. aprill 2022, http://www.tlu.ee/~kertm/Keemia%20seminar/Keemia%20p%F5hiteadmised.pdf
↑ ^6,0 ^6,1 Liiv, J. (2018). Tähtsamad metallid. E. Tempel. (Toim). Keemia õhtuõpik (lk 80–96). Hea Lugu.
↑ ^7,0 ^7,1 Rapla Ühisgümnaasium (2014). Keemia konspekt. Elektronkatte ehitus. Käsikirjaline materjal.
↑ ^8,0 ^8,1 Uustal, M. (2009). Siirdemetallid. https://www.slideshare.net/merleke/siirdemetallid
↑ ^9,0 ^9,1 ^9,2 ^9,3 ^9,4 ^9,5 ^9,6 Tamm, L. (2014). Metallide omadused. Keemia õpik gümnaasiumile anorgaanilised ained. (lk 9–11). Maurus Kirjastus.

[1] Tamm, L. (2014). Keemia õpik gümnaasiumile anorgaanilised ained. Maurus Kirjastus.

[:0-2] 2,0 ^2,1 ^2,2 ^2,3 ^2,4 Aasmäe, M., Aru, L., Kraav, M., Rauk, H., Rõuk, A.-M., Saar, A., Sillaots, A. & Tampuu, A. (1995). Siirdemetallid. E. Varrak (Toim). Eesti Entsüklopeedia, 8 RAI – SUM (lk 489). Eesti Entsüklopeediakirjastus.

[:1-3] 3,0 ^3,1 ^3,2 ^3,3 Katt, N., & Saar, M. (2018). Aatomi ehitus ja keemiliste elementide perioodilisussüsteem. Keemia õpik VIII klassile (lk 39). Maurus Kirjastus.

[:2-4] 4,0 ^4,1 ^4,2 Rapla Ühisgümnaasium (2014). Keemia konspekt. Metallid. Käsikirjaline materjal.

[:3-5] 5,0 ^5,1 ^5,2 Tallinna Ülikool. (s. a.). Keemia põhiteadmised. Salvestatud 3. aprill 2022, http://www.tlu.ee/~kertm/Keemia%20seminar/Keemia%20p%F5hiteadmised.pdf

[:4-6] 6,0 ^6,1 Liiv, J. (2018). Tähtsamad metallid. E. Tempel. (Toim). Keemia õhtuõpik (lk 80–96). Hea Lugu.

[:5-7] 7,0 ^7,1 Rapla Ühisgümnaasium (2014). Keemia konspekt. Elektronkatte ehitus. Käsikirjaline materjal.

[:6-8] 8,0 ^8,1 Uustal, M. (2009). Siirdemetallid. https://www.slideshare.net/merleke/siirdemetallid

[:7-9] 9,0 ^9,1 ^9,2 ^9,3 ^9,4 ^9,5 ^9,6 Tamm, L. (2014). Metallide omadused. Keemia õpik gümnaasiumile anorgaanilised ained. (lk 9–11). Maurus Kirjastus.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]