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Metais de Transição como Catalisadores: Propriedades e Aplicações

Metais de transição são elementos metálicos como cromo, ferro e níquel que têm elétrons de valência em duas camadas em vez de apenas um. Elétron de valência refere-se a um único elétron responsável pelas propriedades químicas do átomo. Metais de transição são bons catalisadores metálicos porque emprestam e aceitam elétrons de outras moléculas facilmente. Um catalisador é uma substância química que, quando adicionada a uma reação, não afeta a termodinâmica, mas aumenta a velocidade da reação.

Efeito dos Catalisadores

Catalisadores funcionam por vias catalíticas na reação. Aumentam a frequência de colisões entre reagentes, mas não alteram suas propriedades físicas ou químicas. Afetam a velocidade da reação sem afetar a termodinâmica. Assim, fornecem uma via alternativa de menor energia para a reação ocorrer. Um catalisador afeta o estado de transição fornecendo um caminho de ativação de menor energia.

Metais de Transição

Metais de transição são frequentemente confundidos com metais do "bloco d" na tabela periódica. Embora pertençam ao bloco d, nem todos os metais do bloco d são metais de transição. Por exemplo, escândio e zinco não são metais de transição, embora sejam elementos do bloco d. Para um elemento do bloco d ser um metal de transição, deve possuir um orbital d incompletamente preenchido.

Por que Metais de Transição São Bons Catalisadores

A razão mais importante é que podem emprestar ou retirar elétrons do reagente, dependendo da natureza da reação. A capacidade de estar em vários estados de oxidação, intercalar entre eles e formar complexos com reagentes, sendo boa fonte de elétrons, torna-os bons catalisadores.

Metais de Transição como Aceitadores e Doadores de Elétrons

O íon escândio Sc3+ não tem elétrons d e não é metal de transição. O íon zinco Zn2+ tem orbital d completamente preenchido, logo não é metal de transição. Metais de transição devem ter elétrons d disponíveis e estados de oxidação variáveis e intercambiáveis. Cobre é exemplo ideal com estados Cu2+ e Cu3+. O orbital d incompleto permite facilitar a troca de elétrons. Metais de transição podem dar e aceitar elétrons facilmente, favorecendo-os como catalisadores. O estado de oxidação refere-se à capacidade do metal de formar ligações químicas.

Ação dos Metais de Transição

Atuam formando complexos com o reagente. Se o estado de transição da reação exige elétrons, os metais de transição nos complexos sofrem oxidação ou redução para fornecê-los. Se há acúmulo excessivo de elétrons, podem reter o excesso de densidade eletrônica, ajudando a reação. A propriedade de bons catalisadores também depende das propriedades de absorção ou adsorção do metal e do complexo.