I metalli di transizione sono elementi del blocco d caratterizzati da orbitali d parzialmente riempiti negli atomi o negli ioni comuni. Mostrano stati di ossidazione variabili, forte tendenza alla coordinazione, colori intensi, magnetismo e attività catalitica.
La definizione chimicamente più utile considera metalli di transizione gli elementi che formano almeno uno ione con sottolivello d incompleto. Per questo zinco, cadmio e mercurio, pur trovandosi nel blocco d, sono spesso trattati separatamente perché formano ioni d^{10}.
Negli ioni si rimuovono prima gli elettroni s, poi i d:
Eccezioni atomiche notevoli:
Queste eccezioni derivano dalla stabilizzazione associata a sottolivelli semipieni o pieni.
Stati di ossidazione e complessi
Gli stati di ossidazione variabili sono una delle caratteristiche più importanti. Ferro, manganese, cromo, rame e vanadio possono esistere in più stati redox, con colori e reattività differenti. Questa flessibilità è centrale in catalisi, metallurgia, elettrochimica e bioinorganica.
I metalli di transizione formano facilmente complessi di coordinazione con leganti neutri o anionici. La geometria può essere ottaedrica, tetraedrica, quadrato-planare, lineare o più complessa, a seconda di metallo, stato di ossidazione, numero di coordinazione e natura dei leganti.
Colore, magnetismo e catalisi
I colori derivano spesso da transizioni d-d o da trasferimenti di carica. Lo splitting degli orbitali d dipende dal campo dei leganti e determina quali lunghezze d’onda vengono assorbite.
Il magnetismo dipende dal numero di elettroni spaiati. Complessi alto-spin tendono a essere più paramagnetici; complessi basso-spin possono essere meno paramagnetici o diamagnetici.
L’attività catalitica nasce dalla capacità di cambiare stato di ossidazione, coordinare substrati, attivare legami e stabilizzare intermedi. Catalizzatori a base di platino, palladio, nichel, ferro, rame e titanio sono fondamentali in sintesi organica, processi industriali, celle a combustibile e controllo delle emissioni.
Cautele
Un errore comune è prevedere la chimica di un metallo di transizione solo dalla posizione nella tavola periodica. In realtà contano stato di ossidazione, geometria, leganti, solvente, spin, effetti relativistici nei metalli pesanti e condizioni redox.
Vedi anche: Composti di coordinazione, Campo cristallino, Campo dei leganti, Magnetismo dei complessi.