Siirdemetallid

Siirdemetallid ehk üleminekumetallid (inglise keeles Transition metal) on metallid, mis kuuluvad perioodilisustabelis B-rühma.

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.

Asukoht perioodilisustabelis 
Siirdemetallid asuvad perioodilisustabelis IB–VIIIB rühmas.

Aatomi ehitus 

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. 

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

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

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.

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  .

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.

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

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

Omadused

Siirdemetallid on 

 kõvad, tugevad ja haprad
 värvus hõbevalgest terashallini
 kõrge keemis- ja sulamistemperatuuriga

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).

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). 

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.

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.

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

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.

Siirdemetallidest kasutatakse kõige rohkem rauda, vaske ja tsinki.

Vaata lisaks 

 Atomic orbital
 Transition metal
 Metal
 d-elemendid
 Elektronvalem
 Elektronskeem
 Metallid
 Orbitaal
 Perioodilisustabel

Viited