Siirdemetallid

Siirdemetallid ehk üleminekumetallid (inglise keeles Transition metal) on metallid, mis kuuluvad perioodilisustabelis B-rühma.Tamm, L. (2014). Keemia õpik gümnaasiumile anorgaanilised ained. Maurus Kirjastus.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.

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 
pisi|Elementide perioodilisustabel|434x434px
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.Katt, N., & Saar, M. (2018). Aatomi ehitus ja keemiliste elementide perioodilisussüsteem. Keemia õpik VIII klassile (lk 39). Maurus Kirjastus.Rapla Ühisgümnaasium (2014). Keemia konspekt. Metallid. Käsikirjaline materjal. 

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 pärast seda, kui on täitunud väline s-orbitaal.Tallinna Ülikool. (s. a.). Keemia põhiteadmised. Salvestatud 3. aprill 2022, http://www.tlu.ee/~kertm/Keemia%20seminar/Keemia%20p%F5hiteadmised.pdf
alt=Perioodilisustabel orbitaalide täitumisest|pisi|407x407px|Elementide orbitaalide ehituse jaotusOrbitaal 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.Liiv, J. (2018). Tähtsamad metallid. E. Tempel. (Toim). Keemia õhtuõpik (lk 80–96). Hea Lugu.

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.Rapla Ühisgümnaasium (2014). Keemia konspekt. Elektronkatte ehitus. Käsikirjaline materjal.

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

Järelikult on õige järjekord 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d5 4p6 5s2 4d10 5p6 .
pisi|270x270px|Elementide orbitaalide täitumise 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.

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,Uustal, M. (2009). Siirdemetallid. https://www.slideshare.net/merleke/siirdemetallid
 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).Tamm, L. (2014). Metallide omadused. Keemia õpik gümnaasiumile anorgaanilised ained. (lk 9–11). Maurus Kirjastus.

 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 sulamistemperatuuridI AII AIIIBIVBVBVIBVIIBVIIIBIBIIBIIIAIVAVA2. perioodLi 
100–500 °CBe 
1000–1500 °C3. perioodNa 
kuni 100 °CMg 
500–1000 °CAl 
500–1000 °C4. perioodK 
kuni 100°CCa 
500–1000 °CSc 
1500–2000 °CTi 
1500–2000 °CV 
1500–2000 °CCr 
1500–2000 °CMn 
1000–1500 °CFe 
1500–2000 °CCo 
1000–1500 °CNi 
1000–1500 °CCu 
1000–1500 °CZn 
100–500 °CGa 
kuni 100 °CGe 
500–1000 °C5. perioodRb 
kuni 100 °CSr 
500–1000 °CY 
1500–2000 °CZr 
1500–2000 °CNb 
üle 2000 °CMo 
üle 2000 °CTc 
üle 2000 °CRu 
üle 2000 °CRh 
1500–2000 °CPd 
1500–2000 °CAg 
500–1000 °CCd 
100–500 °CIn 
100–500 °CSn 
100–500 °CSb 
500–1000 °C6. perioodCs 
kuni 100 °CBa 
500–1000 °CLa 
500–1000 °CHf 
üle 2000 °CTa 
üle 2000 °CW 
üle 2000 °CRe 
üle 2000 °COs 
üle 2000 °CIr 
üle 2000 °CPt 
1500–2000 °CAu 
1000–1500 °CHg 
kuni 100 °CTl 
100–500 °CPb 
100–500 °CBi 
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.

+Metallide tihedusedI AII AIIIBIVBVBVIBVIIBVIIIBIBIIBIIIAIVAVA2. perioodLi 
kuni 2,0 g/cm3Be 
kuni 2,0 g/cm3 3. perioodNa 
kuni 2,0 g/cm3Mg 
kuni 2,0 g/cm3 Al 
2,0–5,0 g/cm34. perioodK 
kuni 2,0 g/cm3Ca 
kuni 2,0 g/cm3 Sc 
2,0–5,0 g/cm3Ti 
2,0–5,0 g/cm3V 
5,0–10,0 g/cm3 Cr 
5,0–10,0 g/cm3Mn 
5,0–10,0 g/cm3Fe 
5,0–10,0 g/cm3Co 
5,0–10,0 g/cm3Ni 
5,0–10,0 g/cm3Cu 
5,0–10,0 g/cm3Zn 
5,0–10,0 g/cm3Ga 
5,0–10,0 g/cm3Ge 
5,0–10,0 g/cm35. perioodRb 
kuni 2,0 g/cm3Sr 
2,0–5,0 g/cm3Y 
2,0–5,0 g/cm3Zr 
5,0–10,0 g/cm3Nb 
5,0–10,0 g/cm3Mo 
10,0–15,0 g/cm3Tc 
10,0–15,0 g/cm3Ru 
10,0–15,0 g/cm3Rh 
10,0–15,0 g/cm3Pd 
10,0–15,0 g/cm3Ag 
10,0–15,0 g/cm3Cd 
2,0–5,0 g/cm3In 
2,0–5,0 g/cm3Sn 
2,0–5,0 g/cm3Sb 
2,0–5,0 g/cm36. perioodCs 
kuni 2,0 g/cm3Ba 
2,0–5,0 g/cm3La 
5,0–10,0 g/cm3Hf 
10,0–15,0 g/cm3Ta 
üle 15,0 g/cm3 W 
üle 15,0 g/cm3Re 
üle 15,0 g/cm3Os 
üle 15,0 g/cm3Ir 
üle 15,0 g/cm3Pt 
üle 15,0 g/cm3Au 
üle 15,0 g/cm3Hg 
10,0–15,0 g/cm3Tl 
10,0–15,0 g/cm3Pb 
10,0–15,0 g/cm3Bi 
5,0–10,0 g/cm3

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

 Kasutusalad 

 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 ka 

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

 Viited 

Kategooria:Metallid