Couleurs de métal de transition en solution aqueuse

Les métaux de transition forment des ions colorés, des complexes et des composés en solution aqueuse. Les couleurs caractéristiques sont utiles lors d'une analyse qualitative pour identifier la composition d'un échantillon. Les couleurs reflètent également une chimie intéressante qui se produit dans les métaux de transition.

Métaux de transition et complexes colorés

Un métal de transition est un métal qui forme des ions stables qui ne se sont pas complètement remplis ré orbitales. Selon cette définition, techniquement, tous les éléments du bloc d du tableau périodique ne sont pas des métaux de transition. Par exemple, le zinc et le scandium ne sont pas des métaux de transition selon cette définition parce que Zn²⁺ a un niveau d complet, tandis que Sc³⁺ n'a pas d'électrons d.

Un métal de transition typique a plus d'un état d'oxydation possible car il a une orbite d partiellement remplie. Lorsque les métaux de transition se lient à une ou plusieurs espèces non métalliques neutres ou chargées négativement (ligands), ils forment ce qu'on appelle des complexes de métaux de transition. Une autre façon de voir un ion complexe est comme une espèce chimique avec un ion métallique au centre et d'autres ions ou molécules qui l'entourent. Le ligand se fixe à l'ion central par liaison covalente ou coordonnée dative. Des exemples de ligands courants comprennent l'eau, les ions chlorure et l'ammoniac.

Déficit énergétique

Lorsqu'un complexe se forme, la forme de l'orbitale d change parce que certaines sont plus proches du ligand que d'autres: certaines orbitales d se déplacent dans un état d'énergie plus élevé qu'auparavant, tandis que d'autres se déplacent vers un état d'énergie inférieur. Cela forme un déficit énergétique. Les électrons peuvent absorber un photon de lumière et passer d'un état d'énergie inférieure à un état supérieur. La longueur d'onde du photon absorbé dépend de la taille de l'espace énergétique. (C'est pourquoi la division des orbitales s et p, lorsqu'elle se produit, ne produit pas de complexes colorés. Ces lacunes absorberaient la lumière ultraviolette et n'affecteraient pas la couleur dans le spectre visible.)

Les longueurs d'onde de lumière non absorbées traversent un complexe. De la lumière est également réfléchie par une molécule. La combinaison de l'absorption, de la réflexion et de la transmission donne les couleurs apparentes des complexes.

Les métaux de transition peuvent avoir plus d'une couleur

Différents éléments peuvent produire des couleurs différentes les uns des autres. En outre, différentes charges d'un métal de transition peuvent entraîner différentes couleurs. Un autre facteur est la composition chimique du ligand. La même charge sur un ion métallique peut produire une couleur différente selon le ligand qu'il lie.

Couleur des ions de métal de transition en solution aqueuse

Les couleurs d'un ion de métal de transition dépendent de ses conditions dans une solution chimique, mais certaines couleurs sont bonnes à savoir (surtout si vous prenez de la chimie AP):

Transition Metal Ion	Couleur
Co2+	rose
Cu2+	bleu vert
Fe2+	olive verte
Ni2+	vert clair
Fe3+	brun à jaune
CrO42-	Orange
Cr2Osept2-	Jaune
Ti3+	violet
Cr3+	violet
Mn2+	rose pâle
Zn2+	incolore

Un phénomène connexe est le spectre d'émission des sels de métaux de transition, utilisé pour les identifier dans le test de flamme.