Question

لماذا ثاني كرومات البوتاسيوم ملونة؟

Answer 1

 أولاً: مركبات العناصر الانتقالية ملونة

- يرجع ذلك لوجود إلكترونات مفردة في أوربتالات المستوى الفرعي (d).

- الطاقة اللازمة لإثارة هذة الألكترونات المفردة تساوى طاقة الضوء المرئي فتمتص جزء منه اللازم للإثارة وتظهر باللون المتمم.

ثانياً/ متى يكون المركب عديم اللون

يكون المركب عديم اللون فى ثلاث حالات وهي:

(1) عندما يكون المستوى الفرعي (d) تام الامتلاء أى أن جميع الإلكترونات في حالة إزدواج.

(2) لا توجد إلكترونات فى المستوى الفرعي (d) أى يكون فارغاً.

(3) وجود الإلكترونات فى المستوى الفرعي (s) او (p) وهي تحتاج لإثرتها إلى طاقة أعلى من طاقة الضوء المرئي.

ثالثاً/ ثاني كرومات البوتاسيوم ملونة

- الصيغة الكيميائية لمركب ثاني كرومات البوتاسيوم هي K₂Cr₂O₇

- يكون ثاني كرومات البوتاسيوم على شكل بلورات برتقالية اللون  (أى أنه مركب ملون)

- حساب عدد التأكسد للكروم 

0 = (2*+1) + (Cr*2 )+ (7*-2)

Cr = +6

- التوزيع الألكتروني للكروم وأيون الكروم السداسي كالتالي:

Cr₂₄: 1s² , 2s² 2p⁶ , 3s² 3p⁶ , 4s¹ 3d⁵

Cr⁺⁶ : 1s² , 2s² 2p⁶ , 3s² 3p⁶  

ومن التوزيع الإلكتروني لأيون الكروم السداسي نجد أن المستوى الفرعي (3d) فارغ ولا يحتوى على إلكترونات مفردة لذلك من المتوقع أن يكون غير ملون حسب القواعد السابقة ولكن هذا لا يحدث فمركب ثاني كرومات البوتاسيوم مركب ذو بلورات برتقالية اللون... ولكن ما السبب؟ وما هذا الشذوذ عن القاعدة؟

رابعاً/ نظرية المجال البلوري

- تنقسم المستوى الفرعي (d) إلى خمس مدارات غير متمائلة وهي:

(1) مدارات t_2g والتى توجه فيها فصوص المدار(d) بين المحاور (x , y , z) وهي d_x-y , d_x-z , d_y-z 

(2) مدارات e_g وفيها توجة الفصوص على طول المحاور وهي d_x²-y² , d_z² 

- أستطاعت نظرية ال المجال البلوري وضع تفسير مقنع وواضح لظهور الألوان في متراكبات الفلزات الانتقالية وأرجعت ذلك إلا أن الألكترون المفرد ينتقل من المجموعة (t_2g) إلى المجموعة (e_g⁾ ثم يعود وعند عودته يطلق موجة فى المجال المرئي، فتمتص جزء منه اللازم للإثارة وتظهر باللون المتمم.

- وعلى ذلك فأن نظرية المجال البلوري تهدف إلى انتقال الألكترون المفرد داخل أوربتالات (d) والكروم (+6) لا يحتوى على إلكترونات أصلاً فى أوربتال (d) لذلك فهي لم تستطع تفسير اللون فى ثاني كرومات البوتاسيوم.

خامساً/ تفسير اللون فى ثاني كرومات البوتاسيوم

- يرجع ظهور اللون فى ثاني كرومات البوتاسيوم نتيجة انتقال الإلكترونات من الليجاند (O₂- هنا) إلى ذرة الفلز المركزي (الكروم) وذلك حسب نظرية  (ligand-metal charge transfer (LMCT  ( نظرية معقد انتقال الشحنة).

- معقد انتقال الشحنة هو معقد تناسقي يعتمد في تركيبه على وجود جزيء مانح (مثل O₂ هنا) وآخر مستقبل للإلكترونات (مثل الكروم هنا)؛ حيث يؤدي التجاذب الكهربائي الساكن إلى استقرار المعقد.

- إن طبيعة التجاذب بين هاتين الوحدتين لا يصنف ضمن الترابط الكيميائي، والكثير منها تخضع لانتقالات إلكترونية جزيئية للوصول إلى حالة مثارة بحيث يحدث امتصاص للضوء نتيجة انتقال جزء من الشحنة الكهربائية بين الوحدتين المكونتين للمعقد؛ ولذلك فإن لتلك المعقدات ألوان شديدة؛ مثلما هو الحال مع معقد الأكسجين مع الفانديوم فى خامس أكسيد الفانديوم V₂O₅ الذي له لون بلورات صلبة صفراء وكذلك الحال فى ثاني كرومات البوتاسيوم ، K₂Cr₂O₇ الذي يكون على هيئة بلورات برتقالية اللون.