Transition Metals(संक्रमण धातुएँ)

Transition Metals – Detailed Explanation

What Are Transition Metals?

Transition metals are elements located in the d-block (Groups 3-12) of the periodic table. They have partially filled d-orbitals, which give them unique chemical and physical properties.

---

General Characteristics of Transition Metals

1. Variable Oxidation States

• Unlike main-group elements, transition metals exhibit multiple oxidation states because they can lose different numbers of d-electrons.
• Example: Iron (Fe) can exist as Fe²⁺ and Fe³⁺.
• Example: Manganese (Mn) has oxidation states from +2 to +7 (Mn²⁺, Mn³⁺, Mn⁴⁺, Mn⁵⁺, Mn⁶⁺, Mn⁷⁺).

Element	Common Oxidation States	Example Compound
Iron (Fe)	+2, +3	Fe₂O₃ (rust)
Copper (Cu)	+1, +2	CuSO₄ (blue vitriol)
Chromium (Cr)	+2, +3, +6	K₂Cr₂O₇ (orange, oxidizer)
Manganese (Mn)	+2, +4, +7	KMnO₄ (purple, oxidizer)

---

2. Formation of Colored Compounds

• Reason: The presence of partially filled d-orbitals allows d-d electronic transitions, where electrons absorb certain wavelengths of light, resulting in colored compounds.
• Examples:
• Cu²⁺ (Copper sulfate) → Blue
• Fe³⁺ (Ferric chloride) → Yellow-brown
• Cr³⁺ (Chromium chloride) → Green
• MnO₄⁻ (Permanganate ion) → Purple

---

3. Catalytic Properties

• Transition metals and their compounds act as catalysts by providing alternative reaction pathways with lower activation energy.
• Examples:
  • Iron (Fe) → Catalyst in the Haber process for ammonia synthesis: $$N_2 + 3H_2 \xrightarrow{Fe} 2NH_3$$
  • Vanadium(V) oxide (V₂O₅) → Catalyst in the Contact process for sulfuric acid production: $$2SO_2 + O_2 \xrightarrow{V_2O_5} 2SO_3$$
  • Nickel (Ni) → Used in hydrogenation of vegetable oils: $$C_2H_4 + H_2 \xrightarrow{Ni} C_2H_6$$

---

4. Magnetic Properties

• Paramagnetic: Compounds with unpaired electrons are weakly attracted to a magnetic field.
• Ferromagnetic: Some metals (Fe, Co, Ni) have strong magnetic properties due to electron alignment.
• Example: Iron (Fe) is ferromagnetic and used in electromagnets and transformers.

---

5. Formation of Complex Ions

• Transition metals readily form coordination complexes where they bond with ligands (electron-pair donors).
• Examples of Complex Ions:
• [Fe(CN)₆]³⁻ → Ferricyanide (used in blueprints).
• [Cu(NH₃)₄]²⁺ → Deep blue complex (used in chemical tests).
• [Ag(NH₃)₂]⁺ → Forms during Tollen’s test for aldehydes.

---

6. High Melting and Boiling Points

• Due to strong metallic bonding involving delocalized d-electrons, transition metals have high melting and boiling points.
• Examples:
  • Tungsten (W) has the highest melting point (3422°C).
  • Iron (Fe) melts at 1538°C.

---

7. Formation of Alloys

• Transition metals mix with other metals to form stronger and corrosion-resistant alloys.
• Examples:
  • Steel (Fe + C) → Used in construction.
  • Brass (Cu + Zn) → Used in musical instruments.
  • Bronze (Cu + Sn) → Used in sculptures and coins.

---

Examples of Transition Metals and Their Uses

1. Iron (Fe)

• Oxidation States: +2, +3
• Uses:
  • Construction (Steel production)
  • Hemoglobin (carries oxygen in blood)
  • Catalysis in the Haber process
• Common Compounds:
  • Fe₂O₃ (Iron(III) oxide) – Rust
  • FeSO₄ (Iron(II) sulfate) – Used in water treatment

---

2. Copper (Cu)

• Oxidation States: +1, +2
• Uses:
  • Electrical wiring (high conductivity)
    
  • Coins and plumbing
  • Antimicrobial applications
• Common Compounds:
  • CuSO₄ (Copper(II) sulfate) – Used in agriculture
  • CuO (Copper(II) oxide) – Used in ceramics

---

3. Chromium (Cr)

• Oxidation States: +2, +3, +6
• Uses:
  • Stainless steel production (prevents rusting)
  • Pigments (Chrome yellow, Chrome green)
  • Leather tanning
• Common Compounds:
  • K₂Cr₂O₇ (Potassium dichromate) – Oxidizing agent
  • Cr₂O₃ (Chromium(III) oxide) – Green pigment

---

4. Manganese (Mn)

• Oxidation States: +2, +4, +7
• Uses:
  • Batteries (Alkaline and dry cell batteries)
  • Steelmaking (improves strength)
  • Oxidizing agents
• Common Compounds:
  • KMnO₄ (Potassium permanganate) – Disinfectant
  • MnO₂ (Manganese dioxide) – Used in batteries

---

5. Nickel (Ni)

• Oxidation States: +2, +3
• Uses:
  • Stainless steel production
  • Coinage and jewelry
  • Catalysis in hydrogenation reactions
• Common Compounds:
  • NiCl₂ (Nickel chloride) – Used in electroplating
  • Ni(OH)₂ (Nickel hydroxide) – Used in batteries

---

6. Platinum (Pt)

• Oxidation States: +2, +4
• Uses:
  • Jewelry (does not tarnish)
  • Catalysts in car exhaust systems (reduces pollution)
  • Used in Cisplatin, an anti-cancer drug
• Common Compounds:
  • [PtCl₆]²⁻ (Hexachloroplatinate) – Used in catalysis
  • Cisplatin ([Pt(NH₃)₂Cl₂]) – Chemotherapy drug

---

Conclusion

Transition metals are essential due to their variable oxidation states, catalytic properties, formation of colored compounds, magnetic properties, and ability to form alloys and coordination complexes. Their applications span industry, medicine, and environmental science, making them some of the most versatile elements in the periodic table.

In HINDI :-

संक्रमण धातुएँ (Transition Metals) – विस्तृत जानकारी

संक्रमण धातुएँ क्या हैं?

संक्रमण धातुएँ वे तत्व होते हैं जो आवर्त सारणी (Periodic Table) के d-ब्लॉक (समूह 3-12) में स्थित होते हैं। इन धातुओं की d-कक्षाओं (d-orbitals) में अधभरी इलेक्ट्रॉन संरचना होती है, जिससे ये विशिष्ट रासायनिक और भौतिक गुण प्रदर्शित करती हैं।

---

संक्रमण धातुओं के सामान्य गुण

1. विभिन्न ऑक्सीडेशन अवस्थाएँ (Variable Oxidation States)

• संक्रमण धातुएँ विभिन्न संख्या में d-इलेक्ट्रॉनों को खो सकती हैं, जिससे वे अनेक ऑक्सीडेशन अवस्थाएँ प्रदर्शित करती हैं।
• उदाहरण:
  • आयरन (Fe) → Fe²⁺ और Fe³⁺
  • मैंगनीज़ (Mn) → +2 से +7 तक ऑक्सीडेशन अवस्थाएँ

तत्व	सामान्य ऑक्सीडेशन अवस्थाएँ	उदाहरण यौगिक
आयरन (Fe)	+2, +3	Fe₂O₃ (जंग)
तांबा (Cu)	+1, +2	CuSO₄ (नीला विट्रिओल)
क्रोमियम (Cr)	+2, +3, +6	K₂Cr₂O₇ (नारंगी, ऑक्सीडाइज़र)
मैंगनीज़ (Mn)	+2, +4, +7	KMnO₄ (बैंगनी, ऑक्सीडाइज़र)

---

2. रंगीन यौगिकों का निर्माण (Formation of Colored Compounds)

• कारण: संक्रमण धातुओं की d-कक्षाओं में इलेक्ट्रॉनों के संक्रमण के कारण, ये विभिन्न तरंग दैर्ध्य की रोशनी को अवशोषित करती हैं, जिससे इनके यौगिक रंगीन दिखाई देते हैं।
• उदाहरण:
  • Cu²⁺ (कॉपर सल्फेट) → नीला
  • Fe³⁺ (फेरिक क्लोराइड) → पीला-भूरा
  • Cr³⁺ (क्रोमियम क्लोराइड) → हरा
  • MnO₄⁻ (परमैंगनेट आयन) → बैंगनी

---

3. उत्प्रेरक गुण (Catalytic Properties)

• संक्रमण धातुएँ और उनके यौगिक उत्प्रेरक (catalyst) के रूप में कार्य करते हैं क्योंकि वे ऑक्सीडेशन अवस्थाएँ बदलकर प्रतिक्रिया की गति बढ़ा सकते हैं।
• उदाहरण:
  • आयरन (Fe) → हैबर प्रक्रिया (Haber Process) में उत्प्रेरक: $$N_2 + 3H_2 \xrightarrow{Fe} 2NH_3$$
  • वैनेडियम(V) ऑक्साइड (V₂O₅) → कॉन्टैक्ट प्रक्रिया (Contact Process) में उत्प्रेरक: $$2SO_2 + O_2 \xrightarrow{V_2O_5} 2SO_3$$
  • निकेल (Ni) → वनस्पति तेलों के हाइड्रोजनेशन (Hydrogenation) में उत्प्रेरक: $$C_2H_4 + H_2 \xrightarrow{Ni} C_2H_6$$
    

---

4. चुम्बकीय गुण (Magnetic Properties)

• पैरामैग्नेटिज़्म (Paramagnetism): जिन संक्रमण धातुओं में अयुग्मित इलेक्ट्रॉन (Unpaired Electrons) होते हैं, वे चुंबकीय क्षेत्र की ओर आकर्षित होती हैं।
• फेरोमैग्नेटिज़्म (Ferromagnetism): कुछ संक्रमण धातुएँ (Fe, Co, Ni) मजबूत चुंबकीय गुण प्रदर्शित करती हैं।
• उदाहरण:
  • आयरन (Fe) → विद्युतचुंबक (Electromagnets) और ट्रांसफॉर्मर में उपयोग होता है।

---

5. समन्वय यौगिकों का निर्माण (Formation of Coordination Complexes)

• संक्रमण धातुएँ लिगैंड्स (Ligands) के साथ मिलकर समन्वय यौगिक (Coordination Complexes) बनाती हैं।
• उदाहरण:
  • [Fe(CN)₆]³⁻ → फेरिसायनाइड (Ferricyanide), जिसे ब्लूप्रिंट में उपयोग किया जाता है।
  • [Cu(NH₃)₄]²⁺ → गहरा नीला यौगिक (कॉपर-अमोनिया कॉम्प्लेक्स)।
  • [Ag(NH₃)₂]⁺ → टॉलेंस परीक्षण (Tollen’s Test) में उपयोग किया जाता है।

---

6. उच्च गलनांक और क्वथनांक (High Melting and Boiling Points)

• संक्रमण धातुओं में मजबूत धात्विक बंधन (Metallic Bonding) होता है, जिससे इनका गलनांक (Melting Point) और क्वथनांक (Boiling Point) उच्च होता है।
• उदाहरण:
  • टंगस्टन (W) → सर्वाधिक गलनांक (3422°C)।
  • आयरन (Fe) → गलनांक 1538°C।

---

7. मिश्रधातु निर्माण (Formation of Alloys)

• संक्रमण धातुएँ अन्य धातुओं के साथ मिलकर मजबूत और संक्षारण-प्रतिरोधी (Corrosion-resistant) मिश्रधातुएँ बनाती हैं।
• उदाहरण:
  • इस्पात (Steel) → Fe + C (निर्माण कार्यों में उपयोग)।
  • पीतल (Brass) → Cu + Zn (संगीत वाद्ययंत्रों में)।
  • कांस्य (Bronze) → Cu + Sn (मूर्तियाँ और सिक्के)।

---

कुछ महत्वपूर्ण संक्रमण धातुएँ और उनके उपयोग

1. आयरन (Fe)

• ऑक्सीडेशन अवस्थाएँ: +2, +3
• उपयोग:
  • निर्माण (Construction)
  • रक्त में हीमोग्लोबिन (Hemoglobin) में मौजूद
  • हैबर प्रक्रिया में उत्प्रेरक
• सामान्य यौगिक:
  • Fe₂O₃ (आयरन(III) ऑक्साइड) – जंग
  • FeSO₄ (आयरन(II) सल्फेट) – जल उपचार में

---

2. तांबा (Cu)

• ऑक्सीडेशन अवस्थाएँ: +1, +2
• उपयोग:
  • विद्युत तारों (Electrical wiring) में
  • सिक्के और पाइपलाइन
  • रोगाणुनाशक (Antimicrobial)
• सामान्य यौगिक:
  • CuSO₄ (कॉपर(II) सल्फेट) – कृषि में
  • CuO (कॉपर(II) ऑक्साइड) – चीनी मिट्टी और सिरेमिक

---

3. प्लैटिनम (Pt)

• ऑक्सीडेशन अवस्थाएँ: +2, +4
• उपयोग:
  • गहनों में (धूमिल नहीं होता)
  • वाहन के उत्सर्जन नियंत्रण प्रणाली (Catalytic Converters) में
  • Cisplatin (एक कैंसर-रोधी दवा) में
• सामान्य यौगिक:
  • Cisplatin ([Pt(NH₃)₂Cl₂]) – कैंसर उपचार में

---

निष्कर्ष

संक्रमण धातुएँ अपने विभिन्न ऑक्सीडेशन अवस्थाएँ, उत्प्रेरक गुण, रंगीन यौगिक, चुम्बकीय गुण, मिश्रधातु निर्माण और समन्वय यौगिक निर्माण जैसी विशेषताओं के कारण अत्यंत महत्वपूर्ण हैं। इनका उपयोग औद्योगिक, जैविक और चिकित्सा विज्ञान में बड़े पैमाने पर किया जाता है।