الخاصية المغناطيسية وتفسير الألوان والنشاط الحفزي الفائق

• تنقسم المواد إلى نوعين رئيسيين من حيث استجابتها للمجال المغناطيسي: المواد البارامغناطيسية والمواد الدايامغناطيسية.
• المادة البارامغناطيسية تتجاذب مع المجال المغناطيسي الخارجي نتيجة وجود إلكترونات مفردة (غير مزدوجة) في المستوى الفرعي 3d.
• كل إلكترون مفرد يدور حول محوره مغزلياً مولداً مجالاً مغناطيسياً صغيراً يتجه مع المجال الخارجي.
• ويتناسب العزم المغناطيسي طردياً مع عدد هذه الإلكترونات المفردة؛
• فمثلاً أيون الحديد الثلاثي Fe³⁺ يحتوي على 5 إلكترونات مفردة (3d⁵) وعزمه المغناطيسي هو الأعلى (نحو 5.92 B.M.).

أما المادة الدايامغناطيسية فتتنافر تنافراً ضعيفاً مع المجال الخارجي لأن جميع إلكتروناتها مزدوجة في أفلاكها (مثل Zn²⁺: 3d¹⁰ أو Sc³⁺: 3d⁰)، حيث يُلغي العزم المغناطيسي لكل إلكترون عزم رفيقه المعاكس في الغزل تماماً، فتكون المحصلة صفراً.

• فيما يتعلق بالألوان: تعود ألوان مركبات وأيونات العناصر الانتقالية إلى امتصاص فوتونات الضوء المرئي.
• عندما يسقط الضوء الأبيض على محلول أيون انتقالي يحتوي على إلكترونات مفردة في 3d، تمتص هذه الإلكترونات طاقة طول موجي محدد كافية لإثارتها وانتقالها بين أفلاك d المنشطرة بسبب وجود جزيئات المذيب (الليجاندات).
• الضوء المتبقي غير الممتص ينعكس أو ينفذ إلى عين الرائي ويمثل (اللون المتمم).
• فمثلاً مركبات الكروم الثلاثي Cr³⁺ تمتص اللون الأحمر من الضوء الساقط، فتظهر للعين باللون المتمم وهو الأخضر.
• أما الأيونات التي يكون فيها 3d فارغاً تماماً (Sc³⁺) أو ممتلئاً تماماً (Zn²⁺) فتكون عديمة اللون لأن طاقة الضوء المرئي غير كافية لإثارتها.

• النشاط الحفزي المذهل للعناصر الانتقالية يرجع إلى استخدام إلكترونات 4s و 3d لتكوين روابط كيميائية تنسيقية مؤقتة وضعيفة مع جزيئات المواد المتفاعلة على سطح الحافز الصلب.
• هذا التجمع السطحي يؤدي إلى: (1) زيادة تركيز المتفاعلات على سطح التفاعل، (2) إضعاف الروابط التساهمية الأصلية داخل المتفاعلات، (3) توجيه الجزيئات بزوايا تصادم مثالية، مما يترتب عليه خفض هائل في طاقة التنشيط (Ea) وتسريع سرعة التفاعل آلاف المرات دون استهلاك العامل الحفاز.