Переходные металлы обладают уникальными свойствами, которые обусловлены их d-электронами. Основные факторы, объясняющие, почему переходные металлы образуют переменно-заряженные и цветные комплексы, связаны с их электронной структурой, возможностью образования координационных соединений и характером d-орбиталей.

Переменная валентность: Переходные металлы имеют неполные d-орбитали, что позволяет им терять различные количества электронов при образовании ионов. Например, железо может существовать в состояниях +2 и +3, а медь — в состояниях +1 и +2. Это происходит из-за относительной близости энергии s- и d-электронов, что делает их доступными для участия в химических реакциях. Разные степени окисления позволяют переходным металлам использовать различные d-электроны для образования соединений и комплексов.

Цветные комплексы: Цвет переходных металлов и их комплексов объясняется взаимодействием света с d-электронами. Когда переходные металлы образуют комплексы с лигандами, d-орбитали деляются на более высокие и более низкие уровни энергии, в зависимости от силы полей лигандов (в соответствии с полевой теорией). При поглощении света переходы электронов между d-орбиталями происходят, что и приводит к появлению цвета. Разные ионы и их оксиды имеют различные энергии переходов, что объясняет разнообразие цветов.

Координационные комплексы: Переходные металлы могут образовывать координационные комплексы с различными лигандами (молекулами или ионами, которые могут связываться с металлом). Лиганды также могут влиять на цвет соединения, так как они меняют распределение d-орбиталей и тем самым изменяют энергетические уровни в комплексе.

Все эти факторы в совокупности объясняют, почему переходные металлы ведут себя так разнообразно, образуя многоразные окисленные состояния и красивые цветные соединения, основываясь на их d-электронах.