过渡金属元素

过渡金属元素介绍

过渡金属是指元素周期表中d区的一系列金属元素,又称过渡元素(由于ⅠB族元素(铜、银、金)在形成+2和 +3 价化合物时也使用了d电子;ⅡB族元素(锌、镉、汞)在形成稳定配位化合物的能力上与传统的过渡元素相似,因此,也常把ⅠB和ⅡB族元素所在的ds区列入过渡金属之中。

一般来说,这一区域包括3到12一共十个族的元素,但不包括f区的内过渡元素。 “过渡元素”这一名词首先由门捷列夫提出,用于指代第VIII族元素。他认为从碱金属到锰族是一个“周期”,铜族到卤素又是一个,那么夹在两个周期之间的元素就一定有过渡的性质。这个词虽然还在使用,但已失去了原意。 过渡金属元素的一个周期称为一个过渡系,第4、5、6周期的元素分别属于第一、二、三过渡系。

大多数过渡金属都是以氧化物或硫化物的形式存在于地壳中,只有金、银等几种单质可以稳定存在。

最典型的过渡金属是4-10族。铜一族能形成配合物,但由于d10构型太稳定,最高价只能达到+3。靠近主族的稀土金属没有可变价态,也不能形成配合物。12族元素只有汞有可变价态,锌基本上就是主族金属。由于性质上的差异,有时铜、锌两族元素并不看作是过渡金属,这时d区元素这一概念也就缩小至3到10族,铜锌两族合称ds区元素。

过渡金属元素性质

过渡金属由于具有未充满的价层d轨道,基于十八电子规则,性质与其他元素有明显差别。

由于这一区很多元素的电子构型中都有不少单电子(锰这一族尤为突出,d(5)构型),较容易失去,所以这些金属都有可变价态,有的(如铁)还有多种稳定存在的金属离子。过渡金属最高可以显+7(锰)、+8(锇)氧化态,前者由于单电子的存在,后者由于能级太高,价电子结合的较为松散。高氧化态存在于金属的酸根或酰基中(如:VO4(3−)钒酸根,VO2(2+)钒酰基)。

对于第一过渡系,高氧化态经常是强氧化剂,并且它们都能形成有还原性的二价金属离子。对于二、三过渡系,由于原子半径大、价电子能量高的原因,低氧化态很难形成,其高氧化态也没有氧化性。同一族的二、三过渡系元素具有相仿的原子半径和相同的性质,这是由于镧系收缩造成的。

由于空的d轨道的存在,过渡金属很容易形成配合物。金属元素采用杂化轨道接受电子以达到16或18电子的稳定状态。当配合物需要价层d轨道参与杂化时,d轨道上的电子就会发生重排,有些元素重排后可以使电子完全成对,这类物质称为反磁性物质。相反,当价层d轨道不需要重排,或重排后还有单电子时,生成的配合物就是顺磁性的。反磁性的物质没有颜色,而顺磁性的物质有颜色,其颜色因物质而异,甚至两种异构体的颜色都是不同的。一些金属离子的颜色也是有单电子的缘故。

高炉冶炼高碳锰铁。

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