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過渡金屬元素
鎖定
- 中文名
- 過渡金屬元素
- 外文名
- Transition metal elements
過渡金屬元素信息介紹
過渡金屬元素的一個週期稱為一個過渡系,第4、5、6週期的元素分別屬於第一、二、三過渡系。
族 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 |
第一過渡系 | 21,Sc-鈧 | 22,Ti-鈦 | 23,V-釩 | 24,Cr-鉻 | 25,Mn-錳 | 26,Fe-鐵 | 27,Co-鈷 | 28,Ni-鎳 | 29,Cu-銅 | 30,Zn-鋅 |
第二過渡系 | 39,Y-釔 | 40,Zr-鋯 | 41,Nb-鈮 | 42,Mo-鉬 | 43,Tc-鍀 | 44,Ru-釕 | 45,Rh-銠 | 46,Pd-鈀 | 47,Ag-銀 | 48,Cd-鎘 |
第三過渡系 | 71,Lu-鑥 | 72,Hf-鉿 | 73,Ta-鉭 | 74,W-鎢 | 75,Re-錸 | 76,Os-鋨 | 77,Ir-銥 | 78,Pt-鉑 | 79,Au-金 | 80,Hg-汞 |
第四過渡系 | 103,Lr-鐒 | 104,Rf-釒盧 | 105,Db-𨧀 | 106,Sg-𨭎 | 107,Bh-𨨏 | 108,Hs-𨭆 | 109,Mt-釒麥 | 110,Ds-釒達 | 111,Rg-釒侖 | 112,Cn-鎶 |
過渡金屬元素性質
過渡金屬由於具有未充滿的價層d軌道,基於十八電子規則,性質與其他元素有明顯差別。
由於這一區很多元素的電子構型中都有不少單電子(錳這一族尤為突出,d5構型),較容易失去,所以這些金屬都有可變價態,有的(如鐵)還有多種穩定存在的金屬離子。過渡金屬最高可以顯+7(錳)、+8(鋨)氧化態,前者由於單電子的存在,後者由於能級太高,價電子結合的較為鬆散。高氧化態存在於金屬的酸根或酰基中(如:VO43-釩酸根,VO22+釩酰基)。
對於第一過渡系,高氧化態經常是強氧化劑,並且它們都能形成有還原性的��價金屬離子。對於二、三過渡系,由於原子半徑大、價電子能量高的原因,低氧化態很難形成,其高氧化態也沒有氧化性。同一族的二、三過渡系元素具有相仿的原子半徑和��同的性質,這是由於鑭系收縮造成的。
由於空的d軌道的存在,過渡金屬很容易形成配合物。金屬元素採用雜化軌道接受電子以達到16或18電子的穩定狀態。當配合物需要價層d軌道參與雜化時,d軌道上的電子就會發生重排,有些元素重排後可以使電子完全成對,這類物質稱為反磁性物質。相反,當價層d軌道不需要重排,或重排後還有單電子時,生成的配合物就是順磁性的。反磁性的物質沒有顏色,而順磁性的物質有顏色,其顏色因物質而異,甚至兩種異構體的顏色都是不同的。一些金屬離子的顏色也是有單電子的緣故。
最典型的過渡金屬是4-10族。銅一族能形成配合物,但由於d10構型太穩定,最高價只能達到+3。靠近主族的稀土金屬只有很少可變價態。12族元素只有汞有可變價態,鋅基本上就是主族金屬。由於性質上的差異,有時銅、鋅兩族元素並不看作是過渡金屬,這時d區元素這一概念也就縮小至3到10族,銅鋅兩族合稱ds區元素。
過渡金屬元素鐵系元素
過渡金屬元素定義
Ⅷ族 Fe Co Ni 鐵系
Ru Rh Pd Os Ir Pt 鉑系
酸性溶液中,Fe、Co、Ni離子穩定,空氣中Fe被氧化為Fe;鹼性介質,鐵最穩定氧化態+3,而鈷和鎳的最穩定氧化態+2;在幹態,Fe直接氯化卻得FeCl3,因為Fe的第三電離勢較小。Co和Ni同氯氣反應不能生成三氯化物。
Fe2+ + 2OH- Fe(OH)2 ↓;
4 Fe(OH)2 + O2 + 2H2O 4 Fe(OH)3 ↓
過渡金屬元素鐵
(1) 氧化數為+2的鐵的化合物
氫氧化亞鐵:主要呈鹼性,酸性很弱,但能溶於濃鹼。
10FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 5Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 2MnSO4 + 8H2O
6FeSO4 + K2Cr2O7 + 7H2SO4 3Fe2(SO4)3 + K2SO4 + Cr2(SO4)3 + 7H2O
K+ + Fe3+ + [Fe(CN)6]4- KFe[Fe(CN)6]↓普魯士藍
K+ + Fe2+ + [Fe(CN)6]3 KFe[Fe(CN)6] ↓滕氏藍
2K4[Fe(CN)6] + Cl2 2KCl + 2K3[Fe(CN)6]
4K3[Fe(CN)6] + 4KOH 4K4[Fe(CN)6] + O2 + 2H2O
Fe3+ + SCN- [Fe(SCN)] 2+ (血紅色)
(2) 氧化數為+3的鐵的化合物
2FeCl3 + 2KI 2KCl + 2FeCl2 + I2;
2FeCl3 + H2S 2FeCl2 + 2HCl + S
2FeCl3 + SnCl2 2FeCl2 + SnCl4
Fe離子在溶液中明顯地水解,水解過程很複雜。首先,發生逐級水解,其次,隨着水解的進行,同時發生各種類型的縮合反應,p1023。
(3) 氧化數為+6的鐵的化合物
2Fe(OH)3 + 3ClO- + 4OH- 2FeO42- + 3Cl- + 5H2O
過渡金屬元素鈷和鎳
粉紅色Co(OH)2被空氣氧化為棕褐色Co(OH)3,而綠色Ni(OH)2不被空氣氧化。Co(OH)2兩性顯著,Ni(OH)2鹼性。
CoCl2·6H2O粉紅 CoCl2·2H2O紫紅
CoCl2·H2O藍紫 CoCl2藍
易形成配合物,影響氧還性。Co最穩定,Co氧化性很強。但:
2[Co(NH3)6]2+ + 1/2O2 + H2O 2[Co(NH3)6]3+ + 2OH-
2K4[Co(CN)6] + 2H2O 2K3[Co(CN)6] + 2KOH + H2↑
羰基配合物
結構:σ配鍵和反饋鍵。
Ni + 4CO Ni(CO)4; Fe + 5CO Fe(CO)5
過渡金屬元素鉑系元素
過渡金屬元素元素介紹
鉑系金屬在有氧化劑存在時與鹼熔融,變成可溶性物。鉑系金屬催化活性很高。能吸收氣體,特別是氫氣。鉑在自然界往往以金屬單質的形式存在於礦物中。鉑具有很好的延展性和可鍛性,它的延展性接近於銀和金。緻密的鉑在空氣中加熱不會失去原有光澤。
過渡金屬元素氯鉑酸
二氯化鈀:把金屬鈀直接氯化得二氯化鈀PdCl2,823K以上得不穩定的α-PdCl2,823K以下轉變為β-PdCl2。α-PdCl2的結構呈扁平的鏈狀,β- PdCl2的分子結構以Pd6Cl12為單元。
PdCl2 + CO + H2O Pd↓+ CO2 + 2HCl
過渡金屬元素通性
過渡金屬元素物理性質
金屬的密度自左向右增大,到銅族前後,出現密度減小現象。從上到下,原子半徑增大,第3過渡系金屬密度特別大,重鉑金屬的密度最大。
除s電子外,次外層d電子也可作價電子參加金屬鍵形成,形成較強金屬鍵。在各過渡系列,鉻族金屬的熔點最高,硬度也很大。
熔點、沸點高 熔點最高的單質:鎢(W)
硬度大 硬度最大的金屬:鉻(Cr)
密度大 密度最大的單質:鋨(Os)
原子半徑
過渡金屬元素圖冊
過渡金屬元素電離勢
過渡金屬的電離勢隨離子電荷增加沒有發生���變而只是逐漸增大,且(n-1)d與ns電子能量很接近,都能起價電子作用,表現多種氧化態。
同週期 左®右 小®大
同副族 沒規律
過渡金屬元素氧化態穩定性
1. c
第二、三過渡系元素的氧化態-吉布斯自由能圖相似,與第一過渡系元素有差別,歸因於鑭系收縮。第二、三過渡系元素的金屬活潑性較差,不易被氧化,ψ˚M+/M一般為正值。隨原子序數遞增,金屬活潑性遞減。
同一過渡系列元素最高氧化態含氧酸ψ˚隨原子序數遞增而增大,即氧化性隨原子序數遞增而增強。這與同週期主族元素的情況相似。
過渡金屬元素磁性
n=1,μs = 1.73B.M.;n=2,μs = 2.83B.M.;
n=3,μs = 3.87B.M.;n=4,μs = 4.90B.M.
過渡金屬元素顏色
過渡金屬的顏色產生於d-d躍遷和電荷躍遷。d的過渡金屬化合物主要發生d-d躍遷,d電子組態的過渡金屬化合物主要發生電荷躍遷。
Mn (Ⅱ) Fe(Ⅱ) Co(Ⅱ) Ni(Ⅱ) Cu(Ⅱ) Zn(Ⅱ)