過渡金屬
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過渡元素(英語:Transition element)是指元素週期表中位於d區的化學元素,由於它們皆為金屬元素,因此也稱過渡金屬(英語:Transition metal)。一般來說,過渡元素包括3到12族一共十個族的元素,有時也包括f區的內過渡元素。
「過渡元素」這一名詞首先由門得列夫提出,用於代表8、9、10三族元素(合稱VIIIB族)。他認為從鹼金屬(1族)到7族是一個「週期」,11族到鹵素(17族)又是一個,那麼夾在兩個週期之間的元素就有過渡的性質。而現今雖然過渡金屬這個詞還在使用,但已和原本的意思不同。
同一個週期的過渡金屬元素稱為一個過渡系,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 | |
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第一過渡系 | 21 Sc 鈧 44.96 |
22 Ti 鈦 47.87 |
23 V 釩 50.94 |
24 Cr 鉻 52.00 |
25 Mn 錳 54.94 |
26 Fe 鐵 55.84 |
27 Co 鈷 58.93 |
28 Ni 鎳 58.69 |
29 Cu 銅 63.55 |
30 Zn 鋅 65.38 |
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第二過渡系 | 39 Y 釔 88.91 |
40 Zr 鋯 91.22 |
41 Nb 鈮 92.91 |
42 Mo 鉬 95.95 |
43 Tc 鎝 [97] |
44 Ru 釕 101.1 |
45 Rh 銠 102.9 |
46 Pd 鈀 106.4 |
47 Ag 銀 107.9 |
48 Cd 鎘 112.4 |
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第三過渡系 | 71 Lu 鎦 175.0 |
72 Hf 鉿 178.5 |
73 Ta 鉭 180.9 |
74 W 鎢 183.8 |
75 Re 錸 186.2 |
76 Os 鋨 190.2 |
77 Ir 銥 192.2 |
78 Pt 鉑 195.1 |
79 Au 金 197.0 |
80 Hg 汞 200.6 |
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第四過渡系 | 103 Lr 鐒 [266] |
104 Rf 鑪 [267] |
105 Db 𨧀 [268] |
106 Sg 𨭎 [267] |
107 Bh 𨨏 [270] |
108 Hs 𨭆 [271] |
109 Mt 䥑 [278] |
110 Ds 鐽 [281] |
111 Rg 錀 [282] |
112 Cn 鎶 [285] |
圖解:
在標準狀況下,序號綠色者為氣體;序號藍色者為液體;序號黑色者為固體;序號灰色者為未知相態。
性質
[編輯]過渡金屬大多具有未充滿的價殼層d軌域。過渡金屬基於十八電子規則,性質與週期表的其他元素有明顯差別。
過渡金屬具有明亮的光澤,且為良好的電及熱導體。大多質地堅硬且強度高,並且具有高熔沸點。由於其不成對的d電子,大多數過渡金屬及其化合物都具有強順磁性。
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,為d5構型),較容易失去,所以這些金屬都有可變價態,具有多種可穩定存在的氧化態離子,形成的溶液及化合物大多具有豐富多變的色彩。過渡金屬最高可以顯+7(錸)、+8(鋨)甚至+9(銥)氧化態,前者由於單電子的存在,後者由於能階太高,價電子結合的較為鬆散。高氧化態主要存在於這些金屬的酸根或醯基中(如:VO43−釩酸根,VO2+釩(V)醯基)。
對於第一過渡系,高氧化態離子經常是強氧化劑,並且它們都能形成有還原性的低價金屬離子,例如鉻酸根、過錳酸根、鐵酸根等。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。由於鑭系收縮現象的影響,第二、三過渡系的同族元素具有相近的原子半徑和高度相似的性質。
由於空的d軌域的存在,過渡金屬很容易形成錯合物。金屬元素採用混成軌域接受電子以達到16或18價電子的穩定狀態。當錯合物需要價殼層d軌域參與混成時,d軌域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軌域不需要重排,或重排後還有單電子時,生成的錯合物就是順磁性的。
大多數過渡金屬都是以氧化物、硫化物等化合態的形式存在於地殼中,只有金、銀、鉑族金屬等幾種貴金屬元素具有天然存在的游離態單質。
最典型的過渡金屬是4~10族。靠近主族的3族及內過渡元素大多只有單一的穩定價態:+3價。而11族、12族兩族元素的價殼層d軌域為充滿狀態,它們有時並不看作是d區過渡金屬[1],此時這兩族合稱ds區元素。11族元素能形成錯合物,但由於d10構型太穩定,最高價只能達到+3。12族元素只有汞有可變價態,而鋅的性質基本上就是主族金屬。[2]
參考文獻
[編輯]- ^ Jensen, William B. The Place of Zinc, Cadmium, and Mercury in the Periodic Table (PDF). Journal of Chemical Education. 2003, 80 (8): 952–961 [2019-12-14]. Bibcode:2003JChEd..80..952J. doi:10.1021/ed080p952. (原始內容存檔 (PDF)於2012-05-08).
- ^ 存档副本. [2020-04-20]. (原始內容存檔於2020-11-27).
參見
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