過渡金屬
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 | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 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 |
|
| 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 |
|
| 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 |
|
| 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）.
