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過渡金屬

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過渡元素(英語:Transition element)是指元素周期表中位於d區化學元素,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312族一共十個元素,有時也包括f區內過渡元素

「過渡元素」這一名詞首先由門捷列夫提出,用於代表8910三族元素(合稱VIIIB族)。他認為從鹼金屬(1族)到7族是一個「週期」,11族鹵素(17族)又是一個,那麼夾在兩個周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。

同一個周期的過渡金屬元素稱為一個過渡系,第456周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

44.96
22
Ti

47.87
23
V

50.94
24
Cr

52.00
25
Mn

54.94
26
Fe

55.84
27
Co

58.93
28
Ni

58.69
29
Cu

63.55
30
Zn

65.38
第二過渡系 39
Y

88.91
40
Zr

91.22
41
Nb

92.91
42
Mo

95.95
43
Tc

[97]
44
Ru

101.1
45
Rh

102.9
46
Pd

106.4
47
Ag

107.9
48
Cd

112.4
第三過渡系 71
Lu

175.0
72
Hf

178.5
73
Ta

180.9
74
W

183.8
75
Re

186.2
76
Os

190.2
77
Ir

192.2
78
Pt

195.1
79
Au

197.0
80
Hg

200.6
第四過渡系 103
Lr

[266]
104
Rf

[267]
105
Db
𨧀
[268]
106
Sg
𨭎
[267]
107
Bh
𨨏
[270]
108
Hs
𨭆
[271]
109
Mt

[278]
110
Ds

[281]
111
Rg

[282]
112
Cn

[285]

圖解:

  鹵素
  待確認化學特性

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

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過渡金屬大多具有未充滿的價殼層d軌道。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,形成的溶液化合物大多具有豐富多變的色彩。過渡金屬最高可以顯+7()、+8()甚至+9(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。高氧化態主要存在於這些金屬的酸根酰基中(如:VO43−釩酸根,VO2+釩(V)酰基)。

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軌道的存在,過渡金屬很容易形成配合物。金屬元素採用混成軌域接受電子以達到1618價電子的穩定狀態。當配合物需要價殼層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。

大多數過渡金屬都是以氧化物硫化物化合態的形式存在於地殼中,只有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410族。靠近主族3族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軌道為充滿狀態,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族元素能形成配合物,但由於d10構型太穩定,最高只能達到+3。12族元素只有有可變價態,而的性質基本上就是主族金屬[2]

參見

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參考文獻

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  1. ^ 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). 
  2. ^ 存档副本. [2020-04-20]. (原始內容存檔於2020-11-27).