周期表中的ⅢB族至ⅧB(niǎo)族(不包括鑭以外的鑭系元素和錒以外的錒系元素)稱(chēng)為過(guò)渡元素,過(guò)渡元素即d區(qū)元素,它們的(n-1)d軌道均未填滿(mǎn)。如表21-1方框內(nèi)所示。ⅠB、ⅡB族元素的(n-1)d軌道均已充滿(mǎn),但這兩族元素的性質(zhì)在許多方面與過(guò)渡元素相似,因之也有人主張將它們包括在過(guò)渡元素的范圍內(nèi)。這里采用前一觀(guān)點(diǎn)來(lái)討論。
同一周期的過(guò)渡元素有許多相似性,如金屬性遞變不明顯,原子半徑、電離勢(shì)等隨原子序數(shù)增加,雖有變化但不顯著,都反映出各元素間從左至右的水平相似性,因之也可將這些過(guò)渡元素按周期分為三個(gè)系列。即位于周期表中第4周期的Sc-Ni稱(chēng)第一過(guò)渡系元素;第5周期中的Y-Pd為第二過(guò)渡系元素;第6周期中的La-Pt為第三過(guò)渡系元素。
過(guò)渡元素有許多共同的性質(zhì):
一、它們都是金屬。它們的硬度較大,熔點(diǎn)和沸點(diǎn)較高,導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能好。見(jiàn)表21-2。它們相互之間或與其它金屬元素易生成合金。
表21-2 過(guò)渡元素的某些物理性質(zhì)
元素 | 熔點(diǎn)/K | 沸點(diǎn)/K | 電負(fù)性 | 硬度(莫氏標(biāo)準(zhǔn)) | 導(dǎo)電率(Hg=1) | 導(dǎo)熱率(Hg=1) |
Sc | 1814 | 3104 | 1.36 | |||
Y | 1795 | 3611 | 1.22 | |||
La | 1194 | 3730 | 1.10 | 1.6 | ||
Ac | 1323 | 3473 | ||||
Ti | 1933±10 | 3560 | 1.54 | 4 | ||
Zr | 2125±2 | 4650 | 1.33 | 4.5 | ||
Hf | 2500±20 | 4875 | 1.30 | |||
V | 2163±10 | 3653 | 1.63 | 3.7 | ||
Nb | 2741±10 | 5015 | 1.60 | 4.8 | ||
Ta | 3269 | 5698±100 | 1.50 | 7 | 6.2 | 6.5 |
Cr | 2130±20 | 2945 | 1.66 | 9 | 7.3 | 8.3 |
Mo | 2883 | 5833 | 2.16 | 6 | 20.0 | 17.5 |
W | 3683±20 | 5933 | 2.36 | 7 | 17.5 | 23.8 |
Mn | 1517±3 | 2235 | 1.55 | 6 | ||
Tc | 2445 | 5150 | 1.90 | |||
Re | 3453 | 5900 | 1.90 | 4.6 | ||
Fe | 1808 | 3023 | 1.83 | 4.5 | 9.8 | 9.5 |
Co | 1768 | 3143 | 1.88 | 5.5 | 9.9 | 8.3 |
Ni | 1728 | 3003 | 1.91 | 4 | 13.9 | 7.0 |
Ru | 2583 | 4173 | 2.20 | 6.5 | 9.6 | |
Rh | 2239±3 | 4000±100 | 2.28 | 19.4 | 10.6 | |
Pd | 1827 | 3243 | 2.20 | 4.8 | 9.6 | 8.1 |
Os | 2973 | >5573 | 2.20 | 7 | 10.8 | |
Ir | 2683 | 4403 | 2.20 | 6.5 | 15.7 | 7.1 |
Pt | 2045 | 4100±100 | 2.28 | 4.5 | 9.7 | 8.3 |
二、大部分過(guò)渡金屬的電極電勢(shì)為負(fù)值(見(jiàn)表21-8),即還原能力較強(qiáng)。例如第一過(guò)渡系元素一般都能從非氧化性酸中置換出氫。
三、除少數(shù)例外,它們都存在多種氧化態(tài)。它們的水合離子和酸根離子常呈現(xiàn)一定的顏色。
四、由于具有部分填充的電子層,它們能形成一些順磁性化合物。
五、它們的原子或離子形成配合物的傾向都較大。
以上這些性質(zhì)都和它們的電子層結(jié)構(gòu)有關(guān)。