过渡金属

钴
+2,+3
镍
与血清蛋白、氨基酸形成配位个体 与血清蛋白、氨基酸形成配位个体, 保护心 血管系统,促进血细胞生成 并具有降低血糖 血管系统 促进血细胞生成,并具有降低血糖 促进血细胞生成 的作用等
钼
+4,+5,+6
体内微量元素作为构成金属蛋白、核酸配合 物、金属酶和辅酶的重要元素及作为许多生物酶 的激活剂，在机体生长发育、生物矿化、细胞功 能调节、物质输送、信息传递、免疫应答、生物 催化、能量转换及各种生理生化反应中起着重要 的作用。随着现代医学和生命科学在分子、亚分 子水平上研究生命的过程，探索机体生老病死与 生物分子间的有机联系，体内微量元素的生物功 能就越来越受到科学家们的重视，并已成为当今 世界科学界瞩目的崭新的领域。
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四、过渡元素的氧化值
过渡元素大都可以形成多种氧化值的化合物。 一般说来，过渡元素的高氧化值化合物比其低氧化 值化合物的氧化性强。过渡元素与非金属元素形成 二元化合物时，只有电负性较大、阴离子较难被氧 化的非金属元素(氧或氟)才能形成高氧化值的二元 化合物；而电负性较小、阴离子较易被氧化的非金 属(如碘、溴、硫等)，则很难形成高氧化值的二元 化合物。在过渡元素的高氧化值化合物中，含氧酸 盐较稳定。 过渡元素的较低氧化值的简单离子 M2+ 和 M3+ 的氧化性一般都不强 (Co3+、Ni3+、Mn3+ 除外)，都 能与多种酸根离子形成盐类。
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过渡元素的原子半径
二、过渡元素单质的物理性质
过渡元素的单质通常是高熔点、高沸点、密度 大、导电性和导热性良好的金属。同周期元素单质 的熔点，从左到右一般是先逐渐升高，然后又缓慢 下降。产生这种现象的原因是这些金属的原子间除 了主要以金属键结合外，还可能具有部分共价键。 原子中未成对的 d 电子数增多，金属键的部分共价 性增强，导致这些金属单质的熔点升高。在同一族 中，第二过渡系元素的单质的熔点、沸点大多高于 第一过渡系，而第三过渡系的熔点、沸点又高于第 二过渡系(第 3 族除外)，熔点最高的单质是钨。过 渡元素单质的硬度也有类似的变化规律，硬度最大 的金属是铬。 在过渡元素中，单质密度最大的是第 8 族的锇， 其次是铱、铂、铼。这些金属都比室温下同体积的 水重 20 倍以上，是典型的重金属。
r (M 2+ ) pm
─ 90 88
Ei,1 kJ ⋅ mol
639.5 664.6 656.5
−1
氧化值 +3 +2,+3,+4 +2,+3,+4,+5 +2,+3, +6
3d54s2 3d64s2 3d74s2 3d84s2
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1907 2679 125 84 659.0 1244 1535 1494 1453 1085 420 2095 2861 2927 2884 2562 907 124 124 125 125 128 133 80 76 74 72 69 74 723.8 765.7 764.9 742.5 751.7 912.6
一、过渡元素的原子半径
与同周期的第 1 族和第 2 族元素相比，过渡 元素的原子半径一般比较小。 同周期过渡元素的原子半径随着原子序数的 增加而缓慢地减小。同族过渡元素的原子半径， 除部分元素外，自上而下随原子序数的增加而增 大，但是第二过渡系元素的原子半径比第一过渡 系元素的原子半径增大得较少，而第三过渡系比 第二过渡系元素原子半径增大的程度更小，这主 要是由于镧系收缩所导致的结果。
r (M) pm
173 159 143 137
Ei,1 kJ ⋅ mol
529.7 660.7 720.3 739.3
−1
氧化值 +3 +2,+3,+4 +2,+3,+4,+5
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5d46s2 3387 5900 5d56s2 5d66s2 3180 3045 2447 1769 1064 -39 5678 5225 2550 3824 2856 357 137 134 136 136 144 160 754.7 804.9 874.7 836.8 896.3 1013.8 5d76s2 5d96s1 5d106s1 5d106s2 +1,+2
[Fe(H2O)6]3+ 浅紫色 [Fe(H2O)6]2+ 淡绿色 蓝色 [Co(H2O)6]3+ [Ni(H2O)6]2+
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[Cr(H2O)6]3+ [Cr(H2O)6]2+ [Mn(H2O)6]3+ [Cu(H2O)6]2+ [Zn(H2O)6]2+ [Mn(H2O)6]2+ 浅红色
[Co(H2O)6]2+ 粉红色 绿色 蓝色 无色
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有些过渡元素(如第 3~7 族元素)的单质， 还能与原子半径较小的非金属元素(如 B、C、N) 形成间充化合物。这些化合物是由 B、C、 N 元素的原子钻到金属晶格空隙中而形成的， 它们的组成往往是可变的，是非化学计量的，常 随B、C、N 在金属中溶解的量而改变。间充化合 物比相应纯金属的熔点高，硬度大，化学性质不 活泼。 过渡元素的单质由于具有多种优良的物理 性质和化学性质，在冶金工业上用来制造各种合 金钢。另外，过渡元素的一些单质或化合物在化 学工业上常用作催化剂。
+2,+3,+4,+6,+7 +2,+3, +6 +2,+3 +2,+3 +1,+2 +2
3d104s1 3d104s2
第二过渡系元素的一般性质
元素 Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd 价层电 子组态 4d1s2 4d25s2 4d45s1 熔点/℃ 熔点 ℃ 1552 1852 2468 沸点/℃ 沸点 ℃ 3345 3577 4860
+2,+3,+4,+5,+6 +4,+5,+6,+7
+3,+4,+5,+6,+7,+ 8 +1,+2,+3,+4,+6 +1,+2,+3,+4 +1,+2 +2
第三过渡系元素的一般性质
元素 Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg 价层电 子组态 5d16s2 5d26s2 5d36s2 熔点/℃ 熔点 ℃ 1663 2227 2996 沸点/℃ 沸点 ℃ 3402 4450 5429
r (M) pm
181 160 143
Ei,1 kJ ⋅ mol
606.4 642.6 642.3 691.2
−1
氧化值 +3 +2,+3,+4 +2,+3,+4,+5
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4d55s1 2622 4825 136 4d55s2 2157 2334 1963 1555 962 321 4265 4150 3727 3167 2164 765 136 133 135 138 144 149 708.2 707.6 733.7 810.5 737.2 874.0 4d75s1 4d85s1 4d105s0 4d105s1 4d105s2
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过渡元素的熔点
三、过渡元素单质的化学性质
在化学性质上，第一过渡系元素的单质比第 二、三过渡系元素的单质活泼。第一过渡系的金 属单质都能与稀盐酸或稀硫酸作用，而第二、三 过渡系的金属单质大多较难与稀酸发生反应，有 些仅能溶于王水和氢氟酸中，少数甚至不溶于王 水。 过渡元素单质能与活泼非金属直接形成化合 物。过渡元素与氢元素形成金属型氢化物。这类 氢化物的特点是组成大多不固定，通常是非化学 计量的，如 VH1.8、TaH0.76 等。金属型氢化物基 本上保留着金属的一些物理性质，其密度小于相 应的金属。
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五、过渡元素离子的颜色
过渡元素的水合离子大多具有颜色。过渡元 素的离子与其他配体形成的配位个体也常具有颜 色。这些配位个体吸收了一部分可见光后，发生 d-d 跃迁，而其余部分的光透过溶液。人们肉眼 看到的就是这部分透过光的颜色，也就是溶液呈 现的颜色。 d0 和 d10 电子组态的中心原子，在可见光照 下不发生 d-d 跃迁，它们与水分子形成的配位个 体没有颜色。
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六、过渡元素的生物学效应
目前认为，人体必需微量元素为 14 种。而 在这 14 种微量元素中，有 7 种是过渡元素，并 且除 Mo 外都分布在第一过渡系。
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体内过渡元素的含量、分布及生物功能
元素 钒 氧化值 +4,+5 +3 体内总含量 17~43µg 5~10 mg 主要分布部位 脂肪中(>90%) 脂肪中 各组织器官及 体液中 肌肉、 肌肉、肝及其 他组织中 主要生物功能 促进脂质代谢，抑制胆固醇合成， 促进脂质代谢，抑制胆固醇合成，促进牙齿 矿化等 在糖和脂肪代谢中起着重要作用， 在糖和脂肪代谢中起着重要作用，并具有加 强胰岛素功能的作用 参与构成锰酶、锰激活酶等， 参与构成锰酶、锰激活酶等，对机体的生长 发育、维持骨结构、 发育、维持骨结构、维持正常代谢及维持脑 和免疫系统正常的生理功能具有重要作用
+2,+3,+4,+5,+6
+2,+3,+4,+5,+6,+7
+2,+3,+4,+5,+6,+7,+8 +2,+3,+4,+5,+6 +2,+4 +1,+3
第一节 过渡元素概述
一、过渡元素的原子半径 二、过渡元素单质的物理性质 三、过渡元素单质的化学性质 四、过渡元素的氧化值 五、过渡元素离子的颜色 六、过渡元素的生物学效应
某些含氧酸根离子具有颜色，如 VO3−、CrO 2− 、 4 4 MnO − 等，通常认为它们的颜色是由电荷迁移引起 4 的。上述离子中的金属原子都处于最高氧化值，其 形式电荷分别为 V5+、Cr6+、Mn7+，它们都具有 d0 电子组态。V5+、 Cr6+、Mn7+ 都有较强的夺取电子 的能力，这些酸根离子吸收了一部分可见光的能量 后，氧阴离子的电荷会向金属离子迁移。伴随着电 荷迁移，这些离子呈现出不同的颜色。
第十五章 d 区元素(一)
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 过渡元素概述 钛 钒 铬、钼和钨 锰
d 区元素和 ds 区元素位于元素周期表中部，左 邻 s 区元素而右邻 p 区元素。可以把 d 区和 ds 区看 成是 s 区和 p 区间的桥梁和过渡，因此把 d 区元素 和 ds 区元素称为过渡元素。 根据过渡元素所在周期的不同，通常将过渡元 素分为下列三个过渡系： (1) 第一过渡系：包括第四周期的 Sc、Ti、V、 Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn 10种元素。 (2) 第二过渡系：包括第五周期的 Y、Zr、Nb、 Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd 10 种元素。 (3) 第三过渡系:包括第六周期的 La、Hf、Ta、 W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Hg 10 种元素。 习惯上将第一过渡系元素称为轻过渡系元素， 将第二、第三过渡系元素称为重过渡系元素。
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第一过渡系金属水合离子的颜色
d 电子数 d0 d1 d2 d3 d3 d4 d4 d5 水合离子 [Sc(H2O)6]3+ [Ti(H2O)6]3+ [V(H2O)6]3+ [V(H2O)6]2+ 颜色 无色 紫色 绿色 紫色 紫色 蓝色 红色 d 电子数 d5 d6 d6 d7 d8 d9 d10 水合离子 颜色
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第一过渡系元素的一般性质
价层电 元素 子组态 Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn 3d14s2 3d24s2 3d34s2 3d54s1 熔点/℃ 熔点 ℃ 1541 1668 1917
r (M) 沸点/℃ 沸点 ℃ pm
2836 3287 3421 161 145 132
铬
锰
+2,+3
铁
+2,+3
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10~20 mg 约 4 200 mg 1.1~1.5 mg 肌肉、 肌肉、骨及其 他软组织中 +2 约 10 mg 肾、肺、脑、 心脏及皮肤中 肝、肾、脾、 肺、脑、肌肉 及体液中 构成钼酶,参与许多生理生化反应 构成钼酶 参与许多生理生化反应 约 9.3 mg
参与构成血红素蛋白、含铁酶及铁蛋白等,向 参与构成血红素蛋白、含铁酶及铁蛋白等,向 血液中(>70%) 机体各组织细胞输送 O2 及贮存 O2, 并参与 血液中 机体的氧化还原反应等 参与构成维生素 B12 及 B12 辅酶, 影响骨髓造 辅酶 血功能,增强某些酶及甲状腺的活性 增强某些酶及甲状腺的活性, 血功能 增强某些酶及甲状腺的活性 参与蛋 白质的合成等