无机化学：chapter 14 过渡元素

利用某些合金在固态时其晶体结构随温 度发生变化的规律. 例如，镍-钛合金在40oC 以上和40oC以下的晶体结构是不同的，但温 度在40oC上下变化时，合金就会收缩或膨胀， 使得它的形态发生变化。这里，40oC就是镍 -钛记忆合金的“变态温度”。各种合金都 有自己变态温度。
建筑工地上打桩声骤然震响,路过的行人纷纷 加快脚步,尽早避开那“砰砰”的噪声。可是有一 位 过客却倒在地上抱头打滚,痛苦不堪。原来,他的 颅骨曾因工伤而破损,每遇声浪震荡,便头痛欲裂。 为了让这位特殊的患者能过正常人的生活。
+II
+III +IV +VI +VII
Mn(OH)2 Mn(OH)3 Mn(OH)4 H2MnO4 HMnO4 碱性 弱碱性 两性 酸性 强酸性
结论 低价碱性，高价酸性
十、过渡元素的生物学效应
人们已经认识到，微量元素在机体不同 的组织和体液中严格地保持一定的浓度，缺 乏或过量都会对机体产生不良影响；由这些 元素参与构成的活性配合物在生命活动中， 起着非常大的作用.
一、Cr单质及其重要化合物的性质
价电子构型 3d54s1 常见氧化态 VI, III, II
HCl
O2
Cr
CrCl2 (blue)
CrCl3 (green) OH-
Cr2O3 (green)
Cr(OH)3（两性）
二、铬(III)的重要化合物
Cr(III) 3s23p63d3, 价电子11, 有空的d轨道
医生们绞尽了脑汁。最后,他们用一片合金片 覆盖病人颅骨缺损处,再用一种“热激励铆钉”将 合 金固定在颅骨上.这种铆钉在低温下可以松松地 置入骨孔,当它达到人体温度后就自动膨胀定位。
九、单质的化学性质
１．金属活泼性
第IIIB族元素在过渡金属中是最活泼的
2Sc + O2 = Sc2O3 2Sc + 6H2O = 2Sc(OH)3 + 3H2 ↑ ２．酸碱性
14.2.1 铬 (chromium)
主要矿物为铬铁矿 (FeCr2O4)
(1) 性质
灰白色, 熔点沸点高，硬度大(最高) 活泼金属，表面因形一层成氧化膜，甚至 不溶于 HNO3 和王水. (2) 特点：形成五彩缤纷的化合物
(3) 应用
● 不锈钢的铬含量在10%~14% ● 金属陶瓷(含77%的Cr, 23%的Al2O3) ● 电镀和制革 ● 生物应用:含量与青少年近视有密切关系.
六、 过渡金属与工业催化
d 区元素较高的催化活性椐认为与电子容易 失去、容易得到、或容易由一种能级迁移至另一 能级的事实有关； 例如，V2O5催化 SO2 氧化的反应，可能涉及到 V(+5) 与 V(+4) 氧化态之间的转换：
1/2 O2 + 2 V(+4) = O 2- + 2 V(+5) +) SO2 + 2 V(+5) + O 2- = 2 V(+4) + SO3 总反应：1/2 O2 + SO2 = SO3
transition elements
八、用途：形状记忆合金
记忆合金是一种颇为特别的金属条，它 极易被弯曲，我们把它放进盛着热水的玻璃 缸内，金属条向前冲去；将它放入冷水里， 金属条则恢复了原状。
在高温下这种合金可以被变成任何你想 要的形状，在较低的温度下合金可以被拉伸， 但若对它重新加热，它会记起它原来的形状， 而变回去。这种材料就叫做形状记忆金属 （memory metal）。
14.1 过渡元素的通性
● 大多数金属的熔、沸点高，硬度、密度大 ● 不少元素形成有颜色的化合物 ● 许多元素形成多种氧化态 ● 形成配合物的能力比较强，包括形成经典的维尔
纳配合物和金属有机配合物 ● 参与工业催化过程和酶催化过程的能力强 ● 过渡金属原子半径先减小，后增大。 ● 过渡金属及合金的用途
过渡当元过素渡的金水属合离的子电大子多由是基有态颜色跃的迁。至激发态 Ti所某+ 需一V3+要波的长Cr3能范+ 量围Mn在可3+可 见M见 光n2+光 ，F范 发e3围 生+ 时dF-ed,2电+跃子迁Co就，2+会从Ni吸2而+ 收使Cu2+ d化1 合d物2 显d3 示特d4种颜d色5 。d能5 够发d6 生d-dd7 跃迁d8，dd9 紫电红 子绿有蓝何紫特紫征红？ 肉色 淡紫 浅绿 粉红 绿色 蓝色
一、金属单质的物理性质
●熔点、沸点高
W
●导电性，导热性，延展性好 ●硬度大 ●密度大
Os
二、化合物的颜色和无机颜料
颜料(pigments): 是指不溶解于、只能以微粒状 态分散于粘合剂中的着色剂.
染料(dyes): 可溶性的着色剂，大部分为有机化合物.
三、 多种氧化态 红色为常见的氧化态
四、离子呈现多种颜色
过渡元素
电子排布特征 (n-1)d1-10 ns 1-2
第一过渡系 第二过渡系 第三过渡系
本章教学要求
1.了解过渡元素的通性，即 d 电子化学的特征； 2.掌握铬单质的特性，三价铬与六价铬的转变； 3.掌握锰的变价及其氧化性； 4.了解铁、钴、镍氧化还原性变化规律，掌握其
氧化物和氢氧化物性质； 5.掌握铜单质及其常见化合物 6.了解锌、镉、汞的单质及重要化合物
五、形成多种配合物
金属有机配合物
常见的配体: F-, CN-, C2O42-, NH3, en, EDTA, bpy (bpy = 2,2'-bipyridine, phen (phen = 1,10-phenanthroline)
过渡元素一系列特征几乎都与未充满或 刚充满的d轨道有关，因此有人认为，过渡 元素的化学就是d电子的化学。
七、原子半径
Atomic radius (pm)
La 190 180 Y
原子半径先降低，后增大？
170
Sc
Hf
160
Zr
Hg
Ta
150 140 130
Ti
Au Cd
Nb V
W
Mo
Re Tc
Os
Mn Ru
Pt Ir
源自文库Pd Rh
Ag
Zn
120Fig.
1
Atomic
Cr
radius
of
Fe Co Ni Cu
a.有未成对d电子，能发生d-d跃迁，故Cr(III)有颜色 b. Cr(III)的氧化物及其水合物具有两性 c. Cr(III)盐具有水解性 d. Cr(III)易形成配合物，配位数６，特征颜色。
(1) 铬绿 ( Cr2O3 )——两性化合物