第四讲过渡元素-2015

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一、过渡元素的通性
2、原子半径的变化规律
(1)同一周期内,从IIIB到VIIB族原子半径逐渐减小, 这是由于原子序数增加,有效核电荷增加,金属键增 强所致;VIIB族以后,原子半径又有所回升,这是由 于金属键减弱占据主导地位,而有效核电荷增加影响 为次所致。
(2)同一族内,从上到下,随着原子层数的增加,第 一过渡元素的原子半径小于相应第二过渡系元素的原 子半径,而第三过渡系元素的原子半径与第二过渡系 元素相比,差别不大。这是由于镧系收缩所致。
第一 过渡 系 Sc Ti V
价层电 子结构 3d14s2 3d24s2 3d34s2
熔点 /℃ 1541 1668 1917
沸点 /℃ 2836 3287 3421
原子 半径
第一电 离能
氧化值
pm
161 145 132
kJ·mol-1
639.5 664.6 656.5 3 -1, 0, 2, 3, 4 -1, 0, 2, 3, 4, 5
-2, -1, 0, 2, 3, 4, 5, 6, 7 0, 2, 3, 4, 5, 6 0, 2, 3, 4 0, 2, 3, (4)
Cu
Zn
3d104s1
3d104s2
1085
420
2562
907
128
133
751.7
912.6
1, 2, 3
2
第二过 渡系 Y Zr Nb Mห้องสมุดไป่ตู้ Tc Ru Rh
氧化值
Hf
Ta W Re Os Ir Pt Au Hg
5d25s2
5d35s2 5d45s2 5d55s2 5d65s2 5d75s2 5d95s1 5d105s1 5d105s2
2227
2996 3387 3180 3045 2447 1769 1064 -39
4450
5429 5900 5678 5225 2550 3824 2856 357
化学奥林匹克系列讲座
过渡元素
元素周期表分区
一、过渡元素的通性
1、过渡元素的氧化态 2、原子半径的变化规律 3、过渡元素单质的性质 4、过渡元素离子的颜色 5、过渡金属及其化合物的磁性 6、过渡元素易形成配合物 7、形成多碱、多酸
一、过渡元素的通性
1、过渡元素的氧化态
有可变的氧化数—— (1)第一过渡系,随原子序数增加,氧化态升高, 高氧化态趋于稳定,当d电子超过5时,3d轨道趋向 稳定,低氧化态趋于稳定; (2)第二、第三过渡系变化趋势与第一过渡系相似, 但高氧化态趋于比较稳定; (3)同一族从上到下,特征氧化态升高,高价态趋 于稳定。
原子半径 / pm
过渡元素的原子半径
一、过渡元素的通性
3、过渡元素单质的性质
(1)物理性质 与主族相比,过渡元素晶格中,不仅ns电子参与 成键,(n-1)d电子也参与成键;此外,过渡元素原子 半径小,单位体积内原子个数多。故过渡元素的熔点、 密度和硬度比主族元素要高。 熔点最高的金属是钨(W); 密度最大的金属是锇(Os); 硬度最高的金属是铬(Cr)。 (2)化学性质-金属活性 同周期,从左到右,金属活性减弱 同 族,从上到下,金属活性降低
价层电 子结构 4d15s2 4d25s2 4d45s1 4d55s1 4d55s2 4d75s1 4d85s1
熔点 /℃ 1522 1852 2468 2622 2157 2334 1963
沸点 /℃ 3345 3577 4860 4825 4265 4150 3727
原子 半径 pm 181 160 143 136 136 133 135
Pd Ag
Cd
4d105s0 4d105s1
4d105s2
1555 962
321
3167 2164
765
138 144
149
810.5 737.2
874.0
0, (1), 2, 3, 4 1, 2, 3
2
第三过 渡系 Lu
价层电 子结构 5d15s2
熔点 /℃ 1663
沸点 /℃ 3402
原子半 第一电离 径 能 pm 173 kJ·mol-1 529.7 3
159
143 137 137 134 136 136 144 160
660.7
720.3 739.3 754.7 804.9 874.7 836.8 896.3 1013.3
2, 3, 4
2, 3, 4, 5 0, 2, 3, 4, 5, 6 0, 2, 3, 4, 5, 6, 7 0, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 0, 2, 3, 4, 5, 6 0, 2, 4, 5, 6 1, 3 1, 2
第一电离 能 kJ·mol-1 606.4 642.6 642.3 691.2 708.2 707.6 733.7 3
氧化值
2, 3, 4 2, 3, 4, 5 0, 2, 3, 4, 5, 6 0, 4, 5, 6, 7 0, 3, 4, 5, 6, 7, 8 0, (1), 2, 3, 4, 6
的颜色。
(2)物质显色的若干规律(常温,太阳光)
(a)绝大多数具有d1-9电子组态的过渡元素和f1-13
电子组态的稀土元素的化合物都有颜色
f 区
一、过渡元素的通性
4、过渡元素离子的颜色
过渡元素的水合离子以及与其它配 体形成的配离子,往往具有特征的颜色, 这是区别于S区和P区金属离子的重要特 征。d-d跃迁是显色的一个重要原因。
(1)第一过渡系水合离子的颜色
Mn (Ⅱ) Fe(Ⅱ) Co(Ⅱ) Ni(Ⅱ) Cu(Ⅱ) Zn(Ⅱ)
对于某些具有颜色的含氧酸根离子,如VO43-
(淡黄色)、CrO42-(黄色)、MnO4-(紫红色)
等,它们的颜色被认为是电荷迁移引起的。在上述 离子中的金属元素都处于最高氧化态,其形式电荷 分别为V5+、Cr6+、Mn7+,它们都具有d0电子构型, 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。伴随电荷迁移,这些离子呈现出各种不同
Cr
Mn Fe Co Ni
3d54s1
3d54s2 3d64s2 3d74s2 3d84s2
1907
1244 1535 1494 1453
2679
2095 2861 2927 2884
125
124 124 125 125
659.0
723.8 765.7 764.9 742.5
-2, -1, 0, 2, 3, 4, 5, 6
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