过渡金属元素ppt课件

低稳 氧定 化性 态
↗
与ⅢA ~ ⅤA 族规律相反！
反映过渡金属元素 5d, 6d 电子参与成键倾向↑
6
原因：
（1）（n-1）d 电子电离能
n ↗, (n-1)d 电子电离倾向↘ （d 电子云发散）
（2）形成 d-p 键能力：
3d < 4d < 5d
稳定性： 氧化性：
CrO42- < MoO42- < WO42-
其中：ΦA / V
Cr2O72 -/ Cr3+
1.33
MnO4- / Mn2+
1.49
FeO42- / Fe2+ NiO42- / Ni2+
1.84 1.75
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（三）氧化态的稳定性
2．同一族
高稳氧 氧定化 化性性 态↗↘
Ⅵ
CrO42-/Cr3+ MoO4-/M3+ WO42-/W3+
Ⅶ
MnO4-/Mn2+ TcO4-/Tc+3 ReO4-/Re3+
+3
Ⅲ
3d 14s 2
+6
Ⅵ
3d 54s 1
+7
Ⅶ
3d 54s 1
3
（二）最高氧化态
但Ⅷ族：
多数最高氧化态 < 族数，
反映 Z *↑↑，不是所有(n-1)d 电子均可参与成键。
例：仅见 RuO4 OsO4
而 FeO42-
NiO42-
高铁酸根 高镍酸根
强氧化性
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（三）氧化态的稳定性
ຫໍສະໝຸດ Baidu
1．同一周期
最高氧化态
24Cr
3d54s1
不是 3d44s2
41Nb 铌
4d45s1
不是 4d35s2
42Mo 43Tc 锝
4d55s1 4d65s1
不是 4d45s2 不是 4d55s2
E4 d < E5 s
44Ru 钌
4d75s1
不是 4d65s2
45Rh 铑
4d85s1
不是 4d75s2
46Pd 钯
4d105s0
不是 4d85s2
Os Ir Pt
七 Ac
● 分为三个系列。第四周期的Sc—Ni为第一过渡系列元素； 第五周期中的Y—Pd为第二过渡系列元素；第六周期中的La—Pt为
第三过渡系列元素。 习惯上把第一过渡系列元素称为轻过渡元素，把第二、第三过渡系列 称为重过渡元素。
此外：ΔZ =1 ，增加的电子填入(n-2)f 亚层
镧系 57La ~ 71Lu（15 种元素）。
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二、氧化态
（一）同一元素，多种氧化态
原因：（n-1）d 与 ns 轨道能量相近，部分(n-1)d 电子参与成键。
例：Mn 2 ~ +7 均出现，主要+2，+3，+4，+6，+7. Fe 2 ~ +6 均出现，主要+2，+3，+6.
（二）最高氧化态
ⅢB ~ ⅦB 族：最高氧化态 == 族数
例： Sc Cr Mn
4f 2~145d 0-1 6s 2 锕系 89Ac~103Lr 铹（15 种元素）
5f 0~146d 0~1 7s 2
→“内过渡元素”
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过渡元素的通性
一、价电子构型
通式：(n-1)d1~9 ns1~2
中性原子的原子轨道能量随原子序数的变化：n 和 l 竞争。
例外：Z = 24，41 ~ 46：“能量最低原理”
>
>
系 列：
一
二三
对比主族元素：恰好相反。
ⅢA
ⅣA
第六周期
Tl （Ⅲ)
Pb(Ⅳ)
强氧化性
ⅤA Bi(Ⅴ)
r Z*↗
（
占 优
次 要 ）
（低稳定性）
（6s2 惰性电子对效应）
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三、原子半径：
影响原子半径因素
Z* ↗， r ↘ 同亚层：电子数↑，r↑ 主量子数n = 电子层数↑，r↑
（一）同一周期：
左
例外：
Ⅳ
Ⅴ
Ⅵ
五
Y
Zr
Nb
Mo
六 La-Lu Hf Ta W
3．同一副族（ⅣB ~ Ⅶ）第一电离能 I1 相近
第五周期
第六周期
r 相近，第六周期元素 Z*↑↑, I1 相近
（二）同一副族原子半径：第四周期元素 < 五 ~ 六
ⅢB ⅦB Ⅷ
+3 +7 +6 最高氧化态氧化性↗ 最高氧化态稳定性↘
低氧化态稳定性↗
例 第一过渡系列：
氧化性 稳定性
Sc3+ < TiO2+ < VO2+ < Cr2O72 - < MnO4- < FeO42Sc3+ > TiO2+ > VO2+ > Cr2O72- > MnO4- > FeO42-
原子序 Z↗，Z*↗，（电子数↗），r ↘ (总趋势)
右
Ⅷ
(n-1)d10
Ni 125pm
ⅠB
(n-1)d10ns1
Cu 128pm
ⅡB
(n-1)d10ns2
Zn 133pm
原因：d 10 电子云球形，对核电荷 Z 屏蔽作用↑，Z* 增加少，而 ns 电子数目↑， 使电子互相作用↑，r↑
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三、原子半径：
过渡金属元素
（ⅢB~ⅤⅢ族，d 区）
(n-1)d1~9 ns1~2 (例外 Pd 4d10 5s0 )
表 过渡金属元素（d 区元素共 25 种）
周期\族 ⅢB ⅣB ⅤB ⅥB ⅦB
Ⅷ
四 Sc Ti Ⅴ Cr Mn Fe Co Ni
五 Y Zr Nb Mo Tc
Ru Rh Pd
六 La Hf Ta W Re
例：r / pm 57 La 187.7, 71 Lu 173.5
Δr
187.7 173.5 = 71 57
≈ 1 pm
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三、原子半径：
“镧系收缩”
——从 57 Ln – 71 Lu，随着原子序数递增，增加的电子进入 (n-2) f（即 4f）轨道(4f 0 ~145d 0~16s 2)；对于最外层 6s 电子而言，4f 电子位于次外层， Z*增加很小，因此
同一周期，相邻两元素原子半径平均减小值Δr：
周期
ΔZ 增加的电子 σ
ΔZ*
进入
(slater 规
则)
二、三（短） 1
ns 或 np
0.35 0.65 10
四、五、六
1
(n-1)d
0.85 0.15 5
(d 区)
镧系
1
(n-2)f
→1 很小 1
Δr /pm
二 12.2,三 9.1 四 5.6, 五 6.1, 六 7.0 “镧系收缩”
五Y
198.3
180.3
180.1
六 La-Lu
离子半径/pm
67Ho3+
Y 39 3+
68Er3+
89.4
89.3
88.1
习惯上，把 Y 列入“重稀士”。
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“镧系收缩”的影响：
2．紧随镧系之后的第六周期几种元素 Hf（铪）,Ta（钽）和
（钼）与同族第五周期元素原了半径相近，性质相似难以分离：
Ⅲ
1．相邻两元素原子半径仅略为缩小 (Δr ≈ 1pm)； 2．但 57 Ln – 71 Lu 共 15 种元素，累积的原子半径缩小值Δr 相当大，达
14.2 pm 。
“镧系收缩”的影响：
1．第五周期，ⅢB 族元素钇（Y）成为“稀士”一员 ：
四 Sc
金属半径/pm
63Eu 4s76s2 39Y 4d15s2 64Gd 4f75d16s2