过渡元素概述

同周期元素低氧化态稳定性变化趋势
d 区金属自左至右族氧化态稳定性下降和低氧化态稳定上升的 趋势可以理解为核电荷逐渐增加，对价层电子控制能力逐渐 加大的结果.
d 电子组态 d1 d2 M2+(aq) Sc2+ Ti2+
d3 d4
d5 d6 d7
d8
d9 d10
V2+ Cr2+ Mn2+ Fe2+ Co2+ Ni2+ Cu2+ Zn2+
381 470 515 397 285 415 423 422 339 131
420 593 752 659 661 650 558 373 285 112
431 789 782 851 778 790 669 565 368 61
金属元素的原子化焓是金属内部原子结合力强弱的一种标 志，较高的原子化焓可能是由于较多的价电子（特别是较 多的未成对电子）参与形成金属键.这种结合力似乎也应 该反映在过渡元素的上述物理性质上.
1/2 O2 + 2 V(+4) = O 2- + 2 V(+5) +) SO2 + 2 V(+5) + O 2- = 2 V(+4) + SO3
➢ 硬度大
其它物理性质
硬度最大的金属：铬(Cr) 摩氏 9.0
➢ 密度大
密度最大的单质： 锇(Os ) 22.48 g·cm-1
➢ 导电性，导热性，延展性好
11.3 金属单质的化学性质
(1) 金属元素的溶解性
元素 E(M2+/M) / V 能溶于的酸
元素 E(M2+/M) / V 能溶于的酸
Sc — 各种酸
d 区元素所有这些特征不同程度上与价层 d 电子的存在有 关，因而有人将 d 区元素的化学归结为 d 电子的化学.
过渡元素的原子半径
原子半径/pm
原子的价电子层构型 (n-1)d1-10ns1-2
200 190
180 170
160 150
140 130 120
110
100 20 Sc Ti V Cr Mn Y Zr Nb Mo Tc
Zn
+0.34
-0.763
HNO3，热、 稀 HCl,
浓H2SO4
HБайду номын сангаасSO4 等
➢ 明显地，同周期元素的活泼性从左至右降低； ➢ Zr、Hf 仅能溶于王水，Ru, Rh, Os,Ir不溶于王水，与其有较大的
电离能、升华焓有关，有些还易形 成致密的氧化膜；
➢ 与B、C、N形成间充式化合物，m.p.比纯金属还高 (TiC, WC, TiN, TiB 的 m.p. > 3000℃，硬度都接近于金刚石.
Fe Co Ni Ru Rh Pd
Cu(●-●) 30 Ag(■-■)
La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au(▲-▲)
同
族
从 5~6
上 到 下 原 子 半 径
周 期 基 本 接 近
略
增
加
M2+金属离子的高低自旋和离子半径
熔点、沸点高
熔点最高的单质： 钨(W) 3683±20℃
金属元素的原子化焓
➢ d 区元素增加的电子填充在 d 轨道，d 与 s 轨道接近 ，d 电子可逐个地参加成键
随周期性的增加，主族元素低氧化态趋于 稳定，而过渡元素高氧化态趋于稳定：
➢ 主族因 “惰性电子对效应” ➢ 过渡元素是 I1 和 I2 往往是第 二、三 过渡系列比 第 一 大 ， 但 从 I3 开始 ，往往相反：
Rare earth: Sc, Y + lanthanides (15)
过渡金属天然矿物
金红石
钛铁矿 铬铁矿
钨锰铁矿 赤铁矿
辉钼矿 白钨矿
软锰矿
磁铁矿 褐铁矿
砷钴矿 黄铜矿
硫钴矿 硫镍铁矿
辉铜矿
11.2 通性 (General survey)
d 区元素显示出许多区别于主族元素的性质：
● 熔、沸点高，硬度、密度大的金属大都集中在这一区 ● 不少元素形成有颜色的化合物 ● 许多元素形成多种氧化态从而导致丰富的氧化还原行为 ● 形成配合物的能力比较强，包括金属有机配合物 ● 参与工业催化过程和酶催化过程的能力强
(2) 过渡元素的氧化态
元 素 Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni
+2 +2 +2 +2 +2 +2 +2
+3 +3 +3 +3 +3 +3 +3 +3
氧化态
+4 +4
+4
+4 +4
+5
+6 +6 +6
+7
(划横线表示常见氧化态)
Fe +2、+3 Ru +4 Os +4、+6、+8
左 氧化态先升高后降低 右 上 同族 高氧 化态 趋向 下 稳定
第十一章、过渡元素概述
➢ 概况 ➢ 通性 ➢金属单质的化学性质 ➢化合物的颜色和无机颜料 ➢过渡元素的成键特征
11.1.1 概况
铁系 币族 铂系
Noble metals: Ruthenium (Ru), Rhodium (Rh), Palladium (Pd), Silver (Ag), Osmium (Os), Iridium (Ir), Platinum (Pt), and Gold (Au) + (Re, Hg) Precious metals: Ru, Rh, Pd, Ag, Os, Ir, Pt, Au + Re, Sc, Cs …
Ti -1.63 热 HCl,HF
V
-1.2 HNO3,HF, 浓H2SO4
Cr
-0.86 稀 HCl, 浓 H2SO4
Mn
-1.17 稀 HCl, H2SO4 等
Fe -0.44 稀HCl, H2SO4 等
Co -0.29 缓慢溶解在 HCl 等酸中
Ni -0.25 稀 HCl, H2SO4 等
Cu
稳定性增大
同族元素族数氧化态稳定性变化趋势
➢ 同族元素自上而下形成族数氧化态的趋势增强 ➢ 需要指出的是，这条规律对第 3 族 和第12 族表现不明显
p 区元素氧化数的改变往往是不连续的， 而 d 区元素往往是连续：
➢ p 区元素除了单个 p 电子首先参与成键外，还 可依次拆开成对的 p 电子，甚至 ns2 电子对，氧 化数总是增加 2
（I1+I2）MJ ·mol-1 （I3+I4）MJ ·mol-
1
Ni
2.49
8.69
Pt
2.66
6.70
(3) 过渡金属与工业催化
➢ 几种产量最大、又涉及催化过程的无机化学产品的生产没 有例外地使用 d 区金属催化剂；
➢ 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：