第13章 过渡元素-N
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第二十一章 过渡元素(一)对于过渡元素的划分一般有三种不同的划法:(1)所以的副族元素都是过渡元素,即从ⅢB 钪开始,到ⅡB 锌分族为止共30个元素(不包括镧系和锕系)。
(2)仅指Ⅷ族的铁系、铂系九个元素。
(3)从ⅢB 钪开始,到Ⅷ铁系、铂系为止,因为这些元素在原子结构上具有共同特点,即具有未填满的d 电子,所以这些元素又称为d 组元素,而我们这本书所指的过渡元素即是从ⅢB 钪分族到Ⅷ族为止,共8个直列,25个元素,也即第三种看法:本章主要介绍过渡元素的通性和ⅥB 和ⅦB 元素的性质。
本章要求:1、掌握过渡元素的价电子层构型的特点及其与通性的关系。
2、掌握铬、锰的单质和化合物的性质,用途。
§21-1 过渡元素通性和讨论主族元素不同的是,过渡元素在横排中的差异性很小。
例如:金属性递变不明显,原子半径,电离势等随原子序数增加虽有变化,但不显著,反映出各元素间从左至右的水平相似性。
因而通常根据过渡元素在周期表中的位置,将其分为三个过渡系列:过渡元素特别是同周期元素有许多共同的性质。
1、它们都是金属:它们的硬度较大,溶、沸点较高,导电、导热性能好,易形成合金。
2、大部分过渡元素的电极电势为负值,即还原能力强。
例如:第一过渡系元素都能从稀酸中置换出氢气。
3、除少数例外,它们都存在多种氧化态。
例如:++++++764263,,,,,Mn Mn Mn Mn Cr Cr4、它们的水合离子,酸根离,以它们为中心原子形成的配合物常呈现一定颜色。
)( )( )(423紫色绿色紫色--+MnO CrO Cr5、由于具有部分填充的电子层,它们能形成一些顺磁性化合物。
6、它们的原子或离子形成配合物的趋向都较大。
结构决定性质,以上这些性质和它们的电子层结构有关。
1-1 过渡元素的电子层构型:过渡元素各原子的电子排布是以d n )(1-和ns 都未充满为特征的,所以过渡元素通常是指价电子层结构为2~19~11ns d n )(-的元素。
元素周期表中的过渡元素元素周期表是化学中一张重要的“地图”,该表按照化学元素的原子序数,显示了各元素的基本信息和特性。
其中,过渡元素是周期表中的一类重要元素,具有特殊的电子排布和化学性质。
本文将从过渡元素的定义、周期表中的位置、特性以及应用等方面进行探讨。
一、过渡元素的定义过渡元素是指周期表中d区的元素,它们的d轨道电子不满足“2n^2”原则。
具体来说,过渡元素的外层电子排布为(n-1)d^1-10ns^1-2,其中n为外层电子壳层的主量子数。
过渡元素特有的电子排布使其具有独特的物理和化学性质。
二、周期表中的过渡元素过渡元素主要分布在周期表的d区,从第3周期开始,一直延伸到第7周期。
常见的过渡元素包括钛(Ti)、铁(Fe)、铜(Cu)、银(Ag)等,共有38个元素。
在周期表中,它们有着相似的电子排布和共同的化学性质。
三、过渡元素的特性1. 高熔点和高密度:过渡元素具有较高的熔点和密度,这归功于它们结构中复杂的d电子排布和较强的金属键。
2. 多样的氧化态:过渡元素的d电子容易参与化学反应,具有多样的氧化态。
例如,铁可以呈现+2、+3和+6等多种氧化态。
3. 彩色化合物:过渡元素的d电子能级跃迁引起了它们的彩色性质,使得许多过渡金属化合物呈现出各种各样的颜色。
4. 优良的催化性能:过渡元素广泛应用于催化反应中,其复杂的电子结构和多样的氧化态使其具有较强的催化活性和选择性。
四、过渡元素的应用1. 金属合金:许多金属合金中含有过渡元素,通过调节过渡元素的含量和种类,可以改变合金的硬度、强度和导电性等性质。
2. 催化剂:过渡元素广泛应用于化工和能源领域的催化反应中,如催化剂的合成、汽车尾气净化等。
3. 生物学:一些过渡元素在生物学中发挥重要的作用,如铁在血红蛋白中的载氧功能、锌在酶催化中的作用等。
4. 电子行业:许多过渡金属元素在电子行业中具有重要的应用,如铜用于导线、钛用于制造电池等。
综上所述,过渡元素是周期表中一类特殊的元素,具有独特的电子排布和化学性质。
元素周期表中的过渡元素元素周期表是化学家们用来组织和分类元素的基本工具。
其中,过渡元素是周期表中一个重要的类别,它们在化学和物理性质上都有着独特的特点。
本文将介绍过渡元素的概念、特性以及它们在日常生活中的应用。
一、过渡元素的概念元素周期表是按照原子核中的质子数(即原子序数)递增的顺序排列的。
而过渡元素是指周期表中的d区元素,这些元素具有不完全填充的d电子层。
具体来说,它们的最外层电子结构可表示为(n-1)d(n-2)fnp,其中n代表能级,np代表填充的外层电子。
过渡元素包括3d系、4d系、5d系和6d系,分别位于周期表的第3至12组、第4至12组、第5至12组和第6至12组。
由于它们的外层电子结构不同,导致了它们之间的化学特性差异。
二、过渡元素的特性1. 化学性质:过渡元素在化学反应中通常表现出多价性。
由于d电子的相对能量较高,容易参与化学反应,并能形成稳定的离子化合物。
此外,由于外层电子的分布情况不同,过渡元素在形成氧化物时可能会形成不同的氧化态,这也是其多价性的表现。
2. 金属性质:过渡元素大多数都是金属,具有良好的导电性和导热性。
此外,它们还具有韧性、延展性和磁性等金属特性。
3. 催化性质:许多过渡元素、尤其是过渡金属,具有良好的催化活性。
它们可以通过吸附、解离或转移电子等方式参与化学反应,从而降低反应活化能,加速反应速率。
4. 彩色离子:过渡元素离子在溶液中呈现出丰富的颜色。
这是由于过渡元素离子的d电子能级间的跃迁所引起的。
三、过渡元素的应用1. 催化剂:由于过渡金属的催化活性,它们被广泛应用于化学工业中的催化反应过程,如重要的工业过程氨合成、有机合成和汽车尾气催化转化等。
2. 电池材料:过渡金属在电池材料中具有重要作用。
例如,锂电池中的过渡金属氧化物可用作正极材料。
3. 金属合金:过渡金属常用于制备各种金属合金,如不锈钢、合金钢等。
这些合金通常具有较高的强度和耐腐蚀性能。
4. 彩色玻璃和陶瓷:某些过渡金属元素可以通过调节其氧化态来改变颜色。
第十三章过渡元素(一)铜族和锌族【内容】13.1 过渡元素的通性13.2 铜族元素13.3 锌族元素13.4 应用微量元素与人体健康(选学内容)【要求】1.掌握铜、银、锌、汞单质、氧化物、氢氧化物、重要盐类及配合物的生成、性质和用途。
2.掌握Cu(Ⅰ)、Cu(Ⅱ);Hg(Ⅰ)、Hg(Ⅱ)之间的相互转化。
3.了解ⅠA和ⅠB;ⅡA和ⅡB族元素的性质对比。
周期表中ⅠB ~ⅧB族,即ds区和d区元素称为过渡元素,(见表13﹣1)。
它们位于周期表中部,处在s区和p区之间,故而得名,它们都是金属,也称过渡金属。
表13-1 过渡元素通常按周期将过渡元素分成三个过渡系列:位于第4周期的Sc ~ Zn称第一过渡系元素;第5周期的Y ~ Cd为第二过渡系元素;第6周期的La ~ Hg为第三过渡系元素。
过渡元素有许多共同性质,本章先讨论它们的通性,然后介绍ⅠB及ⅡB族元素。
13.1过渡元素的通性1.价层电子构型过渡元素原子的最后一个电子排布在次外层的d轨道(ⅡB除外)中,最外层有1~2个s (Pd除外)电子,它们的价层电子构型为(n-1)d1~10n s1~2。
2. 原子半径过渡元素原子半径(如图13-1所示)一般比同周期主族元素的小,同周期元素从左到右原子半径缓慢减小,到铜族前后又稍增大。
同族元素从上往下原子半径增大,但第二、第三过渡系(除ⅢB外)由于镧系收缩使同族元素原子半径十分接近,导致元素性质相似。
图13-1过渡元素原子半径3. 氧化态过渡元素有多种氧化态,因其最外层s电子和次外层部分或全部d电子都可作为价电子参与成键,一般可由+2依次增加到与族数相同的氧化态(Ⅷ族除Ru、Os外,其它元素尚无Ⅷ氧化态),这种氧化态的显著特征以第一过渡系最为典型。
表13-2第一过渡系元素的氧化数(下划线表示常见的氧化态)由13-2表可看出随着原子序数的增加,氧化数先是逐渐升高,后又逐渐降低。
这种变化主要是由于开始时3d轨道中价电子数增加,氧化数逐渐升高,当3d轨道中电子数达到5或超过5时,3d轨道逐渐趋向稳定。
含义周期表中从IIIB族到VIII族的元素。
共有三个系列的元素,电子逐个填入他们的3d、4d和5d轨道。
有时人们把过渡元素的范围扩大到包括镧系元素和(IIB)形成稳定配位化合物的能力上与过渡元素很相似,因此也有人建议把锌族元素归入过渡元素范围。
各系列概述过渡元素位于周期表中部,原子中d或f亚层电子未填满。
这些元素都是金属,也称为过渡金属。
根据电子结构的特点,过渡元素又可分为:外过渡元素(又称d区元素)及内过渡元素(又称f区元素)两大组。
● 外过渡元素包括镧、锕和除镧系锕系以外的其它过渡元素,它们的d轨道没有全部填满电子,f轨道为全空(四、五周期)或全满(第六周期)。
● 内过渡元素指镧系和锕系元素,它们的电子部分填充到f轨道。
d区过渡元素可按元素所处的周期分成三个系列:①位于周期表中第4周期的Sc~Ni------称为第一过渡系元素②第5周期中的Y~Pd称为第二过渡系元素③第6周期中的La~Pt称为第三过渡系元素一般性质特征,不同的过渡金属之间可形成多种合金。
②过渡金属的原子或离子中可能有成单的d电子,3。
③过渡元素的d,过渡元素原子的电子构型过渡元素原子电子构型的特点是它们的d 轨道上的电子未充满(Pd例外),最外层仅有1~2个电子,它们的价电子构型为(n-1)d1-9ns过渡元素的氧化态及其稳定性过渡元素最外层s电子和次外层d电子可参加成键,所以过渡元素常有多种氧化态。
一般可由+Ⅱ依次增加到与族数相同的氧化态(ⅧB族除Ru、Os外,其它元素尚无+Ⅷ氧化态)同一周期从左到右,氧化态首先逐渐升高,随后又逐渐降低。
随3d轨道中电子数的增加,氧化态逐渐升高;当3d轨道中电子数达到5或超过5时,3d轨道逐渐趋向稳定,高氧化态逐渐不稳定(呈现强氧化性),此后氧化态又逐渐降低。
三个过渡系元素的氧化态从左到右的变化趋势是一致的。
不同的只是第二、三过渡系元素的最高氧化态表现稳定,而低氧化态化合物并不常见。
同一族中从上至下,高氧化态趋向于比较稳定-----和主族元素不同。
第十三章过渡元素13-1 过渡元素概述广义的过渡元素是指长式周期表中从ⅢB族到ⅡB的所有元素。
它们在长式周期表中位于s区元素和p区元素之间,因而称为过渡元素。
过渡元素单质都是金属,共分为四个系列。
第一过渡系:Sc→Zn;第二过渡系Y →Cd ;第三过渡系Lu →Hg;第四过渡系Lr→Uub。
13-1-1 过渡元素原子的特征一、价层电子构型为n-1)d1-10n s1-2。
二、原子半径变化规律1.过渡元素原子半径一般比同周期主族元素小2.同一周期元素从左到右原子半径缓慢减小,到铜族前后又稍增大。
3.同族元素从上往下原子半径增大,但五、六周期(除ⅢB)外由于镧系收缩使其同族元素原子半径十分接近,导致其元素性质相似。
13-1-2 单质的物理性质1.过渡金属外观多呈银白色或灰白色,有光泽。
2. 除钪和钛属轻金属外,其余均属重金属。
3.数过渡金属(ⅡB族元素除外)的熔点、沸点高,硬度大。
13-1-3 金属活泼性过渡金属在水溶液中的活泼性,可根据标准电极电势来判断。
1.第一过渡系金属,除铜外,Eθ(M2+/M)均为负值,其金属单质可从非氧化性酸中置换出氢。
2. 同一周期元素从左向右过渡,总的变化趋势是Eθ(M2+/M)值逐渐变大,其活泼性逐渐减弱。
3.同族元素(除Sc分族外)自上往下金属活泼性降低。
13-1-4 氧化数过渡元素除最外层s电子可以成键外,次外层d电子也可以部分或全部参加成键,所以过渡元素的特征之一是具有多种氧化数。
1.期从左到右,元素最高氧化数升高, ⅦB后又降低。
2.从上往下,高氧化数化合物稳定性增加3.过渡元素可形成氧化数为0、-1、-2、-3的化合物.13-1-5 非整比化合物过渡元素的另一个特点是易形成非整比(或称非化学计量)化合物。
13-1-6 化合物的颜色过渡元素所形成的配离子大都显色,这主要与过渡元素离子的d轨道未填满电子有关。
其中d0、d10构型的离子无色。
13-1-7 配合性和催化性一、元素容易形成配合物。
过渡元素的结构特点与基本性质元素周期表中第四、五、六七周期元素中,第ⅢB~ⅤⅢ族,共25种元素,统称为过渡元素。
过渡元素的单质都是金属,所以也称为过渡金属元素。
见表16.1.过渡金属元素属于ⅢB~ⅤⅢ族,d区,外层电子排布为(n-1)d ns(Pd,4d10 5s0,是一种例外的电子排布)。
镧系、锕系的元素的电子排布,增加的电子填入(n-2)f亚层,例如:57La 4f 05d1 6s 2,在结构上,它们最外层二个电子层都是未充满的,因此在元素周期表的划分上不属于过渡金属元素,而属于内过渡元素。
也称之为镧系、锕系元素。
镧系57La ~ 71Lu (15种元素) 4f 0~145d0-1 6s2锕系89Ac~103Lr铹(15种元素)5f 0~146d0~1 7s216.1.1 价电子构型过渡金属价电子构型的通式为:(n-1)d1~9 ns1~2。
原子核外电子排布遵循能量最低原理、保里不相容原理和洪特规则。
L. Pauling 原子轨道近似能级图如下:1s; 2s 2p ; 3s 3p; 4s 3d 4p; 5s 4d 5p; 6s 4f 5d 6p ; 7s 5f 6d也有一些电子排布例外的情况,例如:Z = 24,41 ~ 46:Nb 铌4d45s1不是4d35s241W 钨 5d46s2不是4d55s142Ru 钌4d75s1不是4d65s244Rh 铑4d85s1不是4d75s245Pd 钯4d105s0 不是4d85s24616.1.2 氧化态的规律过渡金属元素常表现为多种氧化态,其根本原因在于内层电子的排布,过渡金属外层电子排布为:(n-1)d1~9 ns1~2 ,(n-1)d轨道与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.过渡金属元素的最高氧化态与所在的族相等,最高氧化态= 所处的族数例:Sc +3 Ⅲ3d14s2Cr +6 Ⅵ3d54s1Mn +7 Ⅶ3d54s1但Ⅷ族:多数最高氧化态小于其族数,是因为随着有效核电荷的增加(Z *↑),不是所有(n-1)d 电子都参与成键。