无机化学课件：第十三章 过渡元素

过渡元素的又一特点是易形成非整比（或称非化 合计量）化合物。这类化合物化学组成不定，可在一 个较小范围内变动，但基本结构不变。 （六）离子的颜色
过渡元素在水溶液中形成的水合配离子，大都显色 （与s区、p区不同），主要是因为此时过渡元素离子 的d轨道未填满电子，可能在吸收不同波长可见光，d 电子跃迁显示出互补可见光的颜色出来。第Leabharlann 过渡元 素低氧化数离子的颜色见书。
第十三章 过渡元素
过渡元素
通过 钛 性渡 族
元、 素钒 慨族 述元
素
铬锰铁铜锌基 族族系族族本 元元和元元要 素素铂素素求
系 元 素
通性
第一过渡 系元素
IIIB IVB VB VIB VIIB
VIII
21 Sc 22 Ti 23 V 24 Cr 25 Mn 26 Fe 27 Co 28 Ni
钪钛 钒 铬锰铁钴镍
过渡元素概述
同一族元素从上到下，原子半径增大，但第五、 六周期（ⅢB除外），同族元素原子半径接近，这是 由于La系收缩的影响，从而导致第二、三过渡系同族 元素在性质上的差异，比第一和第二过渡系相应的元 素要小。
（二）单质的物理性质 由于过渡元素最外层一般为1~2个电子，容易失
去，所以它们的单质均为金属，单质的外观多为银白 色或灰白色，有光泽。 （三）金属活泼性 同族元素从上到下（除ⅢB外）活泼性减弱，原因：
过渡元素概述
（十）金属原子簇化合物
过渡元素金属原子间有直接的键合作用， 即可形成含有金属—金属键的簇状化合物， （一般三个或三个以上金属原子直接键合组成 的化合物为金属簇状化合物），尤其是第二、 三过渡系元素。由于(n-1)d轨道伸展较远，原 子实之间斥力较小，低氧化态离子的半径又较 大，可形成较稳定的金属—金属（M-M）键， 如[Re2Cl8]2-配离子，其中含有Re-Re键。
BaCO3+TiO2 → BaTiO3+CO2
TiOSO4为白色粉末，可溶于冷水，在溶液或晶 体中实际上不存在简单的钛酰离子TiO2+，而是以
TiO2+聚合形成的金属齿状长链（TiO）n2n 形式存在。
过渡元素概述
（七）配位性
过渡元素易形成配合物，原因：①过渡元 素的原子或离子具有能级相近的价层电子轨道 (n-1)d、ns和np，易形成杂化轨道；其中ns和 np轨道可能是空的（对原子，不空），(n-1)d 轨道是部分空的，可以接受配体的孤电子对； ②过渡元素的离子一般具有较高的电荷和较小 的半径，极化力强，对配体有较强的吸收力。
钛族、钒族元素
TiO2是一种优良颜料、催化剂、纳米材料。 （2）钛酸盐和钛氧盐： 由于TiO2为两性偏碱性氧化物 最重要的压电陶瓷材料
碱 酸
钛酸盐（ Na 2TiO3）: 钛氧盐( TiOSO 4 )
大多难溶于水
钛族、钒族元素
BaTiO3是最重要的压电陶瓷材料，主要通过“混 合—预烧—球磨”流程大规模生产：
钛族、钒族元素
二、钛族、钒族元素
（一）概述 ⅣB含Ti（钛）、Zr（锆）、Hf（铪）、Rf
（钅卢） ，ⅤB含V（钒）、Nb（铌）、Ta（钽 ）、Db （钅杜）。Rf、Db为放射性元素。
Ti自然界中相对丰度为所有元素的第十位，不算少， 但因存在分散和难于提取，而称稀有金属。
金属Ti是银白色，有光泽，熔点高、密度小、耐 磨、耐低温、无磁性、延展性好，且具有优越的抗腐 蚀性，尤其是海水。钛表面形成一层致密的氧化物保 护膜，使之不被酸、碱腐蚀。
过渡元素概述
（八）催化性
许多过渡元素及其化合物具有独特的催化 性能，催化作用表现为两方面，一是反应过程 中，过渡元素可形成不稳定的配合物，这是配 合物作为中间产物可起到配位催化作用；二是 接触催化：过渡元素通过提供适宜的反应表面， 如V2O5催化制H2SO4。 （九）磁性
多数过渡元素的原子或离子有未成对电子， 所以具有顺磁性，未成对电子越多，磁距μ越 大。
Ac-Lr 钅卢 钅杜 钅喜 钅波 钅黑 钅麦 Uun
第二过渡 系元素
第三过渡 系元素
过渡系元素
过渡元素概述
一、过渡元素概述
（一）过渡元素原子的特征
同一周期元素价电子一般依次填充在次外层的d轨 道上，最外层只有1~2个电子（Pd例外），其价层电子 构型为(n-1)d1~10ns1~2。
与同周期主族元素比较，过渡元素的原子半径一般 比较小。从左到右随原子序数的增加，原子半径慢慢 减小（有效核电荷增加），在IB前后又稍增大，因Cu 副族前后d亚层接近或达全充满状态，屏蔽作用增大， 所以半径稍增大。
（3）同族变化趋势：从上到下，高氧化数化合物更 趋稳定 ；同族最高价ⅢB-ⅦB、ⅡB与族数相同， Ⅷ 只有两种元素达+8，第一过渡最高+3。IB特别。
（4）同一元素不同氧化数，相邻两氧化数间隔为1， 即连续变化，这与p区跳跃式变化不同。
过渡元素概述
（5）许多过渡金属还能形成更低的氧化数。 （五）非整比化合物
39 Y 40 Zr 41 Nb 42 Mo 43 Tc 44 Ru 45 Rh 46 Pd
钇 锆铌 钼 锝 钌 铑钯 57-71 72 Hf 73 Ta 74 W 75Re 76 Os 77 Ir 78 Pt La-Lu 铪 钽 钨 铼 锇 铱 铂
89-103 104 Rf 105 Db 106Sg 107Bh 108 Hs 109 Mt 110
过渡元素概述
有效核电荷增加较多，而原子半径增加不多，使电离 能和升华焓增加显著，使失电子能力减弱，活泼性成 弱。第二、三过渡系元素的单质非常稳定，一般不与 强酸反应，但和浓碱或熔碱可反应，生成相应的含氧 酸盐。 (四)氧化数
（1）有多种氧化数
（2）同周期变化趋势：从左到右由“低→高→低”， 这是因(n-1)d5半满后d电子作为价电子趋势变弱；
钛族、钒族元素
（二）钛的重要化合物 Ti的价层电子构型：3d24s2 ，氧化数+4，还有+3
和+2，最重要的是+4化合物。 1、Ti（Ⅳ）的化合物
（1） TiO2：金红石、钛白，白色粉末，不溶于水 及稀酸，可溶于HF和浓硫酸中。
TiO2+6HF → H2[TiF6]+2H2O 由于Ti4+电荷多，半径小，极易水解，所以Ti(Ⅳ 溶液中不存在Ti4+、TiO2+。 TiO2与碱共熔得偏钛酸盐。