周期表中的ⅢB族至ⅧB族(不包括镧以外的镧系元素和锕以外的锕系元素)称为过渡元素,过渡元素即d区元素,它们的(n-1)d轨道均未填满。如表21-1方框内所示。ⅠB、ⅡB族元素的(n-1)d轨道均已充满,但这两族元素的性质在许多方面与过渡元素相似,因之也有人主张将它们包括在过渡元素的范围内。这里采用前一观点来讨论。
同一周期的过渡元素有许多相似性,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,都反映出各元素间从左至右的水平相似性,因之也可将这些过渡元素按周期分为三个系列。即位于周期表中第4周期的Sc-Ni称第一过渡系元素;第5周期中的Y-Pd为第二过渡系元素;第6周期中的La-Pt为第三过渡系元素。
过渡元素有许多共同的性质:
一、它们都是金属。它们的硬度较大,熔点和沸点较高,导热、导电性能好。见表21-2。它们相互之间或与其它金属元素易生成合金。
表21-2 过渡元素的某些物理性质
元素 | 熔点/K | 沸点/K | 电负性 | 硬度(莫氏标准) | 导电率(Hg=1) | 导热率(Hg=1) |
Sc | 1814 | 3104 | 1.36 | |||
Y | 1795 | 3611 | 1.22 | |||
La | 1194 | 3730 | 1.10 | 1.6 | ||
Ac | 1323 | 3473 | ||||
Ti | 1933±10 | 3560 | 1.54 | 4 | ||
Zr | 2125±2 | 4650 | 1.33 | 4.5 | ||
Hf | 2500±20 | 4875 | 1.30 | |||
V | 2163±10 | 3653 | 1.63 | 3.7 | ||
Nb | 2741±10 | 5015 | 1.60 | 4.8 | ||
Ta | 3269 | 5698±100 | 1.50 | 7 | 6.2 | 6.5 |
Cr | 2130±20 | 2945 | 1.66 | 9 | 7.3 | 8.3 |
Mo | 2883 | 5833 | 2.16 | 6 | 20.0 | 17.5 |
W | 3683±20 | 5933 | 2.36 | 7 | 17.5 | 23.8 |
Mn | 1517±3 | 2235 | 1.55 | 6 | ||
Tc | 2445 | 5150 | 1.90 | |||
Re | 3453 | 5900 | 1.90 | 4.6 | ||
Fe | 1808 | 3023 | 1.83 | 4.5 | 9.8 | 9.5 |
Co | 1768 | 3143 | 1.88 | 5.5 | 9.9 | 8.3 |
Ni | 1728 | 3003 | 1.91 | 4 | 13.9 | 7.0 |
Ru | 2583 | 4173 | 2.20 | 6.5 | 9.6 | |
Rh | 2239±3 | 4000±100 | 2.28 | 19.4 | 10.6 | |
Pd | 1827 | 3243 | 2.20 | 4.8 | 9.6 | 8.1 |
Os | 2973 | >5573 | 2.20 | 7 | 10.8 | |
Ir | 2683 | 4403 | 2.20 | 6.5 | 15.7 | 7.1 |
Pt | 2045 | 4100±100 | 2.28 | 4.5 | 9.7 | 8.3 |
二、大部分过渡金属的电极电势为负值(见表21-8),即还原能力较强。例如第一过渡系元素一般都能从非氧化性酸中置换出氢。
三、除少数例外,它们都存在多种氧化态。它们的水合离子和酸根离子常呈现一定的颜色。
四、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。
五、它们的原子或离子形成配合物的倾向都较大。
以上这些性质都和它们的电子层结构有关。