因为过渡元素除最外层的s电子可以作为价电子外,次外层d电子也可部分或全部作为价电子参加成键,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,其它元素无Ⅷ氧化态),这种氧化态的表现以第一过渡系最为典型。(见表21-4)
表21-4 第一过渡系元素的常见氧化态
元素 | Sc | Ti | V | Cr | Mn | Fe | Co | Ni |
氧化态 |
+Ⅲ
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+Ⅱ +Ⅲ +Ⅳ
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+Ⅱ +Ⅲ +Ⅳ +Ⅴ
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+Ⅱ +Ⅲ
+Ⅵ
|
+Ⅱ +Ⅲ +Ⅳ
+Ⅵ +Ⅶ |
+Ⅱ +Ⅲ
+Ⅵ
|
+Ⅱ +Ⅲ
|
+Ⅱ +Ⅲ
|
(划横线的表示常见的氧化态)
由上表可看出随原子序数的增加,氧化态先是逐渐升高,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。因此高氧化态逐渐不稳定(呈现强氧化性),随后氧化态又逐渐降低。
第二、三过渡系元素氧化态的表现如表21-5所示。
这两个过渡系元素的氧化态从左到右的变化趋势与第一过渡系元素是一致的。不同的只是在于这两列元素的最高氧化态表现稳定,而低氧化态化合物并不常见。
表21-5 第二、三过渡系元素的常见氧化态
元素 | Y | Zr | Nb | Mo | Tc | Ru | Rh | Pd |
氧化态 |
+Ⅲ
|
+Ⅱ +Ⅲ +Ⅳ
|
+Ⅱ +Ⅲ +Ⅳ +Ⅴ
|
+Ⅱ +Ⅲ +Ⅳ +Ⅴ +Ⅵ
|
+Ⅱ +Ⅲ +Ⅳ +Ⅴ +Ⅵ +Ⅶ
|
+Ⅱ +Ⅲ +Ⅳ +Ⅴ +Ⅵ +Ⅶ +Ⅷ |
+Ⅱ +Ⅲ +Ⅳ +Ⅴ +Ⅵ
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+Ⅱ +Ⅲ +Ⅳ
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元素 | La | Hf | Ta | W | Re | Os | Ir | Pt |
氧化态 | +Ⅲ
|
+Ⅲ +Ⅳ
|
+Ⅱ +Ⅲ +Ⅳ +Ⅴ
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+Ⅱ +Ⅲ +Ⅳ +Ⅴ +Ⅵ
|
+Ⅲ +Ⅳ +Ⅴ +Ⅵ +Ⅶ |
+Ⅱ +Ⅲ +Ⅳ +Ⅴ +Ⅵ
+Ⅷ |
+Ⅱ +Ⅲ +Ⅳ +Ⅴ +Ⅵ
|
+Ⅱ +Ⅲ +Ⅳ +Ⅴ +Ⅵ
|
综上所述,过渡元素的氧化态表现有一定的规律性,即同一周期从左到右,氧化态首先逐渐升高,随后又逐渐降低。同一族中从上向下高氧化态趋向于比较稳定。这和主族元素不同。因为主族元素价电子层的ns电子从上到下表现为惰性电子对而不易参加成键的趋势增强,所以主族元素的氧化态表现为从上到下低氧化态趋于稳定。