过渡金属

在元素周期表中，从ⅢB到ⅡB族共有10个纵行，加上镧系和锕系共有60多种元素(原107种元索中有63种)，它们处于前后两部分主族元素的中间位置，人们习惯地称之为过渡元素。过渡元素都是金属，故又称为过渡金属。

一、过渡金属的原子结构特点

与主族元素相比，过渡金属的原子结构具有两个特点，一是原子的最外层电子不超过2个(多数是2，少数是1)，二是过渡金属原子的次外层或者倒数第3层的电子未充满，属于不稳定结构。同一纵行(列)中，元素原子的结构特点有类似于主族的相似性和递变性。

二、过渡金属的性质特点

1、过渡金属的单质中，大多数密度较大，例如金属铂的密度21.45g·cm-3，大约是铝的8倍，熔点、沸点较高，例如钨的熔点达3410℃。

此外，过渡金属往往有较大的硬度、较好的延展性、较强的导电、导热性和耐腐蚀性。例如金有优异的延展性(1g金可以拉成3km长的细丝)。铜、银具有良好的导电性，铂、钛、铬、镍具有良好的耐腐蚀性。

2、过渡金属常存在可变化合价，这主要是由于它们的内层电子可以部分失去引起的。例如Fe有+2、+3价，铜有+1、+2价，Cr有+2、+3、+6价，Mn从+2到+7各价态都有。

3、过渡金属化合物往往有颜色。例如水合离子的颜色:

Cu2+——蓝色;

Fe2+——浅绿色;

Fe3+——棕黄色;

Ti3+——紫色;

V3+——绿色;

Mn2+——粉红色;

Co2+——桃红色;

MnO4-——紫红色;

Cr2O7-——橙色等。

4、很多过渡金属能形成络合物。如Cu2+溶液中加人过量氨水生成深蓝色的[Cu(NH3)4]2+，Ag+溶液中加人过量氨水生成[Ag(NH3)2]+，Fe3+在溶液中遇到SCN-生成血红色的[Fe(SCN)]2+，大家熟悉的CuSO4·5H2O其实也是一种络合物，其组成结构应该写成[Cu(H2O)4]SO4·H2O。

三、过渡金属的用途特点

过渡金属在工农业生产、科技、国防上都有着重要用途，它们在国民经济中起着举足轻重的作用。

铁——国民经济的基础，用量最大的金属，重工业生产的最重要原料。

铜、银——导电性能优越，用于电器工业。

金、银、铂、钯——现代电子工业的重要原料。

钛——制造飞机、火箭、舰艇，是航海、航空、航天工业的重要原料。

铬、锰、镍、钻、锌——制造导弹、坦克、枪、炮、穿甲弹，是兵器的重要支柱。

铀——原子武器、原子能工业的最重要原料。

铂、镍、钒、钛——用于化学工业中制造各种性能优良的催化剂。

我国的过渡金属种类齐全，储量丰富，钨、铝、锰、钒、钛等储量居世界前列，这为我国国民经济的发展和现代化建设提供了强有力的资源保证。随着不断地研究和开发，过渡金属在我国的各种生产、生活领域中发挥着越来越重大的作用。

过渡金属由于具有未充满的价层d轨道，基于十八电子规则，性质与其他元素有明显差别。由于这一区很多元素的电子构型中都有不少单电子(锰这一族尤为突出，d5构型)，较容易失去，所以这些金属都有可变价态，有的(如铁)还有多种稳定存在的金属离子。

过渡金属最高可以显+7(锰)、+8(锇)氧化态，前者由于单电子的存在，后者由于能级太高，价电子结合的较为松散。高氧化态存在于金属的酸根或酰基中(如：VO43-钒酸根，VO22+钒酰基)。

对于第一过渡系，高氧化态经常是强氧化剂，并且它们都能形成有还原性的二价金属离子。对于二、三过渡系，由于原子半径大、价电子能量高的原因，低氧化态很难形成，其高氧化态也没有氧化性。同一族的二、三过渡系元素具有相仿的原子半径和相同的性质，这是由于镧系收缩造成的。

由于空的d轨道的存在，过渡金属很容易形成配合物。金属元素采用杂化轨道接受电子以达到16或18电子的稳定状态。当配合物需要价层d轨道参与杂化时，d轨道上的电子就会发生重排，有些元素重排后可以使电子完全成对，这类物质称为反磁性物质。相反，当价层d轨道不需要重排，或重排后还有单电子时，生成的配合物就是顺磁性的。反磁性的物质没有颜色，而顺磁性的物质有颜色，其颜色因物质而异，甚至两种异构体的颜色都是不同的。一些金属离子的颜色也是有单电子的缘故。

大多数过渡金属都是以氧化物或硫化物的形式存在于地壳中，只有金、银等几种单质可以稳定存在。最典型的过渡金属是4-10族。铜一族能形成配合物，但由于d10构型太稳定，最高价只能达到+3。靠近主族的稀土金属只有很少可变价态。12族元素只有汞有可变价态，锌基本上就是主族金属。由于性质上的差异，有时铜、锌两族元素并不看作是过渡金属，这时铜锌两族合称ds区元素。

一般来说，未成对的电子相对于成对电子更容易吸收能量发生跃迁，因此我们遇到的大多数有色物质都是含有未成对电子的，如Fe3+，Cu2+等。另一方面，由于有相当一部分物质的电子跃迁所产生的电磁波在可见光范围之外，因此往往表现为无色透明或是白色。而我们注意到过渡金属离子具有丰富的颜色，因为它们正好同时符合上述两个条件：

含有未成对的电子d电子轨道能级分裂后的轨道间能量差正好落在可见光能量范围之内常见的过渡金属离子往往以配合物的形式存在，水合物、氨合物、氰合物等等。它们在形成配合物的过程中常常伴随着d轨道能级分裂，这与配合物的构型、配体本身的性质有关。

d电子本来有五个能量相等的轨道：dxy、dyz、dzx、dx2-y2、dz2。其中前三个与坐标轴成45度夹角，dx2-y2在x-y平面上并与坐标轴方向一致，dz2成带环哑铃状，延z轴延伸。

这五种轨道在形成配合物的过程中会不同程度的受到配体的影响与限制。例如：考虑配位数为6的八面体配位构型水合物，由于配体正好位于中心离子的三个坐标轴方向上，即与x2-y2dz2的延展方向相冲突，那么中心离子的这两个d轨道受到配体负电荷的斥力，能量升高明显;而另外3个d轨道方向与配体相错开，能量变化相对dx2-y2、dz2要小得多。

于是中心离子的d轨道就能级分裂为两组：相对高能的dx2-y2、dz2，和相对低能的dxy、dyz、dzx，而他们的能量差(约在1.99·10-19J和5.96·10-19J之间)能够部分落在可见光范围(5.5·10-19和3.0·10-19之间)内。d电子很容易在这两组轨道间跃迁，而产生人眼能感觉到的色光。

常见的过渡金属离子颜色产生差异的原因有以下几种：

1、金属原子种类不同;

2、金属原子种类相同而价态不同;

3、金属离子的配体不同;

4、金属离子的配位方式不同;

5、形成金属-金属键。