在元素周期表中,從ⅢB到ⅡB族共有10個(gè)縱行,加上鑭系和錒系共有60多種元素(原107種元索中有63種),它們處于前后兩部分主族元素的中間位置,人們習(xí)慣地稱(chēng)之為過(guò)渡元素。過(guò)渡元素都是金屬,故又稱(chēng)為過(guò)渡金屬。
過(guò)渡金屬的特點(diǎn)一、過(guò)渡金屬的原子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
與主族元素相比,過(guò)渡金屬的原子結(jié)構(gòu)具有兩個(gè)特點(diǎn),一是原子的最外層電子不超過(guò)2個(gè)(多數(shù)是2,少數(shù)是1),二是過(guò)渡金屬原子的次外層或者倒數(shù)第3層的電子未充滿(mǎn),屬于不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。同一縱行(列)中,元素原子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有類(lèi)似于主族的相似性和遞變性。
二、過(guò)渡金屬的性質(zhì)特點(diǎn)
1、過(guò)渡金屬的單質(zhì)中,大多數(shù)密度較大,例如金屬鉑的密度21.45g·cm-3,大約是鋁的8倍,熔點(diǎn)、沸點(diǎn)較高,例如鎢的熔點(diǎn)達(dá)3410℃。
此外,過(guò)渡金屬往往有較大的硬度、較好的延展性、較強(qiáng)的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性和耐腐蝕性。例如金有優(yōu)異的延展性(1g金可以拉成3km長(zhǎng)的細(xì)絲)。銅、銀具有良好的導(dǎo)電性,鉑、鈦、鉻、鎳具有良好的耐腐蝕性。
2、過(guò)渡金屬常存在可變化合價(jià),這主要是由于它們的內(nèi)層電子可以部分失去引起的。例如Fe有+2、+3價(jià),銅有+1、+2價(jià),Cr有+2、+3、+6價(jià),Mn從+2到+7各價(jià)態(tài)都有。
3、過(guò)渡金屬化合物往往有顏色。例如水合離子的顏色:
Cu2+——藍(lán)色;
Fe2+——淺綠色;
Fe3+——棕黃色;
Ti3+——紫色;
V3+——綠色;
Mn2+——粉紅色;
Co2+——桃紅色;
MnO4-——紫紅色;
Cr2O7-——橙色等。
4、很多過(guò)渡金屬能形成絡(luò)合物。如Cu2+溶液中加人過(guò)量氨水生成深藍(lán)色的[Cu(NH3)4]2+,Ag+溶液中加人過(guò)量氨水生成[Ag(NH3)2]+,F(xiàn)e3+在溶液中遇到SCN-生成血紅色的[Fe(SCN)]2+,大家熟悉的CuSO4·5H2O其實(shí)也是一種絡(luò)合物,其組成結(jié)構(gòu)應(yīng)該寫(xiě)成[Cu(H2O)4]SO4·H2O。
三、過(guò)渡金屬的用途特點(diǎn)
過(guò)渡金屬在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科技、國(guó)防上都有著重要用途,它們?cè)趪?guó)民經(jīng)濟(jì)中起著舉足輕重的作用。
鐵——國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ),用量最大的金屬,重工業(yè)生產(chǎn)的最重要原料。
銅、銀——導(dǎo)電性能優(yōu)越,用于電器工業(yè)。
金、銀、鉑、鈀——現(xiàn)代電子工業(yè)的重要原料。
鈦——制造飛機(jī)、火箭、艦艇,是航海、航空、航天工業(yè)的重要原料。
鉻、錳、鎳、鉆、鋅——制造導(dǎo)彈、坦克、槍、炮、穿甲彈,是兵器的重要支柱。
鈾——原子武器、原子能工業(yè)的最重要原料。
鉑、鎳、釩、鈦——用于化學(xué)工業(yè)中制造各種性能優(yōu)良的催化劑。
我國(guó)的過(guò)渡金屬種類(lèi)齊全,儲(chǔ)量豐富,鎢、鋁、錳、釩、鈦等儲(chǔ)量居世界前列,這為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和現(xiàn)代化建設(shè)提供了強(qiáng)有力的資源保證。隨著不斷地研究和開(kāi)發(fā),過(guò)渡金屬在我國(guó)的各種生產(chǎn)、生活領(lǐng)域中發(fā)揮著越來(lái)越重大的作用。
過(guò)渡金屬由于具有未充滿(mǎn)的價(jià)層d軌道,基于十八電子規(guī)則,性質(zhì)與其他元素有明顯差別。由于這一區(qū)很多元素的電子構(gòu)型中都有不少單電子(錳這一族尤為突出,d5構(gòu)型),較容易失去,所以這些金屬都有可變價(jià)態(tài),有的(如鐵)還有多種穩(wěn)定存在的金屬離子。
過(guò)渡金屬最高可以顯+7(錳)、+8(鋨)氧化態(tài),前者由于單電子的存在,后者由于能級(jí)太高,價(jià)電子結(jié)合的較為松散。高氧化態(tài)存在于金屬的酸根或?;?如:VO43-釩酸根,VO22+釩酰基)。
對(duì)于第一過(guò)渡系,高氧化態(tài)經(jīng)常是強(qiáng)氧化劑,并且它們都能形成有還原性的二價(jià)金屬離子。對(duì)于二、三過(guò)渡系,由于原子半徑大、價(jià)電子能量高的原因,低氧化態(tài)很難形成,其高氧化態(tài)也沒(méi)有氧化性。同一族的二、三過(guò)渡系元素具有相仿的原子半徑和相同的性質(zhì),這是由于鑭系收縮造成的。
由于空的d軌道的存在,過(guò)渡金屬很容易形成配合物。金屬元素采用雜化軌道接受電子以達(dá)到16或18電子的穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)配合物需要價(jià)層d軌道參與雜化時(shí),d軌道上的電子就會(huì)發(fā)生重排,有些元素重排后可以使電子完全成對(duì),這類(lèi)物質(zhì)稱(chēng)為反磁性物質(zhì)。相反,當(dāng)價(jià)層d軌道不需要重排,或重排后還有單電子時(shí),生成的配合物就是順磁性的。反磁性的物質(zhì)沒(méi)有顏色,而順磁性的物質(zhì)有顏色,其顏色因物質(zhì)而異,甚至兩種異構(gòu)體的顏色都是不同的。一些金屬離子的顏色也是有單電子的緣故。
大多數(shù)過(guò)渡金屬都是以氧化物或硫化物的形式存在于地殼中,只有金、銀等幾種單質(zhì)可以穩(wěn)定存在。最典型的過(guò)渡金屬是4-10族。銅一族能形成配合物,但由于d10構(gòu)型太穩(wěn)定,最高價(jià)只能達(dá)到+3??拷髯宓南⊥两饘僦挥泻苌倏勺儍r(jià)態(tài)。12族元素只有汞有可變價(jià)態(tài),鋅基本上就是主族金屬。由于性質(zhì)上的差異,有時(shí)銅、鋅兩族元素并不看作是過(guò)渡金屬,這時(shí)銅鋅兩族合稱(chēng)ds區(qū)元素。
過(guò)渡金屬成色原因一般來(lái)說(shuō),未成對(duì)的電子相對(duì)于成對(duì)電子更容易吸收能量發(fā)生躍遷,因此我們遇到的大多數(shù)有色物質(zhì)都是含有未成對(duì)電子的,如Fe3+,Cu2+等。另一方面,由于有相當(dāng)一部分物質(zhì)的電子躍遷所產(chǎn)生的電磁波在可見(jiàn)光范圍之外,因此往往表現(xiàn)為無(wú)色透明或是白色。而我們注意到過(guò)渡金屬離子具有豐富的顏色,因?yàn)樗鼈冋猛瑫r(shí)符合上述兩個(gè)條件:
含有未成對(duì)的電子d電子軌道能級(jí)分裂后的軌道間能量差正好落在可見(jiàn)光能量范圍之內(nèi)常見(jiàn)的過(guò)渡金屬離子往往以配合物的形式存在,水合物、氨合物、氰合物等等。它們?cè)谛纬膳浜衔锏倪^(guò)程中常常伴隨著d軌道能級(jí)分裂,這與配合物的構(gòu)型、配體本身的性質(zhì)有關(guān)。
d電子本來(lái)有五個(gè)能量相等的軌道:dxy、dyz、dzx、dx2-y2、dz2。其中前三個(gè)與坐標(biāo)軸成45度夾角,dx2-y2在x-y平面上并與坐標(biāo)軸方向一致,dz2成帶環(huán)啞鈴狀,延z軸延伸。
這五種軌道在形成配合物的過(guò)程中會(huì)不同程度的受到配體的影響與限制。例如:考慮配位數(shù)為6的八面體配位構(gòu)型水合物,由于配體正好位于中心離子的三個(gè)坐標(biāo)軸方向上,即與x2-y2dz2的延展方向相沖突,那么中心離子的這兩個(gè)d軌道受到配體負(fù)電荷的斥力,能量升高明顯;而另外3個(gè)d軌道方向與配體相錯(cuò)開(kāi),能量變化相對(duì)dx2-y2、dz2要小得多。
于是中心離子的d軌道就能級(jí)分裂為兩組:相對(duì)高能的dx2-y2、dz2,和相對(duì)低能的dxy、dyz、dzx,而他們的能量差(約在1.99·10-19J和5.96·10-19J之間)能夠部分落在可見(jiàn)光范圍(5.5·10-19和3.0·10-19之間)內(nèi)。d電子很容易在這兩組軌道間躍遷,而產(chǎn)生人眼能感覺(jué)到的色光。
常見(jiàn)的過(guò)渡金屬離子顏色產(chǎn)生差異的原因有以下幾種:
1、金屬原子種類(lèi)不同;
2、金屬原子種類(lèi)相同而價(jià)態(tài)不同;
3、金屬離子的配體不同;
4、金屬離子的配位方式不同;
5、形成金屬-金屬鍵。
2018-08-22 14:27:17 2693 http://www.yiqi.com/citiao/detail_1280.html 熱門(mén)標(biāo)簽: