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。

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。

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。