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过渡金属元素通性

2018/06/19246 作者:佚名
导读: 物理性质 六方紧堆、面心立方紧堆、体心立方晶格,金属光泽,强度高、延展性好、加工性能好、导热电性高、密度、硬度大、熔沸点高(表21-6 ) 。金属的密度自左向右增大,到铜族前后,出现密度减小现象。从上到下,原子半径增大,第3过渡系金属密度特别大,重铂金属的密度最大。除s电子外,次外层d电子也可作价电子参加金属键形成,形成较强金属键。在各过渡系列,铬族金属的熔点最高,硬度也很大。熔点

物理性质

六方紧堆、面心立方紧堆、体心立方晶格,金属光泽,强度高、延展性好、加工性能好、导热电性高、密度、硬度大、熔沸点高(表21-6 ) 。

金属的密度自左向右增大,到铜族前后,出现密度减小现象。从上到下,原子半径增大,第3过渡系金属密度特别大,重铂金属的密度最大。

除s电子外,次外层d电子也可作价电子参加金属键形成,形成较强金属键。在各过渡系列,铬族金属的熔点最高,硬度也很大。

熔点、沸点高 熔点最高的单质:钨(W)

硬度大 硬度最大的金属:铬(Cr)

密度大 密度最大的单质:锇(Os)

原子半径

由于过渡金属的d轨道未饱和,对核电荷的屏蔽能力较差,各周期自左向右有效核电荷依次增大,半径依次减小。由于d结构有较大屏蔽作用,到铜族元素前后出现原子半径增大现象 。

熔点变化过渡金属元素图片

电离势

过渡金属的电离势随离子电荷增加没有发生突变而只是逐渐增大,且(n-1)d与ns电子能量很接近,都能起价电子作用,表现多种氧化态。

第三过渡系金属第一电离势比其他两个过渡系金属高(图21-14)。镧系收缩,第二、三过渡系同族元素原子半径很接近。4f电子屏蔽作用较弱,6s电子的钻穿效应增强,表现"惰性电子对效应",6s电子较难电离。

过渡金属元素电离势

同周期 左®右 小®大

同副族 没规律

氧化态及稳定性

1. 过渡金属的氧化态及其稳定性

氧化态由+2到与族数相同的最高氧化态。同周期从左向右,氧化态先是逐渐升高,但第4周期在锰以后,第5周期在钌以后,第6周期在饿以后,氧化态又逐渐降低,最后与IB铜族元素的低氧化态相同。

影响氧化态稳定性的因素包括生成焓ΔfH˚、电离势和配位体等。

稳定性

2. 各氧化态在水溶液中的相对稳定性及其变化规律

第一过渡系元素比第二过渡系显示较强金属活泼性,容易出现低氧化态,ψ˚M+/M均为负值。随着原子序数的递增,第一过渡系金属活泼性逐渐减弱。各元素最稳定氧化态是+2,或+3。

第二、三过渡系元素的氧化态-吉布斯自由能图相似,与第一过渡系元素有差别,归因于镧系收缩。第二、三过渡系元素的金属活泼性较差,不易被氧化,ψ˚M+/M一般为正值。随原子序数递增,金属活泼性递减。

同一过渡系列元素最高氧化态含氧酸ψ˚随原子序数递增而增大,即氧化性随原子序数递增而增强。这与同周期主族元素的情况相似。

同族过渡元素最高氧化态含氧酸ψ˚随周期数增加而略有下降。它们的氧化性随周期数的增加逐渐减弱,趋向于稳定。

磁性

物质磁性起源于物质内部电子和核子的运动。成单d电子的自旋运动使其具有顺磁性。不具有成单电子的物质反磁性。

电子磁性,主要是由成单电子自旋运动和绕核的轨道运动所产生。第一过渡金属配合物,磁矩主要由电子自旋贡献。

n=1,μs = 1.73B.M.;n=2,μs = 2.83B.M.;

n=3,μs = 3.87B.M.;n=4,μs = 4.90B.M.

颜色

过渡金属的颜色产生于d-d跃迁和电荷跃迁。d的过渡金属化合物主要发生d-d跃迁,d电子组态的过渡金属化合物主要发生电荷跃迁。

Mn (Ⅱ) Fe(Ⅱ) Co(Ⅱ) Ni(Ⅱ) Cu(Ⅱ) Zn(Ⅱ)

颜色

配位效应的影响

离子半径:在配合物中,由于配体场效应影响,离子半径随d电子数变化不规则,实际得到的是一条很不规则的曲线(图21-19中的实线)。

水合热:同一过渡系的金属离子水合热,出现"两巅峰"实验曲线(八面体) (图21-20中的实线) 。可用晶体场理论解释。

金属-金属键

过渡金属之间有形成同核或异核金属-金属键的显著倾向。如Mn2(CO)10(图21-21)。金属-金属键有可能是重键。

形成金属-金属键的最重要的条件是金属须呈低氧化态。含有两个以上彼此以共价键合的金属原子的化合物称为金属簇化合物。在多核金属簇合物中,分子轨道上的电子云属于整个簇。随着金属原子集团的增大,非定域化程度增加。

*文章为作者独立观点,不代表造价通立场,除来源是“造价通”外。
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