Переходные металлы (3–12-я группы)

Где они находятся: d-блок

В этих металлах электроны заполняют внутренний d-подуровень, а на внешней s-орбитали обычно находятся два электрона, как у железа ([Ar] 3d⁶ 4s²). Хром ([Ar] 3d⁵ 4s¹) и медь ([Ar] 3d¹⁰ 4s¹) — исключения, потому что наполовину заполненный и полностью заполненный d-подуровни особенно устойчивы. При образовании ионов металлы теряют сначала s-электроны, поэтому Fe²⁺ имеет конфигурацию [Ar] 3d⁶.

На этом сайте лантан, лютеций, актиний и лоуренсий показаны вместе с лантаноидами и актиноидами. Цинк, кадмий и ртуть сохраняют заполненный d-подуровень в своих обычных соединениях, поэтому некоторые химики их исключают, но в большинстве периодических таблиц они включены.

Типичные свойства

Большинство переходных металлов твёрдые, плотные и блестящие, с высокими температурами плавления. У вольфрама самая высокая температура плавления среди всех металлов, 3422 °C, а осмий — самый плотный из когда-либо измеренных элементов, 22,59 г/см³, тогда как ртуть — жидкость, плавящаяся при −39 °C. Поскольку их d-электроны могут участвовать в образовании связей, у большинства несколько степеней окисления: железо образует Fe²⁺ и Fe³⁺, а марганец достигает +7 в перманганат-ионе MnO₄⁻. Их соединения часто окрашены, как синий сульфат меди(II), а железо, кобальт и никель ферромагнитны.

Закономерности и типичные реакции

Закономерности выражены слабее, чем в главных группах, потому что дополнительные электроны попадают на внутренний подуровень, и размер атомов вдоль периода меняется мало. Лантаноидное сжатие делает металлы 6-го периода почти такими же по размеру, как металлы 5-го, поэтому цирконий и гафний трудно разделить.

Более активный металл вытесняет менее активный из раствора: Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu. Цинк реагирует с разбавленными кислотами (Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂), а медь, серебро и золото — нет. Многие переходные металлы — катализаторы: железо ускоряет процесс Габера для получения аммиака, а платина, палладий и родий очищают автомобильные выхлопы в каталитических нейтрализаторах.

Применение в повседневной жизни

Железо, главным образом в виде стали, — самый широко используемый металл, а хром и никель делают его нержавеющим. Медь проводит электричество в проводах, титан применяют в самолётах и протезах тазобедренных суставов, цинк защищает сталь от ржавчины, а золото, серебро и платина идут на украшения и в электронику.

Резерфордий — хассий радиоактивны и получены лишь по нескольку атомов за раз. Мейтнерий — коперниций (109–112), как ожидается, тоже переходные металлы, но их свойства не измерены, поэтому на этом сайте они указаны как неизвестные.