过渡金属(第3–12族)
过渡金属是d区元素,即位于元素周期表中部的第3至12族元素。本站列出了其中的34种:从钪到锌、从钇到镉、从铪到汞,以及从𬬻到𬭶。它们包括铁、铜、银、金和铂。
它们的位置:d区
在这些金属中,电子填入内层的d亚层,而最外层的s轨道通常容纳两个电子,如铁([Ar] 3d⁶ 4s²)。铬([Ar] 3d⁵ 4s¹)和铜([Ar] 3d¹⁰ 4s¹)是例外,因为半充满和全充满的d亚层特别稳定。形成离子时,这些金属首先失去s电子,所以Fe²⁺是[Ar] 3d⁶。
本站把镧、镥、锕和铹与镧系和锕系元素放在一起显示。锌、镉和汞在常见化合物中保持全充满的d亚层,因此一些化学家把它们排除在外,但大多数元素周期表都包括它们。
典型性质
大多数过渡金属坚硬、致密、有光泽,熔点很高。钨的熔点是所有金属中最高的,为3422 °C,锇是迄今测得最致密的元素,密度为22.59 g/cm³,而汞是在−39 °C熔化的液体。由于它们的d电子能参与成键,大多数过渡金属有多种氧化态:铁形成Fe²⁺和Fe³⁺,锰在高锰酸根离子MnO₄⁻中达到+7。它们的化合物常常有颜色,如蓝色的硫酸铜(II),铁、钴和镍则具有铁磁性。
递变趋势与典型反应
递变趋势比主族平缓,因为增加的电子进入内层亚层,原子大小在同一周期内变化很小。镧系收缩使第6周期的金属与第5周期的金属大小几乎相同,所以锆和铪很难分离。
较活泼的金属可以从溶液中置换出较不活泼的金属:Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu。锌能与稀酸反应(Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂),但铜、银和金不能。许多过渡金属是催化剂:铁加快合成氨的哈伯法,铂、钯和铑则在催化转化器中净化汽车尾气。
日常用途
铁(主要以钢的形式)是使用最广泛的金属,加入铬和镍可使它不生锈。铜在电线中输送电力,钛用于飞机和髋关节置换,锌保护钢不生锈,金、银和铂则用于首饰和电子产品。
𬬻到𬭶具有放射性,一次只制得几个原子。鿏到鿔(109–112)预计也是过渡金属,但它们的性质尚未测定,所以本站把它们列为未知。
本族中的元素
| 21 | 钪 | Sc | 44.956 | [Ar] 3d1 4s2 | +3 | 固态 |
| 22 | 钛 | Ti | 47.867 | [Ar] 3d2 4s2 | +2, +3, +4 | 固态 |
| 23 | 钒 | V | 50.942 | [Ar] 3d3 4s2 | +2, +3, +4, +5 | 固态 |
| 24 | 铬 | Cr | 51.996 | [Ar] 3d5 4s1 | +2, +3, +6 | 固态 |
| 25 | 锰 | Mn | 54.938 | [Ar] 3d5 4s2 | +2, +3, +4, +7 | 固态 |
| 26 | 铁 | Fe | 55.845 | [Ar] 3d6 4s2 | +2, +3 | 固态 |
| 27 | 钴 | Co | 58.933 | [Ar] 3d7 4s2 | +2, +3 | 固态 |
| 28 | 镍 | Ni | 58.693 | [Ar] 3d8 4s2 | +2, +3 | 固态 |
| 29 | 铜 | Cu | 63.546 | [Ar] 3d10 4s1 | +1, +2 | 固态 |
| 30 | 锌 | Zn | 65.38 | [Ar] 3d10 4s2 | +2 | 固态 |
| 39 | 钇 | Y | 88.906 | [Kr] 4d1 5s2 | +3 | 固态 |
| 40 | 锆 | Zr | 91.224 | [Kr] 4d2 5s2 | +4 | 固态 |
| 41 | 铌 | Nb | 92.906 | [Kr] 4d4 5s1 | +3, +5 | 固态 |
| 42 | 钼 | Mo | 95.95 | [Kr] 4d5 5s1 | +6 | 固态 |
| 43 | 锝 | Tc | 98 | [Kr] 4d5 5s2 | +4, +6, +7 | 固态 |
| 44 | 钌 | Ru | 101.07 | [Kr] 4d7 5s1 | +3 | 固态 |
| 45 | 铑 | Rh | 102.91 | [Kr] 4d8 5s1 | +3 | 固态 |
| 46 | 钯 | Pd | 106.42 | [Kr] 4d10 | +2, +3 | 固态 |
| 47 | 银 | Ag | 107.87 | [Kr] 4d10 5s1 | +1 | 固态 |
| 48 | 镉 | Cd | 112.41 | [Kr] 4d10 5s2 | +2 | 固态 |
| 72 | 铪 | Hf | 178.49 | [Xe] 4f14 5d2 6s2 | +4 | 固态 |
| 73 | 钽 | Ta | 180.95 | [Xe] 4f14 5d3 6s2 | +5 | 固态 |
| 74 | 钨 | W | 183.84 | [Xe] 4f14 5d4 6s2 | +6 | 固态 |
| 75 | 铼 | Re | 186.21 | [Xe] 4f14 5d5 6s2 | +4, +6, +7 | 固态 |
| 76 | 锇 | Os | 190.23 | [Xe] 4f14 5d6 6s2 | +3, +4 | 固态 |
| 77 | 铱 | Ir | 192.22 | [Xe] 4f14 5d7 6s2 | +3, +4 | 固态 |
| 78 | 铂 | Pt | 195.08 | [Xe] 4f14 5d9 6s1 | +2, +4 | 固态 |
| 79 | 金 | Au | 196.97 | [Xe] 4f14 5d10 6s1 | +1, +3 | 固态 |
| 80 | 汞 | Hg | 200.59 | [Xe] 4f14 5d10 6s2 | +1, +2 | 液态 |
| 104 | 𬬻 | Rf | 267 | [Rn] 5f14 6d2 7s2 | +4 | 未知 |
| 105 | 𬭊 | Db | 268 | [Rn] 5f14 6d3 7s2 | +3, +4, +5 | 未知 |
| 106 | 𬭳 | Sg | 269 | [Rn] 5f14 6d4 7s2 | +3, +4, +5, +6 | 未知 |
| 107 | 𬭛 | Bh | 270 | [Rn] 5f14 6d5 7s2 | +3, +4, +5, +7 | 未知 |
| 108 | 𬭶 | Hs | 277 | [Rn] 5f14 6d6 7s2 | +2, +3, +4, +5, +6, +8 | 未知 |