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

过渡金属
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

全部 18 个族

其他元素族