基本信息
同周期d區元素金屬性遞變不明顯,通常按不同周期將過渡元素分為三個過渡系:
第一過渡系:第四周期元素從鈧(Sc)到鋅Zn;
第二過渡系:第五周期元素從釔(Y)到鎘(Cd);
第三過渡系:第六周期元素從鑥(Lu)到汞(Hg)。
d區元素在自然界中儲量以第一過渡係為較多,它們的單質和化合物在工業上的用途也較廣泛。
ds區是d區元素的一部分,ds區元素是指元素周期表中ⅠB、ⅡB兩族元素,包括銅、銀、金、鋅、鎘、汞6種自然形成金屬元素和Rg、Uub2種人工合成元素。ds區的名稱是因為它們的電子構型都是ds(ⅠB)或ds(ⅡB)。ds區元素都是過渡金屬。但由於它們d層是滿的,所以體現性質與其他過渡金屬有所不同,比如說最高的氧化態只能達到+3 。
價電子層構型
(n-1)d^(1~10)ns^(1~2)
原子半徑
第一電離能
物理性質
d區元素的物理性質非常相似。由於外層s電子和d電子都參與形成金屬鍵。所以它們的金屬晶格能比價高。原子堆積緊密。
1、熔點高 熔點最高的單質:鎢(W)(3380℃)
2、硬度大 硬度最大的金屬:鉻(Cr)(Moh硬度為9)
3、密度大 密度最大的單質:鋨(Os)
4、導電性,導熱性,延展性好d區元素
通性
一、都是金屬,密度較大,硬度、熔 點、沸點較高(如鉻是最硬的金屬,鎢是最 難熔的金屬),有良好的導熱、導電性(如 銀、銅),較好的延展性、機械加工性和抗腐 蝕性(如金、銀),彼此間以及與非過渡金屬 組成具有多種特性的合金。
二、一般都可從 稀酸中置換氫,除ⅢB外其他各族元素自 上而下活潑性依次減弱。ⅢB和Ⅷ族元素 能與活潑非金屬(鹵素、氧等)直接反應,與氫形 成金屬型氫化物。
三、同一周期元素的氧化物及 氫氧化物(或水合氧化物)的鹼性從左到右逐漸 減弱,高氧化態時表現為從鹼性到酸性(如 ScO為鹼性氧化物,TiO為兩性氧化物, CrO是酸酐,MnO在水溶液中是強酸)。在 同一族中各元素氧化態相同時自上而下酸性減 弱,鹼性漸強。同一元素在高氧化態時酸性較 強,隨著氧化態降低酸性減弱(或鹼性增強)。
四、水合離子有顏色。
五、容易形成配合 物。
特點
從物理性質來看,過渡元素它們幾乎都具有熔點高、導熱導電性能好、硬度和密度大等特徵。這些特徵在工業上得到了很好的套用。如鎢和鉬不僅具有很好的機械性能,而且彼此之間易形成合金,是化學工業中不可多得的材料來源;從化學性質來看,大多數元素能夠形成穩定的化合物,而工業催化所使用的催化劑多部分來自於過渡元素及其化合物;從過渡元素的電子結構來看,由於次外層的d軌道中的電子部分充滿,使得次外層的軌道可能參與成鍵,因此,過渡元素一般可呈現出多種氧化態且大多數易形成配位化合物。
套用
過渡元素在現代工農業生產和科技發展方 面有重要用途。銅有良好導電性,大量用作電 線電纜,世界上銅產量的一半以上用於電力和 電信工業。金箔對紅外線的反射率高達 98.3%,用於紅外線探測儀和反飛彈技術。銀 鋅電池供電量比普通電池大20倍,體積小(3 公斤重電池僅如手掌大小),宜作宇宙飛船的電 源。鈦有優異的性能,密度小、強度大,在-253 ~500℃的溫度範圍內都保持高強度,適用於超 音速飛機、火箭發動機殼體和人造衛星、宇宙飛 船的各種高壓容器;而且耐腐蝕性強,機械加工 性能好,用於製造艦船、潛艇以及有關化工設 備,以提高設備可靠性、延長使用壽命。鈦鈮合 金是新型超導材料。鈦、鉭、鈮有生物適應性, 可做人造骨骼植入人體,有人稱之為“親生金 屬”。釩鋼強度大、彈性好、耐磨損、抗衝擊,廣 泛作為船舶、車輛、飛機的結構以及高級工具 鋼、彈簧鋼、裝甲鋼和鋼軌等。鎢鋼硬度大,幾 乎不生鏽,耐高溫,製作車刀能提高切削速度、 加工效率和零件質量。鋼鐵中摻進萬分之幾 鉭、鈮可明顯提高鋼的強度和耐熱耐磨性,是火 箭、飛彈、宇宙飛船的結構材料。鉑系元素的合 金是良好催化劑,如鉑銠合金用於氨催化氧化 生產硝酸。
過渡元素中人體必需的微量元素有鐵、鋅、 銅、鉻、錳、鈷、鎳、鉬、釩等。其中有些是蛋白質 和酶的關鍵成分,如鐵、銅、鋅等;有些在人體內 有特殊生理功能;有些是激素不可缺少的成分; 有些起激活作用,如鐵使血紅蛋白攜帶氧,供人 體活動需要,鋅參與促進性腺激素的作用,鎳促 進胰腺作用,銅使酶具有催化活性,釩、鉻、鎳等 則影響核酸代謝作用。某些過渡元素會影響人 體健康,如鎘、汞對人體毒害較大,它們進入人 體造成積累性中毒。日本發生的“水俁病”和 “痛痛病”(見有關詞條)就是有機汞和含鎘廢水 污染水質而引起的重大中毒事件。人體攝入過 量的某些過渡元素也對健康不利,如錳能引起 中毒和肺炎,鉬會引起痛風病,鎳易使頭髮變白 等。