Переходный металл
-
Определение и классификация переходных металлов
- Переходные металлы — это элементы в d-блоке периодической таблицы Менделеева (группы с 3 по 12).
- Лантаноидные и актинидные элементы (f-блок) также считаются переходными металлами.
- Переходные металлы блестят, обладают хорошей электро- и теплопроводностью, образуют соединения в различных степенях окисления.
-
История и терминология
- Чарльз Ругли Бери впервые использовал термин «переход» в 1921 году.
- Принципы химической номенклатуры ИЮПАК 2011 года определяют переходные металлы как элементы с частично заполненной d-оболочкой.
- Красная книга 2005 года допускает исключение элементов группы 12, но не Принципов 2011 года.
-
Электронная конфигурация и свойства
- Общая электронная конфигурация атомов d-блока: [благородный газ](n − 1)d0–10ns0–2np0–1.
- Переходные металлы с периодами 6 и 7 добавляют основные (n − 2) электроны f14.
- P-орбитали почти никогда не заполняются свободными атомами, но могут способствовать образованию химических связей.
-
Классификация и исключения
- Элементы группы 12 (цинк, кадмий, ртуть) иногда исключаются из числа переходных металлов из-за полной d-оболочки.
- Элементы группы 12 могут использовать свои d-орбитали для связывания, что отличает их от элементов p-блока.
- Коперний и мейтнерий могут вести себя как переходные металлы, но это еще не подтверждено экспериментально.
-
Ранние и поздние переходные металлы
- Ранние переходные металлы находятся в левой части d-блока (группы 3-7).
- Поздние переходные металлы находятся в правой части d-блока (группы 8-11).
- Тяжелые элементы 2-й группы (кальций, стронций, барий) также считаются переходными металлами из-за участия в образовании d-орбитальных связей.
-
Внутренние переходные металлы
- Элементы f-блока (La–Yb, Ac–No) обладают химической активностью (n−1)d− и (n-2)f-оболочек, что отличает их от элементов d-блока.
- Они часто рассматриваются отдельно как внутренние переходные металлы.
-
Правило Маделунга и электронная конфигурация
- Правило Маделунга описывает низколежащее возбужденное состояние переходных металлов.
- Общая подоболочка (n − 1)d-орбиталей важна для свойств переходных металлов.
- Исключения из правила Маделунга объясняются влиянием заряда ядра и электрон-электронных взаимодействий.
-
Свойства переходных металлов
- Переходные металлы образуют соединения с различными степенями окисления.
- Они могут быть парамагнитными из-за неспаренных d-электронов.
- Переходные металлы могут быть связаны с различными лигандами, образуя комплексы.
-
Окрашенные соединения
- Цвет соединений обусловлен электронными переходами двух типов: LMCT и MLCT.
- Переходы LMCT чаще происходят при высокой степени окисления металла.
- Переходы MLCT наиболее вероятны при низкой степени окисления металла и легко восстанавливающемся лиганде.
-
Степени окисления
- Переходные металлы проявляют две или более степени окисления, обычно отличающиеся на единицу.
- Максимальная степень окисления уменьшается у более поздних элементов.
- Ионные соединения образуются со степенями окисления +2 и +3.
-
Магнетизм
- Соединения переходных металлов парамагнитны при наличии неспаренных d-электронов.
- Тетраэдрические комплексы обладают высоким спином, октаэдрические — низким.
- Некоторые соединения являются диамагнитными или ферромагнитными.
-
Каталитические свойства
- Переходные металлы и их соединения обладают каталитической активностью.
- Катализаторы на основе наноматериалов увеличивают концентрацию реагентов и снижают энергию активации.
- Автокатализ возникает, когда продукты реакции катализируют реакцию, производя больше катализатора.
-
Физические свойства переходных металлов
- Все переходные металлы являются металлами и проводниками электричества
- Обладают высокой плотностью и высокими температурами плавления и кипения
- Эти свойства обусловлены связыванием металлов делокализованными d-электронами
-
Особенности металлов группы 12
- Имеют гораздо более низкие температуры плавления и кипения
- Полные d-подоболочки предотвращают образование d-d-связей
- Отличаются от общепринятых переходных металлов
-
Пример: ртуть
- Температура плавления ртути -38,83 °C
- При комнатной температуре является жидкостью
-
Дополнительные термины
- Внутренний переходный элемент: имя, присваиваемое любому элементу f-блока
- Элемент основной группы: элемент, отличный от переходного металла
- Теория поля лигандов: развитие теории кристаллического поля, учитывающей ковалентность
- Теория кристаллического поля: модель, описывающая устранение вырождений электронных орбитальных состояний
- Постпереходный металл: металлический элемент, расположенный справа от переходных металлов в периодической таблице Менделеева