第13章 ds区元素

《第13章 ds区元素》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第十三章　铜族元素和锌族元素13.1过渡元素概述在已知的112种元素中，金属占80％以上。通常可将金属分为黑色金属与有色金属两大类。黑色金属包括铁、锰和铬及其合金，主要是铁碳合金。有色金属是指铁、锰、铬之外的所有金属。过渡元素包括第ⅢB～ⅦB，Ⅷ，ⅠB～ⅡB族元素，这些元素位于长式元素周期表的中部，即典型金属元素和典型非金属元素之间，属于d区元素，通常称为过渡元素或过渡金属。过渡元素按周期可分为四个过渡系，第四过渡系目前其性质尚不太明了，通常过渡元素主要是如下三个过渡系：第一过渡系——第四周期元素从钪(Sc)到锌(Zn)；第二过渡系——第五周期元素从钇(Y)到镉(Cd)；第三过渡系——第六周期

2、元素从镥(Lu)到汞(Hg)。13.1.1过渡元素的电子构型过渡元素的原子结构特点是它们的原子最外层大多有2个s电子(少数只有1个s电子，Pd无5s电子)，次外层分别有l～10个d电子，其价层电子构型为(n-1)d1-10ns1-2,其中ⅠB和ⅡB族为(n－1)d10ns1-2。由于过渡元素原子最外层只有1～2个电子，较易失去，故过渡元素都是金属元素。13.1.2单质的物理性质过渡金属外观多呈银白色或灰白色，有金属光泽。除钪和钛属轻金属外，其余均属重金属，其中密度最大的是Ⅷ族的锇()。除ⅡB族外，过渡元素的单质都是高熔点、高沸点、密度大、导电性和导热性良好的金属。如钨的熔点为3683K,是所有

3、金属中最难熔的,硬度最大的是铬（仅次于金刚石）。究其原因，一般认为是过渡元素的原子半径小而彼此堆积很紧密，除有s电子外，还有部分d电子参与成键，在金属键之外还有部分共价键，因此结合牢固。13.1.3过渡元素的化学性质第一过渡系元素电离能和电负性都比较小，表明具有较强的还原性，电极电势均为负值。IIIB族是它们中最活泼的金属，性质与碱土金属接近。在同一过渡系中从左到右，电离能增加的远不如主族元素那样显著，表现出的金属性很接近。同族元素的活泼性从上到下依次减弱。第一过渡系元素的单质比第二、三过渡系元素的单质活泼。例如，在第一过渡系中除铜外，其他金属都能与稀酸(盐酸或硫酸)作用，而第二、三过渡系的单

4、质大多较难发生类似反应。在第二、三过渡系中有些元素的单质仅能溶于王水和氢氟酸中，如锆(Zr)、铪(Hf)等，有些甚至不溶于王水，如钌(Ru)，铑(Rh)、锇(Os)、铱(1r)等。化学性质的这些差别，与第二、三过渡系的原子具有较大的电离能(I1和I2)有关。有时这些金属在表面上易形成致密的氧化膜，也影响了它们的活泼性。过渡元素的单质能与活泼的非金属(如卤素和氧等)直接形成化合物。过渡元素与氢形成金属型氢化物，又称为过渡型氢化物。金属型氢化物基本上保留着金属的一些物理性质，如金属光泽、导电性等，其密度小于相应的金属。过渡元素的单质由于具有多种优良的物理性质和化学性能，在冶金工业上用来制造各种合金

5、钢，例如，不锈钢(含铬、镍等)、弹簧钢(含钒等)、建筑钢(含锰等)。另外，它们的一些单质或化合物在化学工业上常用作催化剂。例如，在硝酸制造过程中，氨的氧化用铂作催化剂；不饱和有机化合物的加氢常用镍作催化剂；接触法制造硫酸，用五氧化二钒(V205)作催化剂等。13.1.4过渡元素的氧化数过渡元素原子的共同特点是具有未充满的d轨道(Pd例外)，最外层只有1～2个s电子，所以，除s电子外，d电子可以部分或全部参加成键，因此，过渡元素的特征之一是具有多种氧化数。例如Mn有+2，+3，+4，+6，+7等多种氧化数。其他元素除ⅢB族和Zn、Cd外也都具有可变氧化数。13.1.5水合离子和酸根离子带有颜色过

6、渡元素的离子在水溶液中以水合离子的形式存在，常显示出一定的颜色，如Cu2+为蓝色，Cr3+为蓝紫色，Co2+为粉红色等。某些含氧酸根离子也具有颜色，如V043—为淡黄色，Cr042—为黄色、Mn04-为紫色等。关于离子有颜色的原因是很复杂的。过渡元素的水合离子之所以具有颜色，是与它们的离子存在未成对的d电子有关。没有未成对d电子的过渡金属离子都是无色的，如Zn2+、Cu+、Ag+等。13.1.5过渡元素的配位性过渡元素的原子或离子具有(n-1)d，ns和np共9个价电子轨道。对过渡金属离子而言，其中ns和np轨道是空的，(n-1)d轨道为部分空或者全空，它们的原子也存在空的np轨道和部分填充的

7、(n-1)d轨道。这种电子构型都具有接受配位体孤电子对的条件。因此它们的原子和离子都有形成配合物的倾向。例如过渡元素一般都容易形成氟配合物、氰配合物、草酸根配合物等。13.2　铜族元素13.2.1铜族元素通性周期表ds区ⅠB族包括铜（Cu）、银（Ag）、金（Au）三种元素，通常称为铜族元素。铜族元素原子的价电子构型为(n-1)d10ns1。最外层与碱金属相似，只有1个电子，而次外层却有18个电子（