Переходные металлы (элементы) располагаются в побочных подгруппах Периодической системы Д.И. Менделеева. Их подразделяют на d-элементы и f-элементы. f-элементы – это лантаноиды и актиноиды.
В общем виде электронное строение переходных элементов можно представить следующим образом: (n – 1) dxnsy. На ns-орбитали содержится один или два электрона, остальные валентные электроны находятся на (n - 1) d-орбитали. Поскольку число валентных электронов заметно меньше числа орбиталей, то простые вещества, образованные переходными элементами, являются металлами.
Название "переходные" связано с тем, что в периодах переходные элементы вклиниваются между s- и р-элементами.
В отличие от s- и p-элементов, у которых заполняются внешние оболочки (соответственно ns- и np-оболочки), у переходных металлов заполняются внутренние (n — 1) d-оболочки (d-элементы) или (n — 2) f-оболочки (f-элементы).
Все переходные элементы имеют следующие общие свойства:
- Небольшие значения электроотрицательности.
- Переменные степени окисления. Почти для всех d-элементов, в атомах которых на внешнем ns-подуровне находятся 2 валентных электрона, известна степень окисления +2.
- Начиная с d-элементов III группы Периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, элементы в низшей степени окисления образуют соединения, которые проявляют основные свойства, в высшей — кислотные, в промежуточной — амфотерные. Например:
Формула соединения |
Характер соединения |
Mn(OH)2 |
Основание средней силы |
Mn(OH)3 |
Слабое основание |
Mn(OH)4 |
Амфотерный гидроксид |
H2MnO4 |
Сильная кислота |
HMnO4 |
Очень сильная кислота |
- Для всех переходных элементов характерно образование комплексных соединений.
Таблица переходных металлов.
При образовании соединений атомы металлов могут использовать не только валентные s- и p-электроны, но и d-электроны. Поэтому для d-элементов гораздо более характерна переменная валентность, чем для элементов главных подгрупп. Благодаря этому свойству переходные металлы часто образуют комплексные соединения.
Все переходные элементы металлы. Поэтому в своих соединениях они проявляют положительные степени окисления. Большинство из них имеет характерный металлический блеск. По сравнению с s-металлами их прочность в целом значительно выше. В частности, для них характерны свойства: высокий предел прочности на разрыв; тягучесть; ковкость (их можно расплющить ударами в листы).
Есть три примечательных элемента из семейства переходных металлов. Эти элементы — железо, кобальт и никель, и они являются единственными элементами которые способны создавать магнитное поле.
Переходные элементы, кроме Fe и Ti, мало распространены в земной коре.
Электронные конфигурации элементов IV периода от скандия до цинка .
Элемент |
Символ |
Атомный номер |
Электронная конфигурация |
Скандий Титан Ванадий Железо Кобальт Никель Цинк |
Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn |
21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 |
1s2 2s22p6 3s23p63d1 4s2 Внутренняя Внешняя |
Значение переходных металлов для организма и жизнедеятельности.
Без переходных металлов наш организм существовать не может. Железо – это действующее начало гемоглобина. Цинк участвует в выработке инсулина. Кобальт – центр витамина В-12. Медь, марганец и молибден, а также некоторые другие металлы входят в состав ферментов.
Многие переходные металлы и их соединения используются в качестве катализаторов. Например, реакция гидрирования алкенов на платиновом или палладиевом катализаторе. Полимеризация этилена проводится с помощью титансодержащих катализаторов.
Большое использование сплавов переходных металлов: сталь, чугун, бронза, латунь, победит. При исследовании сплавов прослеживается уникальное значение железа для человека. Сплавы даже разделяют на черные и цветные по содержанию в них железа.
Металлическая медь в стеклянной пробирке.
Свежеосаждённый гидроксид меди(II).
Кристаллы металлического серебра.
Кристаллы чистого золота, выращенные методом химического транспорта.
Рутений.
Родий.
Палладий.
Осмий.
Иридий.
Платина.