d块元件的电子配置

d区元素是那些可以在当代元素周期表中从第三族到第十二族找到的元素。这些元素的价电子位于 d 轨道上。 d 区元素有时称为过渡元素或过渡金属。 3d、4d 和 5d 轨道分别由 d 块元素的前三行表示。

d 块元素是那些在倒数第二个能级的 d 轨道和最外层轨道 (1-2) 中具有电子 (1 到 10) 的元素。尽管电子不填充第 12 族金属中的“d”轨道，但它们的化学性质在许多方面与前面的组相当，因此它们被归类为 d 嵌段元素。金属特性，如延展性和延展性、高导电性和导热性以及良好的拉伸强度是这些元素的典型特征。 d 块分为四个系列，每个系列对应于 3d、4d、5d 或 6d 轨道的填充。每个系列都有十个占据“d”轨道的元素。

• 3d： Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn
• 4d： Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd
• 5d： La、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Hg
• 6d：不完整。

d块元素

第 4-11 组由过渡元素组成。过渡元素包括第 3 族的钪和钇，它们具有金属形式的部分填充的 d 亚壳。 d 块的 12 列中的元素，例如 Zn、Cd 和 Hg，具有完全填充的 d 轨道，因此不被视为过渡元素。过渡元素之所以得名，是因为它们位于 s 和 p 块元素之间，并且具有在它们之间过渡的特性。因此，虽然所有过渡金属都是 d 嵌段元素，但并非所有过渡金属都是过渡元素。

过渡金属的性质

• 在它们的 (n+1) s 和 (n+1) p 亚轨道之间，电子被添加到“d”亚轨道。
• 在元素周期表中，它位于 s 和 p 块元素之间。
• s 和 p 块元素之间的属性差异。

在三个系列的过渡中，

1. 元素的电离能在一行中逐渐增长。
2. 密度、电负性、电导率和热导率从 3d 系列的左侧到 5d 过渡元素的右侧增加，而金属阳离子的水合焓降低。

这表明过渡金属在自然界中变得越来越不活泼，越来越“高贵”。 d 块右下角的金属（Pt、Au）具有如此高的电离能、增加的电负性和降低的低水合焓，因此它们通常被称为“贵金属”。

d块元件的电子配置

D块元件的电气配置是(n-1)d ^1-10 ns ^1-2 。半填充轨道和完全填充的 d 轨道对于这些元素都是稳定的。铬的电子配置，其配置中包括半填充的 d 和 s 轨道 - 3d ⁵ 4s ¹ - 就是一个例子。铜的电子配置是另一个例子。铜具有 3d ¹⁰ 4s ¹电子排列，而不是 3d ⁹ 4s ² 。完全填充的 d 轨道的相对稳定性可能是由于这一点。在它们的基态和一般氧化态中，锌、汞、镉和钋的轨道完全充满。因此，这些金属不被归类为过渡元素，而其余的被归类为 d 嵌段元素。

• 周期4，过渡元素的电子构型为(Ar) 4s ^1-2 3d ^1-10 。
• 周期5，过渡元素的电子构型为(Kr) 5s ^1-2 4d ^1-10 。
• 周期6，过渡元素的电子构型为(Xe) 4s ^1-2 3d ^1-10 。

根据 Aufbau 原理和 Hund 多重性规则，电子沿着周期从左到右添加到 3d 子壳层。

Element	Electronic Configuration
Sc	4s2 3d1
Ti	4s2 3d2
V	4s2 3d3
Cr	4s1 3d5
Mn	4s2 3d5
Fe	4s2 3d6
Co	4s2 3d7
Ni	4s2 3d8
Cu	4s1 3d10
Zn	4s2 3d10

所有系列都有异常，这可以通过以下考虑来解释。

1. 就能量而言，ns 和 (n-1) d 轨道之间的距离。
2. 半满轨道比部分满轨道更稳定。
3. s 轨道中电子的配对能量。

铬具有 4s ¹ 3d ⁵电子构型而不是 4s ² 3d ⁴电子构型，而铜具有 4s ¹ 3d ¹⁰电子构型而不是 4s ² 3d ⁹ 。半满轨道相对于部分填充轨道的稳定性解释了第一个过渡系列中的这些奇怪之处。

从铌开始，在第二系列过渡金属中，d 轨道中的电子存在似乎优于 s 轨道中的电子共享。电子可以选择共享 s 轨道或从可用的 s 和 d 轨道激发到 d 轨道。显然，选择取决于共享期间克服的排斥能量的数量以及 s 和 d 轨道之间的能量差。

因为 s 和 d 轨道在第二个系列中具有大致相同的能量，所以电子选择占据 d 轨道。结果，s-轨道在铌中只有一个电子。另一方面，第三系列的过渡金属具有更多的成对 s 构型，即使是以半满轨道为代价。该系列遵循 4f 轨道的填充和随后的镧系元素收缩。

由于尺寸较小，“f”电子为 d 轨道提供了很多屏蔽。由于屏蔽，s 和 5d 轨道之间的能隙增加，配对能小于激发能。尽管半填充轨道提供了稳定性，但钨不允许电子激发。

示例问题

问题1：过渡金属的金属特性是什么？

解决方案：

Malleability, ductility, high tensile strength, and metallic lustre are all characteristics of transition metals. They have a tendency to crystallise and are generally good heat and electricity conductors. Trends in the transition elements’ metallic properties, on the other hand, can be seen. Elements like chromium and molybdenum are among the hardest transition metals because they contain a large amount of unpaired electrons.

问题2：过渡金属有什么用途？

解决方案：

Nickel is a transition metal that is largely utilised in the production of stainless steel. Copper, a transition metal with high tensile strength, malleability, ductility, and electrical conductivity, is commonly used in electrical wire.

问题3：为什么有些过渡金属被称为贵金属？

解决方案：

Noble metals are elements in the d-block of the modern periodic table’s lower right corner (such as gold, silver, and platinum). These metals are particularly unreactive due to their low hydration enthalpies and high ionisation enthalpies.

问题4：什么是内部过渡元素？

解决方案：

The periodic table divides elements into two groups: lanthanides and actinides. Inner transition elements make up a total of 30 elements in these categories. They are often positioned behind the periodic table’s core section.

问题5：为什么所有的过渡元素都是金属？

解决方案：

Transition elements are all metals because their outermost shells have only two electrons. Due to strong metallic linkages, they are also malleable, hard, and ductile.