过渡元素的一般性质（d-block）

具有部分填充 d 轨道的元素称为过渡元素（有时称为过渡金属）。 IUPAC 将过渡元素定义为具有部分完整的 d 亚壳的元素或能够形成具有不完全填充的 d 轨道的稳定阳离子的元素。

一般来说，任何与当代元素周期表的 d 区（第 3-12 族）相对应的元素都被认为是过渡元素。甚至作为 f 区元素一部分的镧系元素和锕系元素也可以归类为过渡金属。然而，由于 f 区元素包含部分完整的 f 轨道，它们通常被称为内过渡元素或内过渡金属。

过渡元素的放置

过渡金属仍然存在于 s 和 p 嵌段元素之间。它们主要分为三组。

1. 第一个过渡系列（Sc 到 Cu）
2. 第二个过渡系列（Y 到 Ag）
3. 第三过渡系列（La 和从 Hf 到 Au 的元素）

镧系元素和锕系元素是在第六和第七系列中发现的 f 区元素。镧系元素是从铈到镥的十四种元素。另一方面，锕系元素是从核数 90（钍）到 103（劳伦斯）的十四种元素。锕系元素具有放射性，Z=92以上的元素通常是人类在加速器或核反应堆中创造的。铜、铁和银都是重要的过渡元素。此外，钛和铁是最普遍的。

过渡元素的一般性质

电子的构型对应于(n-1)d ⁵ ns ¹或(n-1)d ¹⁰ ns ¹ 。这是因为半填充或完全填充的电子轨道提供的稳定性。因为它们的电结构不同于其他过渡金属，锌、镉和汞不被视为过渡元素。然而，其余 d 区元素的特性有些相似，这种相似性可以在元素周期表的每一行中看到。

如果我们从左到右遍历元素周期表，第二和第三行元素的性质会逐渐改变。这些元素的外壳具有低屏蔽效应，随着更多的质子被添加到原子核中，这会增加有效核电荷。下面列出了这些过渡元素属性。

1. 这些元素结合起来产生有色化合物和离子。这种颜色由电子 dd 跃迁解释。
2. 这些元素的潜在氧化态之间的能隙相对较小。因此，过渡元素的氧化态是多种多样的。
3. 由于 d 轨道中的不成对电子，这些元素产生了大量的顺磁性化合物。
4. 这些元素可以与多种配体结合。结果，过渡元素产生了范围广泛的稳定配合物。
5. 这些元素具有高电荷半径比。
6. 与其他元素相比，过渡金属较硬且密度相对较高。
7. 由于离域 d 电子参与金属键合，因此这些元素的沸腾和熔化温度很高。
8. 由于离域 d 电子的金属键合，过渡元素也是强电导体。

几种过渡金属具有催化能力，在某些化合物的商业生产中非常有用。例如，铁被用作生产氨的 Haber 工艺中的催化剂。另一方面，五氧化二钒在硫酸的工业合成中用作催化剂。

• 氧化态：由于过渡元素以各种氧化态存在，它们的原子可能会失去不同数量的电子。因为 ns 和 (n – 1)d-subshells 的能量几乎相当，这是由于除了外部 ns-电子之外，内部 (n-1) d-电子的参与/贡献。当它的两个4s-电子都用于键合时，sc的氧化态为+2。当它使用它的两个 s- 电子和一个 d- 电子时，它也可以指示 +3 的氧化态。另一个原子也具有 ns 和 (n – 1) d- 电子的氧化态。 Zn具有+2的氧化态。铬的氧化态范围为+2、+3、+4、+5、+6。铬的最高氧化态为+6。
• 原子Ionic半径：由于微量 d 电子提供的屏蔽不足，过渡元素的原子半径和离子半径从第 3 族减小到第 6 族。位于第 7 族和第 10 族之间的过渡元素的原子半径大致相似，但位于第 11 组和第 12 组之间的那些半径更大。这是因为电子-电子排斥平衡了核电荷。当您向下移动该组时，您会看到元素的原子和离子半径增加。更多子壳的存在可以解释半径的增加。
• 电离焓：从元素中去除价电子所需的能量称为电离焓。作用于电子的有效核电荷越大，元素的电离势就越大。因此，过渡元素的电离焓通常高于 s-block 元素的电离焓。
• 金属半径和密度：过渡金属比 s-block 金属密度大，密度从钪到铜增加。由于金属半径的不均匀减小和原子质量的增加，该密度因子会发生变化。结果，离子半径减小，而原子序数增加。
• 沸点和熔点：由于 (n – 1)d 轨道和 d 轨道不成对电子在共价键中的重叠，这些元素具有高沸点和熔点。具有完全全 (n-1)d 轨道的金属包括 Hg、Cd 和 Zn。因为它们不能形成共价键，所以它们的沸点低于其他 d 区元素的沸点。
• 金属性质：由于过渡元素的最外层电子较少，因此它们都是金属。因此，它们具有金属的所有特性，例如延展性和延展性。它们也是出色的热和电导体。除了汞是液态且更类似于碱金属外，所有这些元素都坚硬易碎。
• 化学反应性：过渡元素表现出多种化学性质。基于其还原电位，一些金属具有高还原性，而其他金属具有低还原性。例如，所有镧系元素都会产生 3+ 个水性阳离子。另一方面，具有高还原性的金属，如黄金和铂金，可以抗氧化，非常适合制作珠宝和电路。

示例问题

问题1：过渡金属的金属性质是什么？

解决方案：

Transition metals have typical metallic qualities such malleability, ductility, high tensile strength, and metallic lustre. They tend to crystallize and are generally good conductors of heat and electricity. Trends in the metallic characteristics of the transition elements, on the other hand, can be seen. Because they contain a large number of unpaired electrons, elements such as chromium and molybdenum are among the hardest transition metals.

问题2：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 lower right corner of the contemporary periodic table’s d-block (such as gold, silver, and platinum). Because of their low hydration enthalpies and high ionisation enthalpies, these metals are very unreactive.

问题3：过渡金属有什么用途？

解决方案：

The transition element nickel is mostly used in the manufacturing of stainless steel. Copper, a transition metal, is often used in electrical wire due to its high tensile strength, malleability, ductility, and electrical conductivity.

问题4：为什么所有的过渡元素都是金属？

解决方案：

Because all transition elements have only two electrons in their outermost shells, they are all metals. They are also malleable, hard, and ductile due to strong metallic connections.

问题5：什么是内部过渡元素？

解决方案：

Lanthanides and actinides are two groupings of elements in the periodic table. These groups have a total of 30 elements known as inner transition elements. They are usually placed behind the core area of the periodic table.