Chapter-23-d区金属(一)

《无机化学》-d区金属（一）SichuanNormalUniversityCollegeofChemistry&MaterialsScience23-1d区元素的通性23-1-1过渡元素与过渡系副族ⅢBⅣBⅤBⅥBⅦBⅧⅠBⅡB钪钛钒铬锰铁系、铂系铜锌4第一ScTiVCrMnFeCoNiCuZn5第二YZrNbMoTcRuRhPdAgCd6第三LaHfTaWReOsIrPtAuHg7第四AcRfDbSgBhHsMtUunUuuUub《无机化学》-d区金属（一）SichuanNormalUniversityCollegeofChemistry&MaterialsScience一、价层电子构型电子依次填充在(n-1)d轨道上，而外层只有1-2个电子，易失去，所以它们都是金属元素。(n-1)d1-10ns1-2过渡元素的原子结构共同特点：《无机化学》-d区金属（一）SichuanNormalUniversityCollegeofChemistry&MaterialsScience二、原子半径1.周期的变化（1）现象元素ScTiVCrMnFeCoNiCuZnr/pm144136122118117117116115117125现象半径缓慢减小半径增大（2）原因——屏蔽效应(ScreeningEffect)第一过渡系元素的原子半径/pm《无机化学》-d区金属（一）SichuanNormalUniversityCollegeofChemistry&MaterialsScience族周期ⅢBⅣBⅤBⅥBⅦBⅧⅠBⅡB4Sc144Ti136V122Cr118Mn117Fe117Co116Ni115Cu117Zn1255Y162Zr145Nb134Mo130Tc127Ru125Rh125Pd128Ag134Cd1486La169Hf144Ta134W130Re128Os126Ir129Pt130Au134Hg149d区各族元素原子的共价半径/pm2.族的变化（1）现象《无机化学》-d区金属（一）SichuanNormalUniversityCollegeofChemistry&MaterialsScience即：ⅢB族同副族元素，从上到下，原子半径增大；但其它各族第五、六周期同族元素原子半径相近。《无机化学》-d区金属（一）SichuanNormalUniversityCollegeofChemistry&MaterialsScience（2）原因—镧系(Ln)收缩(LanthanideContraction)IIIB21Sc160.673.239Y18189.357La58Ce59Pr60Nd61Pm62Sm63Eu64Gd65Tb66Dy67Ho68Er69Tm70Yb70Lu187.7106.1182.4103.4182.8101.3182.199.5181.097.9180.296.4204.295.0180.293.8178.292.3177.390.8176.689.4175.788.1174.686.9194.085.8173.484.8原子序数元素符号原子半径Ln3＋离子半径镧系元素的原子半径和Ln3＋离子半径/pm《无机化学》-d区金属（一）SichuanNormalUniversityCollegeofChemistry&MaterialsScience•镧系内原子半径呈缓慢减少的趋势；•从La到Lu原子半径递减的积累约14pm之多。镧系元素的原子半径和三价离子半径随原子序数增加半径减小幅度缓慢的现象（相比较于主族和副族元素）称为镧系收缩。定义：特点：《无机化学》-d区金属（一）SichuanNormalUniversityCollegeofChemistry&MaterialsScience结果：影响：•各对元素分离困难；•从上到下，金属活泼性减弱。ⅢB以后的各族元素的第五，六周期原子半径相似，性质相似。《无机化学》-d区金属（一）SichuanNormalUniversityCollegeofChemistry&MaterialsScience镧系收缩使它后面的各对过渡元素性质相似，分离困难。如下表：ⅢBⅣBⅤBⅥBY3+Zr4+Nb5+Mo6+89.3807062La3+Hf4+Ta5+W6+101.6796962过渡系元素的离子半径《无机化学》-d区金属（一）SichuanNormalUniversityCollegeofChemistry&MaterialsScience三、氧化态1.同周期元素族氧化态稳定性变化趋势族IIIBIVBVBVIBVIIB价电子层构型3d14s23d24s23d34s23d54s13d54s2第一过渡系元素ScTiVCrMn族氧化态+3+4+5+6+7已知最高氧化态+3+4+5+6+7第一过渡系元素族氧化态和实际最高氧化态《无机化学》-d区金属（一）SichuanNormalUniversityCollegeofChemistry&MaterialsScience族VIIIIBIIB价电子层构型3d64s23d74s23d84s23d104s13d104s2第一过渡系元素FeCoNiCuZn族氧化态+8+9+10+11+12已知最高氧化态+8+4+4+3+2第一过渡系元素族氧化态和实际最高氧化态《无机化学》-d区金属（一）SichuanNormalUniversityCollegeofChemistry&MaterialsScience（1）现象:ⅢB、ⅣB、ⅤB、ⅥB、ⅦBⅧ（第一列）已制备出族氧化态化合物（RuO4，OsO4，FeO4）。Ⅷ（第二列、第三列）至ⅡB均未制备出族氧化态化合物。（2）规律:从左到右，形成族氧化态的能力下降。《无机化学》-d区金属（一）SichuanNormalUniversityCollegeofChemistry&MaterialsScience与d电子数有关：成单电子数减少，一旦d轨道达到半满后，d电子成键能力大大降低。（3）原因:《无机化学》-d区金属（一）SichuanNormalUniversityCollegeofChemistry&MaterialsScience2.同周期元素低氧化态（+2氧化态)稳定性变化趋势d电子组态d1d2d3d4d5d6d7d8d9d10M2+(aq)Sc2+Ti2+V2+Cr2+Mn2+Fe2+Co2+Ni2+Cu2+Zn2+稳定性增大+2氧化态稳定性变化趋势《无机化学》-d区金属（一）SichuanNormalUniversityCollegeofChemistry&MaterialsScience（1）现象（2）规律最不稳定的二价离子是Sc2+，迄今未制得Sc2+水合物；最稳定的二价离子是Zn2+，尚未发现高于+2的氧化态。d区金属自左至右，低氧化态稳定性上升。《无机化学》-d区金属（一）SichuanNormalUniversityCollegeofChemistry&MaterialsScience（3）原因核电荷逐渐增加对价层电子控制能力逐渐加大的结果。过渡金属从左到右，族氧化态稳定性下降，低氧化态稳定性上升。《无机化学》-d区金属（一）SichuanNormalUniversityCollegeofChemistry&MaterialsScience3.同族元素族氧化态稳定性变化趋势（1）现象IIIAGaInTl低氧化态稳定性增强VIBCrMoW高氧化态稳定性增强《无机化学》-d区金属（一）SichuanNormalUniversityCollegeofChemistry&MaterialsScienced区元素氧化态另一条明显的变化是：同族元素自上而下形成族氧化态的趋势增强。更准确地说，形成高氧化态的趋势增强。（Sc，Ti，V除外）（2）规律（3）原因电离能：从上到下，I3dI4dI5d，d电子云分散，易失去电子，显高氧化态。《无机化学》-d区金属（一）SichuanNormalUniversityCollegeofChemistry&MaterialsScience四、单质的物理性质除ⅡB外，过渡元素的单质都是高熔点、高沸点、密度大，导电性及导热性良好的金属。•熔点最高的单质：钨W•硬度最大的单质：铬Cr•密度最大的单质：锇Os•导电性最好的单质：银Ag《无机化学》-d区金属（一）SichuanNormalUniversityCollegeofChemistry&MaterialsScience五、单质的化学性质第四周期过渡元素的金属的标准电极电势元素ScTiVCrMn-1.63-1.2-0.90-1.18元素FeCoNiCuZn-0.409-0.282-0.236+0.337-0.762从左到右，金属的标准电极电势总趋势升高，活泼性逐渐降低。《无机化学》-d区金属（一）SichuanNormalUniversityCollegeofChemistry&MaterialsScience六、化合物的性质1.最高氧化态水合物的酸碱性IIIBIVBVBVIBVIIBSc(OH)3弱碱性Ti(OH)4两性HVO3两性H2CrO4强酸性HMnO4强酸性Y(OH)3中强碱Zr(OH)4两性微碱Nb(OH)5两性H2MoO4弱酸性HTcO4酸性La(OH)3强碱性Hf(OH)4两性微碱Ta(OH)5两性H2WO4弱酸性HReO4弱酸性Ac(OH)3强碱碱性增强酸性增强元素最高氧化态氧化物的水合物酸碱性《无机化学》-d区金属（一）SichuanNormalUniversityCollegeofChemistry&MaterialsScience相似性：变化规律相似。(1)同种元素，不同氧化态的氧化物，其酸碱性随氧化数的降低酸性减弱，碱性增强。Mn2O7MnO3MnO2Mn2O3MnO强酸性酸性两性弱碱性碱性(2)同一过渡系内各元素的最高氧化态的氧化物及水合物，从左到右碱性减弱，酸性增强。Sc2O3TiO2CrO3Mn2O7强碱两性酸性强酸《无机化学》-d区金属（一）SichuanNormalUniversityCollegeofChemistry&MaterialsScience(3)同族元素，自上而下各元素相同氧化态的氧化物及其水合物，通常是酸性减弱，碱性增强。H2CrO4H2MoO4H2WO4中强酸弱酸两性偏酸性不同：因同族从上到下半径增加缓慢，碱性增加缓慢。《无机化学》-d区金属（一）SichuanNormalUniversityCollegeofChemistry&MaterialsScience《无机化学》-d区金属（一）SichuanNormalUniversityCollegeofChemistry&MaterialsScience2.d区元素离子的颜色第一过渡系金属水合离子的颜色d电子数水合离子水合离子的颜色d0d1d2d3d3d4d4[Sc(H2O)6]3+[Ti(H2O)6]3+[V(H2O)6]3+[Cr(H2O)6]3+[V(H2O)6]2+[Cr(H2O)6]2+[Mn(H2O)6]3+无色溶液紫色绿色紫色紫色蓝色红色《无机化学》-d区金属（一）SichuanNormalUniversityCollegeofChemistry&MaterialsScienced电子数水合离子水合离子的颜色d5d5d6d6d7d8d9d10[Mn(H2O)6]2+[Fe(H2O)6]3+[Fe(H2O)6]2+[Co(H2O)6]3+[Co(H2O)6]2+[Ni(H2O)6]2+[Cu(H2O)6]2+[Zn(H2O)6]2+淡红色淡紫色淡绿色蓝色粉红色绿色蓝色无色第一过渡系金属水合离子的颜色（续前表）《无机化学》-d区金属（一）SichuanNormalUniversityCollegeofChemistry&MaterialsScience化合物的颜色和无机颜料颜料(pigments)：是指不溶解于水（溶剂）、只能以微粒状态分散于粘合剂中的着色剂。染料(dyes)：可溶性的着色剂，