一部が満たされたd副殻
これが決定的な特徴です。d軌道は外側のs軌道とエネルギーが近いため、遷移金属はさまざまな数の電子を失えます。鉄は2個または3個、マンガンは2個から7個まで失います。それぞれの電荷状態は異なる化学的性質を示します。
第3~12族――dブロックと、これまで触れたことのある金属の大部分
鉄、銅、金、銀、チタン、クロム、ニッケル、亜鉛です。dブロックに属する38元素は、硬く、密度が高く、融点が高く、電気を通し、しかも独自に複数の異なる電荷のイオンを形成できます。この柔軟性が、これらの元素が触媒として働き、色を生み、磁性を示す理由です。
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何によって定義されるか
これが決定的な特徴です。d軌道は外側のs軌道とエネルギーが近いため、遷移金属はさまざまな数の電子を失えます。鉄は2個または3個、マンガンは2個から7個まで失います。それぞれの電荷状態は異なる化学的性質を示します。
遷移金属イオンを配位子で囲むと、五つのd軌道はエネルギーがわずかに異なる群に分裂します。可視光によって電子がそのエネルギー差を越えて移動し、目に見える色は残った光の色になります。これが、硫酸銅が青く、ルビーが赤く、同じ元素が複数の異なる色を示すことがある理由です。
一部が満たされたd殻は、優れた一時的結合相手になります。これは、鉄を用いたアンモニア合成から、白金を用いた触媒コンバーターまで、工業触媒の基盤です。同じ不対d電子によって、鉄、コバルト、ニッケルは強磁性を示します。
周期表の傾向
周期に沿って、原子半径は驚くほどほとんど変化しません。陽子が増えると内側へ引き寄せる力が強まり、増えたd電子が外側への遮蔽を行うため、ほぼ相殺されます。各周期の中央では、金属結合に利用できる電子数が最大になるため、密度と融点が最大になります。タングステンの融点は3,695 Kで、金属の中で最も高い値です。
世界での用途
鋼鉄。圧倒的に最も多く使われる金属で、産業社会の構造基盤です。
電気配線、配管、そして身の回りのあらゆる機器のプリント回路に使われています。導電性は銀に次いで高く、価格ははるかに安価です。
航空宇宙分野、船舶用金具、医療用インプラントに使われます。鋼鉄と同じ強度を持ちながら45%軽く、海水や体液の影響を実質的に受けません。
それらを組み合わせるとステンレス鋼になります。クロムは目に見えず自己修復する酸化物層を形成し、ニッケルは強靭性と耐食性を加えます。
触媒作用。白金、パラジウム、ロジウムは自動車の排気ガスを浄化します。ロジウムは、時期によって地球上で最も高価な金属になります。
通貨、宝飾品、そして金が決して腐食しないことを利用した高信頼性電子機器の接点めっきに使われます。
取り扱い
非常に多様です。鉄、亜鉛、銅、コバルト、マンガン、モリブデン、クロム(III)は必須微量栄養素です。一方、クロム(VI)は強力な発がん性物質です。カドミウムと水銀は蓄積性の毒物です。ニッケルは世界で最も一般的な接触アレルゲンです。多くの遷移金属の微細な金属粉末は自然発火性があります。
知っておくとよいこと
よくある質問
厳密なIUPACの定義では、原子が一部満たされたd副殻を持つ元素、またはそのような原子から陽イオンを形成できる元素です。技術的には、d殻が常に満たされている亜鉛、カドミウム、水銀は除外されます。しかし、これらはdブロックに位置し、ほとんどの場合この族と一緒に教えられます。このサイトでは一般的な慣例に従い、これらも含めています。
周囲の配位子によってd軌道がわずかに異なるエネルギーに分裂し、その差が可視光の光子エネルギーとたまたま一致するためです。電子が光子を吸収してギャップを飛び越えると、補色が見えます。亜鉛化合物が無色なのは、亜鉛のd殻が満たされていて、飛び越えるギャップがないためです。
原子1個あたりに金属結合に利用できる電子が最大12個もあるため、原子同士ははるかに強く引き合います。同じ強い結合によって、高い融点と硬さも生じます。6行目の中央にあるオスミウムは、22.6 g/cm³で、存在する元素の中で最も密度が高い元素です。