未填满的d亚层
定义性特征。由于d轨道与外层s轨道的能量相近,过渡金属可以失去数量不定的电子——铁可失去两个或三个,锰则可失去两个到七个。每种电荷态都是不同的化学性质。
第3—12族——d区,以及你曾经触摸过的大多数金属
铁、铜、金、银、钛、铬、镍、锌。d区的38种元素坚硬、密度大、熔点高且具有导电性,并且独特地能够形成多种不同电荷的离子。这种灵活性使它们能够催化反应、产生颜色并表现出磁性。
在元素周期表中突出显示
每个成员
定义它们的特征
定义性特征。由于d轨道与外层s轨道的能量相近,过渡金属可以失去数量不定的电子——铁可失去两个或三个,锰则可失去两个到七个。每种电荷态都是不同的化学性质。
用配体包围过渡金属离子时,它的五个d轨道会分裂成能量略有不同的几组。可见光促使电子跨越这一能级差,而你看到的颜色就是剩余的光。这就是硫酸铜呈蓝色、红宝石呈红色,以及同一种元素能够产生多种不同颜色的原因。
未填满的d层电子壳层是极佳的临时成键伙伴——这是工业催化的基础,从铁催化的氨合成到铂催化的汽车尾气净化器都是如此。同样的未成对d电子赋予铁、钴和镍铁磁性。
周期性趋势
沿着一行,原子半径变化非常小——增加的质子将电子向内拉,而增加的d电子向外屏蔽,二者大致相互抵消。每一行中部的密度和熔点达到峰值,因为那里可用于金属键的电子数最多:钨的熔点为3,695 K,是所有金属中最高的。
现实世界中的应用
钢铁——遥遥领先、使用量最大的金属,也是工业世界的结构基础。
电线、管道,以及你拥有的每台设备中的印刷电路。导电性仅次于银,却便宜得多。
航空航天、船舶硬件和医疗植入物:强度与钢相当,重量轻45%,并且实际上不受海水和体液侵蚀。
它们共同制成不锈钢。铬形成一层看不见且能自我修复的氧化物保护层;镍则增加韧性和耐腐蚀性。
催化。铂、钯和铑可净化车辆尾气;铑有时是地球上最昂贵的金属。
货币、珠宝,以及——由于金永不腐蚀——高可靠性电子设备中的触点镀层。
处理
差异极大。铁、锌、铜、钴、锰、钼和铬(III)是人体必需的微量营养元素;铬(VI)是强致癌物。镉和汞会累积中毒。镍是世界上最常见的接触性过敏原。许多过渡金属的细金属粉末具有自燃性。
值得了解
常见问题
严格的IUPAC定义是:其原子的d亚层部分填充,或能够形成具有部分填充d亚层的阳离子的元素。这在技术上排除了锌、镉和汞,因为它们的d层始终是满的——但它们位于d区,教学中几乎总是与该族一起讲授。本网站遵循通常的惯例,将它们包括在内。
因为周围的配体会将它们的d轨道分裂成能量略有不同的轨道,而能量差恰好与可见光光子的能量相匹配。电子吸收光子后跃迁跨越能隙;你看到的是互补色。锌化合物恰恰因为锌的d层已充满、没有可供跃迁的能隙,所以是无色的。
每个原子可用于金属键合的电子更多——最多可达十几个——因此原子之间的吸引紧密得多。同样强的键合也赋予它们较高的熔点和硬度。位于第6行中部的锇,是目前密度最大的元素,密度为22.6 g/cm³。