Что такое переходные металлы


Таблица Менделеева online - Переходные металлы

Переходные металлы (переходные элементы) — элементы побочных подгрупп Периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, в атомах которых появляются электроны на d- и f-орбиталях. В общем виде электронное строение переходных элементов можно представить следующим образом: (n - 1)dxnsy. На ns-орбитали содержится один или два электрона, остальные валентные электроны находятся на (n − 1)d-орбитали. Поскольку число валентных электронов заметно меньше числа орбиталей, то простые вещества, образованные переходными элементами, являются металлами.

Таблица переходных металлов

Общая характеристика группы

Все переходные элементы имеют следующие общие свойства:

  1. Небольшие значения электроотрицательности.
  2. Переменные степени окисления. Почти для всех d-элементов, в атомах которых на внешнем ns-подуровне находятся 2 валентных электрона, известна степень окисления +2.
  3. Начиная с d-элементов III группы Периодической системы химических элементов, элементы в низшей степени окисления образуют соединения, которые проявляют основные свойства, в высшей — кислотные, в промежуточной — амфотерные. Например:

Что такое переходные металлы? (с рисунками)

Переходные металлы - это химические элементы, которые обладают необычной чертой расщепления валентных электронов, которые могут образовывать химические связи с другими элементами между двумя внешними оболочками своей структуры. Обычно только внешняя оболочка может вносить валентные электроны. Это уникальное поведение приводит к некоторым отличительным свойствам, которые отличают переходные металлы от других элементов. Например, они имеют несколько степеней окисления и имеют тенденцию образовывать очень прочные связи с различными элементами.

Элементы переходного металла можно увидеть в середине таблицы Менделеева.

Эти элементы можно найти примерно в середине периодической таблицы и они занимают большую часть области, известной как d-блок. Некоторые упрощенные определения описывают переходные металлы просто как элементы d-блока, но это не совсем правильно.Не все элементы d-блока подходят под эту категоризацию, хотя многие подходят. Некоторые элементы, такие как цинк, обычно являются предметом споров и могут быть по-разному классифицированы как переходные металлы, так и не относящиеся к ним. Некоторые переходные металлы также токсичны и могут представлять угрозу для здоровья и безопасности человека или окружающей среды.

Железо - это пример переходного металла в периодической таблице.

За исключением жидкой ртути, переходные металлы имеют тенденцию быть очень твердыми. Они также хрупкие и имеют чрезвычайно высокую температуру плавления. Их энергетическое состояние делает их отличными проводниками, и многие из них используются в производстве электронных компонентов из-за их хорошей проводимости. Эти металлы можно найти во многих регионах мира, и многие из них добываются в коммерческих целях для использования в производстве.

Некоторые примеры переходных металлов включают железо, медь, кобальт, никель, золото, платину и марганец. Внутри переходной группы существует огромное разнообразие. Некоторые из этих элементов, например, являются необходимыми питательными веществами, которые людям необходимо потреблять в незначительных количествах для своего здоровья.Другие появляются естественным образом в нескольких различных формах, в зависимости от структуры их внешних оболочек. Различия в этой широкой группе - одна из причин, по которым часто трудно классифицировать переходные металлы.

Многие таблицы Менделеева для удобства используют цветовую кодировку элементов по группам.Проницательные наблюдатели могут заметить, что элементы, обозначенные как переходные металлы, могут варьироваться в зависимости от условностей в данное время или в конкретном регионе. Студенты должны убедиться, что используют определение, используемое их преподавателями, и должны запросить разъяснения, если они не уверены в том, считается ли элемент членом этой группы. Мнение инструктора по этому вопросу может быть решающим фактором при выполнении чего-то вроде теста по химии, и важно использовать ответ, которого инструктор ожидает.

.

введение переходных металлов

ОБЩИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ХИМИИ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ

 

На этой странице объясняется, что такое переходный металл с точки зрения его электронной структуры, а затем рассматриваются общие особенности химии переходных металлов. К ним относятся переменная степень окисления (степень окисления), образование комплексных ионов, окрашенные ионы и каталитическая активность.

Вы найдете некоторые из этих вопросов довольно кратко на этой странице со ссылками на другие части сайта, где эти темы освещены более подробно.

 

Электронные структуры переходных металлов

Что такое переходный металл?

Термины переходный металл (или элемент) и d блочный элемент иногда используются, как если бы они означают одно и то же. Они не ... есть тонкая разница между этими двумя терминами.

Сначала рассмотрим элементы блока d:

d элементы блока

Вы помните, что когда вы строите Периодическую таблицу и выясняете, куда поместить электроны, используя принцип Ауфбау, после аргона происходит что-то странное.

В аргоне уровни 3s и 3p заполнены, но вместо того, чтобы заполнять следующие уровни 3d, вместо этого заполняется уровень 4s, давая калий, а затем кальций.

Только после этого заполняются 3д уровни.


Примечание: Если вы не уверены в атомных орбиталях и электронных структурах, вам действительно нужно перейти по этой ссылке, прежде чем продолжить. Вы попадете на страницу, объясняющую атомные орбитали, а затем на другие страницы, посвященные электронным структурам.

Если вы все же перейдете по ссылке, используйте кнопку НАЗАД в браузере (или файл истории или меню «Перейти»), чтобы быстро вернуться на эту страницу.



Элементы Периодической таблицы, соответствующие заполнению уровней d, называются элементами блока d . Первый ряд из них показан в сокращенной форме Периодической таблицы ниже.

Электронная структура показанных элементов блока d:

Вы заметите, что узор заливки не совсем аккуратный! Он разрушен как по хрому, так и по меди.


Примечание: Это то, что вам просто нужно принять. Для этого не существует простого объяснения , которое можно было бы использовать на этом уровне. Любое простое объяснение ошибочно!

Иногда говорят, что наполовину заполненный d-уровень, как в хроме (с одним электроном на каждой орбитали), является стабильным, и это так - иногда ! Но затем вы должны посмотреть на , почему стабильно. Очевидное объяснение состоит в том, что хром занимает эту структуру, потому что разделение электронов минимизирует отталкивание между ними - иначе он принял бы совершенно другую структуру.

Но вам нужно только взглянуть на электронную конфигурацию вольфрама (W), чтобы увидеть, что это на первый взгляд простое объяснение не всегда работает. Вольфрам имеет такое же количество внешних электронов, как и хром, но его внешняя структура другая - 5d 4 6s 2 . Опять же, отталкивание электронов должно быть минимизировано - иначе он не принял бы эту конфигурацию. Но в данном случае - это не , правда, что состояние наполовину заполнено наиболее стабильно - это не кажется очень разумным, но это факт! Настоящее объяснение будет намного сложнее, чем кажется на первый взгляд.

Вы также не можете использовать утверждение, что полный уровень d (например, в случае с медью) является стабильным, если вы не можете придумать правильное объяснение того, почему это так. Вы не можете считать, что красивый и опрятный вид - достаточно веская причина!

Если вы не можете объяснить что-то должным образом, гораздо лучше просто принять это, чем придумывать ошибочные объяснения, которые кажутся нормальными на первый взгляд, но не выдерживают критики!



Переходные металлы

Не все элементы d-блока считаются переходными металлами! Между различными учебными планами, основанными на Великобритании, есть расхождения, но большинство используют определение:

Переходный металл - это металл, который образует один или несколько стабильных ионов, которые имеют не полностью заполненных d-орбиталей .

Примечание: Самое последнее определение IUPAC включает возможность того, что сам элемент также имеет неполные d-орбитали. Вряд ли это будет большой проблемой (она действительно возникает только со скандием), но вам нужно будет изучить ту версию, которую хочет ваш учебный план. Обе версии определения в настоящее время используются в различных учебных программах Великобритании.

Если вы готовитесь к экзамену в Великобритании и у вас нет копии учебной программы, перейдите по этой ссылке, чтобы узнать, как ее получить.Используйте кнопку НАЗАД в браузере, чтобы быстро вернуться на эту страницу.



На основании приведенного выше определения скандий и цинк не считаются переходными металлами, даже если они входят в d-блок.

Скандий имеет электронную структуру [Ar] 3d 1 4s 2 . Когда он образует ионы, он всегда теряет 3 внешних электрона и в конечном итоге имеет структуру аргона. Ион Sc 3+ имеет без d-электронов и поэтому не соответствует определению.

Цинк имеет электронную структуру [Ar] 3d 10 4s 2 . Когда он образует ионы, он всегда теряет два 4s-электрона, чтобы получить ион 2+ с электронной структурой [Ar] 3d 10 . Ион цинка имеет полных уровней d и также не соответствует определению.

Напротив, медь [Ar] 3d 10 4s 1 образует два иона. В ионе Cu + электронная структура [Ar] 3d 10 . Однако более распространенный ион Cu 2+ имеет структуру [Ar] 3d 9 .

Медь определенно является переходным металлом, потому что ион Cu 2+ имеет неполный d-уровень.

 

Ионы переходных металлов

Здесь вы столкнулись с одним из самых раздражающих фактов в химии такого уровня! Когда вы разрабатываете электронные структуры первой серии переходов (от скандия к цинку), используя принцип Ауфбау, вы делаете это на основе того, что 3d-орбитали имеют более высокую энергию, чем 4s-орбитали.

Это означает, что вы работаете в предположении, что 3d-электроны добавляются после 4s.

Однако во всей химии переходных элементов 4s-орбиталь ведет себя как внешняя орбиталь с самой высокой энергией. Когда эти металлы образуют ионы, первыми всегда теряются 4s-электроны.

Запомните:

Когда элементы d-блока образуют ионы, сначала теряются 4s-электроны.

Примечание: Проблема здесь в том, что принцип Ауфбау может быть использован только как способ разработки электронных структур большинства атомов.Это простой способ сделать это, хотя с некоторыми из них он терпит неудачу, например, с хромом или медью, и вы должны этому научиться.

Однако в его теории есть изъян, который порождает подобные проблемы. Почему при ионизации металла не теряются 3d-электроны с явно более высокой энергией?

Я написал подробное объяснение этого на другой странице, названной порядком заполнения 3d и 4s орбиталей. Если вы учитель или очень уверенный в себе ученик, вы можете перейти по этой ссылке.

Если вы не так уверены, я предлагаю вам проигнорировать это. Убедитесь, что вы можете определить структуру этих атомов, используя принцип Ауфбау, исходя из предположения, что трехмерные орбитали заполняются после 4s, и узнайте, что, когда атомы ионизируются, 4s-электроны всегда теряются первыми. Просто игнорируйте противоречия между этими двумя идеями!



Чтобы написать электронную структуру для Co 2+ :

Co [Ar] 3d 7 4s 2
Co 2+ [Ar] 3d 7

Ион 2+ образуется в результате потери двух 4s-электронов.

Чтобы написать электронную структуру для V 3+ :

V [Ar] 3d 3 4s 2
V 3+ [Ar] 3d 2

Сначала теряются 4s-электроны, а затем один из 3d-электронов.


Примечание: Вы найдете больше примеров написания электронных структур для ионов d-блока, перейдя по этой ссылке.

Используйте кнопку НАЗАД в браузере, чтобы быстро вернуться на эту страницу.



 

Переменная степень окисления (число)

Одной из ключевых особенностей химии переходных металлов является широкий диапазон степеней окисления (степеней окисления), которые металлы могут проявлять.


Примечание: Если вы не уверены в степени окисления, вам действительно нужно перейти по этой ссылке, прежде чем продолжить.

Используйте кнопку НАЗАД в браузере, чтобы быстро вернуться на эту страницу.



Однако было бы неправильно создавать впечатление, что только переходные металлы могут иметь переменные степени окисления. Например, такие элементы, как сера, азот или хлор, имеют очень широкий диапазон степеней окисления в своих соединениях - и это, очевидно, не переходные металлы.

Однако эта изменчивость менее характерна для металлов, за исключением переходных элементов.Из известных металлов из основных групп Периодической таблицы, только свинец и олово показывают переменную степень окисления в той или иной степени.

Примеры различных степеней окисления переходных металлов

Утюг

Железо имеет две общие степени окисления (+2 и +3), например, в Fe 2+ и Fe 3+ . Он также имеет менее распространенную степень окисления +6 в ионе феррата (VI), FeO 4 2-.

Марганец

Марганец имеет очень широкий диапазон степеней окисления в своих соединениях. Например:

+2 дюймов Mn 2+
+3 дюймов Mn 2 O 3
+4 дюймов MnO 2
+6 дюймов MnO 4 2-
+7 дюймов MnO 4 -

Другие примеры

Вы найдете вышеупомянутые и другие примеры, рассмотренные подробно, если вы исследуете химию отдельных металлов из меню переходных металлов.Внизу страницы есть ссылка на это меню.

 

Объяснение различных степеней окисления переходных металлов

Мы рассмотрим образование простых ионов, таких как Fe 2+ и Fe 3+ .

Когда металл образует ионное соединение, формула производимого соединения зависит от энергетики процесса. В целом образующееся соединение является тем, в котором выделяется больше всего энергии. Чем больше выделяется энергии, тем стабильнее соединение.

Есть несколько энергетических терминов, над которыми стоит задуматься, но основные из них:

  • Количество энергии, необходимое для ионизации металла (сумма различных энергий ионизации)

  • Количество энергии, выделяемой при образовании соединения. Это будет либо энтальпия решетки, если вы думаете о твердых телах, либо энтальпия гидратации ионов, если вы думаете о растворах.

Чем более заряжен ион, тем больше электронов вам нужно удалить и тем больше энергии ионизации вы должны будете обеспечить.

Но с учетом этого, чем более заряжен ион, тем больше энергии выделяется в виде энтальпии решетки или энтальпии гидратации иона металла.


Примечание: В общем, я говорю о циклах Борна-Габера. Вы найдете их в разделе «Энергетика» Chemguide или в моей книге расчетов по химии.


Размышляя о типичном непереходном металле (кальции)

Хлорид кальция - CaCl 2 .Это почему?

Если вы попытались получить CaCl (содержащий ион Ca + ), общий процесс будет немного экзотермическим.

Создавая вместо этого ион Ca 2+ , вы должны обеспечить больше энергии ионизации, но вы получите намного больше энергии решетки. Между ионами хлора и ионами Ca 2+ существует гораздо большее притяжение, чем если бы у вас был только ион 1+. Общий процесс очень экзотермический.

Поскольку при образовании CaCl 2 выделяется гораздо больше энергии, чем при производстве CaCl, то CaCl 2 более стабилен - и поэтому образуется вместо него.

А как насчет CaCl 3 ? На этот раз вам нужно удалить из кальция еще один электрон.

Первые два идут с уровня 4s. Третий идет из 3п. Это гораздо ближе к ядру, поэтому удалить его гораздо сложнее. Между вторым и третьим удаленными электронами наблюдается большой скачок энергии ионизации.

Хотя энтальпия решетки будет увеличиваться, этого недостаточно, чтобы компенсировать дополнительную энергию ионизации, и в целом процесс очень эндотермический.

Делать CaCl 3 энергетически нецелесообразно!

Размышляя о типичном переходном металле (железе)

Вот изменения в электронной структуре железа для образования ионов 2+ или 3+.

Fe [Ar] 3d 6 4s 2
Fe 2+ [Ar] 3d 6
Fe 3+ [Ар] 3d 5

4s-орбитали и 3d-орбитали имеют очень похожие энергии.Нет большого скачка в количестве энергии, необходимой для удаления третьего электрона, по сравнению с первым и вторым.

Цифры для первых трех энергий ионизации (в кДж / моль -1 ) для железа по сравнению с таковыми для кальция:

905

Энергия ионизации увеличивается по мере того, как вы отбираете у атома больше электронов, потому что такое же количество протонов привлекает меньше электронов.Однако если взять третий электрон из железа, то прирост будет гораздо меньше, чем из кальция.

В случае железа дополнительная энергия ионизации более или менее компенсируется дополнительной энтальпией решетки или энтальпией гидратации, выделяющейся при получении соединения 3+.

Чистый эффект всего этого состоит в том, что общее изменение энтальпии не сильно отличается от того, производите ли вы, скажем, FeCl 2 или FeCl 3 . Это означает, что преобразование между двумя соединениями не так уж сложно.

 

Образование комплексных ионов

Что такое комплексный ион?

Комплексный ион имеет ион металла в центре с рядом других молекул или ионов, окружающих его. Их можно считать присоединенными к центральному иону координационными (дативными ковалентными) связями. (В некоторых случаях соединение на самом деле более сложное.)

Молекулы или ионы, окружающие центральный ион металла, называются лигандами .

Простые лиганды включают воду, аммиак и ионы хлора.

Все это объединяет активные неподеленные пары электронов на внешнем энергетическом уровне. Они используются для образования координационных связей с ионом металла.

Некоторые примеры комплексных ионов, образованных переходными металлами

[Fe (H 2 O) 6 ] 2+

[Co (NH 3 ) 6 ] 2+

[Cr (OH) 6 ] 3-

[CuCl 4 ] 2-

Другие металлы также образуют комплексные ионы - это не то, что делают , только переходные металлы .Однако переходные металлы образуют очень широкий спектр комплексных ионов.

металл 1-й IE 2-й IE 3-й IE
Ca 590 1150 4940
Fe 762 1560

Примечание: Вы можете узнать больше о комплексных ионах, перейдя по этой ссылке. Вы попадете в раздел сайта, посвященный исключительно комплексным ионам.

Если вы перейдете по ссылке, используйте кнопку НАЗАД в браузере (или в файле истории или в меню «Переход»), если вы хотите снова вернуться на эту страницу.



 

Образование окрашенных соединений

Некоторые общие примеры

На диаграммах показаны приблизительные цвета для некоторых распространенных комплексных ионов переходных металлов.

Вы найдете эти и другие обсуждения, если перейдете по ссылкам на отдельные металлы из меню переходных металлов (ссылка внизу страницы).

Как вариант, вы можете изучить меню сложных ионов (перейдите по ссылке в окне справки, которое только что исчезло в верхней части экрана).

Происхождение цвета в ионах переходных металлов

Когда белый свет проходит через раствор одного из этих ионов или отражается от него, некоторые цвета света поглощаются.Цвет, который вы видите, - это то, как ваш глаз воспринимает то, что осталось.

Присоединение лигандов к иону металла влияет на энергии d-орбиталей. Свет поглощается, когда электроны перемещаются между одной d-орбиталью и другой. Это подробно объясняется на другой странице.


Примечание: По этой ссылке вы найдете подробное объяснение происхождения цвета в сложных ионах и факторов, которые вызывают его изменение. Эта страница относится к части сайта, посвященной комплексным ионам.

Используйте кнопку НАЗАД в браузере, если хотите снова вернуться на эту страницу.



 

Каталитическая активность

Переходные металлы и их соединения часто являются хорошими катализаторами. Некоторые из наиболее очевидных случаев упомянуты ниже, но вы найдете подробное исследование катализа в другом месте на сайте (перейдите по ссылке после примеров).

Переходные металлы и их соединения действуют как катализаторы либо из-за их способности изменять степень окисления, либо, в случае металлов, адсорбировать другие вещества на своей поверхности и активировать их в процессе.Все это исследуется в главном разделе катализа.

Переходные металлы как катализаторы

Железо в процессе Габера

Процесс Габера объединяет водород и азот для получения аммиака с использованием железного катализатора.

Никель при гидрировании связей C = C

Эта реакция лежит в основе производства маргарина из растительных масел.

Однако простейшим примером является реакция между этеном и водородом в присутствии никелевого катализатора.

 

Соединения переходных металлов в качестве катализаторов

Оксид ванадия (V) в контактном процессе

В основе контактного процесса лежит реакция превращения диоксида серы в триоксид серы. Газообразный диоксид серы пропускают вместе с воздухом (в качестве источника кислорода) над твердым катализатором на основе оксида ванадия (V).

Ионы железа в реакции персульфат-ионов с иодид-ионами

Персульфат-ионы (пероксодисульфат-ионы), S 2 O 8 2- , являются очень сильными окислителями.Иодид-ионы очень легко окисляются до йода. И все же реакция между ними в растворе в воде очень медленная.

Реакция катализируется присутствием ионов железа (II) или железа (III).


Примечание: Вы найдете подробные объяснения этих реакций в разделе катализа на сайте. Вы могли бы начать со страницы типов катализаторов.

Используйте кнопку НАЗАД в браузере, чтобы быстро вернуться на эту страницу.



 
 

Куда бы вы сейчас хотели пойти?

В меню переходных металлов. . .

В меню «Неорганическая химия». . .

В главное меню. . .

 

© Джим Кларк 2003 (последнее изменение - июнь 2015 г.)

.

Переходный металл - Простая английская Википедия, бесплатная энциклопедия

Переходные металлы - это группа металлов, которые находятся в середине периодической таблицы. Щелочноземельные металлы, начиная с бериллия, находятся слева, а элементы группы бора - справа. Термин «переходный элемент» был придуман для них в 1921 году.

Атомные номера этих металлов 21-30, 39-48, 57, 72-80, 89 и 104-112. Многие элементы, такие как Zn, Cd, Hg, La и Ac имеют весьма спорную позицию в переходной серии элементов.La и Ac также относятся к ряду лантанидов и рядов актинидов соответственно.

Переходные металлы обладают несколькими общими свойствами. Они тверже и менее реактивны, чем щелочноземельные металлы. Они также тверже, чем металлы пост-переходного периода. Они образуют красочные химические соединения с другими элементами. Большинство из них имеют более одной степени окисления. Как и другие металлы, они являются электрическими проводниками.

Некоторые переходные металлы, такие как железо, цинк и хром, необходимы для поддержания здоровья человека.Другие элементы переходных металлов могут быть вредными для нашего организма, например, кадмий и ртуть. Другие элементы, такие как золото или серебро, не вредят и не помогают нам. Переходных металлов больше, чем любых других групп в периодической таблице.

Только некоторые переходные металлы окрашены; большинство из них серебристо-серые или серебристо-голубоватые.

.

Переходные металлы

Переход Металлы


Положение Переходные металлы в периодической таблице

Элементы периодической таблицы часто делятся на четыре категории: (1) элементы основной группы, (2) переходные металлы, (3) лантаноиды и (4) актиниды. Элементы основной группы включите активные металлы в два крайних левых столбца периодической таблицы Менделеева и металлов, полуметаллов и неметаллов в шести столбцах в крайнем правом углу.Переходные металлы металлические элементы, которые служат мостом или переходом, между двумя сторонами стола. Лантаноиды , и актиниды внизу таблицы иногда известные как внутренние переходные металлы , потому что они имеют атомные числа, которые попадают между первым и вторым элементами в последние два ряда переходных металлов.


Переходные металлы vs.Элементы основной группы

Существуют некоторые разногласия по поводу классификации элементы на границе между основной группой и переходные металлические элементы в правой части стола. В рассматриваемые элементы: цинк (Zn), кадмий (Cd) и ртуть. (Hg).

Несогласие по поводу того, должны ли эти элементы быть классифицированы как элементы основной группы или переходные металлы, предполагает что различия между этими категориями не ясны.Переходные металлы во многом похожи на металлы основной группы: выглядят как металлы, они ковкие и пластичные, проводят тепло и электричество, и они образуют положительные ионы. Факт два лучших проводника электричества - переходный металл (медь) и металл основной группы (алюминий) показывает степень физические свойства металлов основной группы и переходных металлы перекрывают друг друга.

Между этими металлами также есть различия. В переходные металлы более электроотрицательны, чем основная группа металлы, например, и поэтому с большей вероятностью образуют ковалентные соединения.

Еще одно различие между металлами основной группы и переходные металлы можно увидеть в формулах соединений они образуются. Металлы основной группы имеют тенденцию образовывать соли (такие как NaCl, Mg 3 N 2 и CaS), в которых присутствуют достаточно отрицательных ионов, чтобы сбалансировать заряд на положительном ионы. Переходные металлы образуют аналогичные соединения [такие как FeCl 3 , HgI 2 или Cd (OH) 2 ], но они более вероятны чем металлы основной группы с образованием комплексов, таких как FeCl 4 -, HgI 4 2- и Cd (OH) 4 2- ионы, которые имеют избыточное количество отрицательных ионов.

Третье различие между основной группой и переходным металлом ионов - это легкость, с которой они образуют стабильные соединения с нейтральные молекулы, такие как вода или аммиак. Соли основной группы ионы металлов растворяются в воде с образованием водных растворов.

H 2 O
NaCl ( с ) Na + ( водн. ) + Класс - ( водн. )

Когда мы даем воде испариться, мы возвращаем оригинал исходный материал, NaCl ( с ).Соли переходного металла ионы могут проявлять совсем другое поведение. Хром (III) хлорид, например, представляет собой соединение фиолетового цвета, которое растворяется в жидкий аммиак с образованием желтого соединения с формулой CrCl 3 6 NH 3 , которые можно изолировать, когда аммиак позволяют испариться.

CrCl 3 ( с ) + 6 NH 3 ( л ) CrCl 3 6 NH 3 ( с )


Электрон Конфигурация ионов переходных металлов

Связь между электронными конфигурациями элементы переходных металлов и их ионы сложны.

Пример: Давайте рассмотрим химию кобальта, который образует комплексы, содержащие Co 2+ или Co 3+ ионы.

Записана электронная конфигурация нейтрального атома кобальта следующее.

Co: [Ar] 4 с 2 3 d 7

Обсуждение относительных энергий атомных орбиталей предполагает, что орбиталь 4 s имеет меньшую энергию, чем орбиталь 3 d орбитали.Таким образом, можно ожидать, что кобальт потеряет электроны из более высокая энергия 3 d орбиталей, но это не то, что наблюдаемый. Ионы Co 2+ и Co 3+ имеют следующие электронные конфигурации.

Co 2+ : [Ar] 3 d 7

Co 3+ : [Ar] 3 d 6

Обычно электроны удаляются из валентная оболочка с орбиталей до их удаления из валентность d орбиталей при ионизации переходных металлов.

Поскольку валентные электроны в ионах переходных металлов сосредоточены на d орбиталях, эти ионы часто описываются как имеющие конфигурации d n . Ко 3+ и ионы Fe 2+ , например, как говорят, имеют d 6 конфигурация.

Co 3+ : [Ar] 3 d 6

Fe 2+ : [Ar] 3 d 6


Степени окисления Переходные металлы

Большинство переходных металлов образуют более одной степени окисления.

Однако некоторые степени окисления встречаются чаще, чем другие. Наиболее частые степени окисления первой серии переходные металлы приведены в таблице ниже. Усилия по объяснить очевидную закономерность в этой таблице в конечном итоге не сочетание причин. Некоторые из этих степеней окисления являются общими потому что они относительно стабильны. Другие описывают соединения которые не обязательно стабильны, но реагируют медленно. Все еще другие распространены только с исторической точки зрения.

Общие состояния окисления первой серии переходных металлов

SC Ti В Cr Мн Fe Co Ni Cu Zn
+1 г 10
+2 г 3 г 5 г 6 г 7 г 8 г 9 г 10
+3 г 0 г 3 г 5 г 6
+4 г 0 г 3
+5 г 0
+6 г 0
+7 г 0

Одно замечание о степенях окисления переходных металлов заслуживает особого внимания: ионы переходных металлов с зарядами больше +3 не может существовать в водном растворе.

Рассмотрим следующую реакцию, в которой марганец окисляется. от степени окисления +2 до +7.

Mn 2+ ( водн. ) + 4 H 2 O ( l ) MnO 4 - ( водн. ) + 8 H + ( водн. ) + 5 e -

Когда атом марганца окисляется, становится больше электроотрицательный. В степени окисления +7 этот атом достаточно электроотрицательный, чтобы реагировать с водой с образованием ковалентной оксид, MnO 4 - .

Полезно иметь способ различать заряд на ионе переходного металла и степень окисления переходный металл. Условно такие символы, как Mn 2+ относятся к ионам, несущим заряд +2. Такие символы, как Mn (VII), используется для описания соединений, в которых марганец находится в +7 степень окисления.

Mn (VII) - не единственный пример сильной степени окисления. достаточно, чтобы разложить воду. Как только Mn 2+ окисляется до Mn (IV) он реагирует с водой с образованием MnO 2 .А подобное явление можно увидеть в химии ванадия и хром. Ванадий существует в водных растворах как V 2+ ион. Но как только он окисляется до степени окисления +4 или +5, он реагирует с водой с образованием VO 2+ или VO 2 + ион. Ион Cr 3+ находится в водном растворе. Но как только этот ион окисляется до Cr (VI), он реагирует с водой с образованием образуют CrO 4 2- и Cr 2 O 7 2- ионы.

.

Смотрите также