过渡元素的电子构型
- 过渡金属是具有不完全d亚层的元素,可以形成至少一个具有不完全d亚层的稳定离子
- 这一定义将它们与d区元素区分开来,因为钪和锌不符合这一定义
- 钪只形成离子Sc3 +、配置[阿拉伯文]3 d0
- 锌只形成离子锌2 +、配置[阿拉伯文]3 d10
- 因此,第一个过渡系列的元素是钛到铜
电子构型
- 第一批d系列过渡金属的完整电子构型如下表所示
- 后,构造原理电子首先占据能量最低的亚层
- 4s轨道和3d亚层重叠,所以4s轨道先被填满
- 记住,你可以缩写前五个亚层,1s-3p,为[阿拉伯文]表示氩的结构(称为氩核)
表显示了第一个d系列过渡元件的电子配置
- 从《AS化学》你应该能回忆起奥夫堡原理的两个例外,铬和铜
- 在这两种情况下,一个电子分别从4s层提升到3d层,以达到半满的和满的d-亚层
- 铬和铜的电子构型与你想象的不同:
- Cr是[Ar] 3d54 s1不[阿拉伯文]3 d44 s2
- Cu = [Ar] 3d104 s1不[阿拉伯文]3 d94 s2
- 这是因为[Ar] 3d54 s1和[Ar] 3d104 s1配置是能量上更稳定
- 铁原子和铁离子的电子构型2 +和菲3 +,如下图所示
- 铁原子1s22 s22 p63 s23 p63 d64 s2
- 菲2 +离子122 s22 p63 s23 p63 d6
- 菲3 +离子122 s22 p63 s23 p63 d5
有色离子与催化行为
一般性质
- 虽然过渡元素作为金属,它们有一些不同于周期表上其他金属的特性,例如:
- 变量氧化态
- 形式复杂的离子
- 形式有色化合物
- 像催化剂
可变氧化态
- 像周期表上的其他金属一样,过渡元素会失去电子,形成带正电的离子
- 然而,与其他金属不同,过渡元素可以形成一个以上的正离子
- 据说是这样的可变氧化态
- 因此,罗马数字被用来表示金属离子的氧化状态
- 例如,金属钠(Na)只会形成Na+离子(不需要罗马数字,因为Na形成的离子总是氧化态为+1)
- 过渡金属铁(Fe)能形成铁2 +(铁(II))而且菲3 +(铁(III)离子
形成复合离子
- 过渡元素的另一个性质是由它们形成可变氧化态的能力引起的,即它们的形成能力复杂的离子
- 复合离子是一种分子或离子,由一个中心金属原子或离子,以及围绕它的若干分子或离子组成
- 围绕中心金属原子或离子的分子或离子称为离子ligand
- 由于中心金属离子的氧化态不同,不同数量和种类的配体可以与过渡元素形成键
- 例如,铬(III)离子可以形成[Cr(NH)3.)6]3 +[Cr(哦)6]3 -和[Cr (H2O)6]3 +复杂的离子
形成有色化合物
- 过渡元素的另一个特性是它们的化合物通常是彩色
- 例如,[Cr(OH)]的颜色6]3 -络合物(Cr的氧化态为+3)为深绿色
- 而[Cr(NH3.)6]3 +络合物(Cr的氧化态仍为+3)为紫色的
过渡元素作为催化剂
- 由于过渡元素可以有不同的氧化态,它们可以制成极好的催化剂
- 在催化过程中,过渡元素可以通过从反应中的试剂中获得电子或给电子而转变为各种氧化态
- 物质也可以吸附到其表面并在此过程中被激活
- 催化剂有两种类型:
- 一个异构催化剂与反应物处于不同的物理状态(相)
- 反应发生在催化剂表面的活性部位
- 一个例子是在哈伯制氨过程中使用铁Fe
- 一个异构催化剂与反应物处于不同的物理状态(相)
N2(g) + 3H2(g)⇌2 nh3.(g)
-
- 一个均匀催化剂与反应物处于相同的物理状态(相)
- 过氧化氢分解是化学动力学研究中常见的反应,以氧化锰(IV)为催化剂
2 h2O2(g)→2H2O (aq) +O2(g)