Перехідні Елементи Відповідно до періодичної класифікацією елементів існує 44 елемента, що утворюють підгрупи А. У кожній з цих підгруп (або сімейств) на зовнішньої (валентної) електронної оболонці число електронів дорівнює номеру групи. При переході від елемента однієї підгрупи до елементу сусідній підгрупи уздовж періоду зліва направо число валентних електронів зростає на 1. Тому відбувається регулярне зміна властивостей від металевих в родинах з низькими номерами до неметалічних в родинах з великими номерами. У той же час є більше 60 елементів, які не підкоряються вищеописаним принципам забудови електронної структури. Всі ці елементи є металами за своїми хімічними властивостями (деякі дуже активними), подібними з металами підгрупи IIA. В цьому класі знаходяться метали, що утворюють сплави (Fe, Mn, Mo, Cu, Zn, Pt, Au і ін.) Або є дорогоцінними металами, що володіють важливими структурними властивостями. У цих елементів на відміну від елементів підгруп А, у яких заповнюється електронами зовнішній шар, електрони надходять на внутрішні шари, а елементи називаються "перехідними".
За деякими винятками, в цілому для електронної будови перехідних елементів характерна наявність двох електронів на зовнішній електронній оболонці, тобто на ns-рівні, і розміщення наступних електронів на внутрішню оболонку, тобто на рівень (n 1) або (n 2). Так як хімічні і багато фізичні властивості визначаються типом і енергією зовнішніх електронів по відношенню до ядра, а структури зовнішніх електронних оболонок ідентичні для всіх перехідних елементів, то і спостерігається багато спільного в їх хімічних і фізичних властивостях. Додавання до кожного наступного (в ряду періодичної таблиці) металу одного протона до ядра і одного електрона на внутрішню оболонку не збільшує радіусу, а скоріше трохи зменшує його. Це зменшення, або стиснення, незрівнянно за величиною з стисненням в горизонтальному ряду неперехідних елементів періодичної таблиці (наприклад, від Li до F), але має ту ж природу.
Перехідні елементи можна розділити на дві окремі групи серій в залежності від того, розташовані наступні електрони на першому (n 1) або другому (n 2) рівні від зовнішнього шару. Відповідно елементи відносяться в першому випадку до коротким (1-му і 2-му) перехідним рядах і нормальним серіям (d-серіям) довгих (3-го і 4-го) перехідних рядів, а в другому випадку до внутрішніх серіям (f- серіям) довгих перехідних рядів (див. табл. 9).
Не завжди можна точно передбачити або розрахувати електронну конфігурацію елементів з великими атомними номерами, тому деякі позначення не можна вважати остаточними. Серед хіміків немає повної згоди про позначення елементів підгруп IB і IIB як підгруп перехідних елементів. Зокрема це стосується металів Cu, Ag, Au (IB) і Zn, Cd, Hg (IIB). У кожній з цих підгруп елементи містять внутрішню завершену оболонку з 18 електронів. Тому якщо визначення перехідного елемента передбачає розташування чергового електрона у внутрішній оболонці, то метали підгруп IB і IIB не є ні перехідними, ні неперехідних елементами. Але оскільки вони володіють багатьма властивостями, загальними з властивостями перехідних елементів, то їх в цьому розділі належать до перехідних елементів.
Загальні властивості. Спочатку розглядаються деякі загальні властивості, потім властивості по підгрупах і окремі елементи більш детально. Загальні і фізичні властивості зведені в таблиці.
Електронна конфігурація. За деяким винятком всі перехідні елементи мають 2 електрони на зовнішньому або вищому енергетичному рівні і один або більше електронів на нижчому (n 1) або (n 2). При переході від елемента до елементу в межах одного ряду елементів ядро збільшується на 1 протон, збільшуючи заряд, і відповідно число електронів також збільшується на 1. Цей додатковий електрон розташовується на (n 1) або (n 2) рівні, тобто на внутрішній оболонці, що призводить до деякого зменшення радіуса атома, або стиску зі збільшенням атомного номера. На підставі цього ефекту можна пояснити багато періодичні зміни властивостей.
Освіта зв'язку. Описане електронна будова дозволяє всім цим елементам утворювати хімічний зв'язок в з'єднаннях за участю 3 електронів; багато перехідні елементи утворюють зв'язок за допомогою 2 зовнішніх електронів, і всі ці елементи можуть (хоча й не завжди) надавати кількість електронів, що дорівнює номеру групи, в якій знаходиться цей елемент. Можливість участі в связеобразованіі різного числа електронів називається полівалентністю. Наприклад, у марганцю, елемента підгрупи VIIв, ступінь окислення змінюється від II (MnCl2) до VII (KMnO4). Чим більше електронів бере участь в утворенні хімічного зв'язку, тим більше ковалентного стає зв'язок.
Забарвлення іонів. Так як при переході від одного елемента до іншого вздовж ряду перехідних елементів в періодичній таблиці наступні електрони надходять на внутрішню оболонку і тому мало енергетично відрізняються один від одного, то досить невеликих витрат енергії для перескоку електрона в вищий енергетичний стан. Атоми і іони, які мають такі рухливі електрони, зазвичай добре пофарбовані, так як енергії світла достатньо для перескоку електронів. Тому багато іони перехідних елементів пофарбовані і утворюють забарвлені сполуки.
Фізичні властивості. Мала кількість електронів на зовнішньому рівні пояснює високу електро- і теплопровідність перехідних металів. Ті ж електрони можуть брати участь і в утворенні зв'язків між атомами одного елемента. Природа такого связеобразованіі не завжди зрозуміла, але корелює з високими величинами температур плавлення і кипіння. Суворої тенденції всередині сімейства перехідних металів не існує, але атом третього члена підгрупи В не повинен бути більше атома стоїть над ним металу. Наприклад, атомний радіус Zr дорівнює 1,57. а третій член підгрупи IVB Hf, що стоїть під Zr, також має r = 1,57.
Магнітні властивості. Загальне правило забудови електронних оболонок атомів полягає в тому, що електрони заповнюють незайняті орбіталі неспареними електронами, перш ніж почнеться заселення орбіталей другим електроном з утворенням пари електронів з однаковою енергією. Для всіх перехідних елементів (крім вільних металів підгруп IB і IIB) внутрішній рівень (n 1 або n 2) буде мати такі неспарені електрони. Завдяки цим електронам атом або іон "втягується" електромагнітним полем, тобто володіє парамагнетизмом. Атом або іон, який має спарені електрони, "виштовхується" електромагнітним полем, і така властивість називається діамагнетизмом. У деяких перехідних металів, наприклад у Fe з підгрупи VIIIв, парамагнетизм виражений дуже сильно і його прийнято називати феромагнетизмом.
Освіта комплексних іонів. Малий радіус перехідного елемента і наявність вакантних орбіталей для розміщення електронів є сприятливими умовами для взаємодії цих елементів з великою кількістю молекул і іонів, здатних бути донорами електронів. Утворені за таким механізмом з'єднання або іони називаються координаційними або комплексними. Більш детальне обговорення перехідних елементів наведено при розгляді кожної підгрупи. Порядок їх розгляду заснований на загальному правилі класифікації елементів, починаючи з підгрупи IIIB, а підгрупи IB і IIB розглядаються в кінці як останні члени 1-го, 2-го і 3-го рядів перехідних металів. Остання, внутрішня серія 4-го ряду перехідних металів актиноїди або трансуранові елементи розглядається окремо.
Допомога пошукових систем