§ 15. Главные переходные металлы (d-элементы) и их соединения

Общая характеристика.

Понятие переходный элемент обычно используется для обозначения любого элемента с валентными d- или f-электронами. Эти элементы занимают в периодической таблице переходное положение между электроположительными s-элементами и электроотрицательными p-элементами (см. § 2, 3).

d-Элементы принято называть главными переходными элементами. Их атомы характеризуются внутренней застройкой d-подоболочек. Дело в том, что s-орбиталь их внешней оболочки обычно заполнена уже до того, как начинается заполнение d-орбиталей в предшествующей электронной оболочке. Это означает, что каждый новый электрон, добавляемый в электронную оболочку очередного d-элемента, в соответствии с принципом заполнения (см. § 2), попадает не на внешнюю оболочку, а на предшествующую ей внутреннюю подоболочку. Химические свойства этих элементов определяются участием в реакциях электронов обеих указанных оболочек.

d-Элементы образуют три переходных ряда — в 4-м, 5-м и 6-м периодах соответственно. Первый переходный ряд включает 10 элементов, от скандия до цинка. Он характеризуется внутренней застройкой -орбиталей (табл. 15.1). Орбиталь заполняется раньше, чем орбиталь , потому что имеет меньшую энергию (см. правило Клечковского, § 2).

Следует, однако, отметить существование двух аномалий. Хром и медь имеют на своих -орбиталях всего по одному электрону. Дело в том, что полузаполненные или заполненные подоболочки обладают большей устойчивостью, чем частично заполненные подоболочки.

В атоме хрома на каждой из пяти -орбиталей, образующих -подоболочку, имеется по одному электрону. Такая подоболочка является полузаполненной. В атоме меди на каждой из пяти -орбиталей находится по паре электронов. Аналогичная аномалия наблюдается у серебра.

Все -элементы являются металлами.

Рассмотрим химические свойства некоторых наиболее важных переходных металлов и их соединений.

Таблица 15.1. Электронные конфигурации элементов четвертого периода от скандия до цинка