第九章 d区和ds区元素（课件）-《无机化学》同步教学（国防大学出版社）

无机化学 第九章 d区和ds区元素 第二节 d区元素 第三节 稀土金属 第四节 ds区元素 第一节 d区和ds区元素的通性 第五节 常见阳离子的鉴定方法 d区和ds区位于周期表中部，d区元素包括第Ⅲ B~Ⅷ族元素8个直列，这些元素的原子的价电子层构型通式是(n-1)d1~9ns1~2(钯4d105s0除外)。ds区元素包括第ⅠB族（铜族元素）和第Ⅱ B族（锌族元素）元素，这些元素的原子的价电子层构型通式是(n -1)d10ns1~2。 通常把d区元素称为过渡元素，多数教材不把ds区元素列入过渡元素而单独讨论。按照传统的主副族分类方法，副族在化学元素周期表中用罗马数字后加B（如Ⅱ B）表示，而d区中Ⅷ族不属于副族元素。 第九章 d区和ds区元素 第一节 d区和ds区元素的通性 d区和ds区元素的结构特征 一、 d区（以下称过渡元素）电子结构的特点是具有未充满的d轨道（Pd除外），最外层只有1~2个电子，因此最外层和次外层两个电子层都未充满，其特征电子构型为（n-1）d1~9ns1~2。ds区元素的价层电子构型是(n-1)d10ns1~2它的次外层有18个电子，这是它们与第Ⅰ A和第Ⅱ A族元素不同之处（碱金属和碱土金属原子的次外层为8电子结构）。应该指出的是，铜族元素的某些氧化态（如Cu2+离子）d轨道上的电子亦未全部充满。这样使得d区和ds区元素的一系列性质几乎都与这一结构特征有着密切的联系。 第一节 d区和ds区元素的通性 过渡元素不同于主族元素，周期性变化规律不明显。例如，同周期金属性递变不显著，原子半径、电离能等随原子序数增加，虽然变化，但不显著，这反映出各元素间从左到右的水平相似性。所以，将这些元素按周期分为三个过渡系，第一过渡系是指第四周期的钪到镍，第二过渡系是指第五周期的钇到钯，第三过渡系是指第六周期的镧到铂。下面以第一系列为例说明过渡元素基本性质的变化规律，见表9-1。 第一节 d区和ds区元素的通性 第一节 d区和ds区元素的通性 单质的物理性质 二、 d区和ds区元素的单质都有着典型的金属性质，如有金属光泽，延展性高（锌族例外），有导电导热性。它们的密度比较大，除钪（2.99 g·cm-3）、钇（4.34 g·cm-3）和钛（4.5 g·m-3） 属轻金属外，其余元素都为重金属（密度大于5 g·cm-3）。d区和ds区金属比主族金属有更大的密度和硬度以及更高的熔点和沸点。例如，铬是所有单质金属中最硬的，莫氏硬度为9，熔点、沸点最高的是钨，依次为3410 ℃和5930 ℃。这是由于d电子也参与成键，成键价电子数增加，键强度增大。锌族元素熔点、沸点均低，汞是常温下唯一的液体金属。以第一过渡系元素的物理性质的递变说明上述规律性，如表9-2所示。 第一节 d区和ds区元素的通性 第一节 d区和ds区元素的通性 过渡金属及其化合物还具有磁性，这是由于过渡元素的原子（或离子）具有未成对的d电子所引起的，因为成单d电子的自旋运动使其具有顺磁性。 第一节 d区和ds区元素的通性 单质的化学性质 三、 金属单质的化学性质在很大程度上取决于单质的表面性质和金属原子提供电子的倾向，在水溶液中可由元素的电极电势大小来度量其活泼性。位于第四周期的第一过渡系的元素和锌元素，一般都可以从非氧化性的稀酸中置换出氢。 过渡金属由于空d轨道的存在，使它们更易形成配位键，产生丰富多彩的配位化合物，并因此呈现五彩缤纷的颜色。 第一节 d区和ds区元素的通性 氧化态 四、 d区过渡元素基本上都具有多种氧化态。ds区元素除银（氧化数为+1）、锌、镉（氧化数为+2）外，其余都显示变价。d区元素最外层和次外层电子层未饱和的构型特点，使其具有可变的氧化态。最外层的两个s电子容易失去，显示+2氧化态。另外，次外层的d电子和最外层的s电子能量相近，而且未达到稳定的结构，所以d电子也可部分或全部参加成键，故d区元素一般有可变的氧化态。ds区铜族和锌族（部分）元素的ns和(n-1)d层电子处于同一能级组，不仅s电子参加成键，且(n-1)d电子也因反应条件的不同，部分地参加成键，因此表现出几种氧化态。 第一节 d区和ds区元素的通性 氧化态变化表现有如下的规律性： （1）同一周期自左至右，随着原子序数的增加，氧化态先是逐渐升高，但第四周期在锰以后，第五周期在钌以后，第六周期在锇以后，氧化态又逐渐降低，最后与第ⅠB族元素的低氧化态相同； （2）同一族自上而下，高氧化态趋向于稳定，即第四周期元素一般容易出现低氧化态，第五、六周期的相应元素趋向于出现高氧化态。 第一节 d区和ds区元素的通性