Элементы блока D в периодической таблице | Введение

Элементы D-блока встречаются в современной периодической таблице с третьей по двенадцатую группу. Их валентные электроны расположены на d-орбитали. Элементы D-блока также известны как переходные элементы или переходные металлы. Давайте подробно рассмотрим d

блок в современной периодической таблице.

Что такое элементы блока D?

Элементы d-блока – это элементы, у которых электроны (1-10) заполнены на d-орбитали предпоследнего энергетического уровня, а также на s-орбитали (1-2), классифицируются как элементы D-блока. В группе 12 нет элементов, у которых электроны заполняют d-орбитали, но они все равно сгруппированы в d-блок из-за схожих химических свойств.

Ниже приведен список элементов d-блока:

1. Скандий (Sc)
2. Титан (Ti)
3. Ванадий (V)
4. Хром (Cr)
5. Марганец (Mn)
6. Железо (Fe)
7. Кобальт (Co)
8. Никель (Ni)
9. Медь (Cu)
10. Цинк (Zn)
11. Иттрий (Y)
12. Цирконий (Zr)
13. Ниобий (Nb)
14. Молибден (Mo)
15. Технеций (Tc)
16. Рутений (Ru)
17. Родий (Rh)
18. Палладий (Pd)
19. Серебро (Ag)
20. Кадмий (Cd)
21. Лантан (La)
22. Гафний (Hf)
23. Тантал (Ta)
24. Вольфрам (W)
25. Рений (Re)
26. Осмий (Os)
27. Иридий (Ir)
28. Платина (Pt)
29. Золото (Au)
30. Ртуть (Hg)
31. Актиний (Ac)
32. Резерфордий (Rf)
33. Дубний (Db)
34. Сиборгий (Sg)
35. Борий (Bh)
36. Хассий (Hs)
37. Мейтнерий (Mt)
38. Дармштадтий (Ds)
39. Рентгений (Rg)
40. Коперниций (Cn)

Почему элементы D-блока называют переходными металлами?

Элементы D-блока имеют свойства и положение, которые являются переходными между элементами s и p блоков. Основные группы переходных элементов – от четырех до одиннадцати. Однако скандий и иттрий из третьей группы также считаются переходными металлами из-за их частично заполненной d-подрешетки в металлическом состоянии. Такие элементы, как цинк и ртуть, имеют заполненные d-подрешетки и не считаются переходными металлами.

Все переходные металлы являются элементами d-блока, но не все элементы d-блока являются переходными металлами.

Электронная конфигурация элементов D-блока

Общая конфигурация элементов D-блока – (n – 1)d 1-10 ns 1-2.

Полузаполненные орбитали и заполненные d-орбитали могут обеспечивать стабильность этих элементов.

Давайте рассмотрим электронную конфигурацию переходных серий в соответствии с принципом Ауфбау и правилом кратности Хунда.

Первая переходная серия

Вторая переходная серия

Третья переходная серия

Аномалии во всех сериях могут быть объяснены следующей причиной:

1. Энергетический разрыв между ns и (n – 1)d орбиталями
2. Энергия спаривания для электронов на s-орбитали
3. Стабильность полузаполненных орбиталей по отношению к частично заполненным орбиталям.

Электронная конфигурация хрома – 4s 1 3d 5 вместо 4s 2 3d 4, а меди – 4s 1 3d 10 вместо 4s 2 3d 9. Эти аномалии можно понять из стабильности полузаполненных орбиталей к частично заполненным.

Большинство переходных металлов могут быть связаны со многими различными лигандами, что позволяет создавать широкий спектр комплексов переходных металлов.

Цветные соединения, которые возникают в результате переноса заряда.

1. Переход переноса заряда – электрон может перейти с преимущественно легендарной орбиты на орбиту металла. Это приводит к переходу заряда от лиганда к металлу. Цветные соединения обычно возникают, когда металлы находятся в более высокой степени окисления.
2. Атомные и ионные радиусы элементов D-блока
3. Атомные и ионные радиусы элементов всех трех переходных серий d-блока быстро уменьшаются от третьего столбца к шестому, остаются стабильными от третьего столбца к десятому и начинают увеличиваться от одиннадцатого к двенадцатому.
4. Поскольку электроны занимают более высокую орбиталь, радиус элементов третьей серии должен быть больше, чем элементов второй серии. Однако радиусы элементов второй и третьей серий практически одинаковы.

В третьей серии 5d-орбитали заполняются только после заполнения 4f-орбиталей. Вследствие этого эффективный ядерный заряд увеличивается на 14 единиц. Этот повышенный ядерный заряд приводит к уменьшению радиусов, известному как сокращение лантаноидов.

Увеличение эффективного ядерного заряда нейтрализует увеличение радиусов, которое может произойти из-за более высоких орбиталей.

Свойства элементов D-блока

Энергия ионизации элементов D-блока – энергия ионизации элементов d-блока больше, чем s-блока, и меньше, чем p-блока. В первом ряду, за исключением хрома и меди, первая энергия ионизации связана с удалением с заполненной s-орбитали. Среди них энергия ионизации элементов d-блока возрастает с увеличением атомного номера до железа.

Металлический характер – элементы D-блока проявляют металлический характер, характеризующийся высокой прочностью на разрыв, ковкостью, пластичностью, электро- и теплопроводностью, металлическим блеском и т.д. Элементы d-блока очень твердые, имеют высокую энтальпию и низкую летучесть, за исключением меди. Твердость увеличивается с ростом числа неспаренных электронов. Исключение составляют элементы группы 12 (цинк, кадмий и ртуть).

Состояния окисления элементов блока D

Состояние окисления – это гипотетическое состояние, в котором атом набирает или теряет электронов больше, чем в обычном валентном состоянии.

1. Поскольку разница в энергии между s- и d-орбиталями мала, оба электрона могут участвовать в образовании ионных и ковалентных связей. Это заставляет их проявлять несколько валентных состояний (состояний окисления).

1. Каждый переходный элемент может иметь минимальное состояние окисления, равное числу s-электронов. Переходные элементы также могут иметь максимальное состояние окисления, равное общему числу электронов на s- и d-орбиталях вместе взятых. Также могут проявляться состояния окисления, лежащие между ними.

Почему элементы D-блока имеют высокие температуры плавления и кипения?

Неспаренные электроны и частично заполненные или пустые d-орбитали образуют ковалентные связи наряду с металлическими связями с помощью s-электронов. Благодаря таким прочным связям элементы D-блока имеют высокие температуры плавления и кипения.

Энергии ионизации элементов в трех сериях переходов увеличиваются очень медленно по всему ряду. От 3-го ряда к правому углу 5d переходных элементов плотность, электроотрицательность, электро- и теплопроводность увеличиваются, а энтальпии гидратации катионов металлов уменьшаются по величине.

Это указывает на то, что переходные металлы постепенно становятся менее реакционноспособными и более благородными. Относительно высокие энергии ионизации, возрастающая электроотрицательность и уменьшающиеся низкие энтальпии гидратации делают металлы в правом нижнем углу d-блока настолько малореактивными, что их обычно называют благородными металлами.

Электродный потенциал элементов блока D

Относительная устойчивость ионов переходных металлов в различных состояниях окисления в водной среде может быть оценена по данным электродного потенциала. Катион в том состоянии окисления, для которого △H(△HSub + IE + △Hhyd) или E° является более отрицательным, будет более стабильным.

Элементы переходных металлов имеют низкий E° по сравнению с элементами первой и второй групп. E° становится менее отрицательным с увеличением ряда, что свидетельствует о более высокой стабильности восстановленного состояния.

Магнитные свойства элементов блока D

Существует три типа элементов, обладающих магнитными свойствами. К ним относятся:

Диамагнитные: Диамагнитные элементы отталкиваются от магнита. Причиной этого являются спаренные электроны.

Парамагнитные: Парамагнитные элементы притягиваются к магниту. Это вызвано неспаренными электронами.

Ферромагнитные: ферромагнитные элементы могут сохранять магнитную природу даже в отсутствие магнита. Причиной этого являются неспаренные электроны, расположенные вместе.

Неспаренные электроны определяют магнитную природу элементов D-блока. Неспаренные электроны вносят вклад в “орбитальный магнитный момент” и “спиновый магнитный момент”.

Для 3d-серии орбитальный магнитный момент пренебрежимо мал. Следующая формула дает приблизительный магнитный момент только спина:

μ= √[4s(s+1)] = √[n(n+1)]BM

Где – общий спин, а n – число неспаренных электронов? Единицей измерения является BM (магнетон Бора).

1. Для высших серий d-блока фактический магнитный момент включает компоненты орбитального магнитного момента наряду со спиновым магнитным моментом.
2. Давайте посмотрим на магнитный момент некоторых ионов в таблице ниже