Элементы d-блока

Согласно современной форме периодической таблицы, существует 118 элементов, которые подразделяются на четыре блока, а именно: s, p, d и f-блок элементов в зависимости от того, на какую орбиталь попадает валентный электрон или последний электрон.

Элементы в d-блоке периодической таблицы получают последний или валентный электрон на d-орбитали. Эти элементы с частично заполненной d-подоболочкой в конфигурации основного состояния называются элементами d-блока. Группы от IIIB до VIIIB и от IB до IIB включают элементы d-блока. Они начинаются с 4-го периода в четырех сериях – 3d, 4d, 5d и 6d современной периодической таблицы. В каждой серии по 10 элементов. Первая переходная серия (3d серия) начинается с Sc-21 и заканчивается Zn-30, вторая переходная серия (4d) от Y-39 до Cd-48, третья переходная серия или 5d серия La-58, Hf-72 до Hg-60 и последняя серия (6d) начинается с Ac-89, Rf-104 до Cn-112.

Все 6d-серии являются радиоактивными металлами, которые не встречаются в природе. Все они искусственно синтезированы в лаборатории. Элементы от La-58 до Hf-72 в 5d серии являются лантанидами, а от Ac-89 до Rf-104 в 6d серии – актинидами, включенными в f-блок элементов.

Положение элементов d-блока в периодической таблице

В периодической таблице элементы d-блока располагаются между элементами s-блока и p-блока. Эти элементы d-блока также называются переходными элементами. Большинство свойств элементов d-блока демонстрируют постепенный переход, связывающий свойства элементов s-блока (высокореакционных электроположительных) и p-блока (электроотрицательных). Таким образом, элементы d-блока выступают в качестве переходного состояния свойств обоих элементов s-блока к p-блоку. Поэтому эти элементы также называются переходными.

Элементы группы 2B, т.е. Zn, Cd, Hg, Cn, содержат полностью заполненные d-орбитали в основном состоянии, а также в стабильном состоянии окисления. Но валентный электрон входит в d- или предпоследнюю оболочку. Таким образом, эти элементы считаются элементами, принадлежащими к d-блоку, но не являются переходными элементами. Поэтому говорят: “Все переходные элементы являются элементами d-блока, но все элементы d-блока не являются переходными элементами”.

Электронная конфигурация элементов d-блока

Общая электронная конфигурация валентной оболочки элементов d-блока имеет вид (n-1)d 1-10 ns 1-2 . Здесь (n-1) – предпоследняя оболочка, в которой d-орбиталь содержит от 1 до 10 электронов, а n – крайняя оболочка, в которой s-орбиталь содержит 1 или 2 электрона. В целом, электроны заполняются по правилу Ауфбау и Хунда вдоль периода.

Частично заполненные и полностью заполненные орбитали d считаются стабильными, поэтому для достижения стабильности s-электрон поглощается d-орбиталью. Это также основано на энергии сопряжения s-электронов. Такое аномальное поведение наблюдается в случае хрома и меди в 3d-серии, как показано в таблице. Аналогичная тенденция наблюдается в случае 4d, 5d и 6d серий.

Общие свойства для элементов d-блока

Состояния окисления

Известно, что все элементы d-блока, за исключением первого и последнего элемента каждой серии, находятся в различных состояниях окисления. Это объясняется участием в связи как ns, так и (n-1)d-электронов. Общее состояние окисления +2 обусловлено s-электроном, а более высокие состояния окисления (от +3 до +7) – потерей s- и d-электронов. s-электрон или более низкая степень окисления d-блока элементов приводит к образованию ионной связи, в то время как более высокая степень окисления за счет d-электронов приводит к образованию ковалентной связи. Марганец демонстрирует наибольшее число состояний окисления (от +2 до +7), а наивысшее состояние окисления среди переходных металлов – +8, которое демонстрируют рутений и осмий.

Металлическая природа

Все переходные элементы имеют металлическую природу. Они обладают свойствами металлов, такими как высокая прочность на разрыв, ковкость и пластичность, и легко образуют сплавы с различными металлами. Они прекрасно проводят тепло и электричество, что указывает на существование металлической связи внутри металлов. Все переходные металлы твердые и хрупкие по своей природе, за исключением ртути, которая является жидкостью. Твердая и хрупкая природа переходных металлов указывает на наличие ковалентной связи. Благодаря этой ковалентной связи, за исключением Zn, Cd и Hg, все металлы имеют повышенные температуры плавления и кипения.

Атомный и ионный радиусы

В целом атомный радиус уменьшается по периоду и увеличивается по группе. Переходные металлы демонстрируют своеобразное поведение в тенденции изменения атомного радиуса. Например, в 3d-серии атомный радиус резко уменьшается от Sc до Cr, далее остается неизменным от Mn до Ni, а затем постепенно увеличивается для Cu и Zn. По мере увеличения количества d-электронов эффективный ядерный заряд и эффект экранирования также увеличиваются. Так, от Sc до Cr эффект экранирования слабый из-за меньшего количества d-электронов, но из-за высокого эффективного ядерного заряда приводит к резкому увеличению размера. От Mn к Ni эффективный ядерный заряд уравновешивается эффектом экранирования, что не приводит к изменению размера. В Cu и Zn d-орбитали полностью заполнены, что экранирует s-электрон внешней оболочки, что приводит к увеличению размера атомов по сравнению с предыдущими элементами.

Аналогично, увеличение размера атома наблюдается от 3d к 4d элементам, но радиусы 4d и 5d серий почти одинаковы из-за эффекта, названного сокращением лантанидов. В 5d-серии после лантана электрон переходит в 4f-подоболочку, а затем заполняется 5d-орбиталь. Вследствие этого эффективный ядерный заряд увеличивается, что приводит к уменьшению размера или компенсирует увеличение размера. Поскольку происходит сокращение, оно называется сокращением лантанида. Таким образом, тенденция изменения атомных или ионных радиусов для элементов d-блока неожиданно меняется.

Потенциал ионизации или энергия ионизации

Минимальное количество энергии, необходимое для удаления электрона из валентной оболочки атома или иона, называется энергией ионизации. Следовательно, энергия ионизации прямо связана с ядерным зарядом и обратно связана с атомным радиусом. У элементов d-блока слева направо по мере уменьшения атомного размера наблюдается увеличение первой энергии ионизации, за исключением частично заполненных и полностью заполненных d-орбиталей, где эти металлы требуют меньше энергии для удаления s-электрона. Но вторая энергия ионизации этих элементов d-блока будет намного выше, так как при этом происходит удаление электрона из стабильной конфигурации.

Магнитные свойства

Магнитные свойства элемента определяются по количеству неспаренных электронов в нем. Элементы d-блока проявляют парамагнитные и диамагнитные свойства. Парамагнитные свойства проявляют вещества, которые притягиваются магнитным полем, поскольку содержат неспаренные электроны. Диамагнитные свойства проявляют вещества, которые отталкивают магнитное поле и содержат спаренные электроны. Некоторые металлы, такие как железо, кобальт и никель, проявляют спонтанное магнитное поведение даже при отсутствии магнитного поля. Они называются ферромагнитными соединениями.

Цветные соединения

Большинство элементов d-блока образуют цветные соединения с органическими лигандами в твердом или жидком состоянии. В присутствии лигандов вырождение d-орбиталей теряется и расщепляется на два набора, а именно e_g и t_2g набор. Когда свет падает на переходный металл, электрон с более низкой энергией t_2g возбуждается до более высокой энергии e_g путем поглощения определенных излучений. Переданный свет является цветом соединения, который будет комплементарным цвету поглощенного света.

Контекст и применение

Эта тема важна на профессиональных экзаменах как для бакалавриата, так и для магистратуры, особенно для

• бакалавр химии
• магистр химии

Практические задачи

1. В 3d ряду аномальная электронная конфигурация проявляется следующим образом

a. Sc и Zn b. Cr и Mn c. Cr и Cu d. Fe и Ni

Решение: c. Cr и Cu

Cr: 24 – 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3d 5 4s 1 и Cu – 29 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3d 10 4s 1

2. Найдите элементы, которые считаются d-блочными элементами, но не являются переходными?

a. Cu, Ni, Fe b. Fe, Os, La c. Zn, Tc, Ce d. Zn, Cd, Hg

Решение: d. Zn, Cd и Hg являются элементами d-блока, но не переходными элементами из-за полностью заполненных d-орбиталей.

Хотите больше помощи в решении домашнего задания по химии?

У нас вы найдете пошаговые решения миллионов задач из учебников, экспертов по предметам, готовых прийти на помощь 24 часа в сутки 7 дней в неделю, если вы в тупике, и многое другое.

*Время ответа может зависеть от предмета и сложности вопроса. Среднее время ответа составляет 34 минуты для платных подписчиков и может быть больше для рекламных предложений.

Поиск. Решайте. Добейтесь успеха!

Изучайте умнее, получая доступ к миллионам пошаговых решений учебников, нашей библиотеке вопросов и ответов и математическому решателю на базе искусственного интеллекта. Кроме того, каждый месяц вы получаете 30 вопросов, которые можно задать эксперту.