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副族元素
鎖定
副族元素用B表示,包括IIIB〜VIIB族元素,I B、II B 族元素及VIII族元素。IIIB〜VIIB族元素,價電 子總數等於其族號數也等於原子最外層ns電子數與次外層(n-1 ) d 電子數之和。I B、II B 族由於其(n-1)d 亞層已經填滿,所以最外層上的s 電子數等於其族數。VIII族 處在週期表的中間,共有三個縱行,最 後 1 個電子填在(n - 1)d 亞層上。
- 中文名
- 副族元素
- 外文名
- subgroup B element
- 所屬學科
- 化學
副族元素定義
副族元素(用 “B”表示):凡 最 後 1個電子填入(n - 1 ) d 或 (n - 2 ) f 亞層上的元素都 屬於副族元素,也稱為過渡元素(鑭系和錒系稱為內過渡元素)。
[1]
副族元素通論
d區元素是指IIIB~VIII族元素,ds區元素是指IB、IIB族元素。d區元素的外圍電子構型是(n-1)dns(Pd例外),ds區元素的外圍電子構型是(n-1)dns。它們分佈在第4、5、6週期之中,而我們主要討論第4週期的d區和ds區元素。
第4週期d區、ds區元素某些性質
Sc 3d4s | Ti 3d4s | V 3d4s2 | Cr 3d4s | Mn 3d4s | Cu 3d4s | Zn 3d4s | |
熔點/℃ | 1953 | 1675 | 1890 | 1890 | 1204 | 1083 | 419 |
沸點/℃ | 2727 | 3260 | 3380 | 2482 | 2077 | 2595 | 907 |
原子半徑/Pm | 164 | 147 | 135 | 129 | 127 | 128 | 137 |
M半徑/Pm | - | 90 | 88 | 84 | 80 | 72 | 74 |
I1kJ·mol | 631 | 658 | 650 | 652.8 | 717.4 | 745.5 | 906.4 |
室温密度/gcm | 2.99 | 4.5 | 5.96 | 7.20 | 7.20 | 8.92 | 7.14 |
氧化態 | 3 | –1,0,2 3,4 | –1,0,2 3,4,5 | –2,–1,0 2,3,4 5,6 | –1,0,1 2,3,4 5,6,7 | 1,2 3 | (1) 2 |
*( )內為不穩定氧化態。
d區或ds區元素有許多共同的性質:
(1)它們都是金屬,因為它們最外層都只有1~2個電子。它們的硬度大,熔、沸點較高。第4週期d區元素都是比較活潑的金屬,它們能置換酸中的氫;而第5、6週期的d區元素較不活潑,它們很難和酸作用。
(2)除少數例外,它們都存在多種氧化態,且相鄰兩個氧化態的差值為1或2,如Mn,它有–1,0,1,2,3,4,5,6,7;而p區元素相鄰兩氧化態間的差值常是2,如Cl,它有–1,0,1,3,5,7等氧化態。最高氧化態和族號相等,但VIII族除外。第4週期d區元素最高氧化態的化合物一般不穩定;而第5、6週期d區元素最高氧化態的化合物則比較穩定,且最高氧化態化合物主要以氧化物、含氧酸或氟化物的形式存在,如WO3、WF6、MnO 、CrO 等,最低氧化態的化合物主要以配合物形式存在,如[Cr(CO)5]
某些d區元素水合離子的顏色
未成對電子數 | 陽離子 | 水合離子顏色 | |
3d | 0 0 | Sc Ti | 無色 無色 |
3d | 1 1 | Ti V | 紫色 藍色 |
3d | 2 | V | 綠色 |
3d | 3 3 | V Cr | 紫色 紫色 |
3d | 4 4 | Mn Cr | 紫色 藍色 |
3d | 5 5 | Mn Fe | 淺紫色 |
3d | 4 | Fe | 綠色 |
3d | 3 | Co | 粉紅色 |
3d | 2 | Ni | 綠色 |
3d | 1 | Cu | 藍色 |
3d | 0 | Zn | 無色 |
常見酸根離子的顏色有:
CrO (黃色)、Cr2O (橙色)、MnO4(2–) (綠色)、MnO4(–) (紫紅色)。
副族元素副族元素及其化合物
副族元素鈦副族
1、鈦副族元素的基本性質
鈦副族元素原子的價電子層結構為(n-1)dns,所以鈦、鋯和鉿的最穩定氧化態是+4,其次是+3,+2氧化態則比較少見。在個別配位化合物中,鈦還可以呈低氧化態0和 –1。鋯、鉿生成低氧化態的趨勢比鈦小。它們的M(Ⅳ)化合物主要以共價鍵結合。在水溶液中主要以MO形式存在,並且容易水解。由於鑭系收縮,鉿的離子半徑與鋯接近,因此它們的化學性質極相似,造成鋯和鉿分離上的困難。
2、鈦及其化合物
(1)鈦
2Ti + 6HCl(濃) =2TiCl3 + 3H2↑
2Ti + 3H2SO4(濃)= 2Ti2(SO4)3 + 3H2↑
Ti + 6HF =【TiF6】(2- )+2H(+) + 2H2↑
(2)二氧化鈦
TiO2 + 6HF= H2[TiF6]+ 2H2O
TiO2 + 2H2SO4(thick)=2Ti(SO4)2 + 2H2O
TiO2 + H2SO4(thick)=2TiOSO4 + H2O
(3)四氯化鈦
TiCl4 + 2H2O = TiO2 + 4HCl
(4)鈦(Ⅳ)的配位化合物
鈦(Ⅳ)能夠與許多配合劑形成配合物,如[TiF6]、[TiCl6]、[TiO(H2O2)] 等,其中與H2O2的配合物較重要。利用這個反應可進行鈦的比色分析,加入氨水則生成黃色的過氧鈦酸H4TiO6沉澱,這是定性檢出鈦的靈敏方法。
[2]
副族元素釩副族
1、釩副族元素基本性質
釩副族包括釩、鈮、鉭三個元素,它們的價電子層結構為(n-1)dns,5個價電子都可以參加成鍵,因此最高氧化態為 +5,相當於d的結構,為釩族元素最穩定的一種氧化態。按V、Nb、Ta順序穩定性依次增強,而低氧化態的穩定性依次減弱。鈮鉭由於半徑相近,性質非常相似。
2、釩及其化合物
(1)釩
金屬釩容易呈鈍態,因此在常温下活潑性較低。塊狀釩在常温下不與空氣、水、苛性鹼作用,也不與非氧化性的酸作用,但溶於氫氟酸,也溶於強氧化性的酸(如硝酸和王水)中。在高温下,釩與大多數非金屬元素反應,並可與熔融苛性鹼發生反應。
(2)五氧化二釩
2NH4VO3=V2O5 + 2NH3 + H2O
2VOCl3 + 3H2O = V2O5 + 6HCl
V2O5比TiO2具有較強的酸性和較強的氧化性,它主要顯酸性,易溶於鹼:
V2O5 + 6NaOH = 2Na3VO4 + 3H2O
也能溶解在強酸中(pH<1)生成VO(2+)離子。V2O5是較強的氧化劑:
V2O5 + 6HCl = 2VOCl2 + Cl2↑+ 3H2O
(3)釩酸鹽和多釩酸鹽
釩酸鹽有偏釩酸鹽MVO3、正釩酸鹽M3VO4和多釩酸鹽(M4V2O7、M3V3O9)等。只有當溶液中釩的總濃度非常稀(低於10 mol·L)且溶液呈強鹼性(pH>13)時,單體的釩酸根才能在溶液中穩定存在;當pH下降,溶液中釩的總濃度小於10 mol·L時,溶液中以酸式釩酸根離子形式存在,如HVO 、H2VO ;當溶液中釩的總濃度大於10 mol·L時,溶液中存在一系列聚合物種(多釩酸鹽)如V2O 、V3O 、V4O 、V10O 等。
[2]
副族元素鉻副族
1、鉻副族的基本性質
週期系第VIB族包括鉻、鉬、鎢三個元素。鉻和鉬的價電子層結構為(n-1)dns,鎢為(n-1)dns。它們的最高氧化態為 +6,都具有d區元素多種氧化態的特徵。它們的最高氧化態按Cr、Mo、W的順序穩定性增強,而低氧化態的穩定性則相反。
2、鉻及其化合物
(1)鉻
鉻比較活潑,能溶於稀HCl、H2SO4,起初生成藍色Cr 溶液,而後為空氣所氧化成綠色的Cr 溶液:
Cr + 2HCl = CrCl2 + H2↑
4CrCl2 + 4HCl + O2 = 4CrCl3 + 2H2O
鉻在冷、濃HNO3中鈍化。
(2)鉻(III)的化合物
向Cr(3+)溶液中逐滴加入2 mol·dm NaOH,則生成灰綠色Cr(OH)3沉澱。Cr(OH)3具有兩性:
Cr(OH)3 + 3H(3+) = Cr (3+)+ 3H2O
Cr(OH)3 +OH(–)= Cr(OH)4(–) (亮綠色)
若向黃色CrO(2–) 溶液中加酸,溶液變為橙色Cr2O7(2–)(重鉻酸根)液;反之,向橙色Cr2O7(2–) 溶液中加鹼,又變為CrO(2–)黃色液:
2CrO(2–) (黃色) + 2H(+)=Cr2O7(2–)(橙色) + H2O K = 1.2×10
H2CrO4是一個較強酸(pH= 4.1,K= 3.2×10),只存在於水溶液中。
氯化鉻酰CrO2Cl2是血紅色液體,遇水易分解:
CrO2Cl2 + 2H2O = H2CrO4 + 2HCl
K2Cr2O7是常用的強氧化劑( = 1.33 V)飽和K2Cr2O7溶液和濃H2SO4混合液用作實驗室的洗液。在鹼性溶液中將Cr(OH)4氧化為CrO,要比在酸性溶液將Cr氧化為Cr2O容易得多。而將Cr(VI)轉化為Cr(III),則常在酸性溶液中進行。
3、鉬和鎢的重要化合物
(1)鉬、鎢的氧化物
(2)鉬、鎢的含氧酸及其鹽
鉬酸、鎢酸與鉻酸不同,它們是難溶酸,酸性、氧化性都較弱,鉬和鎢的含氧酸鹽只有銨、鈉、鉀、銣、鋰、鎂、銀和鉈(I)的鹽溶於水,其餘的含氧酸鹽都難溶於水。氧化性很弱,在酸性溶液中只能用強還原劑才能將它們還原到+3氧化態。
[2]
副族元素錳副族
1、錳副族的基本性質
ⅦB族包括錳、鍀和錸三個元素。其中只有錳及其化合物有很大實用價值。同其它副族元素性質的遞變規律一樣,從Mn到Re高氧化態趨向穩定。低氧化態則相反,以Mn為最穩定。
2、錳及其化合物
(1)錳
(2)錳(II)的化合物
在酸性介質中Mn 很穩定。但在鹼性介質中Mn(II)極易氧化成Mn(IV)化合物。
2Mn(OH)2 + O2 = 2MnO(OH)2↓
Mn在酸性介質中只有遇強氧化劑(NH4)2S2O8、NaBiO3、PbO2、H5IO6時才被氧化。
2Mn(2+)+ 5S2O8(2–) + 8H2O = 2MnO4(–)+ 10SO4(2–) + 16H(+)
2Mn(2+) + 5NaBiO3 + 14H(+)= 2MnO4(–) +5Bi(3+) + 5Na(+) + 7H2O
(3)錳(IV)的化合物
2MnO2 + 2H2SO4 (濃) = 2MnSO4+ O2↑+ 2H2O
MnO2 + 4HCl(濃) = MnCl2 + Cl2↑+ 2H2O
(4)錳(VI)的化合物
2MnO2 + O2 + 4KOH = 2K2MnO4 (深綠色) + 2H2O
3K2MnO4 + 2H2O = 2KMnO4 + MnO2 + 4KOH
2MnO4(2–)+ 2H2O=2MnO4 (–)+ 2OH(–)+ H2↑
酸性 2MnO4(–)+ 5SO + 6H(+) = 2Mn(2+) + 5SO + 3H2O
近中性 2MnO4(–)+ 3SO + H2O = 2MnO2 + 3 SO + 2OH(–)