高中化學/過渡元素

主族元素實際上分為兩組：s 區和p 區。這兩組，我們稱之為亞族，在元素週期表中由一組特殊的顏色鮮豔的化合物隔開，這些化合物被稱為過渡金屬。過渡金屬代表下圖中 1B 到 8B 族，是在填充d 軌道時形成的。這就是為什麼它們被稱為d 區的原因。在接下來的課程中，我們將探討所有這些內容。

課程目標

• 定義過渡金屬。
• 解釋過渡金屬與d 能級之間的關係。
• 指出包含過渡金屬的週期。
• 寫出一些過渡金屬的電子構型。

原子填充d 能級的元素

1B 到 8B 族（也稱為 3 到 12 族）的元素被稱為過渡金屬。有時，這組元素被稱為d 區。它們被稱為d 區元素，因為在這個元素塊中新增的電子被新增到d 軌道。觀察鈧 (Sc)、鈦 (Ti) 和釩 (V) 的電子構型，它們是d 區第一行中前三個過渡金屬。

$_{21}{\text{Sc}}$:	$1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^{6}4s^{2}3d^{1}$
$_{22}{\text{Ti}}$:	$1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^{6}4s^{2}3d^{2}$
$_{23}{\text{V}}$:	$1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^{6}4s^{2}3d^{3}$

請注意，隨著原子序數的增加，d 能級中的電子數量也隨之增加。這就是為什麼過渡金屬被命名為d 區的原因。過渡金屬之所以得名，是因為它們位於元素週期表中主族元素的 2A 族（現為 2 族）和 3A 族（現為 13 族）之間。因此，為了從元素週期表中的鈣到鎵，您必須透過d 區的第一行進行過渡（Sc → Zn）。為了從鍶到銦，您必須透過d 區的第二行進行過渡 (Y → Cd)。

族	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
週期 4	Sc	Ti	V	Cr	Mn	Fe	Co	Ni	Cu	Zn
週期 5	Y	Zr	Nb	Mo	Tc	Ru	Rh	Pd	Ag	Cd
週期 6	La	Hf	Ta	W	Re	Os	Ir	Pt	Au	Hg
週期 7	Ac	Rf	Db	Sg	Bh	Hs	Mt	Ds	Rg	Cn

值得一提的是，過渡金屬的一個有趣的特點是，這些金屬的許多化合物顏色鮮豔，用作染料和顏料。此外，過渡金屬的金屬離子是許多寶石（如翡翠、綠松石和紫水晶）美麗顏色的原因。

示例問題 寫出 Fe 的電子構型。 解答: 26Fe: 1s22s22p63s23p64s23d6

過渡金屬出現在週期 4 – 7

如前所述，過渡金屬也稱為d 區，因為它們填充了d 能級。因此，前三個週期沒有過渡元素，因為這些能級沒有d 亞層。過渡金屬的原子序數大於 20，因為在填充了 1s、2s、2p、3s、3p 和 4s 軌道後，第一個d 電子出現在第 21 個元素中。

族 →	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18
↓ 週期
1	1 H 1.01																	2 He 4.00
2	3 Li 6.94	4 Be 9.01											5 B 10.1	6 C 12.0	7 N 14.0	8 O 16.0	9 F 19.0	10 Ne 20.2
3	11 Na 23.0	12 Mg 24.3											13 Al 27.0	14 Si 28.1	15 P 31.0	16 S 32.1	17 Cl 35.5	18 Ar 40.0
4	19 K 39.1	20 Ca 40.1	21 Sc 45.0	22 Ti 47.9	23 V 50.9	24 Cr 52.0	25 Mn 54.9	26 Fe 55.9	27 Co 58.9	28 Ni 58.7	29 Cu 63.6	30 Zn 65.4	31 Ga 69.7	32 Ge 72.6	33 As 74.9	34 Se 79.0	35 Br 79.9	36 Kr 83.8
5	37 Rb 85.5	38 Sr 87.6	39 Y 88.9	40 Zr 91.2	41 Nb 92.9	42 Mo 95.9	43 Tc 98	44 Ru 101	45 Rh 103	46 Pd 106	47 Ag 108	48 Cd 112	49 In 115	50 Sn 119	51 Sb 122	52 Te 128	53 I 127	54 Xe 131
6	55 Cs 133	56 Ba 137	57 La 139	72 Hf 179	73 Ta 181	74 W 184	75 Re 186	76 Os 190	77 Ir 192	78 Pt 195	79 Au 197	80 Hg 201	81 Tl 204	82 Pb 207	83 Bi 209	84 Po 209	85 At 210	86 Rn 222
7	87 Fr 233	88 Ra 226	89 Ac 227	104 Rf 263	105 Db 262	106 Sg 266	107 Bh 264	108 Hs 269	109 Mt 268	110 Ds 272	111 Rg 272	112 Cn 277	113 Uut 284	114 Uuq 289	115 Uup 288	116 Uuh 292	117 Uus 292	118 Uuo 294
	化學系列 鹼金屬 鹼土金屬 鹵素 惰性氣體 過渡金屬 類金屬 其他非金屬 其他金屬

課程總結

• 過渡金屬是指d 區元素，即 3 到 12 族。
• 過渡金屬的化合物通常具有鮮豔的顏色。
• 過渡金屬位於週期 4 到 6 中。

複習問題

1. 寫出鋯 (Zr) 的電子構型。
2. 鋯 (Zr) 有多少個價電子？
3. 寫出鉑 (Pt) 的稀有氣體電子構型。
4. 鉑 (Pt) 有多少個價電子？
5. 為什麼d 區元素只從第四周期開始？
6. 就電子構型而言，銅、銀和金有什麼共同點？
7. 以下哪個是鎳的電子構型？

   (a) [Kr]3d⁸4s²

   (b) [Kr]3d¹⁰

   (c) [Ar]3d⁸4s²

   (d) [Ar]3d¹⁰

8. 釕的電子構型中，有多少個d電子？

   (a) 0

   (b) 6

   (c) 7

   (d) 17

9. 寫出銥 (Ir) 的電子構型。
10. 銥 (Ir) 的價電子是什麼？
11. 寫出汞 (Hg) 的稀有氣體電子構型。
12. 汞 (Hg) 有多少個價電子？

詞彙

過渡金屬

元素週期表中第 3 到 12 族（或d區）。

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