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無機化學/過渡金屬

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無機化學 | 過渡金屬 | 催化


在擴充套件的週期表中,元素被分為四個區,即s區、p區、d區和f區。3-12族元素被稱為d區或過渡元素。這些元素的性質與s區和p區元素不同。d區元素代表s區和p區元素之間的變化或過渡,因此被稱為過渡元素。以前,過渡元素被認為是那些在其基態或其常見氧化態中具有部分填充的倒數第二d亞層的元素。然而,上述定義不包括12族元素,即鋅金屬(Zn、Cd和Hg),因為這些元素在其基態和離子態下都沒有部分填充的(n-1)d亞層。然而,鋅金屬與其他過渡金屬表現出相似性,因此被包括在過渡金屬中。因此,有40種元素屬於過渡金屬家族,每種元素在第3、4、5和6週期中各有10種。過渡元素包括最常用的元素。這些包括鐵、鋁、鈦,它們構成了建築和製造業的基礎,以及因其美麗而受到重視的金屬,如金、銀和鉑,以及鈀、釕和鋨等具有催化效能的金屬。這些金屬包含最重的金屬,如鋨(d=22.49 gm cm-3),以及具有最高和最低熔點的金屬,如鎢(熔點 3683K)和汞(熔點 234K)。某些過渡金屬在生物體中也很重要。鐵,Fe,存在於血紅蛋白中,血紅蛋白負責生物體中氧氣的運輸。鈷,Co,存在於維生素B12中,有助於人體代謝碳水化合物和脂肪。銅和鋅在生物催化中很重要。鈷、鎳、錳和鉬是某些酶的重要組成部分。

過渡金屬都有一些共同的特徵,它們

  • 形成配合物
  • 形成產生有色溶液的離子
  • 具有可變的氧化態
  • 表現出催化活性

原子電子結構

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1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d1 4s2
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d2 4s2
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d3 4s2
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d5 4s1
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d5 4s2
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6 4s2
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d7 4s2
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d8 4s2
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s1
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2

配合物

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當配體與過渡金屬離子形成配位鍵時,就會形成配合物。常見的配體是H2O和NH3。過渡金屬離子充當路易斯酸,而配體充當路易斯鹼。配合物中配位鍵的數量就是該配合物的配位數。配合物的例子包括四氯合鈷(II)酸根離子,[CoCl4]2-和六水合鐵(III)離子,[Fe(H2O)6]3+

配體可以分為三類:單齒配體、雙齒配體和多齒配體。單齒配體可以與中心金屬離子形成一個配位鍵。雙齒配體可以與中心金屬離子形成兩個配位鍵,以此類推。另一種型別的配體是雙配位配體。雙配位配體包含兩個可以與中心金屬離子形成配位鍵的位點,但它們不能同時與同一個金屬離子形成鍵。然而,它們可以同時與不同的離子鍵合,在兩個配合物之間形成橋樑。


配體型別 例子
單齒 CN-, Cl-, NH3
雙齒 H2NCH2CH2NH2, C2O42-
多齒 EDTA4-
雙配位 SCN-

常見過渡金屬配合物表

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離子 顏色
[Co(NH3)6] 3+ 深棕色
[Co(NH3)6] 2+ 淡黃色
[CoCl4] 2- 藍色
[Co(H2O)6] 2+ 粉紅色
[Cr(NH3)6] 3+ 紫色
[Cr(H2O)6] 3+ 藍色/綠色
[Cr(H2O)6] 2+ 藍色
[Cr(H2O)2(OH)4] - 綠色
[Cr2O7] 2- 橙色
[CrO4] 2- 黃色
[Cu(NH3)4(H2O)2] 2+ 深藍色
[CuCl4] 2- 黃綠色
[Cu(H2O)6] 2+ 藍色
[Fe(H2O)6] 3+ 黃橙色
[Fe(H2O)6] 2+ 淡綠色
[VO3] - 無色
[VO2] + 橙色
[VO(H2O)5] 2+ 藍色
[V(H2O)6] 3+ 綠色
[V(H2O)6] 2+ 紫色

配合物和配體的用途

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解毒劑
EDTA與金屬離子反應生成穩定的EDTA配合物。因此,它可以用來去除血液中鉛和汞等有毒金屬離子。然後,這些配合物被排出體外。

手術
EDTA可以去除血液中的鈣離子。去除這些離子可以防止血液凝固,這在手術過程中是必要的。

軟化水劑
EDTA可以去除硬水中的鈣離子,從而使水軟化。這有助於防止水垢的形成。


順鉑[Pt(NH3)2Cl2] 是一種細胞毒性配合物,在癌症治療中使用。它通常用於治療卵巢癌、睪丸癌、肺癌、膀胱癌、食道癌和胃癌。


託倫試劑
硝酸銀溶解於氨水中會形成[Ag(NH3)2]+。這種絡合物更常被稱為託倫試劑,用於區分醛和酮。

電鍍
當硝酸銀溶解於氰化鉀(或氰化鈉)水溶液中時,會形成[Ag(CN)2] -。該絡合物用作銀鍍層的電解液。

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