Переходные металлы - характеристика, свойства и строение

Общее понятие

Переходные металлы образуют соединения, в которых проявляют положительные степени окисления. Наиболее заметно различие свойств в IV-VIII подгруппах, где побочные составляют металлы, а главные — неметаллы. Находящиеся в самой таблице символы обозначаются — d, а буквой f — лантаноиды и актиноиды. Самые выраженные из этой категории: Cr, Mn, Fe, Cu, Zn, и Ag. История открытия указывает на то, что все они в свободном состоянии являются металлами. Внешний номер электронной оболочки совпадает с номером периода.

К самым известным на Земле d-металлам относится железо, следующее сразу после алюминия. Большая часть представлена оксидами или сульфидами. В свободном виде встречается лишь медь. Соединения d-металлов также обнаружены на Луне.

Из всех групп химических элементов переходные достаточно трудно идентифицировать из-за разногласий по поводу того, что именно должно быть в них включено. По одной версии переходными считаются вещества с не полностью заполненной d-электронной подоболочкой.

Место в периодической таблице

Переходные металлы расположены в группах от IB до VIIIB с:

• 21 (скандия) — по (29 медь).
• 39 (иттрия) — по 47 (серебро).
• 57 (лантана) — до 79 (золота).
• 89 (актиния) — до 112 (коперниция).

Последние представлены лантаноидами и актиноидами — f-элементами, входящими в особую группу. Остальные составляют d-элементы.

Химические свойства

В соединениях атомы используются как валентные s- и p, так и d-электроны. Исходя из этого, d-элементы обладают переменной валентностью, что не наблюдается в основных подгруппах. По этой причине они могут образовывать комплексные соединения.

Все переходные металлы по структуре твердые, имеют высокую температуру плавления и кипения.

При перемещении слева направо в таблице у 5 d-орбиталей обнаруживается большая заполняемость. Из-за слабой связи электронов увеличивается электропроводность и гибкость.

Всем им присуща низкая энергия ионизации, необходимая при удалении электрона от свободного атома. До сих пор ученые спорят относительно классификации элементов на границе между основной группой и переходными металлами, размещенными в правой части таблицы. Ими являются цинк (Zn), кадмий (Cd) и ртуть (Hg). Внешне они напоминают металлы:

• Податливы и пластичны.
• Проводят тепло и электричество.
• Образуют положительные ионы.

Схожесть физических свойств элементов двух этих групп проявляется в том, что лучше всего электричество проводят переходный металл медь и относящийся к основной группе алюминий. Особенность — элементы основной группы легко образуют стабильные соединения с нейтральными молекулами воды или аммиака.

Значение переходных элементов

В жизнедеятельности человека они выполняют важную функцию. Без них организм не может существовать:

• Железо — главный источник гемоглобина.
• Цинк — вырабатывает инсулин.
• Кобальт — основной компонент витамина В12.
• Медь, марганец и молибден — входят в состав ферментов.

Яркие представители — чугун и сталь, используемые в тяжелой промышленности.

В черной металлургии их получают из железной руды. Вначале выплавляется чугун, а затем из него — сталь. Углерода в чугуне больше 1,7%, а в стали — меньше этого значения.

Благодаря добавкам — хрому, марганцу и никелю — стали обретают другие качества. Так, хром повышает прочность и устойчивость к действию кислот. Наиболее употребительные сплавы на основе меди: бронза, латунь и мельхиор. Особенно широкое применение нашли: сталь, чугун и бронза. Велика значимость железа, неслучайно по его содержанию сплавы подразделяются на черные и цветные.

Характеристики железа

Этот элемент представляет наибольший интерес, поскольку составляет важные соединения, среди которых железная кислота и соли. Чаще всего не используется как чистое вещество, а в виде сплавов с углеродом и другими элементами. Взаимодействует с:

• Неметаллами — при нагревании, преимущественно в виде порошка.
• Кислородом — образование оксидов.
• Водой — при большой температуре. При повышенной влажности вступает в реакцию с водяными парами и кислородом, что служит возникновению ржавчины.
• Кислотами — с выделением водорода.
• Растворами солей — вытесняет менее активные металлы.

Переходные металлы играют огромную роль в жизни людей.

По этой причине их изучение включено в обязательный курс школьной программы. Наиболее подробно о свойствах рассказывается на уроках химии в старших классах при проведении лабораторных работ.