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1、过渡金属离子,答疑：周骞 王浦,主要内容,过渡金属 离子,过渡金属元素,过渡金属离子 与颜色,过渡金属离子 与催化,过渡金属离子 与磁性,过渡金属元素,d区 (n-1)d19 ns12 (例外 Pd 4d10 5s0 ),ds区(n-1)d10 ns12,IIIB IVB VB VIB VIIB VIII,f 区 镧系，锕系内过渡元素。,四 五 六 七,核外电子填充顺序,Fe3+离子：,Fe原子：,过渡元素是指元素周期表中那些原子自身或者他们形成离子或化合物时含有未满d电子壳层的元素区的一系列元素，因其皆为金属元素，故又称过渡金属。所以，过渡金属元素包括d区和ds区元素，但不包括f区的内过渡元
2、素，这些元素不仅含有未满的d壳层，还有未满的f壳层，因其在地壳中的丰度很低，资源稀少，又极有价值，故被称为稀土元素。 过渡金属元素的一个周期称为一个过渡系，第4、5、6周期的元素分别属于第一、二、三过渡系。,过渡金属元素简介,外过渡元素 内过渡元素:镧系元素及锕系元素 稀土元素 稀土就是化学元素周期表中镧系元素 以及与镧系的15个元素密切相关的两个元素钪(Sc)和钇(Y)共17种元素，称为稀土元素。,过渡元素的特点： 变价多：d电子可成键，多种氧化态 2. 形成配合物多：有能量合适的d轨道 颜色丰富： A、有未填满的d轨道，存在dd跃迁 B、荷移跃迁电荷从一个原子向另一原子转移。 I. 配体金
3、属荷移LMCT II. 金属配体荷移MLCT 都是金属： Hg 液体，Os比重最大, Cr硬度最大, W熔点最高。,价电子构型 通式：(n-1)d19 ns12,中性原子的原子轨道能量随原子序数的变化：n和l竞争。 例外：Z = 24，41 46：“能量最低原理” 23V钒3d34s2 24Cr铬3d54s1不是3d44s2 41Nb铌4d45s1不是4d35s2 42Mo钼4d55s1不是4d45s2 44Ru钌4d75s1不是4d65s2 45Rh铑4d85s1不是4d75s2 46Pd钯4d105s0不是4d85s2,氧化态,(一) 同一元素，多种氧化态,(二) 最高氧化态,IIIB V
4、IIB族：最高氧化态 = 族数,例： Sc +3III3d14s2 Cr +6VI3d54s1 Mn +7VII3d54s2,原因：(n-1)d与ns轨道能量相近，部分(n-1)d电子参与成键。 例：Mn 3 +7 均出现，主要+2，+3，+4，+6，+7. Fe 2 +6 均出现，主要+2，+3，+6.,但VIII族：多数最高氧化态 族数， 反映Z*，不是所有(n-1)d电子均可参与成键。 例：仅见 RuO4 OsO4 而 FeO42 高铁酸根 NiO42 高镍酸根,强氧化性,(三) 氧化态的稳定性,1. 同一周期,IIIB VIIBVIII 最高氧化态 +3+7 +6 最高氧化态氧化性 最
5、高氧化态稳定性 低氧化态稳定性,过渡金属离子与磁性,固体的磁性 固体的磁性在宏观上是用物质的磁化率x来描写的。对于具有立方对称结构的晶体或各向同性的磁性材料，在外磁场H中，其磁化强度：M=xH 按照磁化率x的数值，固体的磁性可分成下面几类： （1）逆磁体 （2）顺磁体 （3）铁磁体 （4）亚铁磁体 （5）反铁磁体 那么物质的磁性是哪儿来的呢？,1.磁场的产生 变化的电场产生磁场 变化的磁场产生电场 2.磁性的来源是原子的轨道磁矩和自旋磁矩，在晶体中原子磁矩或自旋磁矩的直接或间接地相互作用，以及这些磁矩对外磁场响应的特征，形成以上各种磁性物质。 3.以顺磁性为例 电子运动：【轨道运动】轨道角动量
6、轨道磁矩L 【 自旋 】 自旋角动量自旋磁矩S 核子运动：【核子自旋】 核角动量核磁矩N S，LN S+L+N=净磁矩S+L 过渡金属离子含单电子S，L0 净磁矩0 顺磁性,过渡金属离子与颜色,各色含过渡金属离子的溶液,各种矿物,菱锰矿，红玉,印加红玫瑰 MnCO3常含有铁、钙、锌等元素,绿松石又称松石、土耳其玉、突厥玉 CuAl6(PO4)4(OH)85H2O,红蓝宝石,红宝石（含Cr）,蓝宝石（含Ti、Fe）,有色玻璃,玻璃工业中，可以通过向普通玻璃中引入过渡金属离子使最终生产出的玻璃呈现不同的颜色。如加入MnO2为紫色；CoO、Co2O3烧成紫红色；FeO、K2Cr2O7烧成绿色；CdS
7、、Fe2O3、Sb2S3、烧成黄色；AuCl3、Cu2O烧成红色；CuO、MnO2、CoO、Fe3O4的混合物烧成黑色；CaF2、SnO2烧成乳白色。,这些光怪陆离的颜色变化的内在 本质如何呢？,物质显色机理物质之所以能够呈现出颜色是因为它们能够选择性地吸收并发射出某特定波长的电磁波，当这种电磁波的波长处在一定范围中时就会显出相应的颜色。 而我们通常所谓的物质的颜色，是指在自然光（太阳光，可看作是连续电磁波）的照射下，电子吸收某波长的光（即吸收光子能量），跃至高能轨道，然后又迅速发射出某波长的光（即光子携带其放出的能量），回到低能轨道，所产生的混合效应：若物质吸收光能后所发射的光在可见光范围内
8、，此时物质的颜色，就应该是物质吸收的入射光的补色与发射光的混合色。若发射的光不在可见光范围内，则物质的颜色就决定于物质吸收入射光的补色（补色：在自然光中，去掉某一色光而产生的颜色称为反色。例如：黄的补色是蓝，橙的补色是青等。）；若此时物质吸收的入射光的补色不在可见光范围内，则显白色。,过渡金属离子成色原因 未成对的电子相对于成对电子更容易吸收能量发生跃迁，我们遇到的大多数有色物质都含有未成对电子，如Fe3+，Cu2+等。 相当一部分物质的电子跃迁所产生的电磁波在可见光范围之外，因此往往表现为无色透明或白色。 过渡金属离子具有丰富的颜色，因为它们正好同时满足以下条件：1.含有未成对的d电子 2.
9、d电子轨道能级分裂后的轨道间能量差正好落在可见光能量范围之内。,常见的过渡金属离子颜色产生差异的原因有以下几种： 1、金属原子种类不同 2、金属原子种类相同而价态不同 3、金属离子的配体不同 4、金属离子的配位方式不同 5、形成金属金属键,过渡金属离子与催化,过渡金属离子及其化合物被广泛应用于催化剂的原因可归为： 1.过渡金属成键形式的多样性：可适应不同反应物配位活化的需要； 2.配体的多样性：为合成不同结构和性能的催化剂提供了条件，是实现催化剂多样性的重要保证； 3.配体对配合物性质的影响：可通过改变配体的结构和性能实现对催化剂性能的调控； 4.过渡金属价态的可变性：满足反应物在中心金属上进行氧化与还原反应的需要； 5.过渡金属配位数的可变性：为反应物的配位和生成产物的解离提供了条件。,The end!,3Q,