Загальна характеристика d-елементів та їх сполук

Елементи d-блоку – це елементи, у яких відбувається добудова d-підрівня -предзовнішнього рівня. Вони утворюють В-групи.

Електронна будова валентного рівня d-елементів:

(n – 1) d1-10, ns1-2.

Вони розташовані між s- і p-елементами, тому отримали назву «перехідні елементи». d-Елементи утворюють 3 сімейства у великих періодах і включають по 10 елементів:

  • 4-й період сімейство Sc21-Zn30;
  • 5-й період – Y39-Cd48;
  • 6-й період – La57-Hg80;
  • 7-й період – Ac89-Mt109.

Слідом за лантаном 5d16s2 передбачається поява ще 8 елементів з усе зростаючою кількістю 5d-електронів. У зв’язку з тим, що 4f оболонка лантану більш стійка, ніж 5d, у наступних 14 елементах електрони заповнюють 4f оболонку, поки вона цілком не забудується. Ці елементи називаються f-елементами. Вони займають в періодичній системі одну клітку з лантаном, оскільки мають спільні з ним властивості і називаються лантаноїдами.

Особливості властивостей d-елементів визначаються електронною будовою їх атомів; у зовнішньому електронному шарі міститься, як правило, не більше 2 s-електронів, р-підрівень вільний, відбувається заповнення d-підрівня передзовнішнього рівня.

Властивості простих речовин d-елементів визначаються, в першу чергу, структурою зовнішнього шару і в меншій мірі залежать від будови попередніх електронних шарів.

Невисокі значення енергії іонізації цих атомів вказують на порівняно слабкий зв’язок зовнішніх електронів з ядром.

Це визначає їх загальні фізичні та хімічні властивості, виходячи з яких слід віднести прості речовини d-елементів до типових металів.

Для V, Сr, Mn, Fe, Co енергія іонізації становить, відповідно, від 6,74 до 7,87 ев. Саме тому перехідні елементи в утворених ними з’єднаннях виявляють тільки позитивну ступінь окислення і проявляють властивості металів.

Велика частина d-елементів – це тугоплавкі метали. За хімічною активністю d-елементи досить різноманітні.

Такі елементи як Sc, Mn, Zn – найбільш хімічно активні (як лужноземельні).

Найбільш хімічно стійкі:

  • Au;
  • Pt;
  • Ag;
  • Сu.

В 1 ряду інертні Ti, Сr, у сімействі Sc і Zn спостерігається плавний перехід в зміні хімічних властивостей зліва направо, так як зростання порядкового номера не супроводжується істотною зміною структури зовнішнього електронного шару, відбувається тільки добудова d-підрівня передостаннього рівня.

Тому хімічні властивості в періоді хоча й закономірно, але набагато менш різко змінюються, ніж у елементів А груп, в яких ряд починається активним металом і закінчується неметалом.

У міру збільшення заряду ядра d-елементів зліва направо зростає енергія іонізації, яка необхідна для відриву електрона.

У межах одного сімейства (декади) стійкий максимальний ступінь окислення елементів спочатку зростає, завдяки збільшенню числа d-електронів, здатних брати участь в утворенні хімічних зв’язків, а потім убуває (внаслідок посилення взаємодії d-електронів з ядром в міру збільшення його заряду).

Так, максимальний ступінь окислення Sc, Ti, V, Сr, Mn збігається з номером групи, в якій вони перебувають, у останнього не збігається, для Fe він дорівнює 6, для Со, Ni, Сu – 3, а для Zn – 2 і, відповідно, змінюється стійкість сполук, які відповідають певній мірі окислення.

У ступені окислення +2 оксиди TiO і VO – сильні відновники, нестійкі, а СuО і ZnO не виявляють відновлювальних властивостей і стійкі.

Водневих з’єднань не утворюють.

Як змінюються властивості елементів у різних сімействах зверху вниз? Розміри атомів зверху вниз від d-елементів 4 періоду до d-елементів 5 періоду зростають, енергія іонізації зменшується і металеві властивості збільшуються.

Коли ми переходимо від 5 до 6 періоду, то розмір атомів залишається практично без змін, властивості атомів також близькі, наприклад, Zn і Hf за властивостями дуже близькі і їх важко розділити.

Те ж можна сказати про:

  • Мо і W;
  • Ті і Re.

Елементи 6 періоду йдуть після сімейства лантаноїдів, за рахунок цього відбувається додаткове зростання заряду ядра атома, а це призводить до відтягування електронів – відбувається лантаноїдне стиснення.

В фізичних і хімічних властивостях простих речовин d-елементів багато спільного для типових металів.

Спільність і відмінність їх проявляються особливо в хімічних властивостях з’єднань d-елементів. d-Елементи мають досить багато валентних електронів (Mn від 2 до 7ē), енергія яких різна, і вони не завжди і не всі приймають участь в утворенні зв’язків. Тому d-елементи проявляють змінну ступінь окислення, отже, для них характерні реакції окислення-відновлення.

d-Елементи здатні виявляти ступінь окислення +2 за рахунок втрати 2s-електронів, характерна також ступінь окислення +3 (виняток Zn). Вища ступінь окислення більшості d-елементів відповідає номеру групи, в якій вони знаходяться. Зі збільшенням порядкового номера d-елемента значення стійкої ступеня окислення зростає.

Від’ємну ступінь окислення не виявляють, отже, водневих з’єднань не утворюють.

Найбільше число змінних ступенів окислення у елементів в V-VII групах. Тому для елементів цих груп найбільш характерні реакції окислення-відновлення.

У зв’язку з тим що d-елементи здатні виявляти різні ступені окислення, вони здатні утворювати сполуки, які різко відрізняються по кислотно-основним властивостям.

Властивості оксидів і гідрооксидів залежать від ступеня окислення d-елемента, який їх утворив їх. У міру підвищення ступеня окислення d-елемента слабшає основний їх характер і посилюється кислотний характер.

Посилання на основну публікацію