Chemia pierwiastków przej

ś

ciowych

Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn

Y

Zr Nb Mo

Tc

Ru Rh Pd Ag Cd

La Hf Ta W Re Os Ir Pt AuHg

Ce Pr

Ac

Ac

Nd

Pm

Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu

Th Pa U

Np Pu Am Cm

Cf Es Fm Md No Lr

Bk

Pierwiastki zewn

ę

trznoprzej

ś

ciowe (blok d), grupy 3-12:

konfiguracja elektronowa: [g.szl.] ns

2

(n-1)d

n

(n=1,2,.....10)

Pierwiastki wewn

ę

trznoprzej

ś

ciowe (blok f),

lantanowce i aktynowce,

konfiguracja elektronowa:

[g.szl.] ns

2

(n-1)d

1

(n-2) f

m

(m=1,2,.....14)

Wła

ś

ciwo

ś

ci pierwiastków

wewn

ę

trznoprzej

ś

ciowych

Lantanowce

, czyli metale ziem rzadkich

konfiguracja elektronowa [Xe]6s

2

5d

1

4f

m

Ce Pr Nd

Pm

Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu

La

6s

2

5d

1

4f

1

f

2

f

3

f

4

f

5

f

6

f

7

f

8

f

9

f

10

f

11

f

12

f

13

f

14

Prazeodym

Cer

Gadolin

Neodym

Promet

Samar

Erb

Lantan

Europ

Dysproz

Holm

Terb

Tul

Iterb

Lutet

Pierwiastki metaliczne

, tworzą sieci o symetrii regularnej lub

heksagonalnej.

Występują zazwyczaj na +3 stopniu utlenienia, tworząc wiązania

o przeważającym charakterze jonowym

103101100

-

96 95 94 92 91 89 88 87 86 85

r

j

3+

[pm]

Zwi

ą

zki lantanowców

Charakter chemiczny lantanowców - podobieństwo do
glinowców i berylowców

Ln

O

2

Ln

2

O

3

S

8

Ln

2

S

3

N

2

LnN

C

LnC

2

(metanek)

H

2

O

Ln(OH)

3

+H

2

8

(powoli)

sole + H

2

8

X

2

(fluorowce)

LnX

3

Aktynowce

Th Pa U

Np Pu Am Cm

Cf Es Fm Md No Lr

Bk

Ac

Ac

Pierwiastki metaliczne

, tworzą sieci o symetrii regularnej lub

heksagonalnej. Tylko cztery pierwsze posiadają trwałe izotopy.

Występują zazwyczaj na +3 stopniu utlenienia. Znane są

również związki na+2, +4, +V, +VI stopniu utlenienia (ze

wzrostem stopnia utlenienia charakter wiązań staje się coraz
bardziej kowalencyjny).

Pierwiastki zewn

ę

trznoprzej

ś

ciowe

Sc

3d

1

4s

2

Ti

3d

2

4s

2

V

3d

3

4s

2

Cr

3d

5

4s

1

Mn

3d

5

4s

2

Fe

3d

6

4s

2

Co

3d

7

4s

2

Ni

3d

8

4s

2

Cu

3d

10

4s

1

Zn

3d

10

4s

2

Y

4d

1

5s

2

Zr

4d

2

5s

2

Nb

4d

3

5s

2

Mo

4d

5

5s

1

Tc

4d

5

5s

2

Ru

4d

7

5s

1

Rh

4d

8

5s

1

Pd

4d

10

5s

0

Ag

4d

10

5s

1

Cd

3d

10

4s

2

La

5d

1

6s

2

Hf

5d

2

6s

2

Ta

5d

3

6s

2

W

5d

5

6s

1

Re

5d

5

6s

2

Os

5d

6

6s

2

Ir

5d

7

6s

2

Pt

5d

9

4s

1

Au

5d

10

6s

1

Hg

5d

10

6s

2

III B

IVB VB

VIB VIIB

R VIII B X

IB IIB

3

4

5

6

7

8

9 10

11 12

(n-1)d

4

ns

2

º

(n-1)d

5

ns

1

(n-1)d

9

ns

2

º

(n-1)d

10

ns

1

Pierwiastki zewn

ę

trznoprzej

ś

ciowe

Pierwiastki metaliczne

, tworzą sieci o symetrii regularnej lub

heksagonalnej.

3

4

5

6

7

8

9 10 11 12

NUMER GRUPY

1000

2000

3000

4000

4

5

6

Temperatury topnienia

pierwiastków zmieniają się
w funkcji konfiguracji
elektronowej

Promienie atomowe:

- są najwyższe na początku

każdego okresu (>170 pm);

- są najniższe w środku

każdego okresu (<130 pm);

- rosną w obrębie każdej

grupy

WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNE I CHEMICZNE

Cr

H

Cr

H

2

3

1
2

2

+

+

+

+

→

+

Cr

3H O

Cr(OH)

Cr(OH)

chromiany (III)

Cr O MgCr O FeCr O

3

2

3H

3

+3OH

6

3

2

3

2

4

2

4

-

+

+

−

+

←

→



←

→



↓

+

,

2CrO

2NH

N

Cr O

3H O

3

3

2

2

3

2

+

← →



+

+

CrO

H O

H CrO

H CrO

H O

H O

CrO

3

2

2

4

2

4

2

3

4

2

+

← →



+

← →



+

+

−

2CrO

2H O

Cr O

3H O

4

2

3

2

7

2

2

−

+

−

+

← →



+

Pierwiastki zewn

ę

trznoprzej

ś

ciowe (2)

WŁA

Ś

CIWO

Ś

CI FIZYCZNE I CHEMICZNE

Gęstość pierwiastków:

- zwykle gęstość d > 5 g@cm

-3

;

-

najlżejsze

: Sc - 3,0 Y - 4,5

Ti - 4,5

-

najcięższe

: Pt - 21,5 Os - 22,6

Ir - 22,7

Elektroujemność

- niska, choć znacznie wyższa niż metali grup

głównych

W związkach ten sam metal przejściowy występuje na wielu

stopniach utlenienia

, od

+I

do

+VIII

. Ze wzrostem masy

atomowej rośnie trwałość związków na wyższych stopniach
utlenienia, a maleje na niższych stopniach utlenienia.

W wyjątkowych przypadkach (tylko w związkach

koordynacyjnych)

stopień utlenienia

może wynosić

0

,

-I

lub

-II

.

Zwi

ą

zki metali przej

ś

ciowych

Wła

ś

ciwo

ś

ci optyczne

Zabarwienie związków metali przejściowych - absorpcja światła
w zakresie promieniowania widzialnego zależy od obecności

elektronów d

, a więc od

stopnia utlenienia

:

Zabarwienie w roztworze związków tytanu:

‚

Ti

4+

(brak elektronów d)

º

bezbarwny

‚

Ti

3+

(1 elektron d)

º

ciemnoniebieski

‚

Ti

2+

(2 elektrony d)

º

fioletowy

Zwi

ą

zki metali przej

ś

ciowych (2)

Stopie

ń

utlenienia a wła

ś

ciwo

ś

ci tlenku

Ze wzrostem stopnia utlenienia metalu przejściowego w tlenku

rośnie udział charakteru kowalencyjnego we wiązaniach
(równocześnie maleje udział wiążania jonowego).

wzrost

stopnia

utlenienia

Me

3+

Me

+

Me

+V

Me

+VII

wiązanie

jonowe

wzrost

udziału

wiązania

kowalen-

cyjnego

własności

zasadowe

własności

kwasowe

własności

utleniające

własności

redukujące

Chemia zwi

ą

zków chromu (1)

Konfiguracja elektronowa:

3d

5

4s

1

stopień

utlenienia

ZWIĄZEK

Właściwości

+2

CrCl

2

zasadowe

,

silnie redukujące

+3, +III

+IV

CrO

2

+VI

CrO

3

CrO

4

2-

,

Cr

2

O

7

2-

kwasowe,

silnie utleniające

Chemia zwi

ą

zków chromu (2)

Cr

2+

Cr

3+

Cr

VI+

Bezwodnik

kwasowy:

ś

rodowisko zasadowe

ś

rodowisko kwaśne

Chemia zwi

ą

zków manganu (1)

Konfiguracja elektronowa:

3d

5

4s

2

stopień

utlenienia

ZWIĄZEK

Właściwości

+2

MnSO

4

, MnO

zasadowe

+3

Mn

2

O

3

+IV

MnO

2,

, MnO(OH)

2

+V

MnO

4

3-

, Li

3

MnO

4

słabo kwasowe,

słabo utleniające

+VI

MnO

4

2-

, K

2

MnO

4

kwasowe,

utleniające

+VII

MnO

4

-

, KMnO

4

kwasowe,

silnie utleniające

MnO

8H

Mn

4H O

4

-

2

2

+

+

→

+

+

+

5e

MnO

2H O

MnO

4OH

4

-

2

2

-

+

+

→

+

3e

MnO

MnO

4

-

4

2-

+ →

e

Fe

Fe O

1 3

2

2

3

−

+

+

x

x

W

W O

1 2x

VI

2x

V

3 x

−

+

+

−

Chemia zwi

ą

zków manganu (2)

Mn

O

2

Mn

3

O

4

X

2

(fluorowce)

MnX

2

S

2

MnS

N

2

Mn

3

N

2

C

Mn

3

C

sole Mn

2+

+ H

2

8

kwaśny

obojętny

zasadowy

Zwi

ą

zki niestechiometryczne (1)

Tlenki żelaza: FeO (II), Fe

2

O

3

(III), Fe

3

O

4

[Fe

II

Fe

2

III

O

4

]

Tlenek FeO wykazuje odstępstwa od stechiometrii bez zmiany

struktury, jego wzór powinien być Fe

1-x

O (x=0÷0,2)

- rzeczywisty

niedomiar metalu

Fe

2+

O

2-

Fe

2+

O

2-

Fe

2+

O

2-

Fe

2+

O

2-

Fe

2+

O

2-

Fe

2+

O

2-

Fe

2+

O

2-

Fe

2+

O

2-

Fe

2+

O

2-

Fe

2+

O

2-

Fe

2+

O

2-

Fe

2+

O

2-

FeO

Fe

2+

O

2-

Fe

2+

O

2-

Fe

2+

O

2-

Fe

2+

O

2-

Fe

2+

O

2-

Fe

2+

O

2-

Fe

2+

O

2-

O

2-

Fe

2+

O

2-

Fe

2+

O

2-

Fe

2+

O

2-

Fe

2+

O

2-

Fe

3+

Fe

3+

Fe

3+

Fe

3+

Fe

1-x

O

Każda ‘luka kationowa’ (brak jonu

Fe

2+

) jest uzupełniona

pojawieniem się dwóch jonów

Fe

3+

Zwi

ą

zki niestechiometryczne (2)

Trójtlenek wolframu

,

WO

3

, jest związkiem przejawiającym

rzeczywisty niedomiar tlenu. W jego sieci krystalicznej
pojawiają się luki tlenowe (nieobsadzone pozycje anionów
tlenowych). Jego wzór brzmi zatem

WO

3-x

Aniony

O

2-

w sieci WO

3

W

6+

W

6+

W

6+

W

6+

W

6+

W

6+

W

6+

W

6+

W

6+

W

6+

W

6+

W

6+

W

5+

W

5+

W

5+

W

5+

WO

3-x

Zwi

ą

zki niestechiometryczne (3)

Tlenek cynku, ZnO, jest związkiem przejawiającym

rzeczywisty nadmiar metalu -

Zn

1+x

O

O

2-

Zn

2+

O

2-

Zn

2+

Zn

2+

O

2-

Zn

2+

O

2-

Zn

2+

Zn

2+

O

2-

Zn

2+

O

2-

Zn

2+

O

2-

O

2-

Zn

2+

O

2-

Zn

2+

O

2-

Zn

2+

Zn

1+

Zn

1+

Zn

2+

Zn

1+

Zn

1+

W sieci krystalicznej

ZnO pojawiają się
nadmiarowe jony
cynku, zwane
międzywęzłowymi.
Powoduje to także
obniżenie ładunku
innych jonów cynku

Zwi

ą

zki niestechiometryczne (4)

Występowanie odstępstwa od stechiometrii jest

charakterystyczne dla związków zawierających kationy metali o
zmiennym stopniu utlenienia (związki metali przejściowych):

rzeczywisty niedomiar metalu:

w sieci krystalicznej pozostają nieobsadzone miejsca

kationów

(luki kationowe)

, a stopień utlenienia pozostałych

kationów ulega

podwyższeniu

rzeczywisty niedomiar utleniacza:

w sieci krystalicznej pozostają nieobsadzone miejsca anionów

(luki anionowe)

, a stopień utlenienia kationów ulega

odpowiednio

obniżeniu

rzeczywisty nadmiar metalu:

w sieci krystalicznej pojawiają się dodatkowe kationy
metalu

(atomy międzywęzłowe)

, a stopień utlenienia pozostałych

kationów ulega odpowiednio

obniżeniu