16、1、2、d 区元素的物理性质
除ⅡB族外,过渡元素的单质都是高熔点、高沸点、密度大、导电性和导热性良好的金属。熔点在金属中W最高(3683±20K),硬度最大的是铬,密度最大的是Ⅷ族的锇(Os, )。
造成这种特性的原因可能是因过渡元素的单质的原子半径小,采取紧密堆积时除有s电子外,还有部分d电子参与成键,在金属键之外还有部分共价键,因此结合牢固。
16.1.3、d区元素的化学性质
第一过渡系元素电离能和电负性都比较小,表明具有较强的还原性,电极电势均为负值。IIIB 族是它们中最活泼的金属,性质与碱土金属接近。在同一过渡系中从左到右,电离能增加的远不如主族元素那样显著,表现出的金属性很接近。同族元素的活泼性从上到下依次减弱。第一过渡系元素的单质比第二、三过渡系元素的单质活泼。例如,在第一过渡系中除铜外,其他金属都能与稀酸(盐酸或硫酸)作用,而第二、三过渡系的单质大多较难发生类似反应。在第二、三过渡系中有些元素的单质仅能溶于王水和氢氟酸中,如锆(Zr)、铪(Hf)等,有些甚至不溶于王水,如钉(Ru),铑(Rh)、锇(Os)、铱(1r)等。化学性质的这些差别,与第二、三过渡系的原子具有较大的电离能(I1和I2)和升华焓(原子化焓)有关。有时这些金属在表面上易形成致密的氧化膜,也影响了它们的活泼性。
过渡元素的单质能与活泼的非金属(如卤素和氧等)直接形成化合物。过渡元素与氢形成金属型氢化物,又称为过渡型氢化物。这类氢化物的特点是组成大多不固定,通常是非化学计量的,如VH1.8,TaH0.76,LaNiH5.7等。金属型氢化物基本上保留着金属的一些物理性质,如金属光泽、导电性等,其密度小于相应的金属。
有些元素的单质如ⅣB一ⅦB族的元素,还能与原子半径较小的非金属,如B,C,N形成间充(或间隙)式化合物。间充式化合物比相应的纯金属的熔点高(如TiC,W2C,TiN,TiB的熔点都在3 000℃左右),硬度大(大都接近于金刚石的硬度),化学性质不活泼。工业上W2C常被用作硬质合金,可用其制造某些特殊设备。
过渡元素的单质由于具有多种优良的物理性质和化学性能,在冶金工业上用来制造各种合金钢,例如,不锈钢(含铬、镍等)、弹簧钢(含钒等)、建筑钢(含锰等)。另外,它们的一些单质或化合物在化学工业上常用作催化剂。例如,在硝酸制造过程中,氨的氧化用铂作催化剂;不饱和有机化合物的加氢常用镍作催化剂;接触法制造硫酸,用五氧化二钒(V205)作催化剂等。总之,在化学工业所用的催化剂中,过渡元素的单质及其化合物占有相当重要的地位。