过渡金属

在化学中，过渡金属具有三个可能的定义：

• IUPAC定义的过渡金属定义为“一个元件，其原子具有部分地填充 d子壳，或可以产生的阳离子与一个不完整的d子壳”。
• 许多科学家将“过渡金属”描述为元素周期表d族中的任何元素，其在元素周期表中包括3至12组。在实际应用中，f嵌段镧系元素和act系元素也被视为过渡金属，被称为“内部过渡金属”。
• Cotton和Wilkinson通过指定包含哪些元素来扩展IUPAC的简要定义。除了第4至11组的元素外，它们还在第3组中添加scan和钇，它们在金属状态下具有部分填充的d子壳。但是，第3组中的镧和act分别分类为镧系和act系。

过渡元素共有许多其他元素未找到的属性，这是由部分填充的d shell导致的。这些包括

• 颜色由d - d电子跃迁引起的化合物的形成
• 由于不同的可能氧化态之间的能隙相对较低，因此在许多氧化态下化合物的形成
• 由于存在不成对的d电子，许多顺磁性化合物的形成。一些主族元素的化合物也是顺磁性的（例如一氧化氮、氧气）

大多数过渡金属可以与各种配体结合，从而可以实现多种过渡金属配合物。

过渡金属化合物具有一个或多个不成对的d电子时，它们是顺磁性的。在具有4至7个d电子的八面体络合物中，高自旋态和低自旋态都是可能的。四面体过渡金属络合物，例如[FeCl₄]²⁻是高自旋因为晶体场分裂是小，使得能量借助于电子在低能量轨道被来获得总是小于配对向上自旋所需的能量。一些化合物是抗磁性的。这些包括八面体，低自旋，d ⁶和方平面d ⁸络合物。在这些情况下，晶体场分裂使得所有电子都配对。

当单个原子为顺磁性且自旋矢量在晶体材料中彼此平行排列时，就会发生铁磁性。金属铁和铝镍合金是涉及过渡金属的铁磁材料的例子。反铁磁性是固态中单个自旋的特定排列所产生的磁性的另一个示例。

过渡金属及其化合物以其均相和非均相催化活性而闻名。该活性归因于它们采取多种氧化态并形成络合物的能力。氧化钒（接触法）、铁粉（哈伯法）和镍（催化加氢）是其中的一些例子。固体表面上的催化剂（基于纳米材料的催化剂）涉及反应物分子与催化剂表面原子之间的键形成（xxx行过渡金属利用3d和4s电子进行键合）。这具有增加催化剂表面上反应物的浓度以及减弱反应分子中的键的作用（降低活化能）的作用。同样因为过渡金属离子可以改变其氧化态，它们作为催化剂变得更加有效。

当反应的产物催化反应产生更多的催化剂时，会发生一种有趣的催化类型（自催化）。一个例子是草酸与酸化的高锰酸钾（或锰酸盐（VII））反应。一旦有点的Mn ²⁺已经产生，它可以与反应的MnO ₄ ^-形成的Mn ³⁺。然后，这发生反应以C ₂ ö ₄ ^-离子形成的Mn ²⁺一次。

顾名思义，所有过渡金属都是金属，因此是电导体。

通常，过渡金属具有高密度以及高熔点和沸点。这些性质归因于通过离域d电子的金属键合，导致内聚力随着共享电子数的增加而增加。但是，第12组金属的熔点和沸点要低得多，因为它们的全d子壳会阻止d-d键，这又倾向于将它们与公认的过渡金属区分开。汞的熔点为-38.83°C（-37.89°F），在室温下为液体。