В периодической таблице все элементы подразделяются на 4 категории: основная, переходная, лантаноиды и актиноиды. К основным в группе относятся активные металлы в 2 колонках по крайней левой части таблицы Менделеева и металлы, полуметаллы и неметаллы в 6 столбцах крайней правой. Переходные металлы — это металлические элементы, являющиеся своеобразным мостом между сторонами системы. Все они применяются в качестве катализаторов.
Общее понятие
Переходные металлы образуют соединения, в которых проявляют положительные степени окисления. Наиболее заметно различие свойств в IV-VIII подгруппах, где побочные составляют металлы, а главные — неметаллы. Находящиеся в самой таблице символы обозначаются — d, а буквой f — лантаноиды и актиноиды. Самые выраженные из этой категории: Cr, Mn, Fe, Cu, Zn, и Ag. История открытия указывает на то, что все они в свободном состоянии являются металлами. Внешний номер электронной оболочки совпадает с номером периода.
К самым известным на Земле d-металлам относится железо, следующее сразу после алюминия. Большая часть представлена оксидами или сульфидами. В свободном виде встречается лишь медь. Соединения d-металлов также обнаружены на Луне.
Из всех групп химических элементов переходные достаточно трудно идентифицировать из-за разногласий по поводу того, что именно должно быть в них включено. По одной версии переходными считаются вещества с не полностью заполненной d-электронной подоболочкой.
Место в периодической таблице
Переходные металлы расположены в группах от IB до VIIIB с:
- 21 (скандия) — по (29 медь).
- 39 (иттрия) — по 47 (серебро).
- 57 (лантана) — до 79 (золота).
- 89 (актиния) — до 112 (коперниция).
Последние представлены лантаноидами и актиноидами — f-элементами, входящими в особую группу. Остальные составляют d-элементы.
Химические свойства
В соединениях атомы используются как валентные s- и p, так и d-электроны. Исходя из этого, d-элементы обладают переменной валентностью, что не наблюдается в основных подгруппах. По этой причине они могут образовывать комплексные соединения.
Все переходные металлы по структуре твердые, имеют высокую температуру плавления и кипения.
При перемещении слева направо в таблице у 5 d-орбиталей обнаруживается большая заполняемость. Из-за слабой связи электронов увеличивается электропроводность и гибкость.
Всем им присуща низкая энергия ионизации, необходимая при удалении электрона от свободного атома. До сих пор ученые спорят относительно классификации элементов на границе между основной группой и переходными металлами, размещенными в правой части таблицы. Ими являются цинк (Zn), кадмий (Cd) и ртуть (Hg). Внешне они напоминают металлы:
- Податливы и пластичны.
- Проводят тепло и электричество.
- Образуют положительные ионы.
Схожесть физических свойств элементов двух этих групп проявляется в том, что лучше всего электричество проводят переходный металл медь и относящийся к основной группе алюминий. Особенность — элементы основной группы легко образуют стабильные соединения с нейтральными молекулами воды или аммиака.
Значение переходных элементов
В жизнедеятельности человека они выполняют важную функцию. Без них организм не может существовать:
- Железо — главный источник гемоглобина.
- Цинк — вырабатывает инсулин.
- Кобальт — основной компонент витамина В12.
- Медь, марганец и молибден — входят в состав ферментов.
Яркие представители — чугун и сталь, используемые в тяжелой промышленности.
В черной металлургии их получают из железной руды. Вначале выплавляется чугун, а затем из него — сталь. Углерода в чугуне больше 1,7%, а в стали — меньше этого значения.
Благодаря добавкам — хрому, марганцу и никелю — стали обретают другие качества. Так, хром повышает прочность и устойчивость к действию кислот. Наиболее употребительные сплавы на основе меди: бронза, латунь и мельхиор. Особенно широкое применение нашли: сталь, чугун и бронза. Велика значимость железа, неслучайно по его содержанию сплавы подразделяются на черные и цветные.
Характеристики железа
Этот элемент представляет наибольший интерес, поскольку составляет важные соединения, среди которых железная кислота и соли. Чаще всего не используется как чистое вещество, а в виде сплавов с углеродом и другими элементами. Взаимодействует с:
- Неметаллами — при нагревании, преимущественно в виде порошка.
- Кислородом — образование оксидов.
- Водой — при большой температуре. При повышенной влажности вступает в реакцию с водяными парами и кислородом, что служит возникновению ржавчины.
- Кислотами — с выделением водорода.
- Растворами солей — вытесняет менее активные металлы.
Переходные металлы играют огромную роль в жизни людей.
По этой причине их изучение включено в обязательный курс школьной программы. Наиболее подробно о свойствах рассказывается на уроках химии в старших классах при проведении лабораторных работ.
