3 金属活泼性
钪分族的钪、钇和镧是过渡元素中最活泼的金属
第二、第三过渡系元素的金属单质非常稳定，一般不 易与强酸反应，但浓碱和熔碱可发生反应
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4 氧化数
过渡元素除最外层s电子可以成键外，次外层d电子也 可部分或全部参与成键，过渡元素有多种氧化数
(1) 同周期从左向右变化趋势
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5 非整比化合物
非整比化合物的其组成在一个较小范围内变动， 保持其结构基本不变 过渡元素易形成非整比化合物
IVB~VIIB族，与原子半径较小的非金属B、C、N等形 成间隙式化合物，它们的组成随金属中溶解的B、C、N 等的量而（比值）改变
比相应的纯金属，其熔点高；硬度大，化学性质不活泼
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多重键
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Re: 5d56s2 3e Re3+ 5d4
Re3+
↑ ↑ ↑ ↑ —— dz2 dxy dyz dxz dx2-y2
σδ π π
Re3+
↑↑ dz2 dxy
|| 头面 碰对 头面
↑ ↑ —— dyz dxz dx2-y2
| 肩 并 肩
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σ成键 π成键 δ键
同族，从上至下 逐渐增大
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2 单质的物理性质
过渡金属外观多呈银白色或灰白色，有光泽
除钪和钛属轻金属外，其余都是重金属，其中以铂系元素最重
多数过渡金属（IIB除外）熔点、沸点高，硬度大
一般认为是过渡元素的原子半径较小，而彼此堆积很紧，同时金 属原子间除了主要以金属键结合外，还可能有部分共价性，这与 金属原子 中部分未成对的(n－1)d 电子也参与成键有关
许多过渡元素及其化合物有独特的催化功能。
在反应过程中，过渡元素可形成不稳定的配合物，这些 配合物作为中间产物可起到配位催化的作用；通过提供适 宜的反应表面，起到接触催化作用，如以V2O5为触媒制取 硫酸。
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9 金属原子簇化合物
由于(n-1)d轨道伸展较远，低氧化态离子半径较大，原子 实之间斥力较小，可形成较稳定的“金属-金属”键
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一、 过渡元素概述
过渡元素包括从IIIB族到第VIII族的8个直列，以及8个直 列之外周期表底端的镧系元素和锕系元素，这些元素都是金 属，也称为过渡金属。
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1 过渡元素原子的特征
过渡元素，其原子结构特点一般是(n－1)d1～8ns1～2，所 以也称它们为d 区元素
与同周期主族元 素比，过渡元素 原子半径较小； 各周期从左向右， 半径减小幅度变 小
d 区元素
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一、过渡元素概述 二、钛族、钒族元素 三、铬族元素 四、锰族元素 五、铁系元素
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一、过渡元素概述
1 过渡元素原子的特征 2 单质的物理性质 3 金属活泼性 4 氧化数 5 非整比化合物 6 化合物的颜色 7 配位催化 8 磁性 9 金属原子簇化合物
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含氧酸根离子，CrO42-、MnO4-等颜色被认为由电荷迁移引起，MnO4紫色是由O2-→ Mn7+电子跃迁(p-d跃迁)吸收峰在可见光18500cm-1处
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7 磁性
多数过渡元素原子或离子有未成对的电子，所以具有磁 性；未成对的d电子越多，磁距μ也越大。
未成对d电子数与物质磁性的关系
过渡元素生成含有 金属-金属键的簇状化合物，尤其是 第二、三过渡系元素
两个Re3+沿z轴方向相互靠近时，两个 Re3+的dz2轨道以“头碰头”重叠形成σ 键；两个Re3+ 的dxz轨道dyz轨道以“肩 并肩”重叠形成两个d-dπ键；两个Re3+ 的dxy轨道以“面对面”重叠形成δ键， 说明Re和Re之间形成四重键。
第一过渡系元素的氧化数水合离子的颜色
元素
Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn
M2+中d电子数 - 2 3 4
5
6 7 8 9 10
[M(H2O)6]2+ 颜色
-
褐
紫
天蓝
浅桃红(几 乎无色)
浅绿
粉红
绿
浅蓝 无色
M3+中d电子数 0 1 2 3
4
567
[M(H2O)6]3+颜色 无 紫 绿 蓝紫 红 浅紫 绿 粉红
从左向右，随原子序数的增加（Sc～Mn） ，元素最高价氧化数 先是增高，但当3d 轨道中电子数超过 5 时，元素最高氧化数又转 向降低（Fe～Ni）。
(2) 同族从上至下变化趋势
Sc、Ti族ⅢB～ⅣB 的最高价氧化态较稳定
ⅢB~ⅦB族最高氧化数与族号相等，Ⅷ 族元素大多达不到 +8
第一过渡系ⅤB～ⅦB元素的最高氧化态不稳定；而第二、三过 渡系的高氧化态比较稳定
离子
VO2+ V3+ Cr3+ Mn2+ Fe2+ Co2+ Ni2+ Cu2+
d电子数
Hale Waihona Puke 1 2 3 567 89未成对d电子数 1 2 3 5 4 3 2 1
磁矩(μ)/B.M 1.73 2.83 3.87 5.92 4.90 3.87 2.83 1.73
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8 配位催化
过渡元素易形成配合物，过渡元素原子或离子有能级相 近的轨道 ns, (n-1)d, np，可接受配体的孤电子对；且过渡 元素离子一般半径小，极化力强，对配体有吸引力。
固体电解质（ZrO2, HfO2)用于各类化学电源和电化学器件中； 可用作半导体(ZnO,Cu2O)、超导体(YBaCu3O7-x, x≤0.1)等
TiC、W2C、TiN、TiB熔点都在3000 ℃ 以上，工业上W2C用作 硬质合金
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6 化合物的颜色
过渡元素形成的配离子大都显色，与d 轨道未填满电子有关，形成配离 子时受配体场的影响，原本等价的d轨道分裂成eg和t2g轨道；同中心离 子与不同配体形成配合物时，晶体场分裂能不同，则 d-d 轨道跃迁时 所需能量不同，即吸收光波长不同，显示不同的颜色
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二、 钛族、钒族元素
（一）钛族、钒族元素概述 （二）钛的重要化合物 （三）钒、铌、钽的重要化合物
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（一）钛族、钒族元素概述
1、钛、锆、铪
第IVB族—钛副族包括钛、锆、铪三种元素
虽然钛的丰度居第十位，但由于它在自然界存在的分散性 和金属钛提炼的困难，一直被认为是一种稀有金属
钛的主要矿物有钛铁矿FeTiO3和金红石TiO2。锆和铪是稀 有金属，主要矿物是锆英石ZrSiO4。铪常与锆共生