Литература: [1] с. 543 - 551, [2] с. 486 - 489, [3] с. 461 - 470 Лекция № 8. Общая характеристика d-элементов. Элементы iiiв - vb подгрупп (подгруппы скандия,титана и ванадия)

8.1. Общая характеристика d-элементов

d-Элементами называют элементы, у которых происходит последовательное заполнение электронами d-орбиталей от (n-1)d¹ns² до (n-1)d¹⁰ns²-конфигурации. Иногда электронные структуры d-элементов видоизменяются из-за явления провала электрона, которое становится вероятным при приближении d-подуровня к полному или половинному заполнению (d¹⁰ или d⁵). Например, атом меди имеет конфигурацию 3d¹⁰4s¹ вместо ожидаемой 3d⁹4s², а атом молибдена имеет конфигурацию 4d⁵5s¹ вместо 4d⁴5s². У одного элемента периодической системы - палладия - наблюдается двойной провал электронов (4d¹⁰5s⁰ вместо 4d⁸5s²).

В зависимости от энергетического уровня, d-орбитали которого подлежат заполнению, различают три ряда d-элементов:

3d-элементы (от Sc до Zn); 4d-элементы (от Y до Cd); 5d-элементы (от La до Hg)

Часто наряду с понятием d-элементы используют термин "переходные элементы" или "переходные металлы". Переходными называются элементы, которые хотя бы в одной степени окисления имеют незавершенный d-подуровень. Таким образом, элементы с конфигурацией

(n-1)d¹⁰ns² (цинк, кадмий, ртуть), завершающие ряды d-элементов, переходными не являются.

Особенностью электронной оболочки d-элементов является наличие на внешнем уровне одного или двух электронов, поэтому все d-элементы являются металлами. В то же время доступность d-электронов приводит к тому, что наряду со степенями окисления +1 и +2 переходные элементы проявляют и более высокие степени окисления, вплоть до +8. Проявляя высшие степени окисления, переходные металлы образуют соединения, подобные соединениям типических (непереходных) элементов, например:

S^VI SO₃ H₂SO₄ K₂SO₄

Cr^VI CrO₃ H₂CrO₄ K₂CrO₄

кислотные оксиды сильные кислоты

Наличие энергетически доступных d-орбиталей позволяет d-элементам образовывать устойчивые и разнообразные по составу, строению и свойствам координационные соединения. При этом d-металлы могут проявлять различные координационные числа, чаще всего 4 и 6. Наиболее часто встречаются следующие типы гибридизации и геометрии координационного полиэдра:

Координационное число	Тип гибридизации	Геометрия
4	sp3	тетраэдр
4	dsp2	квадрат
5	sp3d	тригональная бипирамида, тетрагональная пирамида
6	sp3d2	октаэдр

У d-металлов с увеличением порядкового номера происходит заполнение предвнешнего электронного уровня, поэтому изменения их физических и химических свойств не столь заметны как в ряду типических элементов. Незначительно меняются свойства d-металлов и в пределах подгрупп. Особенно близки по свойствам элементы V и VI периодов, что вызвано близостью их эффективных атомных радиусов за счет лантаноидного сжатия, например:

Элемент	V	Nb	Ta
Радиус, нм	0,134	0,146	0,146