在元素周期表中，從ⅢB到ⅡB族共有10個縱行，加上鑭系和錒系共有60多種元素(原107種元索中有63種)，它們處于前后兩部分主族元素的中間位置，人們習(xí)慣地稱之為過渡元素。過渡元素都是金屬，故又稱為過渡金屬。

一、過渡金屬的原子結(jié)構(gòu)特點

與主族元素相比，過渡金屬的原子結(jié)構(gòu)具有兩個特點，一是原子的最外層電子不超過2個(多數(shù)是2，少數(shù)是1)，二是過渡金屬原子的次外層或者倒數(shù)第3層的電子未充滿，屬于不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。同一縱行(列)中，元素原子的結(jié)構(gòu)特點有類似于主族的相似性和遞變性。

二、過渡金屬的性質(zhì)特點

1、過渡金屬的單質(zhì)中，大多數(shù)密度較大，例如金屬鉑的密度21.45g·cm-3，大約是鋁的8倍，熔點、沸點較高，例如鎢的熔點達(dá)3410℃。

此外，過渡金屬往往有較大的硬度、較好的延展性、較強(qiáng)的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性和耐腐蝕性。例如金有優(yōu)異的延展性(1g金可以拉成3km長的細(xì)絲)。銅、銀具有良好的導(dǎo)電性，鉑、鈦、鉻、鎳具有良好的耐腐蝕性。

2、過渡金屬常存在可變化合價，這主要是由于它們的內(nèi)層電子可以部分失去引起的。例如Fe有+2、+3價，銅有+1、+2價，Cr有+2、+3、+6價，Mn從+2到+7各價態(tài)都有。

3、過渡金屬化合物往往有顏色。例如水合離子的顏色:

Cu2+——藍(lán)色;

Fe2+——淺綠色;

Fe3+——棕黃色;

Ti3+——紫色;

V3+——綠色;

Mn2+——粉紅色;

Co2+——桃紅色;

MnO4-——紫紅色;

Cr2O7-——橙色等。

4、很多過渡金屬能形成絡(luò)合物。如Cu2+溶液中加人過量氨水生成深藍(lán)色的[Cu(NH3)4]2+，Ag+溶液中加人過量氨水生成[Ag(NH3)2]+，F(xiàn)e3+在溶液中遇到SCN-生成血紅色的[Fe(SCN)]2+，大家熟悉的CuSO4·5H2O其實也是一種絡(luò)合物，其組成結(jié)構(gòu)應(yīng)該寫成[Cu(H2O)4]SO4·H2O。

三、過渡金屬的用途特點

過渡金屬在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科技、國防上都有著重要用途，它們在國民經(jīng)濟(jì)中起著舉足輕重的作用。

鐵——國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)，用量最大的金屬，重工業(yè)生產(chǎn)的最重要原料。

銅、銀——導(dǎo)電性能優(yōu)越，用于電器工業(yè)。

金、銀、鉑、鈀——現(xiàn)代電子工業(yè)的重要原料。

鈦——制造飛機(jī)、火箭、艦艇，是航海、航空、航天工業(yè)的重要原料。

鉻、錳、鎳、鉆、鋅——制造導(dǎo)彈、坦克、槍、炮、穿甲彈，是兵器的重要支柱。

鈾——原子武器、原子能工業(yè)的最重要原料。

鉑、鎳、釩、鈦——用于化學(xué)工業(yè)中制造各種性能優(yōu)良的催化劑。

我國的過渡金屬種類齊全，儲量豐富，鎢、鋁、錳、釩、鈦等儲量居世界前列，這為我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和現(xiàn)代化建設(shè)提供了強(qiáng)有力的資源保證。隨著不斷地研究和開發(fā)，過渡金屬在我國的各種生產(chǎn)、生活領(lǐng)域中發(fā)揮著越來越重大的作用。

過渡金屬由于具有未充滿的價層d軌道，基于十八電子規(guī)則，性質(zhì)與其他元素有明顯差別。由于這一區(qū)很多元素的電子構(gòu)型中都有不少單電子(錳這一族尤為突出，d5構(gòu)型)，較容易失去，所以這些金屬都有可變價態(tài)，有的(如鐵)還有多種穩(wěn)定存在的金屬離子。

過渡金屬最高可以顯+7(錳)、+8(鋨)氧化態(tài)，前者由于單電子的存在，后者由于能級太高，價電子結(jié)合的較為松散。高氧化態(tài)存在于金屬的酸根或?；?如：VO43-釩酸根，VO22+釩?；?。

對于第一過渡系，高氧化態(tài)經(jīng)常是強(qiáng)氧化劑，并且它們都能形成有還原性的二價金屬離子。對于二、三過渡系，由于原子半徑大、價電子能量高的原因，低氧化態(tài)很難形成，其高氧化態(tài)也沒有氧化性。同一族的二、三過渡系元素具有相仿的原子半徑和相同的性質(zhì)，這是由于鑭系收縮造成的。

由于空的d軌道的存在，過渡金屬很容易形成配合物。金屬元素采用雜化軌道接受電子以達(dá)到16或18電子的穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)配合物需要價層d軌道參與雜化時，d軌道上的電子就會發(fā)生重排，有些元素重排后可以使電子完全成對，這類物質(zhì)稱為反磁性物質(zhì)。相反，當(dāng)價層d軌道不需要重排，或重排后還有單電子時，生成的配合物就是順磁性的。反磁性的物質(zhì)沒有顏色，而順磁性的物質(zhì)有顏色，其顏色因物質(zhì)而異，甚至兩種異構(gòu)體的顏色都是不同的。一些金屬離子的顏色也是有單電子的緣故。

大多數(shù)過渡金屬都是以氧化物或硫化物的形式存在于地殼中，只有金、銀等幾種單質(zhì)可以穩(wěn)定存在。最典型的過渡金屬是4-10族。銅一族能形成配合物，但由于d10構(gòu)型太穩(wěn)定，最高價只能達(dá)到+3?？拷髯宓南⊥两饘僦挥泻苌倏勺儍r態(tài)。12族元素只有汞有可變價態(tài)，鋅基本上就是主族金屬。由于性質(zhì)上的差異，有時銅、鋅兩族元素并不看作是過渡金屬，這時銅鋅兩族合稱ds區(qū)元素。

一般來說，未成對的電子相對于成對電子更容易吸收能量發(fā)生躍遷，因此我們遇到的大多數(shù)有色物質(zhì)都是含有未成對電子的，如Fe3+，Cu2+等。另一方面，由于有相當(dāng)一部分物質(zhì)的電子躍遷所產(chǎn)生的電磁波在可見光范圍之外，因此往往表現(xiàn)為無色透明或是白色。而我們注意到過渡金屬離子具有豐富的顏色，因為它們正好同時符合上述兩個條件：

含有未成對的電子d電子軌道能級分裂后的軌道間能量差正好落在可見光能量范圍之內(nèi)常見的過渡金屬離子往往以配合物的形式存在，水合物、氨合物、氰合物等等。它們在形成配合物的過程中常常伴隨著d軌道能級分裂，這與配合物的構(gòu)型、配體本身的性質(zhì)有關(guān)。

d電子本來有五個能量相等的軌道：dxy、dyz、dzx、dx2-y2、dz2。其中前三個與坐標(biāo)軸成45度夾角，dx2-y2在x-y平面上并與坐標(biāo)軸方向一致，dz2成帶環(huán)啞鈴狀，延z軸延伸。

這五種軌道在形成配合物的過程中會不同程度的受到配體的影響與限制。例如：考慮配位數(shù)為6的八面體配位構(gòu)型水合物，由于配體正好位于中心離子的三個坐標(biāo)軸方向上，即與x2-y2dz2的延展方向相沖突，那么中心離子的這兩個d軌道受到配體負(fù)電荷的斥力，能量升高明顯;而另外3個d軌道方向與配體相錯開，能量變化相對dx2-y2、dz2要小得多。

于是中心離子的d軌道就能級分裂為兩組：相對高能的dx2-y2、dz2，和相對低能的dxy、dyz、dzx，而他們的能量差(約在1.99·10-19J和5.96·10-19J之間)能夠部分落在可見光范圍(5.5·10-19和3.0·10-19之間)內(nèi)。d電子很容易在這兩組軌道間躍遷，而產(chǎn)生人眼能感覺到的色光。

常見的過渡金屬離子顏色產(chǎn)生差異的原因有以下幾種：

1、金屬原子種類不同;

2、金屬原子種類相同而價態(tài)不同;

3、金屬離子的配體不同;

4、金屬離子的配位方式不同;

5、形成金屬-金屬鍵。