Электронное стоение и положение в периодической системе

Металлы d-семейства расположены в больших периодах периодической системы элементов Д.И. Менделеева между s- и р-элементами, образуя побочные группы. Их называют также переходными металлами.

Они имеют валентную электронную структуру, выражающуюся общей формулой: (n–l)d^1-10ns^1-2. В периоде у d-элементов постепенно заполняется d-подуровень предвнешнего энергетического уровня, при этом на внешнем уровне находится 1-2 s-электрона. Такое заполнение энергетических уровней атомов определяет их общие свойства.

Таблица 11.1

Электронные кофигурации валентных уровней d-металлов IV периода

Из данных, приведенных в таблице 11.1 видно, что высшая валентность, проявляемая элементами IV периода, сначала увеличивается от трех у скандия до семи у марганца, затем уменьшается до двух у цинка. Это объясняется тем, что количество неспаренных электронов d-подуровня сначала увеличивается от элемента к элементу, а затем уменьшается.

Рис. 11.1. Радиусы атомов d-элементов IV периода

Радиусы атомов d-элементов в периоде уменьшаются, но не монотонно, имеется два пика у хрома и меди (рис. 11.1). Это связано с явлением промотирования (провала) электрона в d-состояние предвнешнего уровня. При этом каждая орбиталь d-подуровня содержит по одному электрону. Такая конфигурация подуровня является устойчивой (энергетически выгодной). На внешнем уровне остается только один электрон, притяжение к ядру ослабевает, что ведет к увеличению радиуса атома.

В Б-группах у элементов (рис. 11.2), стоящих после лантаноидов не наблюдается увеличения радиуса атома, как у элементов А-групп. Это связано с лантаноидным сжатием. У элементов семейства лантана увеличивается число электронов на предпредвнешнем, более близком к ядру энергетическом уровне, это усиливает притяжение электронов этого уровня к ядру и вызывает уменьшение радиуса атома, ведущее к ослаблению металлических свойств у элементов, стоящих после лантаноидов.

Рис. 11.2. Радиусы атомов элементоа IVБ группы.

Энергия ионизации d-металлов четвертого периода (рис. 11.3) возрастает с увеличением порядкового номера, причем особенно резко у марганца и цинка, имеющих наполовину (3d⁵4s²) или полностью (3d¹⁰4s²) заполненные электронами подуровни, что говорит об их устойчивости.

Рис. 11.3. Энергия ионизации d-элементов IV периода