§ 48.1. Общая характеристика металлов B-групп

Положение в периодической системе и особенности электронного строения атомов металлов B-групп

Химические элементы В-групп расположены в периодической системе между s- и р-элементами, поэтому их называют переходными элементами.

Простые вещества, образованные этими элементами, являются металлами.

На внешнем электронном слое атомов элементов В-групп содержится 1–2 s-электрона. В периодах с увеличением порядкового номера у элементов последовательно заполняются электронами d-орбитали предвнешнего электронного слоя. Поэтому элементы В-групп относят к d-элементам. Ввиду того что существует пять d-орбиталей, в каждом периоде размещено по десять d-элементов.

При переходе в 4-м периоде от одного d-элемента к следующему вначале заполняются электронами ns-орбитали внешнего слоя и только после этого заполняются (n – 1)d-орбитали. Заполнение ns-орбиталей повышает их энергию, и они на энергетической шкале поднимаются выше (n – 1)d-орбиталей. Поэтому в формулах электронных конфигураций d-элементов (n – 1)d-орбитали записывают перед ns-орбиталями. Например, у Sc на 3d-орбитали появляется электрон после заполнения двумя электронами 4s-орбитали, однако формула электронной конфигурации Sc записывают [Ar]3d14s2.

Электронную конфигурацию валентного слоя d-элементов 4-го периода можно представить общей формулой: (n – 1)dxnsy, где x может принимать значения от 1 до 10, а y равен 1 или 2. Формулы электронной конфигурации атомов d-элементов 4-го периода приведены в таблице 34.1.

Заполнение электронами d-орбиталей происходит по тем же правилам, что и s- и р-орбиталей. Однако у элементов Cr и Cu происходит переход, или «провал», одного 4s-электрона на 3d-орбиталь предыдущего энергетического уровня. Это объясняется тем, что электронные состояния с конфигурацией 3d5(для Cr) и 3d10 (для Cu) более устойчивы, а энергии 4s- и 3d-подуровней различаются незначительно, и переход s-электрона внешнего на d-орбиталь предыдущего электронного слоя не требует больших затрат энергии.

Отрыв электронов от атомов происходит в обратной последовательности: вначале отрываются ns-электроны и только потом (n – 1)d-электроны. Например, образование иона Fe3+ можно представить схемой:

Fe0 – 3e → Fe3+;

[Ar]3d64s2 – 3e → [Ar]3d54s0.