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1 第十五章 過度金屬元素 15-1 簡介過度金屬元素的特性 授課老師 李大偉 Coloured transition metal solutions. Licensed under Public Domain via Wikimedia Commons transition metal solutions.jpg#/media/file:coloured transition metal solutions.jpg

2 第十五章的綱要 1. 簡介過度金屬元素的特性 2. 錯化合物的基本性質與其分子結構 3. 錯化合物的光性 電性與磁性 -- 晶場理論與配位場理論 4. 錯化合物的化性及其應用

3 過度金屬元素 1 H Li Na K Rb Cs Transition metals have incompletely filled d subshells or readily give rise to ions with incompletely filled d subshells. 4 Be Mg Ca Sc Ti V Sr Y Zr Nb Ba La Hf Ta Cr Mo W B Al Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Tc Ru Rh Pd Ag Cd In (98) Re Os Ir Pt Au Hg Tl C Si Ge Sn Pb N P As Sb Bi O S Se Te Po (209) 9 F Cl Br I At (210) 2 He Ne Ar Kr Xe Rn (222)

4 第一列過度金屬元素 1 H Li Na K Rb Cs Be Mg Ca Sc Ti V Sr Y Zr Nb Ba La Hf Ta Cr Mo W B Al Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Tc Ru Rh Pd Ag Cd In (98) Re Os Ir Pt Au Hg Tl C Si Ge Sn Pb N P As Sb Bi O S Se Te Po (209) 9 F Cl Br I At (210) 2 He Ne Ar Kr Xe Rn (222)

5 第一列過度金屬元素的電子組態及原子特性

6 第四週期元素的電子組態及原子特性 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Atomic Radius (pm) mp ( ) bp ( ) Density (g/cm3) electronegativity

7 3d 與 4s 軌域的P(r)

8 Example Explain why atomic radii decrease very gradually from scandium to copper ATOMIC RADIUS (PM) 134 Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni 128 Cu

9 Lanthanide contraction對原子半徑的影響 由於 f-orbitals 比 d-orbitals 更鬆 散 因此 f-orbitals 比 d-orbitals 更無法遮蔽原子核正電荷對價電 子的強烈吸引 因此造成 Lanthanide contraction

10 Lanthanide contraction對密度的影響

11 第一列過渡金屬元素的化學性質 -- 1 Why do transition metals have more oxidation states than other? Why are the +3 oxidation states more stable at the beginning, whereas the +2 oxidation are more stable towards the end of the first-row transition metals? (most stable oxidation numbers are shown in red)

12 Ionization Energies for the 1st Row Transition Metals 12

13 未配對d-軌域的電子數對金屬鍵強度的影響

14 第一列過渡金屬元素的化學性質 -- 2 第一列過渡金屬元素中何者無法與酸中的H+離子相互作用

15 第一列過渡金屬元素的化學性質 -- 3 氧化還原能力與酸鹼 CrO +2 basic 鹼性 Cr2O3 +3 amphoteric 兩性 CrO3 +6 acidic 酸性 CrO3 + H2O H2CrO4

16 學習配位錯化合物的基本知識 1 Bronsted Acid : Proton Donor Bronsted Base : Proton Acceptor Eample: NH3 + H2O NH4+ + OH-

17 學習配位錯化合物的基本知識 2 Lewis Acid : electron pair acceptor Lewis Base : electron pair donor

18 Lewis Acid & Base 的例子 右邊錯離子中 何者為Lewis acid 何者為Lewis base

19 學習配位錯化合物的基本知識 3

20 中心原子是如何與配位基鍵結 3-1

21 中心原子是如何與配位基鍵結 3-2

22 標準還原電位解釋了人類的工具史 "Carpenter's axe" by Cosmoh Own work. Licensed under CC BY SA 3.0 via Wikimedia Commons wikimedia.org/wi ki/file:carpenter %27s_axe.jpg#/m edia/file:carpent er%27s_axe.jpg "ALB Hortfund Groß Gaglow" by Wolfgang Sauber Own work. Licensed under CC BY SA 4.0 via Wikimedia Commons rg/wiki/file:alb_ _Hortfund_Gro%C3%9F_Gagl ow.jpg#/media/file:alb_ _Hortfund_Gro%C3%9F_Gagl ow.jpg Cu2+(aq) + 2e Cu(s) Fe3+(aq) + 3e Fe(s) Ti2+(aq) + 2e Ti(s) V V V

23 Fe (Iron) 鐵 鐵器時代 公元前3000年 鋼鐵時代 公元1990~ 最早錯化合物的應用 普魯士藍染料 Fe4[Fe(CN)6]3 Prussian blue by Picture created by publunch image was taken from En Wiki: en:image:prussian blue.jpg. Licensed under Public Domain via Wikimedia Commons

24 Fe (Iron) 鐵 單質鐵的製備一般採用冶煉法 以 赤鐵礦 hematite Fe2O3 和磁鐵 礦 magnetite Fe3O4 為原料 與焦炭和助溶劑在熔礦爐內反應 焦炭燃燒產生二氧化碳 CO2 二氧化碳與過量的焦炭接觸就生成 一氧化碳 CO 一氧化碳和礦石 內的氧化鐵作用就生成金屬鐵

25 Cu (copper) 銅 常見的銅礦 金黃色黃銅礦chalcopyrite CuFeS2 鮮綠色孔雀石 malachite CuCO3Cu(OH)2 輝銅礦 chalcocite Cu2S 黃銅礦CuFeS2可藉由下面任一種 方式提煉 高溫礦冶術 pyrometallurgy或 濕法冶金術 hydrometallurgy 某些海洋生物 血液中含銅 而不 含鐵 因此血色為綠色 Royal Observatory Edinburgh East Tower 2010 cropped by Royal_Observatory_Edinburgh_East_Tower_2010.jpg: Chi And Hderivative work: Spinningspark This file was derived from: Royal Observatory Edinburgh East Tower 2010.jpg. Licensed under CC BY SA 3.0 via Wikimedia Commons wer_2010_cropped.jpg#/media/file:royal_observatory_edinburgh_east_tower_2 010_cropped.jpg

26 Example By considering electron configurations, explain why gold and silver are less reactive than copper. Cu Ag +0.8 Au +1.83

27 15-1 學習重點 熟悉 d分子軌域對第一列過度金屬元素物理性質趨勢的影響 熟悉d分子軌域對第一列過度金屬元素化學性質趨勢的影響

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