4d和5d過渡金屬系列 The 4d and 5d Transition Series

化學原理啟迪476

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1.     在比較3d、4d和5d過渡金屬系列時，應當觀察這些元素的原子半徑。

2.     3d、4d和5d過渡金屬，大致上，同一週期由左而右，半徑逐漸變小。雖然同一行元素，從3d到4d金屬的半徑顯著增加，但4d到5d金屬的半徑大小卻十分類似。

3.     4d到5d金屬元素大小類似，導因於鑭系收縮lanthanide contraction。鑭系元素lanthanide series，由鑭到鉿（不包含鉿）之間的元素組成，鑭系元素電子填入的是4f軌域。

4.     因為4f軌域在鑭系元素的內層，新加的電子沒有增加原子體積；事實上，新增的核電荷，確實造成鑭系元素由左而右半徑減少。

5.     鑭系收縮剛好抵銷調主量子數增加帶來的半徑增加，因此5d過渡元素並沒有比4d過渡元素大，相反地，5d和4d過渡金屬元素的大小差不多，這使得4d過渡金屬元素和5d過渡金屬元素的性質差不多。

6.     舉例來說，鉿hafnium和鋯zirconium的化學性質十分類似，在自然界這二種元素常結合在一起，要將這二種元素分離，恐怕比分離其他成對元素組成的化合物更困難一些，通常需要用分餾法處理這些化合物。

7.     基本上4d過渡金屬元素和5d過渡金屬元素之間的差異，由左而右，逐漸增加。舉例來說，鈮niobium和鉭tantalum的性質類似，但鋯和鉿之間更類似。

8.     雖然4d過渡元素與5d過渡元素，不如3d過渡元素那麼有名，不過5d過渡元素仍有某些非常有用的性質，舉例來說，鋯和氧化鋯（ZrO2）非常抗高溫；

9.     因此，鋯和氧化鋯，加上鈮niobium和鉬molybdenum合金，用來製造太空梭暴露於高溫的區域，當太空梭重返大氣層會面臨摩擦產生的高熱。

10. 鈮和鉬也是某些鋼材的重要合金材料，鉭tantalum，對體液攻擊具有高抗性，所以鉭常用來製作外科手術夾；鉑金屬族—釕ruthenium、鋨osmium、銠rhodium、銥iridium、鈀palladium和鉑platinum—性質類似，是許多工業製程的催化劑。

n   翻譯編寫Steven S. Zumdahl 《Chemical Principles》