同學們 大家是否注意到在週期表的中央 第二族鹼土金屬與第十三族硼族元素之間 有像橋梁一樣的過渡金屬存在呢？ 過渡金屬、離子及其化合物 與我們的日常生活息息相關 尤其是在工業與新能源製程方面！ 這堂課就讓我們一起來認識過渡金屬元素吧！ 我們目前使用的週期表可以分成四個部分： 主族元素、過渡元素與位在下方原子序 介在過渡金屬最後兩列的第一和第二個元素之間 又稱為內過渡元素的鑭系元素、錒系元素 在電子組態上 過渡元素都具有d軌域電子 第一列過渡元素的價電子填入3d軌域 其能量較4s軌域高 而d軌域最多可容納10個電子 所以第一列過渡元素排列在週期表的 第四週期原子序21~30的位置 共10個元素 同理可知 第二列過渡元素位在第五週期原子序39~48的位置 過渡元素都是金屬 除了鈧族（第3族）元素外 密度都很大 具有金屬光澤 除了紅銅和黃金外 多為銀白或銀灰色 高熔點及沸點 且為電熱良導體 由於價電子填入d軌域 使得過渡金屬最多可容納五個未成對電子 d軌域未成對電子容易吸收可見光 而躍遷到較高的能階 也使其離子和化合物多具有不同的顏色 另外 過渡元素及其化合物多具有高度催化活性 例如：加氫反應用鎳、鈀、鉑做催化劑 製造氧氣的實驗用二氧化錳做催化劑 哈柏法製氨用鐵粉當催化劑等 也和d軌域的電子易轉移和得失有關 主族元素的離子以鈍氣電子組態為主 過渡金屬因d軌域中電子較多 具有多種氧化數的離子 只有鈧族元素形成離子為鈍氣組態 在失去電子的時候 過渡金屬會優先失去主量子數最大軌域中的電子 例如第一列過渡元素會優先失去4s軌域之電子 第一列過渡元素的原子序為21至30 依序為 鈧、鈦、釩、鉻、錳、鐵、鈷、鎳、銅、鋅 他們的最外層電子 先填滿4s軌域 再進入3d軌域 但因軌域半滿和全滿具有特別的穩定性 造成原子序24的鉻和 原子序29的銅之基態（最穩定） 電子組態為4s軌域半滿 3d軌域半滿和全滿的組態 其中 鉻具有6個未成對電子 是原子序前三十號元素中 基態電子組態未成對電子最多的元素 形成離子時 會優先失去最外層4s軌域中電子 故過渡金屬多具有+2價離子 又因d軌域電子緣故 其離子多有不同顏色 並具有多種氧化數 且氧化數低的離子可單獨存在 例如：三價鐵離子、二價錳離子等 氧化數高的過渡金屬多和氧化合存在 例如過錳酸根、鉻酸根、五氧化二釩 密度的部分 除了鈧較小 其他過渡金屬密度都很大 且在週期表上由左至右大致呈現增加的趨勢 熔點的部分沒有規則性 半徑的部分 由於有效核電荷增加 d軌域電子遮蔽效果不強 由左至右大致呈現半徑縮小的趨勢 大家應該發現了 因為過渡金屬價電子填入內層d軌域的關係 它們的性質有許多例外的情況 不像主族元素那麼有規律性 接下來 我們來認識一下幾種常見的過渡元素及其化合物吧！ 一、鈦： 銀白色金屬 自然界中以礦物型態存在 須經冶煉才能得到鈦金屬 質輕 高強度 耐酸鹼 抗腐蝕（可抗海水、王水、氯氣腐蝕） 耐高溫 耐低溫 且化學性質穩定 可用於製造火箭及太空飛行器、醫藥、建築、軍事、 汽車工業、運動器材、3C產品材料、珠寶飾品、餐具等 二、二氧化鈦： 白色粉末 俗稱鈦白 為常見的白色顏料 可用在繪畫、油漆、修正液、化妝品 而奈米等級的二氧化鈦可做為光觸媒 經紫外線照射後 電子從價帶躍遷至傳導帶 產生電子－電洞對 電子具還原性 電洞具氧化性 可使氧氣變成超氧陰離子 水變成氫氧自由基 活潑的氫氧自由基和超氧陰離子 能將有機物分解為二氧化碳和水 達到淨化效果 具有殺菌、去污、脫臭等功能 另外 奈米級二氧化鈦 可做為染料敏化太陽能電池陽極材料的一部分 其原理為：染料吸收太陽光使其電子躍遷至激發態 激發態電子轉移至奈米級二氧化鈦 使染料變成帶正電離子態 電子經由外電路傳至陰極形成電流 電解質在鉑催化劑作用下與電子結合 再傳遞給染料陽離子 使其回到基態 三、錳： 銀灰色金屬 原子序25 化性類似鐵 會與空氣中氧氣和水反應而氧化 而添加錳的合金 硬度、強度、耐蝕性增加 可用來製造鐵軌、武器、建材、機械等 人體中也含有錳離子 與許多重要生理機能有關 但攝取過量會導致中毒 錳在化合物中具有多種氧化數 不同氧化數的錳具有不同顏色 常見的有二價錳離子：淡粉紅色 二氧化錳：棕黑色 錳酸根離子：綠色 過錳酸根離子：紫紅色 四、銅： 純銅是紅色金屬 原子序29 延展性及導電導熱性佳 常用作導線及高級鍋具、錢幣等 人類很早便會使用銅合金來製作各種器具（青銅器） 另外 黃銅（銅與鋅合金） 在生活中也是常用來製作 藝術品、水龍頭、各種器具的材料 雖然銅不太活潑 但在潮濕的空氣中仍會氧化進一步生成銅鏽 遇硝酸會生成一氧化氮或二氧化氮氣體 遇濃硫酸會生成二氧化硫 五水合硫酸銅 為硫酸銅晶體 俗名膽礬 呈藍色 加熱至高溫會失去結晶水 形成白色硫酸銅粉末 五水合硫酸銅為常見的淡水養殖殺菌劑 讓我們來總結一下這支影片的學習內容 週期表可以分成四個部分： 主族元素、過渡元素、鑭系元素、錒系元素 （內過渡元素） 過渡元素都是金屬，其d軌域上都具有電子 因此過渡金屬常有許多不同的氧化數 由於電子躍遷方式的不同 使得過渡金屬具有許多顏色 第一列過渡金屬的密度由左而右上升、 熔點不規則、半徑則隨電子數量增加而減少 同學們 這一個單元 你是否都學會了呢？ 歡迎在影片下方留言區告訴我們你的心得 我們下次見 同學們 這一個單元 你是否都學會了呢？ 歡迎在影片下方留言區告訴我們你的心得 我們下次見