复旦大学无机化学课件之第8章过渡元素概述.ppt

第八章 过渡元素概述,8.1 过渡元素的通性,狭义：(n-1)d18ns12 B 8列,广义：(n-1)d110ns12 BB 10列,具有部分填充d或f壳层电子的元素。,过渡元素全部为金属，其化合物颜色多、 变价多、形成配合物多。,8.1.1过渡元素的原子半径,同族从上到下原子半径略增加,56 周期基本接近,Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu(-) Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag(-) La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au(-),8.1.3 过渡元素的氧化态,元 素 Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni +2 +2 +2 +2 +2 +2 +2 +3 +3 +3 +3 +3 +3 +3 +3 氧化态 +4 +4 +4 +4 +4 +5 +6 +6 +6 +7,(划横线表示常见氧化态),左 右,氧化态先升高后降低,上 下,同族高氧化态趋向稳定,Fe +2、+3 Ru +4 Os +4、+6、+8,8.2.1 羰基配合物：通常金属价态较低 1. 金属与羰基成键特征：以Ni(CO)4为例,Ni(0) 3d84s2 3d 4s 4p,Ni(CO)4 四面体, ,sp3杂化,问 题,？,实测：NiC键长184pm 理论：NiC键长198pm； CO把电子给予Ni，Ni上负电荷过剩,使该化合物不稳定,而事实Ni(CO)4十分稳定。,8.2 过渡元素的成键特征,(1s)2,(1s*)2,(2s)2,(2s*)2,(2p)4,(2px)2,(2p*)0,(2p*)0,给予Ni的sp3杂化轨道,接受Ni的d电子,一方面，CO把一对电子填入Ni的sp3杂化轨道中形成键，一方面又以空的2p*轨道接受来自Ni d轨道的电子，形成键，从而增加配合物的稳定性，但削弱了CO内部成键，活化CO了分子。,CO的分子轨道,点击，观看动画,2. 羰基簇合物,过渡元素能和CO形成许多羰基簇合物。 羰基簇合物中金属原子多为低氧化态并具有适宜的d轨道。,双核和多核羰基簇合物中金属原子与羰基的结合方式有： 端基（1个CO和1个成簇原子相连）；边桥基（1个CO与2个成簇原子相连）；面桥基（1个CO与3个成簇原子相连）。,端基,边桥基,面桥基,金属金属(MM)键是原子簇合物最基本的共同特点。 金属金属(MM)键见 8.2.4,8.2.2 含氮配合物,1.双氮配合物与N2分子的活化,N2形成配合物,端基配位以电子给予金属M,侧基配位以电子给予金属,MNN MNNM,Ru(NH3)5(N2)2+为端基配位，N2与CO时等电子体，形成双氮配合物时，存在双重键。,形成双氮配合物时，N2分子最高占有轨道上的电子给予金属空的d轨道 （MN2）， 形成配键； 同时金属M充满电子的d轨道则向N2空的轨道反馈电子 （MN2）， 形成dp 反馈键。 协同成键作用加强了金属与N2分子的作用力，但却削弱了N2分子内部的键，相当于活化了N2分子。过渡金属双氮配合物的出现为常温、常压下固氮提供了途径 。,(1s)2,(1s*)2,(2s)2,(2s*)2,(2p)4,(2px)2,(2p*)0,(2p*)0,给与Ru2+电子,接受Ru2+的反馈d电子,N2的分子轨道,2. 一氧化氮配合物（亚硝酰配合物）,NO作为配位体（NO+为亚硝酰离子） 与过渡金属原子通常有三种键合方式： 直线型端基配位、 弯曲型端基配位和桥基配位。,NO比CO多一个电子，在一些配位反应中，可将NO看作3电子给予体， 即先将NO上的一个电子给予金属原子M， 使金属原子氧化态降低1， NO变成NO+。 NO+和CO是等电子体，成键方式与CO相同，NO+作为2e给予体与金属原子相结合（形成NM配位键），与此同时金属d轨道上的电子反馈到NO+ *反键轨道上，形成d *（NO）反馈键。,（1）直线型端基配位,（2）弯曲型端基配位,RuCl(NO)2(pph3)2的结构,N原子以sp2 杂化向过渡金属提供一个电子（NO为1电子给予体）形成键，MNO约120。如： Co(NH3)5NO2+、 Rh(Cl)2(NO)(pph3)2 Ir(CO)Cl(NO)(pph3)2BF4。,RuCl(NO)2(pph3)2+为直线和弯曲端基混合配位 ，如图。,（3）桥基配位,(3C5H5)Fe(2NO)2的结构,桥基配位时，NO为3电子给予体与 2 个或 3个金属原子相连，例如： (5 C5H5)Fe(NO)2 。 在(5C5H5)3Mn3(NO)4 中，其中3个NO是二桥基配位，一个NO是三桥基配位。,NO究竟是以直线型端基、弯曲型端基配位 还是以桥基配位可以通过红外光谱进行鉴别,3. 亚硝酸根配合物,金属与NO2能以五种不同的方式配位 ：,4. 硝酸根配合物,金属离子与 NO3的配位方式有如下几种：,四硝酸钛Ti(NO3)4中有4个双齿硝酸根，是8配位钛化合物（十二面体结构）。其中所有8个TiO键都是等同的。,四硝酸钛Ti(NO3)4的结构,8.2.3 乙烯配合物,稀HCl K2PtCl4+C2H4 = KCl + KPtCl3(C2H4),蔡斯盐,Pt(II)5d8 5d 6s 6p,dsp2 杂化,除Pt()外，Pd()、Ru(0)、Ru()均易形成 乙烯配合物。,Pt与C2H4键加强，C2H4内部键削弱， 乙烯易打开双键，发生反应。,蔡斯盐PtCl3(C2H4)阴离子中，Pt(II)采取dsp2杂化，接受三个Cl的三对孤对电子和C2H4中的电子形式四个键，同时Pt(II)充满电子的d轨道和C2H4的*反键空轨道重叠形成反馈键。,Mn2(CO)10 的 Mn(0)： Mn(0) : ,Mn2(CO)10,d2sp3,5CO,5CO,8.2.4 金属金属键,1. 单键,Co2(CO)8:,Co2(CO)8中Co(0): Co(0): ,三个CO孤电子对,三个CO孤电子对,CO桥键,M-M键,d2sp3,2. 多重键,以Re2Cl82为例:,当两个Re3+沿z轴方向相互靠近时， 两个Re3+的dz2轨道以“ 头碰头 ”重叠形成键； 两个Re3+ 的dxz轨道dyz轨道以“ 肩并肩 ”重叠形成两个 dd 键； 而两个Re3+ 的dxy轨道以“面对面”重叠形成键，说明Re和Re之间形成四重键。,Re: 5d56s2 3e Re3+ 5d4,Re3+ dz2 dxy dyz dxz dx2-y2,Re3+ dz2 dxy dyz dxz dx2-y2,| 头碰头,| 肩并肩,| 面对面,成键,成键,键,点击，观看动画,8.2.5 过渡金属与富勒烯配合物,富勒烯配合物可稳定存在的原因： 富勒烯上烯键(六元环间的碳碳