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第4節　遷移元素とその化合物

Ａ　遷移元素の特徴

►遷移元素の性質

第4周期の遷移元素の性質を下表に示す。遷移元素の融点が高く硬いのは，d軌道電子を含む多数の電子が金属結合に参加する為と考えられる。

　遷移元素は幾つかの酸化数を示すものが多い。これは，結合に関係する電子の全てが常に使われるわけではないからである。例えばマンガンは，最高7個の電子が結合に関与するが，実際には2〜6個が使われる事もあり，＋2〜＋7の酸化数を示す。

第4周期遷移元素の性質
元素	Ca	Sc	Ti	V	Cr	Mn	Fe	Co	Ni	Cu	Zn
融点〔℃〕	839	1541	1660	1887	1860	1244	1535	1495	1453	1083	420
沸点〔℃〕	1484	2831	3287	3377	2671	1962	2750	2870	2732	2567	907
密度〔g/cm^3〕	1.55	2.99	4.54	6.11	7.19	7.44	7.87	8.90	8.90	8.96	7.13
原子半径〔×10^-10m〕	1.97	1.63	1.45	1.31	1.25	1.12	1.24	1.25	1.25	1.28	1.33
M^2^＋半径〔×10^-10m〕	1.14	―	1.00	0.93	0.87	0.81	0.75	0.79	0.83	0.87	0.88
結晶構造^＊	面立	六最	六最	体立	体立	立方	体立	六最	面立	面立	六最
電気陰性度	1.00	1.36	1.54	1.63	1.60	1.55	1.83	1.88	1.95	1.90	1.65
標準電極電位	−2.8	−2.03	−1.63	−1.13	−0.90	−1.18	−0.44	−0.277	−0.257	0.340	−0.763
主な酸化数	2	3	2〜4	2〜5	2〜6	2〜7	2〜4, 6	1〜4	1〜4	1〜3	2
＊面立は面心立方構造，六最は六方最密構造，体立は体心立方構造

►遷移元素の特色

　遷移元素の特色を纏めると，次の様になる。

(1)　周期表の第4周期以後に位置し，3〜11族に属する。

(2)　原子の電子配置は，原子番号の増加に伴い，最外殻ではなく内殻のd軌道，　f軌道に電子が満たされていく。

(3)　一般に密度が大きく，Scを除き重金属である。融点・沸点も高く，融解熱も大きい。比較的硬い。

(4)　有色の化合物が多い。

(5)　単体のイオン化傾向は比較的小さく，また反応性も小さい。

(6)　同一元素で，幾つかの酸化数をもつものが多い。

(7)　錯イオンを作る。

►錯イオン(complex ion)

　中心の金属イオンに幾つかの分子またはイオンが配位結合して，1つの原子集団のイオンとなったものを錯イオンという。これらの分子またはイオンを配位子といい，配位子の数を配位数という。錯イオンは水溶液中で，構成イオンや分子に殆ど解離せず，1つのイオンとして働く。

　錯イオンを形成する金属イオンは，主として遷移元素のイオンだが，マグネシウムやアルミニウム等も錯イオンを作る。錯イオンの配位数は，金属元素の種類によって異なり，2，4，6等がある。

　錯イオンの構造は直線形や正方形，正四面体，正八面体等の形がある。また，配位子はNH₃，H₂Oの様な分子か，CN^-，Cl^-等の様な安定なイオンがよく知られている。どれも非共有電子対を持ち，その電子対によって中心金属と配位結合で結び付く。配位子が水分子のときは，この水を特に配位水といい，その水和錯イオンをアクア錯イオンと呼んでいる。例えば，次の様なアクア錯イオンがある。

　　 [Ni(H₂O)₆]^2＋，[Co(H₂O)₆]^2＋，[Fe(H₂O)₆]^2＋，[Cu(H₂O)₄]^2＋

　したがって，これら金属イオンの水溶液の色は，イオンそのものの色ではなく，水分子が配位された状態のアクア錯イオンの色である。

錯イオンの例
中心イオン	d電子数	配位数	立体構造	例	色
Cr^3^＋	3	6	正八面体	[Cr(NH3)6]^3^＋	黄
Fe^2^＋	6	6	正八面体	[Fe(CN)6]^4-	淡黄
Fe^3^＋	5	6	正八面体	[Fe(CN)6]^3-	黄
Co^2^＋	7	6	正八面体	[Co(NH3)6]^2^＋	赤
Co^3^＋	6	6	正八面体	[Co(NH3)6]^3^＋	橙
Ni^2^＋	8	6	正八面体	[Ni(NH3)6]^2^＋	青紫
Cu^2^＋	9	4	正方形	[Cu(NH3)4]^2^＋	深青
Ag^＋	10	2	直線形	[Ag(NH3)2]^＋	無

配位子1個が2箇所以上で金属原子と結合し，金属原子を含む環状構造になるとき，生成化合物をキレート化合物という。エチレンジアミン銅(�U)錯塩[Cu{C₂H₄(NH₂)₂}₂]^2＋はこれにあたる。