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D 遷移元素とその化合物
遷移元素
►遷移元素の性質
第4周期の遷移元素の性質を下表に示した。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ためと考えられる。
遷移元素はまた，いくつかの酸化数を示すものが多い。これは，結合に関係する
電子のすべてが，常に使われるわけではないからである。マンガンを例にとれば，
最高7個の電子が結合に関与するが，実際には2〜6個が使われることもあり，
＋2〜＋7の酸化数を示す。
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第4周期遷移元素の性質 |
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元素 |
Ca |
Sc |
Ti |
V |
Cr |
Mn |
Fe |
Co |
Ni |
Cu |
Zn |
|
融点〔℃〕 |
839 |
1541 |
1660 |
1890 |
1857 |
1244 |
1535 |
1495 |
1453 |
1083 |
420 |
|
沸点〔℃〕 |
1484 |
2830 |
3290 |
3380 |
2670 |
1962 |
2750 |
2870 |
2910 |
2570 |
907 |
|
密度〔g/cm3〕 |
1.55 |
2.99 |
4.50 |
6.11 |
7.19 |
7.44 |
7.87 |
8.9 |
8.91 |
8.96 |
7.13 |
|
原子半径〔Å〕 |
1.97 |
1.63 |
1.45 |
1.31 |
1.25 |
1.12 |
1.24 |
1.25 |
1.25 |
1.28 |
1.33 |
|
M2＋半径〔Å〕 |
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 |
1.0 |
1.3 |
1.5 |
1.6 |
1.6 |
1.5 |
1.8 |
1.8 |
1.8 |
1.9 |
1.6 |
|
標準電極電位 |
−2.8 |
−2.0 |
−1.6 |
−1.1 |
−0.9 |
−1.2 |
−0.4 |
−0.3 |
−0.3 |
0.3 |
−0.8 |
|
主な酸化数 |
2 |
3 |
2〜4 |
2〜5 |
2〜6 |
2〜7 |
2〜4, |
1〜4 |
1〜4 |
1〜3 |
2 |
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＊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 |
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►遷移元素の特色
これまで触れたことを含めて特色をまとめると，次のようになる。
(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，原子番号の増加につれて，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，いくつかの酸化数をもつものが多い。
(7) 錯イオンをつくる。
鉄
►鉄
鉄，コバルト，ニッケルの3元素は，よく似ている。単体は強磁性体で，細かい
粉末は水素を吸着する。酸では，2価の陽イオンになり，錯イオンをつくりやすい。
鉄は2価，3価とも安定だが，2価のものは3価に移りやすい。コバルトとニッケル
は，単塩では2価が安定であるが，錯塩では3価が安定となる。
鉄の単体は，鉄の塩類を電解するか，または純粋な酸化鉄(III)Fe2O3，シュウ酸鉄
(II)FeC2O4を水素気流中で熱すると純鉄が得られる。赤熱した鉄は，水蒸気を分解し
て水素を生じる。
3Fe＋4H2O→Fe3O4＋H2
鉄は塩酸，硫酸に溶けるが，濃硝酸には不動態を生じ溶けない。この不動態になっ
た鉄片を硫酸銅溶液中に入れてもその表面に銅が析出しない。鉄は乾いた空気には侵
されないが，水分と二酸化炭素を含む空気中では速やかに酸化される。
►鉄の化合物
酸化鉄(III) a 型とg 型があり，aとして天然に赤鉄鉱がある。硝酸塩，シュウ
酸塩，水酸化物などを空気中で焼くとa型が，四酸化三鉄を穏やかに酸化すると
g 型が得られる。色は製法及び処理によって黄赤，赤褐，紫などと変わるが，一
般には赤色である。g 型は600℃でa 型に変わる。密度は製法によって異なり，
5.1〜5.2g/cm3，硬度は5.5〜6.5である。
強熱すると分解して酸素を放出する。熱すれば水素，一酸化炭素などで還元され
る。酸にはしだいに溶け，鉄(III)塩を生じるが，一度強熱したものは溶けにくい。
この化合物はべんがらともよばれ，研磨剤，赤色顔料，鉄製造原料になる。
硫酸鉄(II) 7分子の水和水をもち，緑バンともいわれる。空気中に長く放置す
ると風解し，また酸化されて黄褐色になる。熱すれば，80℃で5分子，100℃で6
分子，300℃で全部の水和水を失い，白色の無水物になる。水溶液はほぼ中性であ
るが，空気で酸化され塩基性硫酸鉄(III)の黄褐色沈殿を生ずる。実験室で使う鉄(II)
塩で，還元剤などの代表例である。
塩化鉄(III) 黄褐色の潮解性結晶である。融点306℃だが，315℃で分解する。
Fe3＋は水溶液中では[Fe(H2O)6]3＋であるが，FeCl3を沸騰水に溶かすと赤褐色の溶
液を生じる。これは加水分解のため，Fe(OH)3・nH2Oのコロイドができるためである。
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鉄の化合物 |
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化学式 |
色 |
融点〔℃〕 |
水溶性 |
備 考 |
FeO |
黒 |
1370
|
不 |
|
|
Fe2O3 |
赤褐〜黒 |
1565
|
不 |
赤鉄鉱
|
|
Fe3O4 |
黒 |
1538 | ||