В периодической системе d-элементы расположены в больших периодах. По вертикали они образуют группы, у короткой форме периодической системы это побочные подгруппы, а в длинноперых-одном варианте - IB-VIIIB группы, то есть до
номера группы добавляется буква В. Кроме того, элементы d-блока также называют элементами вставных декад или переходными металлами.
В атомах d-элементов электронами заполняется d-подуровень предпоследнего уровня. Емкость d-подуровня равна десяти.
Xd = 2 (21 +1) = 2 (2 ■ 2 +1) = 10
Известно более 30 d-элементов, которые в периодической системе элементов образуют три полных вставные декады (Sc - Zn, Y-Cd, La - Hg), и несколько элементов четвертой декады. Заполнение электронами d-подуровня происходит согласно правилу Гунда, т.е. суммарное значение спинового чисел должно быть максимальным.
На внешнем уровне атомов d-элементов есть один или два электрона s-состояния (за исключением палладия, у которого s-электронов на внешнем уровне нет). Это можно объяснить исходя из принципа минимальной энергии, потому Ens <E (n-1) d <Enp.
Уменьшение количества S-электронов на внешнем уровне к другу происходит вследствие «провала» (или «проскока») электрона с s-внешнего на предпоследней d-подуровень, благодаря чему достигается более устойчивое состояние с низким запасом энергии. Например, в атомах элементов хрома, молибдена, ниобия, серебра, золота и др..
В атомах палладия s-электроны внешнего подуровня отсутствуют вследствие двойного «проскока».
Для атомов переходных металлов характерны два особо устойчивых состояния: в первом орбитали предпоследнего d-подуровня заполнены на 50% (nd5), а во втором - d-орбитали заполнены полностью (nd10).
Элементы, атомы которых имеют от одного до пяти d-элект-нов (в атомах этих элементов отсутствует неразделенная d-электрон-на пара), образуют устойчивые соединения, в которых они проявляют высокий положительный степень окисления. По количеству электронов более п пятки (некоторые d-электроны имеют неразделенную пару) наиболее устойчивыми являются соединения, в которых атомы d-элементов имеют низкий положительный степень окисления, так неразделенная электронная пара недостаточно активно участвует в образовании химических связей.
На стабильность d-элементов, атомы которых имеют высшую степень окисления, весомо влияет также увеличение массы атомов переходных элементов. Это особенно проявляется при сравнении свойств оксидов R2O7, т.е. оксидов марганца, технеция и рения, при нагревании. Оксид марганца (VII) не устойчив даже при 0 ° С и при нагревании разлагается со взрывом. Оксид технеция (VII) плавится без разложения при 119,5 ° С, а оксид рения (VII) - прочная соединение, его можно перегонять при температуре выше 220 ° С. Следует отметить, что энергии внешних s-подуровней и предпоследних d-подуровней отличаются незначительно, однако d-электроны участвуют в химической связи только после того, как использованы внешние s-электроны.
Уровни заполняются последовательно - сначала по одному электрону на орбитали, а затем на каждой орбитали - пара электронов, накладывает определенный отпечаток на изменение физических свойств переходных металлов. По мнению Л. Полинга, увеличение неразделенных электронных пар (от калия к хрому) приводит к постоянному росту механической твердости металлов. После хрома в том же ряду элементов наблюдается снижение твердости.
Небольшие разногласия относительно энергии валентных электронов вызывают типичные оптические свойства соединений переходных металлов, проявляют разную степень окисления.
Большинство технических катализаторов содержит d-элементы в виде оксидов, сульфидов и других соединений. Для процесса катализа важно, чтобы промежуточные соединения были слишком лабильными, но не слишком прочными. Тогда они будут относительно легко образовываться, а затем разлагаться. Есть ферменты, выполняют в организме роль биокатализатора и функционируют благодаря наличию в них ионов металлов d-элементов, то есть активно участвуют в биохимических процессах. Благодаря большому заряду ядра и наличия вакантных орбиталей, они входят в состав биологически активных соединений (ферментов, гормонов, витаминов, пигментов и др.), которые имеют высокую специфичность действия.