D-elemendid

D-metallide loend

D-metallid on: skandium, titaan, vanaadium, kroom, mangaan, raud, koobalt, nikkel, vask, tsink, ütrium, tsirkoonium, nioobium, molübdeen, tehneetsium, ruteenium, pallaadium, hõbe, kaadmium, hafnium, tantaal, volfram, reenium, osmium, iriidium, plaatina, kuld, elavhõbe, rutherfordium, dubnium, seaborgium, bohrium, hassium, meitneerium, darmstadtium, röntgeenium ja koperniikium. 7. perioodi elemendid on sünteetilised ega ole võimalik loodusest leida. Mõnikord arvestatakse d-metallide hulka ka lantanoidid ja aktinoidid, millel täitub f-alakiht.
Metallid on kõige arvukam elementide rühm. Nad on kõige tähtsamad, seda eelkõige oma keemiliste omaduste ja tööstusliku kasutuse tõttu.

Seosed perioodilisustabelis

1869. aastal järjestas vene teadlane Dmitri Mendelejev sel ajal teada olnud keemilised elemendid aatommasside ja omaduste järgi tabeliks. Tänapäeval on seda veidi muudetud ning elemendid on tabelis järjestatud aatomnumbrite järgi. Perioodilisustabel jaguneb perioodideks ja rühmadeks. Ühe ja sama perioodi d- ja f-elemendid koonduvad nn. peredesse. IV–VI perioodini ühinevad kümnest elemendist koosnevatesse peredesse d-elemendid. Nendeks on skandiumi pere (Sc–Zn), ütriumi pere (Y–Cd) ja lantaani pere (La, Hf–Hg). Sõltuvalt sellest, kas d(f)-orbitaalidel on üks või kaks elektroni, jagunevad pered alamperedeks, näiteks skandiumi pere jaguneb skandiumi ja raua alaperedeks.
Peaalarühmade elementide omadused sõltuvad väliskihielektronide konfiguratsioonist ehk elektronide asetusest orbitaalidel, mistõttu on neil rühmiti samasugused omadused. D-elementidel on praktiliselt kõigil väliskihis sama arv elektrone, kuid nende omadused sõltuvad (n-1)d-orbitaali täitumisest. Aufbau printsiibi järgi täituvad viimasena need orbitaalid ning kui nad on täitunud, on nende energia veidike madalam kui välimisel ns-orbitaalil. Igas reas on kümme d-elementi, sest igale orbitaalile mahub kaks elektroni ning d-orbitaale on kokku viis. Metallide elektronkonfiguratsioonid erinevad peamiselt sisemiste d-orbitaalide poolest, seega on füüsikalised omadused laias laastus samad.
D-metallide aatomiraadiused vähenevad perioodis tasapisi vasakult paremale ning hakkavad siis uuesti kasvama. Näiteks neljandas perioodis on raua aatomiraadius kõige väiksem. Aatomnumber ja d-elektronide arv kasvab vasakult paremale. Kuna d-elektronidevaheline tõukumine on nõrk, suudab kasvav tuumalaeng neid elektrone tugevamini enda poole tõmmata ning raadius väheneb. Edasi liikudes tekib juurde liiga palju d-elektrone ning tõukuminegi kasvab. Seetõttu hakkavad aatomiraadiused uuesti kasvama. Samas jäävad ka raadiused lähedasteks, sest esinevad tõmbe- ja tõukejõud on omavahel tasakaalus.
Viienda perioodi elementidel on suuremad aatomiraadiused kui neljandal. Seal kehtib sama seaduspärasus.
Kuuenda perioodi elementide aatomiraadiused on väiksemad. See tuleneb lantanoidsest kontraktsioonist. Raadiuste vähenemist põhjustab perioodis kasvav tuumalaeng ning f-elektronide nõrk varjestusvõime (elektronide omavahelisest interaktsioonist tingitud energia muutus aatomis). D-plokk jätkub luteetsiumi juures ning selleks ajaks on aatomiraadiused langenud baariumi 217 pm-lt luteetsiumi 173 pm-ni.
Elementide ionisatsioonienergia kasvab perioodis vasakult paremale ning rühmas ülevalt alla kahaneb.

Tööstuslik tähtsus

D-metallid on tööstuslikult väga olulised. Raua ja vase kasutuselevõtt tõi inimesed välja kiviajast ning need on siiani olulised tööstuslikud metallid. Teised elemendid, näiteks titaan, on väga olulised uue tehnoloogia arengus. Tuleb tähele panna, et d-ploki vasakus servas olevad elemendid sarnanevad s-ploki metallidega, see tähendab, neid on väga raske maagist eraldada. Seetõttu võtsid inimesed esimesena kasutusele just d-ploki paremas servas olevad elemendid nagu tsingi ja vase.
D-metallide kasutatakse väga palju sulamites, kuna lähedaste aatomiraadiuste tõttu saavad osakesed üksteist kristallvõres asendada.