1. 개요
轉 移 元 素 / transition elements말 그대로 옮겨간다는 의미를 가지고 있었으며, 따라서 같은 뜻의 천이(遷移)원소라고도 한다. 이런 뜻을 갖게 된 이유는, 원소들을 분류하던 초기에 7족 원소와 1족 원소 사이에 위치한 원소였기 때문이다. 지금은 딱히 틀린 것은 아니지만 별 의미가 없다. 전부 금속이기에 전이 금속이라고도 부르기도 한다. 3족부터 12족까지(학자에 따라 11족까지라고 하는 경우도 있다. 12족의 경우엔 d오비탈이 꽉 차있으므로.
화학 전공자들은 무기화학에서 3족부터 12족까지 외워야하는 경우도 있다. 일반화학 수준의 시험에는 4주기 전이 금속 10개와 팔라듐, 백금, 은, 금, 카드뮴, 수은정도만 나온다. 전이 원소 중 이 16개는 외워놔야한다.
10족 전이 원소인 니켈, 팔라듐, 백금의 경우 유기 화학의 이중 결합 알켄(alkene)에 대한 첨가 반응인 수소화 반응에서 촉매로 사용된다. 연료전지의 전극재 재료로 사용된다.
대부분 M이나 N껍질에 전자가 채워지고 원자번호의 증가에 따라 안쪽의 전자 껍질에 전자수가 증가하며, 원자가 전자는 대부분 2개이다. 그러므로 전이원소는 족이 달라져도 성질은 비슷하다. 산화수는 다양하다.
순수한 상태에서는 모두 금속이다. 즉, 화합물이 아닌 홑원소물질은 모두 금속이다. 화합물을 이루는 경우에는 대부분 상자성(常磁性)을 띤다. 또 유색화합물이 많고, 착물(錯物)을 만들기 쉬우며, 주기율표 상의 양 옆 족(族)과 유사성이 있다. 대부분 반응성이 약하여 전이원소의 단체나 화합물은 촉매로 쓰이는 경우가 많다. 모두 금속이다 보니 금속의 특징을 고스란히 갖고 있다. 즉, 밀도가 높고, 녹는점과 끓는점이 높다. 이는 d 부껍질 전자에 의한 금속 결합으로 인해, 공유 전자 수에 따라 결합이 증가하기 때문이다. 단, 12족은 예외. d 부껍질이 꽉 차있어서 d-d 결합을 할 수 없어서이다. 수은이 좋은 예이다.
전이금속은 coordination chemistry에서 자세하게 다루게된다. 전이금속의 성질상 complex를 이룰때 18전자규칙을 만족하려고한다. 18전자규칙이란 중심 전이금속이 가지고 있는 d전자의 수와 주변 ligand의 전자 수를 총 합하였을 때 18개가 되어야한다는 것이다.[2] 이런 규칙을 만족하는 조건은 strong field가 주어지는 리간드를 가져야하는데 대표적으로 CO ligand가 있다. 이렇게 공유결합을 통해 18전자를 이룬다는 점 때문에 전이금속에 여러가지 ligand를 달아 고분자를 합성하는 촉매로 많이 이용하고있다.
2. 각 족에 대한 문서
3. 특징
3.1. 전자 배치
보통은 4주기 원소들의 전자배치는 4s 오비탈에 먼저 채워지고 그 후에 3d 오비탈이 채워진다. 이 상태에서 다시 전자를 빼내려고 할 때에는 3d오비탈의 전자들에 의한 가리움 효과에 의해 4s의 에너지 준위가 높아져 먼저 빠져나간다.하지만 예외적으로 크로뮴(Cr)은 [Ar] 4s13d5이고, 구리(Cu)는 [Ar] 4s13d10이다. 이 예외를 설명하기 위한 방법으로는 먼저 4s와 3d 오비탈은 에너지 준위가 비슷하여 훈트의 규칙을 따라 홀전자가 최대가 되게 하는 쪽으로 된다고 해석한다.