Periodic 3D

分類導讀：過渡金屬Transition metals

分類導讀 · 過渡金屬

週期表中央的大家族

已對照來源· 版本 2026-10-19

第 3–12 族定義與第 12 族註記、f 區稱內過渡元素（IUPAC Red Book §IR-3.5）、第 3 族屬慣例選擇並提議 Sc、Y、Lu、Lr 為折衷（Scerri 2021 臨時報告，2026-10-19 閱讀）、d 軌域填充（NIST 基態電子組態）、鋼、鈦比鋼輕 45%、銀導電性最佳與銅僅次於銀、鎢熔點最高、鉻釩銥的命名由來、釕至少八種氧化態、鉑銠觸媒轉換器、鈀氫化催化、鐵與血紅素，皆已對照 PubChem 收錄的原文（2026-10-18 閱讀；銅頁為 2026-10-18 下載、2026-10-19 比對）。2026-10-19 改寫：刪除原先依據 Greenwood & Earnshaw（未取得全文）的教科書式原理解說（d 軌域分裂與顏色、硫酸銅與硫酸鋅的顏色），改為延伸思考。2026-10-19 修正：原文誤把 2021 年臨時報告寫成「IUPAC 臨時建議」。

定義
IUPAC Red Book 指出，第 3 至 12 族是 d 區元素，常被稱為過渡元素，但第 12 族並非總是包含在內。
分類規則
  • 第 3–12 族的元素標為過渡金屬。
  • 鋅、鎘、汞（及鎶）依 IUPAC 的註記標為「有爭議」。
  • IUPAC 第 3 族工作小組 2021 年的臨時報告認為第 3 族的組成屬慣例選擇，並提議 Sc、Y、Lu、Lr 為折衷；本站採用此方案，鎦、鐒同時帶有鑭系／錒系與過渡金屬標籤。
例外與爭議
  • 依 NIST 的基態電子組態，第 12 族元素的 d 軌域已經全滿，例如鋅為 3d¹⁰4s²。
  • Red Book 也提到 f 區元素有時稱為「內過渡元素」；本站將鑭系與錒系另列分類。
共同特性
包含許多重要的結構與功能金屬、許多化合物色彩鮮明、同一元素常有多種氧化態、不少是重要的催化劑
科學原理
NIST 的基態電子組態顯示，第 3 至 11 族元素的 d 軌域尚未填滿，第 12 族則已全滿；IUPAC 也註明第 12 族並非總是被列為過渡元素。

定義與判斷原則

IUPAC 的命名規範指出，第 3 至 12 族是 d 區元素，常被稱為過渡元素，但「第 12 族並非總是包含在內」。本站依此把第 3–12 族標為過渡金屬，並把鋅、鎘、汞標示為有爭議。第 3 族該放鑭與錒、還是鎦與鐒，IUPAC 工作小組在 2021 年的臨時報告中認為無法客觀判定，並提議以鎦、鐒作為折衷，本站採用這個方案。

共同特性

過渡金屬是日常生活中最常見的金屬：鐵與碳組成的鋼是大宗的結構材料；鈦和鋼一樣強，卻輕了 45%；銀是導電性最好的金屬，銅僅次於銀；鎢則是熔點最高的金屬。

多彩又多變

過渡金屬的化合物常常色彩鮮明，有些元素甚至因此得名：鉻的名字來自希臘文「顏色」，釩以女神 Vanadis 命名，因為它的化合物色彩繽紛，銥則來自彩虹女神 Iris。它們也常有多種氧化態，例如 Los Alamos 指出，釕的化合物至少有八種氧化態。NIST 的電子組態資料顯示，這些元素的 d 軌域多半還沒填滿，第 12 族則已全滿。

應用

許多過渡金屬是重要的催化劑：汽車排氣系統中的觸媒轉換器使用鉑與銠，細粉狀的鈀則用於氫化反應。鐵是血紅素的重要成分，負責在血液中運送氧。

延伸思考鉻、釩、銥的名字都和顏色有關。對照它們與鋅的 d 軌域填充情形，你能提出一個可以用實驗檢驗的猜想，說明過渡金屬的化合物為什麼常帶顏色嗎？

代表元素

22 Ti 鈦26 Fe 鐵29 Cu 銅78 Pt 鉑79 Au 金80 Hg 汞

參考來源

  1. IUPAC. Nomenclature of Inorganic Chemistry — IUPAC Recommendations 2005 (Red Book). N. G. Connelly, T. Damhus, R. M. Hartshorn, A. T. Hutton (eds.). RSC Publishing, 2005. §IR-3.5 Elements in the periodic table, p. 51.已查閱 2026-10-16
  2. E. R. Scerri. Provisional Report on Discussions on Group 3 of The Periodic Table. Chemistry International 2021, 43 (1), 31–34（IUPAC Project 2015-039-2-200 進度報告）已查閱 2026-10-19
  3. A. Kramida, Yu. Ralchenko, J. Reader, NIST ASD Team. NIST Atomic Spectra Database — Ground States and Ionization Energies（各元素基態電子組態）已查閱 2026-10-16
  4. PubChem Element: Titanium（收錄 Los Alamos National Laboratory、Jefferson Lab 與 CIAAW 的元素資料）已查閱 2026-10-18
  5. PubChem Element: Vanadium（收錄 Los Alamos National Laboratory、Jefferson Lab 與 CIAAW 的元素資料）已查閱 2026-10-18
  6. PubChem Element: Chromium（收錄 Los Alamos National Laboratory、Jefferson Lab 與 CIAAW 的元素資料）已查閱 2026-10-18
  7. PubChem Element: Iron（收錄 Los Alamos National Laboratory、Jefferson Lab 與 CIAAW 的元素資料）已查閱 2026-10-18
  8. PubChem Element: Copper（收錄 Los Alamos National Laboratory、Jefferson Lab 與 CIAAW 的元素資料）已查閱 2026-10-19
  9. PubChem Element: Ruthenium（收錄 Los Alamos National Laboratory、Jefferson Lab 與 CIAAW 的元素資料）已查閱 2026-10-18
  10. PubChem Element: Rhodium（收錄 Los Alamos National Laboratory、Jefferson Lab 與 CIAAW 的元素資料）已查閱 2026-10-18
  11. PubChem Element: Palladium（收錄 Los Alamos National Laboratory、Jefferson Lab 與 CIAAW 的元素資料）已查閱 2026-10-18
  12. PubChem Element: Silver（收錄 Los Alamos National Laboratory、Jefferson Lab 與 CIAAW 的元素資料）已查閱 2026-10-18
  13. PubChem Element: Tungsten（收錄 Los Alamos National Laboratory、Jefferson Lab 與 CIAAW 的元素資料）已查閱 2026-10-18
  14. PubChem Element: Iridium（收錄 Los Alamos National Laboratory、Jefferson Lab 與 CIAAW 的元素資料）已查閱 2026-10-18
  15. PubChem Element: Platinum（收錄 Los Alamos National Laboratory、Jefferson Lab 與 CIAAW 的元素資料）已查閱 2026-10-18

本分類的元素（40）

分類並非互斥：標示「同時屬於」的元素以其他分類為主，但也常被歸入本類。