Прелазни метали се налазе између 2. и 13. групе периодног система елемената (по ранијој номенклатури -{II}-a и -{III}-a група). Ови метали попуњавају 3-{d}-, 4-{d}- и 5-{d}- орбитале док се на последњем енергетском нивоу, скоро по правилу налазе по два s електрона супротног спина. Промена броја електрона јавља се код елемената исте периоде, а не групе као код осталих елемената. То је разлог због кога су сличности између елемената исте периоде често веће него између елемената исте групе, а разлике између група много мање него код главних група. За разлику од атома главних група ови метали поседују јоне знатно мањег атомског радијуса и кристалне решетке великих енергија; зато су велике густине и тврдоће, и високих температура топљења и кључања. Ови елементи су одлични проводници топлоте и електрицитета и имају врло добра механичка својства. Већина једињења прелазних метала је обојена како оних у чврстом стању тако и оних у растворима. Код прелазних метала се јавља тежња за грађењем легура и међусобно и са другим металима.
Карактеристична хемијска својства прелазних метала се огледају у: вредностима коефицијената Полингове електронегативности који се крећу између 1,1 и 2,6David R. Lide (ed), CRC Handbook of Chemistry and Physics, 84th Edition. CRC Press. Boca Raton, Florida, 2003; Section 9, Molecular Structure and Spectroscopy; Electronegativity грађењу једињења са различитим оксидационим бројевима тежњи да граде комплексна једињења.
Коефицијенти електронегативности показују да ови метали чине прелаз између најелектронегативнијих метала (главних група) и неметала. Прелазни метали имају велики индустријски значај јер на њима и њиховим легурама почива металургија. Значајни су и као биогени елементи, а од њих се највише истиче гвожђе.
Дефиниције
IUPAC дефиниција дефинише прелазни метал као „елемент чији атом има делимично испуњену -{d}- подљуску, или који може формирати катјоне са непотпуном -{d}- подљуском”. Многи научници описују „прелазни метал“ као било који елемент у -{d}--блоку периодног система, који укључује групе од 3 до 12 на периодичној табели. У стварној пракси, серија лантаноида и актиноида -{f}--блока такође се сматрају прелазним металима и називају се „унутрашњи прелазни метали”. Котон и Вилкинсон проширују сажету IUPAC дефиницију (погледајте изнад) специфицирајући који су елементи укључени. Поред елемената група 4 до 11, они додају скандијум и итријум групе 3, који имају делимично испуњено d подљуску у металном стању. Лантан и актинијум у групи 3, међутим, класификовани су као лантаноиди и актиноиди.
Енглески хемичар Чарлс Бери (1890-1968) први је користио реч транзиција у овом контексту 1921. године, када се поменуо серију прелазних елемената током промене унутрашњег слоја електрона (на пример n = 3 у 4. реду периодне табеле) из стабилне групе од 8 до једног од 18, или од 18 до 32.Bury, Charles Rugeley. Encyclopedia.com Complete dictionary of scientific biography (2008). Ови елементи су сада познати као -{d}--блок.
Класификација
У -{d}--блоку, атоми елемената имају између једног и десет -{d}- електрона. Прелазни метали у -{d}--блоку Група 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Периода 4 21-{Sc}- 22-{Ti}- 23-{V}- 24-{Cr}- 25-{Mn}- 26-{Fe}- 27-{Co}- 28-{Ni}- 29-{Cu}- 30Zn 5 39Y 40-{Zr}- 41-{Nb}- 42-{Mo}- 43-{Tc}- 44-{Ru}- 45-{Rh}- 46-{Pd}- 47-{Ag}- 48-{Cd}- 6 57-{La}- 72-{Hf}- 73-{Ta}- 74W 75-{Re}- 76-{Os}- 77-{Ir}- 78-{Pt}- 79-{Au}- 80-{Hg}- 7 89-{Ac}- 104-{Rf}- 105-{Db}- 106-{Sg}- 107-{Bh}- 108-{Hs}- 109-{Mt}- 110-{Ds}- 111-{Rg}- 112-{Cn}-
Елементи група 4–11 су генерално препознати као прелазни метали, због њихове типичне хемије, тј. великог распона сложених јона у различитим оксидационим стањима, обојеним комплексима и каталитичким својствима било као елементи или као јони (или обоје). -{Sc}- и Y у групи 3 су такође генерално препознати као прелазни метали. Међутим, елементи -{La–Lu}- и -{Ac–Lr}- и група 12 привлаче различите дефиниције од различитих аутора.
Многи уџбеници хемије и штампане периодичне табеле класификују -{La}- и -{Ac}- као елементе групе 3 и прелазне метале, пошто су њихове атомске конфигурације основног стања -{s2d1}- попут -{Sc}- и Y. Елементи -{Ce–Lu}- се сматрају се серијом „лантаноида” и -{Th–Lr}- као серија „актиноида”.. Prentice-Hall, . Ове две серије заједно су класификоване као елементи -{f}--блока, или (у старијим изворима) као „унутрашњи прелазни елементи”. Неки уџбеници неорганске хемије укључују -{La}- са лантанoидима и -{Ac}- са актинoидима.Cotton, F. A. and Wilkinson, G. . ., 2nd ed., Pearson Prentice-Hall, Ова класификација се заснива на сличностима у хемијском понашању и дефинише 15 елемената у свакој од две серије, иако оне одговарају попуњавању -{f}- подљуске, која може да садржи само 14 електрона. Трећа класификација дефинише елементе -{f}--блока као -{La–Yb}- и -{Ac–No}-, док се -{Lu}- и -{Lr}- сврставају у групу 3. То се заснива на Ауфбау принципу (или Маделунговом правилу) за попуњавање електронских подљуски, по које се 4-{f}- испуњава пре 5-{d}- (и 5-{f}- пре 6-{d}-), тако да је f подљуска заправо пуна у -{Yb}- (и -{No}-), док -{Lu}- (и -{Lr}-) имају [ ]-{s2f14d1}- конфигурацију. Међутим, -{La}- и -{Ac}- су изузеци од Ауфбау принципа са конфигурацијом електрона [ ]-{s2d1}- (а не [ ]-{s2f1}- како предвиђа Ауфбауов принцип), тако да из конфигурација атомских електрона није јасно да ли -{La}- или -{Lu}- (-{Ac}- или -{Lr}-) треба сматрати прелазним металима.Scerri, E. R. . Ово се може решити узимајући у обзир да оно што су побуђена стања за слободни атом и јон, може постати основно стање у хемијским окружењима; -{La}- и -{Ac}- имају слободне ниско лежеће f подљуске које су попуњене у -{Lu}- и -{Lr}-, тако да је побуда до -{f}- орбитале могућа у -{La}- и -{Ac}-, али не за -{Lu}- или -{Lr}-.
Цинк, кадмијум, и жива се генерално искључују из прелазних метала, јер они имају електронску конфигурацију [ ]-{d10s2}-, без комплетне -{d}- љуске. У оксидационом стању +2, јони имају електронску конфигурацију [ ]…-{d}-10. Иако ови елементи могу постојати и у другим оксидационим стањима, укључујући оксидационо стање +1, као у дијатомском јону , они још увек имају потпуну -{d}- шкољку у овим оксидационим стањима. Елементи групе 12 -{Zn}-, -{Cd}- и -{Hg}- могу се, према одређеним критеријумима, у овом случају класификовати као посттранзициони метали. Међутим, често је прикладно укључити те елементе у дискусију о прелазним елементима. На пример, када се расправља о енергији стабилизације кристалног поља прелазних елемената првог реда, прикладно је да се укључују и елементи калцијум и цинк, јер оба и имају вредност нулу, са којом се може упоредити вредност за остале јоне прелазних метала. Један други пример се јавља у Ирвинг-Вилијамсовој серији константи стабилности комплекса.
Недавну (иако спорну и до сада независно нерепродуковану) синтези жива(-{IV}-) флуорида () део научне заједнице сматра додатном потврдом гледишта да елементе 12 групе треба сматрати прелазним металима, иако неки аутори и даље сматрају ово једињење изузетком. Очекује се да ће коперницијум моћи да користи своје d-електроне за хемијске реакције, јер је његова 6-{d}- подљуска дестабилизована јаким релативистичким ефектима због његовог врло високог атомског броја, а као такав се очекује да има понашање попут прелазног метала када показује виша оксидациона стања него +2 (која дефинитивно нису позната код лакших елемената групе 12).
Грађење једињења
Анализом енергија јонизације и поређењем са алкалним и земноалкалним металима у истој периоди примећујемо да су вредности првих енергија јонизације веће код прелазних метала и да расту са порастом атомског броја. Прелазни метали ретко граде јонска једињења, већ се једине градећи ковалентне молекуле, или везе са знатним ковалентним карактером. За ове метале карактеристично је грађење једињења са различитим оксидационим бројевима. У истој групи могу се наћи стабилна једињења и са парним и са непарним бројем. Једињења прелазних метала 5. и 6. периоде су стабилна, са високим оксидационим бројевима, а кисели карактер им је у порасту. У једињењима прелазних метала са нижим оксидационим бројевима веза је претежно јонског карактера, док при вишим оксидационим бројевима преовлађује ковалентна веза.
Јони прелазних метала 1, 2. и 3. групе граде комплексе са јонима или диполним неутралним молекулским групама попуњених љуски, који се у комплексима називају лиганди и симетрично се каче на централизовани јон прелазног метала. Код првих неколико прелазних метала прве периоде енергетски је стабилнија -{4s}- орбитала од -{3d}-, те се она попуњава прва. Додавањем више електрона, постаје значајно међусобно електронско одбијање и -{3d}- орбитала се контрахује и постаје повољнија за попуњавање од -{4s}- орбитале. Доминантне интеракције код комплекса су електростатичке природе, а карактеристични облици прелазних метал-комплекса су тетраедарски и октаедарски. Међу самим лигандима се такође јављају одбојне електростатичке силе, с тим што је њихов утицај слабији него одбијања која потичу од унутрашњих електрона. Величина комплексног једињења примарно зависи од контракције -{3d}- орбитале.
Електронска конфигурација
Општа електронска конфигурација атома d-блока је [племенити гас](n − 1)d0–10ns0–2np0–1 Овде је „[племенити гас]“ електронска конфигурација последњег племенитог гаса који претходи датом атому, а n је највећи главни квантни број заузете орбитале у том атому. На пример, Ti (Z = 22) је у периоди 4, тако да је n = 4, првих 18 електрона има исту конфигурацију као Ar на крају периоде 3, а укупна конфигурација је [Ar]3d24s2. Прелазни метали периода 6 и 7 такође додају електроне језгра (n − 2)f14, који су изостављени у табелама испод. p орбитале скоро никада нису испуњене у слободним атомима (једини изузетак је лоренцијум због релативистичких ефеката који постају важни при тако високом Z), али могу допринети хемијском везивању у једињењима прелазних метала.
Маделунгово правило предвиђа да је унутрашња d орбитала попуњена након s орбитале валентне љуске. Типична електронска структура атома прелазног метала је тада записана као [племенити гас]ns2(n − 1)dm. Ово правило је приближно, али важи за већину прелазних метала. Чак и када не успе за неутрално основно стање, он тачно описује ниско лежеће побуђено стање.
Подљуска d је претпоследња подљуска и означена је као (n − 1)d подљуска. Број s електрона у крајњој s подљусци је генерално један или два осим паладијума (Pd), без електрона у тој s подљусци у свом основном стању. s подљуска у валентној љусци је представљена као ns подљуска, нпр. 4s. У периодном систему, прелазни метали су присутни у десет група (3 до 12).
Елементи у групи 3 имају конфигурацију ns2(n − 1)d1, осим лоренцијума (Lr): његова 7s27p1 конфигурација је особена по неиспуњавању 6d орбитале. Прва прелазна серија је присутна у 4. периоду и почиње после Ca (Z = 20) групе 2 са конфигурацијом [Ar]4s2, односно скандијума (Sc), првог елемента групе 3 са атомским бројем Z = 21 и конфигурација [Ar]4s23d1, у зависности од коришћене дефиниције. Како се крећемо с лева на десно, електрони се додају у исту d подљуску док се не заврши. Пошто додани електрони испуњавају (n − 1)d орбитале, својства елемената d-блока се прилично разликују од оних s и p блока елемената у којима се попуњавање одвија билоо у s или у p орбиталама валентне љуске. Електронска конфигурација појединачних елемената присутних у свим серијама d-блокова је дата у наставку:. Prentice-Hall
+ Прва (3d) серија d-блока (Sc–Zn) Група 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Атомски број 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 Елемент Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Електронскаконфигурација 3d14s2 3d24s2 3d34s2 3d54s1 3d54s2 3d64s2 3d74s2 3d84s2 3d104s1 3d104s2
+ Друга (4d) серија d-блока (Y–Cd) Атомски број 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 Елемент Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd Електронскаконфигурација 4d15s2 4d25s2 4d45s1 4d55s1 4d55s2 4d75s1 4d85s1 4d105s0 4d105s1 4d105s2