第一过渡系（钪到锌）
第一行过渡金属全是耳熟能详的名字：钪、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌。从左到右这十个元素，是我们大多数人初次遇到过渡金属化学的地方——钢和血液中的铁、亮闪闪镀层里的铬、电线里的铜、电池里的镍和钴。把它们当作一个系列横着读，会看到随着我们一次添一个电子，性质如何有条不紊地变化。
横跨这一行所发生的，是 3d 亚层的逐步填充。每往右一步增加一个质子，并（大体上）增加一个 3d 电子。由于这个增加的电子进入靠内的 d 轨道，而外层的 4s 壳层基本不变，原子只缓慢地改变：它们的尺寸横跨整行几乎不缩小，不像主族那一行里看到的剧烈收缩。最高氧化态在前几个元素中随可供失去的电子增多而升高（钛达到 +4，钒 +5，铬 +6，锰 +7），随后在后面的金属中回落，那里的 d 电子坐得太紧难以移除，所以铁、钴、镍、铜以 +2 和 +3 为主。两处小小的隆起破坏了这完美平滑的进程：铬是 3d5 4s1，铜是 3d10 4s1，因为半充满或完全充满的 d 壳层稍稍更稳定，于是各自从 4s 借来一个电子。
了解横跨这一行的趋势，是过渡金属化学的实用核心，因为这些正是工业与生命的金属。铬、锰、铁、钴、镍、铜的描述化学——它们的氧化物、卤化物和水合离子——在本领域别处按金属逐一讲述；这里的要点是，它们组成一个相连的家族，其行为随 3d 壳层的填充而平滑、可预测地变化。
铬和铜打破了整齐的填充规律。你会预测铬是 3d4 4s2，但它实际上是 3d5 4s1，取半充满的 d5 组；铜“本该”是 3d9 4s2，却是 3d10 4s1，取充满的 d10 组。这些反常表明，半充满或充满的 d 亚层带有一点额外的稳定性。
铬（3d5 4s1）和铜（3d10 4s1）借走一个 4s 电子，以换取半满或全满 d 壳层的额外稳定性。
当第一行过渡金属形成离子时，先失去的是 4s 电子，而不是 3d——所以 Fe2+ 是 3d6（不是 3d4 4s2）。这常让初学者吃惊，却是标准规则：中性原子里 4s 先填，离子里却先空。