INTRODUCCIÓN A LOS METALES DE TRANSICIÓN QUÍMICA

INTRODUCCIÓN A LOS METALES DE
TRANSICIÓN
QUÍMICA INORGÁNICA AVANZADA
Los elementos de transición.
Bloque d: elementos situados entre los bloque s y p. Tienen ocupados, en
su estado fundamental, los niveles 3d, 4d ó 5d: (n-1)d ns
Bloque f: elementos situados después del lantano y del actinio. Tienen
ocupados, en su estado fundamental, los niveles 4f ó 5f
Elementos de transición y de transición interna: presentan sus capas d ó f
parcialmente ocupadas en alguno de sus estados de oxidación:
Nb(0) 4d45s1 Cu(0) 3d104s1
Cu(II) 3d9
BLOQUE f
Serie
BLOQUE d
PROPIEDADES GENERALES
SON METALES TÍPICOS:
•
•
•
•
•
•
•
SÓLIDOS (EXCEPTO Hg)
EN GENERAL, DÚCTILES Y MALEABLES
EN GENERAL, PUNTOS DE FUSIÓN ALTOS
BRILLO
PLATEADOS O GRISES (EXCEPTO Cu y Au)
CONDUCTORES DEL CALOR Y LA ELECTRICIDAD
FORMAN ALEACIONES
™PUEDEN PRESENTAR VARIOS ESTADOS DE OXIDACIÓN
™PUEDEN PRESENTAR VARIAS ESTRUCTURAS CRISTALINAS (POLIMORFISMO)
™MENOS ELECTROPOSITIVOS QUE LOS METALES s
™SUELEN FORMAR COMPUESTOS DE COORDINACIÓN Y ORGANOMETÁLICOS
¾Algunos fueron los primeros elementos “descubiertos”: Au, Ag, Cu, Fe
¾Alquimistas (1000aC-l700dC): Pt, Zn
¾Extracción química (1700-1 900): Co, Ni, Mn, Mo, Zr, U, Ti, Nb, lantánidos...
¾Identificación instrumental (1860-1 925): Ho, Pr, Nd, Ac, Pa
¾Elementos sintéticos (1937-1961): Tc, Np, Pu, Pm, Am, Cm, Bk, Cf, Es, Fm.
9La extracción de los metales de sus menas coincide con el desarrollo de la
9Civilización Humana: Edad de Bronce, Edad de Hierro, etc.
9Son elementos que dominan el mundo contemporáneo: Fe, Cu, Al, Zn, Ti, Co
9Uso decorativo de metales como Au y Ag debido a su aspecto atractivo, su
inercia química y su maleabilidad
Las estructuras metálicas
Suelen adoptar un
empaquetamiento
compacto de sus átomos
Esto explica la elevada densidad de muchos metales
Radio covalente e iónico: contracción lantánida
El radio covalente de los elementos del bloque d es menor que los metales del bloque s de
su periodo. Los valores disminuyen poco a lo largo de una serie, hasta llegar a la mitad. A
partir de ese momento suben ligeramente.
Los electrones d son poco apantallantes: aumenta la carga nuclear efectiva
• Los valores son mayores para la segunda y tercera serie (llenado de periodos superiores)
son similares para la segunda y tercera serie para un mismo grupo
• Tendencias semejantes para los radios iónicos
Contracción lantánida: disminución del radio atómico en la serie de los lantánidos (La-
Hf) Esto se debe al llenado de orbitales 4f, muy poco apantallantes
• Prácticamente cancela el aumento de radio esperable conforme se baja en un grupo de
transición
una consecuencia importante de la similitud
de radios iónicos entre la segunda y tercera
serie es que muestran muchas semejanzas en
cuanto a reactividad química
Configuraciones electrónicas: estados de oxidación
• Los elementos de la izquierda de la T.P. presentan mayor reactividad.
• Al aumentar la carga del catión, aumenta su poder polarizante, lo que
favorece el carácter covalente del enlace.
• Por el contrario, los cationes en estado de oxidación bajo, favorecen
interacciones de tipo iónico.
• La disposición de orbitales d favorece la formación de complejos de coordinación
• Las configuraciones habituales son (n-1)dxns2, (n-1)dx+1ns1, y (n-1)dx+2nso (Pd)
• Esto genera diferentes estados de oxidación posibles.
• Estado de oxidación II: mejor para la primera serie y hacia la derecha.
• Pueden llegar a alcanzar el EO del grupo, no se suele superar el e.o. VIII.
• La estabilidad del máximo e.o. aumenta al bajar en el grupo.
• Los elementos más pesados de cada serie tienen menor tendencia a usar
todos sus electrones
• Estado de oxidación 1: posible para (n-1)dx+1ns1, por ejemplo G 11.
• Existen combinaciones en e.o. O y negativos.
Configuraciones electrónicas: estados de oxidación
•Estado de oxidación del grupo: estado de oxidación que se corresponde con el
número total de electrones d y s. Coincide con el n° del grupo.
•Los estados de oxidación más altos se estabilizan con fluoruros y óxidos.
•Los estados de oxidación altos posibles se favorecen en medio básico:
Fe(ll)
Fe(OH)2
Fe(OH)3
•Los haluros y óxidos en los e.o. bajos (II y III) presentan un mayor carácter iónico.
•Esto favorece el carácter básico de los óxidos.
•Conforme aumenta el e.o., aumenta el carácter polarizante y la covalencia del enlace.
Esto aumenta el carácter ácido de los óxidos. Favorece la hidrólisis de óxidos y haluros.
•Los cationes de haluros iónicos son ácidos de Lewis débiles. Forman acuocomplejos en
disolución: [M(H2O)6]+3 (ácidos) [M(H2O)6]+2 (neutros)
Otras propiedades
9Reaccionan con ácidos minerales dando H2
Reacción con HCl(ac): algunos forman acuocomplejos y otros clorocomplejos
9Con ácidos oxidantes suelen pasivarse por formación del óxido en la superficie
9Muy reactivos en exceso de Oxígeno, especialmente si están finamente divididos
(pirofóricos). Algunos se pasivan.
9En general, reaccionan con los halógenos.
9 Gran capacidad para combinarse con otros no metales, dando lugar a compuestos con
Propiedades metálicas (carburos, nitruros, boruros y siliciuros). Frecuentemente, son no
estequiométricos. Materiales muy útiles.
9 Algunos tienen carácter noble: Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt (Elementos del G. del Pt), Au.
9Sus puntos de fusión son mayores que los del bloque s. Típicamente, por encima de
1000°C. Hay excepciones (G 12: los orbitales d no participan en el enlace metálico).
Configuraciones electrónica: Estados de oxidación
Estados de oxidación: Diagramas de Frost
Compuestos de coordinación
Geometría, índice de coordinación
Ligandos
Ligandos
El color en los elementos de transición
El color, como lo observamos y por que
Si una
sustancia
absorbe aquí
Este es color
que se observa
Color absorbido y Observado
El color y los espectros electrónicos de lo elementos de transición
El color y los espectros electrónicos de lo elementos de transición
[Ti(H2O)6]3+ 510 nm
Como absorbe amarillo-verde
se ve de color púrpura
Espectros electrónicos y saltos electrónicos
E = hν = h (c/λ)
Espectros electrónicos y saltos electrónicos
Términos energéticos para diferentes configuraciones electrónicas
d0
d d9
d2 d8
d3 d7
1S
d4 d6
d5
5D 3H 3G 3F 3F 3D 3P 3P 1I 1G 1G 1F 1D 1D 1S 1S
2D
3F 3P 1G 1D 1S
4F 4P 2H 2G 2F 2D 2D 2P
6S, 4G, 4F 4D 4P 2I 2H 2G 2G 2F 2F 2D 2D 2D 2P 2S
Propiedades espectroscópicas y magnéticas de algunos
compuestos de titanio(III)
Diagrama de niveles de energía para un ion d1
Reglas de selección:
De spin: las transiciones deben de
ocurrir con ∆S = 0
Término
Componente Oh
S
A1g
P
T1g
D
Eg + T2g
F
A2g + T2g + T1g
G
Aig + Eg + T2g + T1g
Diagramas de Orgel para iones octaédricos d1,d6, d4 y d9 de alto spin
¡Repasar el concepto
de hueco positivo!
Diagramas de Orgel para iones octaédricos d2,d7, d3 y d8 de alto spin
Diagrama de Tanabe-Sugano para iones d2 en un entrono Oh de alto spin
Los punto marcados
señalan las transiciones
permitidas por tener ∆S = 0
Las disoluciones de [V(H2O)6]+3
Muestran absorciones a 17200 y
25600 cm-1 que se asignan a
transiciones 3T2g(F) 3T1g(F) y
3T (P) 3T (F)
1g
1g
Medida del momento magnético de los compuestos de coordinación
µ = (n(n+2))1/2
µ = 2.828(χmT)1/2