Metales - Química I

PROGRAMA DE QUÍMICA INORGÁNICA APLICADA AL MEDIO MARINO CURS O 2005-2006
Te ma 1.
Intro duc c ió n. Conce pto de Química Inorgá nica . Abunda ncia y dis tribución de los e le me ntos químicos y
compue s tos inorgá nicos e n e l me dio ma rino. P rincipa le s tipos de re a ccione s e n Química Inorgá nica . (Tie mpo
e s tima do, 4 hora s )
Te ma 2.
Hidró g e no . Es tudio de l hidróge no y s us compue s tos má s importa nte s pre s e nte s e n e l me dio ma rino. (Tie mpo
e s tima do, 3 hora s )
Carac te rís tic as g e ne rale s de lo s me tale s . Ele me nto s de lo s g rupo s 1 y 2 .
Te ma 3.
Es tudio de las c arac te rís tic as g e ne rale s de lo s me tale s . Es tudio dos e le me ntos de los grupos 1 y 2 y s us
compue s tos má s importa nte s e n e l me dio ma rino. (Tie mpo e s tima do, 3 hora s )
Te ma 4.
Ele me nto s de l Grupo 17. Haló g e no s . Es tudio de los e le me ntos de l grupo 17 y s us compue s tos má s importa nte s
e n e l me dio ma rino. (Tie mpo e s tima do, 3 hora s )
Te ma 5.
Ele me nto s de l Grupo 16. Oxíg e no y Azufre . Es tudio de los e le me ntos O y S y s us compue s tos má s importa nte s
e n e l me dio ma rino. (Tie mpo e s tima do, 3 hora s )
Te ma 6.
Ele me nto s de l Grupo 15. Nitró g e no y Fó s fo ro . Es tudio dos e le me ntos N y P y s us compue s tos má s importa nte s
e n e l me dio ma rino. (Tie mpo e s tima do, 3 hora s )
Metales
Propiedades
¾Conductores: electricidad y térmicos
¾Dúctiles y maleables
¾Densos
¾Duros
¾Puntos de fusión y ebullición elevados
Los tres tipos de celdas más comunes:
a) Hexagonal compacta (HCP) Nº coord. 12
b) Cúbica centrada en las caras (FCC) Nº coord. 12
c) Cúbica centrada en el cuerpo (BCC) Nº coord. 8
(c)
Estructuras
9Características:
Basadas en empaquetamientos.
¾ Cada punto reticular está formado por un
átomo de un metal
¾ Los electrones se encuentran
deslocalizados en todo el cristal
¾Propiedades
¾ Resistentes debido a la deslocalización
¾ Debido a la movilidad de los electrones,
buenos conductores de la electricidad
¾Ejemplos
– Ca, Na, Fe
Enlace
Enlace covalente entre átomos iguales.
Ej.: H2
Ej.: F2, O2, N2, etc
Solapamiento σ
Solapamiento π
Solapamiento σ
Enlace covalente entre TRES átomos iguales.
Enlace covalente entre CUATRO átomos iguales.
Dopado: tipo n y tipo p
Química de Coordinación
Conceptos útiles
•Teoría ácido-base de Lewis
•Enlace “covalente coordinado o dativo”
H
F
N H
B
F
F
H
H
F
F B N H
F
H
“Aducto”
Compuestos de coordinación
Formados por
•Un metal central
•Los ligandos
El metal central: “Ácido de Lewis”
Los ligandos: “Bases de Lewis”
El metal suele ser un metal de transición
Los ligandos son moléculas, iones o
átomos. Al átomo que usan para enlazarse
al metal se le llama “átomo dador”
Ejemplos
H3N
NH3
Ni
H3N
NH3
[Ni(NH3)4]2+
[Co(H2O)6]2+
Alfred Werner (Premio Nobel en 1913)
• Compuestos que están formados por
compuestos más sencillos
• CoCl3 y NH3 “Compuestos amoniacales”.
– CoCl3· (NH3)6 y CoCl3· (NH3)5.
– Distinta reactividad con AgNO3.
[Co(NH3)6]Cl3 → [Co(NH3)6]3+ + 3 Cl[CoCl(NH3)5]Cl2 → [CoCl(NH3)5]3+ + 2 Cl-
Alfred Werner
•Dos tipos de valencia o capacidad de
enlace.
–Valencia primaria, hoy llamado número
o estado de oxidación.
•Basada en el número de electrones que el
átomo pierde para formar el ión metálico.
–Valencia secundaria:hoy llamado
número de coordinación.
•Responsable del enlace con otros compuestos,
denominados ligandos, al ión metálico central.
ion [CoCl(NO2)(NH3)4]+
Ligandos, algunas clasificaciones
Los ligandos son bases de Lewis:
–Ceden pares de electrones a los átomos o iones
metálicos centrales (que son ácidos de Lewis).
Clasificación según denticidad
•Ligandos monodentados:
–Un ligando que utiliza un par de electrones para formar
un punto de unión al átomo o ion metálico central.
•Ligandos bidentados:
–Un ligando que utiliza dos pares de electrones para
formar dos puntos de unión al ion metálico.
•Ligandos tridentados, tetradentados,…,
polidentados.
Ligandos monodentados
Ligandos polidentados
Ligandos, algunas clasificaciones
Clasificación según Funcionalidad:
•Terminal
•Puente
•Quelato
•Ambidentado
Clasificación según el átomo dador
•H-dadores
•Halógenos dadores F-, Cl-, Br- I-dadores
•O- dadores,
•S-dadores
•N-dadores
•ETC.
Ligandos, algunas clasificaciones
Clasificación según tipo de enlace:
•Clásicos (σ-dadores) Ej. NH3, H2O, etc.
•No clásicos (σ-dadores y π-aceptores) Ej. CO, PR3,..
•Otros (σ-dadores y π-dadores) Ej: Cl-, O2-, etc.
Interacción σ
Orbital dz2 del metal y pz del ligando
Interacción π
Orbital dxy del metal y py del ligando
Quelato
Dos ligandos. Nº de coordinación , 4.
Geometrías
Número de coordinación 2 y 3
Número de coordinación 4
Número de coordinación 5
Número de coordinación 6
Distorsiones del octaedro
Número de coordinación 7
Número de coordinación 8
Número de coordinación 9
Enlace
Campo Oh
¿De qué depende el campo?
Serie espectroquímica
∆ grande
Campo fuerte
CO> CN- > NO2- > en > py = NH3 > EDTA4- > SCN- > H2O >
ONO- > ox2- > OH- > F- > SCN- > Cl- > Br- > I∆ pequeño
Campo débil
Campo fuerte
Campo débil
Complejo de spin alto
Complejo de spin alto
SISTEMA OCTAÉDRICO.
(E)
t2g1
t2g2
t2g3
t2g3eg1
t2g3eg2
t2g4eg2
t2g5eg2
t2g6eg2
t2g6eg3
t2g6eg4
↑_ __ __
↑_ ↑_ __
↑_ ↑_ ↑_
↑_ ↑_ ↑_
↑_ ↑_ ↑_
↑↓ ↑_ ↑_
↑↓ ↑↓ ↑_
↑↓ ↑↓ ↑↓
↑↓ ↑↓ ↑↓
↑↓ ↑↓ ↑↓
__ __
__ __
__ __
↑_ __
↑_ ↑_
↑_ ↑_
↑_ ↑_
↑_ ↑_
↑↓ ↑_
↑↓ ↑↓
1
2
3
4
5
4
3
2
1
0
-0.4 ∆o
-0.8 ∆o
-1.2 ∆o
-0.6 ∆o
-0.0 ∆o
-0.4 ∆o
-0.8 ∆o
-1.2 ∆o
-0.6 ∆o
0.0 ∆o
1.73
2.83
3.87
4.90
5.92
4.90
3.87
2.83
1.73
0
(M.B.)*
µ
Ti3+
Ti2+
V2+
Cr2+
Mn2+
Fe2+
Co2+
Ni2+
Cu2+
Zn2+
⎯⎯⎯→
E.E.C.C.
Ejemplo
d1
d2
d3
d4
d5
d6
d7
d8
d9
d10
Configuración
electrónica
Número de
e- no
apareados
Sistema
Campo Débil; Alto spin.
* El momento magnético es considerado sólo de spin
SISTEMA OCTAÉDRICO.
t2g1
t2g2
t2g3
t2g4
t2g5
t2g6
t2g6eg1
t2g6eg2
t2g6eg3
t2g6eg4
↑_ __ __
↑_ ↑_ __
↑_ ↑_ ↑_
↑↓ ↑_ ↑_
↑↓ ↑↓ ↑_
↑↓ ↑↓ ↑↓
↑↓ ↑↓ ↑↓
↑↓ ↑↓ ↑↓
↑↓ ↑↓ ↑↓
↑↓ ↑↓ ↑↓
1
2
3
2
1
0
1
2
1
0
-0.4 ∆o
-0.8 ∆o
-1.2 ∆o
-1.6 ∆o+ P
-2.0 ∆o+ 2P
-2.4 ∆o+ 2P
-1.6 ∆o+ P
-1.2 ∆o
-0.6 ∆o
-0.0 ∆o
(M.B.)*
__ __
__ __
__ __
__ __
__ __
__ __
↑_ __
↑_ ↑_
↑↓ ↑_
↑↓ ↑↓
µ
Ti3+
Ti2+
V2+
Cr2+
Mn2+
Fe2+
Co2+
Ni2+
Cu2+
Zn2+
(E)
⎯⎯⎯→
E.E.C.C.
Ejemplo
d1
d2
d3
d4
d5
d6
d7
d8
d9
d10
Configuración
electrónica
Número de
e- no
apareados
Sistema
Campo Fuerte; Bajo spin.
1.73
2.83
3.87
2.87
1.73
0
1.73
2.83
1.73
0
Campo tetraédrico
Campo tetraédrico
e1
e2
e2 t 21
e2 t 22
e2 t 23
e3 t 23
e4 t 23
d8
Ni2+
e4 t 24
d9
d10
Cu2+
Zn2+
e4 t 25
e4 t 26
__ __ __
__ __ __
↑_ __ __
↑_ ↑_ __
↑_ ↑_ ↑_
↑_ ↑_ ↑_
↑_ ↑_
1
2
3
4
5
4
3
-0.6 ∆t
-1.2 ∆t
-0.8 ∆t
-0.4 ∆t
-0.0 ∆t
-0.6 ∆t
-1.2 ∆t
1.73
2.83
3.87
4.90
5.92
4.90
3.87
↑↓ ↑_
2
-0.8 ∆t
2.83
↑↓ ↑↓ ↑_
↑↓ ↑↓ ↑↓
1
0
-0.4 ∆t
-0.0 ∆t
1.73
0
⎯⎯⎯→
(E)
↑_ __
↑_ ↑_
↑_ ↑_
↑_ ↑_
↑_ ↑_
↑↓ ↑_
↑↓ ↑↓
↑_
↑↓ ↑↓
↑_
↑↓ ↑↓
↑↓ ↑↓
(M.B.)*
Ti3+
Ti2+
V2+
Cr2+
Mn2+
Fe2+
Co2+
µ
Ejemplo
d1
d2
d3
d4
d5
d6
d7
E.E.C.C.
Sistema
Configuración
electrónica
Número de
e- no
apareados
SISTEMA TETRAÉDRICO.
* El momento magnético es considerdo sólo de spin
Campo SQ
Campo SQ
∆ grande
Campo fuerte
CO > CN- > NO2- > en > py = NH3 > EDTA4- > SCN- >
> H2O > ONO- > ox2- > OH- > F- > SCN- > Cl- > Br- > I∆ pequeño
Campo débil
T.O.M.
Enlace π
Aceptores π
Dadores π