Metales de transición I

Química General e InorgánicaClase 35

13 de junio de 2005Dr. Pablo Evelson

Metales de transición

30Zn

48Cd

80Hg

Lantánidos

Actínidos

Metales de transición

bloque f

bloque dbloque s bloque p

Grupo

Per

íod

oMetales de transición (II)

Los metales de transición deben su ubicación al llenado de electrones d.

Escandio Titanio Vanadio

Cromo Manganeso Hierro

Cobalto Níquel Cobre

Propiedades de los metales de transición

Casi todos los iones de los metales de transición poseen el subnivel d parcialmente ocupado.

La existencia de estos electrones d es, en parte, la razón de varias características de los metales de transición:

• Suelen exhibir más de un número de oxidación estable.• Muchos de sus compuestos son coloreados.• Los metales de transición y sus compuestos poseen propiedades magnéticas.

Configuración electrónica

Sc: [Ar] 4s2 3d1 Fe: [Ar] 4s2 3d6

Ti: [Ar] 4s2 3d2 Co: [Ar] 4s2 3d7

V: [Ar] 4s2 3d3 Ni: [Ar] 4s2 3d8

Cr: [Ar] 4s1 3d5 Cu: [Ar] 4s1 3d10

Mn: [Ar] 4s2 3d5 Zn: [Ar] 4s2 3d10

Iones de metales de transición

Al formar iones, los metales de transición pierden primero los electrones s de la capa

de valencia y luego tantos electrones d como sean necesarios para alcanzar la carga del

ion.

Por ejemplo:Fe: [Ar] 4s2 3d6

Fe2+: [Ar] 3d6

Fe3+: [Ar] 3d5

Los radios decrecen del Sc al Ni debido al

aumento de carga nuclear y al poco

efecto apantallante de los electrones d.

Grupo

Per

íod

o

Radio atómicos de los metales de transición

Los radios de los átomos de los períodos 5 y 6 son parecidos como resultado de la contracción lantánida.

Elemento

En

erg

ía d

e io

niz

ac

ión

(k

J/m

ol)

Primera

Segunda

Tercera

Energías de ionización

Números de oxidación

•Los metales del grupo 3 sólo presentan el número de oxidación +3 y el Zinc sólo presenta el número de oxidación +2.

•Los otros metales presentan distintos números de oxidación.

• El estado de oxidación +2, que es el más común, se debe a la pérdida de sus 2 electrones 4s externos.

•Los estados de oxidación sucesivos se deben a pérdidas sucesivas de electrones d.

Números de oxidación de la primera serie de los metales de transición

Números de oxidación de los metales de transición

Número de oxidación (II)

• Del Sc al Mn el número de oxidación aumenta de +3 a +7 para igualar en cada caso el número de electrones 4s más 3d del átomo.

Manganeso ([Ar] 4s2 3d5): 2 + 5 = 7

• A medida que nos movemos más allá del manganeso, el número de oxidación disminuye.

• En general, los números de oxidación máximos se encuentran sólo cuando los metales están combinados con los elementos más electronegativos (O, F y Cl).

Ion permanganato

•El anión permanganato es un agente oxidante fuerte en solución ácida:

MnO4-(ac) + 8 H+(ac) + 5e- Mn2+(ac) + 4 H2O(l)

Eº = +1,51 V

• El poder oxidante depende de la acidez del medio.

Número de oxidación +1

•Los compuestos de Cu+, Ag+, Au+ y Hg22+ son los

únicos en los que el número de oxidación +1 es importante.

•El mercurio(I) iónico posee un estructura de dímero.

El dímero sufre una dismutación:

Hg22+(ac) Hg (l) + Hg2+(ac)

Keq = 6 x 10-3

Propiedades ácido base de los óxidos

• La mayoría de los óxidos de los metales de transición son básicos.

• Sin embargo, los óxidos de un determinado elemento muestran una tendencia hacia el carácter ácido al aumentar el número de oxidación.

•Por ejemplo:CrO +2 BásicoCr2O3 +3 Anfótero

CrO3 +6 Ácido

Cromo

• Como otros elementos del grupo 6, forma oxoaniones en donde el número de oxidación del ion metálico central es +6.

• Algunos forman complejos polinucleares. Para el cromo, el más importante es el ion dicromato Cr2O7

2-, que se

obtiene al acidificar una solución de cromato:

2 CrO4-(ac) + 2 H+(ac) Cr2O7

2-(ac) + H2O(l)

• El Cr2O72- se reduce fácilmente en ácido y es un agente

oxidante fuerte:

Cr2O72-(ac) + 14 H+(ac) + 6e- 2 Cr3+(ac) + 7 H2O(l)

Eº = +1,33 V

Propiedades magnéticas:Ferromagnetismo

Los electrones de átomos vecinos pueden alinearse unos respecto otros.

Colores de los metales de transición

Compuestos de coordinación

Compuestos de coordinación

Las especies como el ion [Ag(NH3)2]+, que son

conjuntos de un ion metálico central unido a un grupo de moléculas o iones que lo rodean se llaman complejos (si tiene carga electríca neta se lo designa ion complejo).

Los compuestos que poseen iones complejos se conocen como compuestos de coordinación.

Aunque los metales de transición sobresalen en la formación de compuestos de coordinación, otros metales también los pueden formar.

Ligandos

Las moléculas o iones que rodean el ion metálico se denominan ligandos.

Los ligandos son normalmente aniones o moléculas polares. Tienen al menos un par no compartido de electrones de valencia.

:C N:-

:

O H:

H

N H:

H

H

:-

:

Cl:

:

Interacción ligando-ion central

Los iones metálicos tienen orbitales de valencia vacíos pueden actuar como ácidos de Lewis (aceptores de pares de electrones). Los ligandos tienen pares de electrones no compartidos y actúan como bases de Lewis.

+

N H:

H

H

Ag+(ac) + 2 H N:

H

H

N H:

H

H

Ag

Ligando UniónÁtomocentral

Esfera decoordinación

Esfera de coordinación

Al formar el complejo, los ligandos se coordinan al

metal.

Ejemplo: Ni[(NH3)6]2+

Ni[(NH3)6]SO4Catión Anión

Compuesto de coordinación

Anión sulfato en la esfera de coordinación

Anión bromuro en la esfera de coordinación

Contraion Contraion

Contraiones

Propiedades de los iones complejos

• La formación de complejos puede modificar las propiedades de los iones metálicos, como sus facilidad para oxidarse o reducirse. Por ejemplo:

Ag+(ac) + e- Ag(s) Eº = +0,799 V

En cambio, el ion [Ag(CN)2]- no se reduce con tanta

facilidad porque la coordinación con los iones CN- estabiliza la plata +1.

[Ag(CN)2]- (ac) + e- Ag(s) + 2 CN- Eº = - 0,31 V

Carga y número de coordinación

[Ni(NH3)6]SO4

Ligando

Contraion

El número de átomos unidos a un metal se conoce como número de coordinación.

2 Lineal Ag(NH3)2+

4 Tetraédrica [Zn(CN)4]2-

Geometría Ejemplo

4 Plana cuadrada [Ni(CN)4]2-

6 Octaédrica [Fe(H2O)6]3+

Número de coordinación

Número de coordinación

• El número de coordinación suele estar influido por el tamaño relativo del ion metálico y de los ligandos.

Ejemplo: [FeF6]3- y [FeCl4]-

• Los ligandos que transfieren una carga negativa considerable producen números de coordinación más bajos.

Ejemplo: [Ni(NH3)6]2+ y [Ni(CN)4]2-

Número de coordinación (II)

Ligando UniónÁtomocentral

Esfera decoordinación

Complejo octaédrico Complejo tetraédricoComplejo

plano cuadrado

Esfera de coordinación

Dos representaciones de un octaedro

LigandoIon central

Complejos octaédricos

• Los ligandos que poseen un solo átomo donador se

denominan ligandos monodentados (Cl-, NH3).

• Ciertos ligandos poseen más de un átomo donador que se pueden coordinar a un ion metálico y pueden ocupar más de un sitio de coordinación. Se denominan ligandos polidentados.

Tipos de ligandos

CH2 CH2

NH2H2N

: :

Etilendiamina

Quelantes

A los ligandos polidentados se los denomina agentes

quelantes.

En general, los agentes quelantes

forman complejos más estables que los

ligandos monodentados afines.

Quelantes

Complejo [Pb(EDTA)]2-

Los agentes quelantes como el EDTA se emplean tanto en

productos de consumo (alimentos) o

en medicina para eliminar iones

metálicos perjudiciales para la

salud.

• Atkins P.W, Jones L. Química . 3ra edición. Ed Omega. 1999.

Capítulo 21.• Chang R. Química. Ed. MacGraw Hill.1998. Capítulo 22.

Consultas: pevelson@ffyb.uba.ar (Pablo Evelson)

Bibliografía