Metales no metales y anfóteros
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Tema 9. Metales de transición
Configuración electrónica de los metales de transición (n-1)dxns2 (excepto el cobre y el cromo)
Cuando un nivel está semilleno es también bastante estable termodinámicamente, como el cromo.
Propiedades de los elementos de transición
Los potenciales de reducción son todos negativos menos el del cobre.
El potencial de ionización aumenta hacia la derecha.
El cobre como es positivo, tiende a reducirse y es muy resistente a la oxidación.
Se caracterizan por tener hasta 4 0 5 estados de oxidación, aunque siempre uno de ellos es el más estable.
El wolframio es el que mayor punto de fusión tiene.
* Propiedades físicas generales
-La mayoría de los metales de transición tienen una estructura compacta.
-Puntos de ebullición y de fusión altos.
* Configuraciones electrónicas
-Desde El escandio hasta el cobre se agregan electrones a los orbitales 3d. Así, la configuración electrónica externa del escandio es 4s23d1, la del titanio es 4s23d2 y así sucesivamente.
- Las dos excepciones son el cromo y el cobre, cuyas configuraciones electrónicas externas son 4s13d5 y 4s13d10.
-Los primeros electrones que pierden son los de la última capa acoplada (ns2).
* Estados de oxidación
Los Metales de transición adquieren diversos estados de oxidación en sus Compuestos mediante la pérdida de uno o más electrones. (Rojo estable)
* Color
La Mayoría de los iones de los metales de transición e iones complejos y Aniones que contienen metales de transición son coloreados. El origen Del color, se debe a las transiciones electrónicas que contienen Electrones d.
Absorben la luz del espectro visible. El color que vemos el que no ha absorbido que lo transmite.
* Magnetismo
La Mayoría de los compuestos de estados de transición son paramagnéticos. Recuérdese que el paramagnetismo se asocia con uno o más electrones Desapareaos. El paramagnetismo de los compuestos de los metales de Transición se debe a las subcapas d incompletas en los metales.
* Formación de iones
Los iones de los metales de transición son ácidos de Lewis (pueden aceptar pares de electrones) y forman complejos como:
* Propiedades catalíticas
-El hierro como catalizador en la síntesis de Haber del amoniaco.
-El pentóxido de vanadio, V2O5 en la producción de ácido sulfúrico.
-El platino como catalizador en las reacciones de hidrogenación.
-Son especies que reaccionan con muchos compuestos, porque tienen muchos orbitales y algunos de ellos vacíos.
-En Estos elementos, el radio aumenta hasta la segunda serie de transición, Después, de la tercera serie de transición a la cuarta, se mantiene Constante (contracción lantánida).
Se debe a que empiezan a Llenarse los orbitales f de la antepenúltima capa solapada. Los Electrones se apantallan débilmente a la carga nuclear y por tanto los Electrones externos mas atraídos hacia el núcleo.
Química de los metales de la primera serie de transición
Escandio
El escandio es un elemento raro y es difícil de obtener en su forma pura.
Se prepara por electrólisis del cloruro de escandio, SnCl3.
Titanio
El titanio es el más abundante de los metales de transición después del hierro.
Se presenta como rutilo, TiO2 y como ilmenita, FeTiO3. Tiene muchísimas aplicaciones a gran escala.
El metal se prepara por calentamiento de TiO2 con coque (C) y cloro gaseoso a 900ºC:
La reducción de TiCl4, con magnesio entre 950 y 1150ºC produce titanio metálico:
El titanio se disuelve en ácido sulfúrico concentrado como sigue:
Los estados de oxidación más importantes del titanio son el +3 y el +4.
Los compuestos de l Ti(IV) son incoloros y diamagnéticos.
Los compuestos de Ti(III) son coloreados y paramagnéticos.
El óxido de titanio(IV), TiO2, es muy estable, inocuo, opaco y blanco Brillante. Se utiliza como base de la pintura y luego se les añade un Colorante.
* Vanadio
El vanadio constituye un 0.014% de la corteza terrestre en masa.
Existe como vanadinita y patronita (VS4).
Pierde reversiblemente oxígeno 700-1000ºC.
El vanadio forma compuestos en estados de oxidación +2, +3, +4, +5, de los cuales +4 y +5 son los más estables.
El Pentóxido de vanadio es el compuesto más importante del vanadio. Se Utiliza como catalizador, acero al vanadio para herramientas, etc. Se Prepara a partir de un proceso aluminotermia donde hacemos reaccionar Aluminio, FeO3, V2O5 y carbono.
* Cromo
El cromo es relativamente raro. Su mena más importante es la crocoita, FeO Cr2O3.
El metal se extrae por reacción con aluminio a alta temperatura:
Los estados de oxidación más comunes del cromo son +2, +3, y +6.
El óxido de cromo(III), Cr2O3, un polvo verde, se prepara por descomposición térmica del dicromato de amonio.
El acero inoxidables está formado por acero y cromo.
El óxido de cromo(III) tiene propiedades magnéticas que lo hacen útil en La elaboración de cintas magnéticas de grabación que funcionan mejor que Las de los óxidos de hierro.
* Manganeso
El manganeso es un elemento relativamente abundante.
La fuente principal del manganeso es la pirolusita, MnO2, pero también se encuentra en nódulos de manganeso.
El metal se prepara por un proceso de aluminotermia:
Los estados de oxidación conocidos del manganeso comprenden desde el +2 hasta el +7.
El estado +2 particularmente estable (tiene la subcapa 3d llena a la mitad).
El permanganato de potasio es un compuesto púrpura oscuro.
* Hierro
Después del aluminio, el hierro es el metal más abundante en la corteza terrestre.
Sus meas más importantes son : hematita, Fe2O3; siderita, FeCO3; y magnetita, FeO4.
El hiero reacciona con el ácido clorhídrico para dar hidrógeno gaseoso:
Los compuestos de hierro (II) incluyen FeO (polvo negro), FeSO4-7H2O (verde), FeCL2 (amarillo) y FeS (negro).
En presencia de oxígeno, los iones Fe2+ en disolución se oxidan rápidamente a iones Fe3+, especialmente en medio básico.
* Cobalto
El cobalto es un elemento raro.
Se encuentra asociado con el hierro, el níquel y la palta. Sus principales menas son esmaltita, CoAs2 y cobaltita CoAsS.
El metal se prepara por tostación de CoAsS en el aire y posterior reducción del óxido metálico con carbón.
Los estados de oxidación del cobalto son +2 y +3; el +2 es el más estable de los dos.
* Níquel
El níquel es un elemento raro.
La mena millerita, NiS, se asocia con pirita, FeS2 y calcopirita, CuFeS2.
El metal se obtiene por tostación de la masa en aire en primera instancia, y posterior reducción con hidrógeno gaseoso.
El níquel se purifica por el proceso de Mond.
Su estado de oxidación estable es el +2. Los iones hidratados Ni2+ tienen un color verde esmeralda.
Algunos compuestos importantes de níquel son NiO (verde) NiCL2 (amarillo) y NiS (negro).
* Cobre
El cobre, un elemento raro, se encuentra formando menas como la calcopirita CuFeS2.
El metal se obtiene por tostación de la mena para dar Cu2S y después cobre metálico:
El Cobre sólo reacciona con el ácido sulfúrico concentrado caliente y con El ácido nítrico. Resiste muy bien el ataque de los ácidos.
Los estados de oxidación más importantes son +1 y +2.
El estado +1 es menos estable y desproporciona en disolución:
Los compuestos de Cu(I) son diamagnéticos e incoloros excepto Cu2O, que es rojo.
Los compuestos de Cu(II) son paramagnéticos y coloreados. El ion hidratado Cu2+ es azul.
Algunos compuestos de Cu(II) son el CuSO4.5H2O (azul) y el CuS (negro).