La Química Excepcional del Grupo 11: Estados de Oxidación y Estabilidad de Cobre, Plata y Oro

Tendencias Periódicas y la Excepción del Grupo 11

La Tabla Periódica recoge el conjunto de los elementos químicos conocidos (y deja espacios para los que puedan irse aislando) de manera que en ella aparecen tendencias periódicas en algunas propiedades atómicas, muy útiles a la hora de abordar el estudio de los elementos con una perspectiva general. Así, los elementos que aparecen en una misma columna (grupo) presentan configuraciones electrónicas semejantes de la capa más externa, lo que se relaciona con propiedades químicas, en principio, similares.

Ahora bien, son tendencias generales: hay muchas excepciones, y esta idea no debe tomarse como si se tratara de una herramienta infalible.

El Comportamiento Anómalo de Cobre, Plata y Oro

Cobre (Cu), plata (Ag) y oro (Au) forman el Grupo 11 de la Tabla Periódica. Sin embargo, presentan estados de oxidación estables diferentes, lo que constituye una notable anomalía:

• Cobre (Cu): Estable como Cu(II) y, en menor medida, Cu(I).
• Plata (Ag): Estable como Ag(I).
• Oro (Au): Estable como Au(III) y, en menor medida, Au(I).

Es importante tener en cuenta que estos son los cationes más estables de estos átomos, especialmente cuando se encuentran en disolución acuosa.

La Secuencia Errática en el Bloque d

Realmente, en esta zona de la Tabla Periódica (el bloque d), se aprecian más similitudes en la horizontal (periodos) que en la vertical (grupos). El bloque d está lleno de excepciones; las variaciones periódicas de propiedades atómicas son más "limpias" en los bloques s y p.

Factores Determinantes de la Estabilidad Catiónica

¿Por qué se da esta secuencia errática? Podrían tenerse en cuenta varios motivos, pero el factor más determinante es el tamaño atómico (y, por tanto, el tamaño catiónico) y su relación con la Energía de Hidratación (ya que nos referimos a cationes estables en disolución acuosa).

El Papel de la Energía de Hidratación

La estabilidad de los cationes en disolución acuosa se explica por el balance energético entre la energía de ionización necesaria para formar el catión y la energía de hidratación liberada al rodearse de moléculas de agua.

1. Cobre (Cu): El tamaño del catión Cu²⁺ es menor que el del Cu⁺ y, además, tiene el doble de carga. Por ello, su energía de hidratación es mucho mayor, compensando energéticamente la segunda energía de ionización y haciendo que Cu²⁺ sea el catión más estable en agua.
2. Plata (Ag): Los tamaños catiónicos de Ag⁺ y Ag²⁺ son considerablemente mayores que el del Cu²⁺. Las correspondientes energías de hidratación son menores y no compensan energéticamente la alta segunda energía de ionización, por lo que Ag⁺ es el estado de oxidación más estable.
3. Oro (Au): En el caso del oro, su tamaño es ciertamente mayor que el de la plata. Esto, sumado a efectos relativistas, provoca que el tercer electrón de la capa de valencia esté más "disponible" (menos retenido), dando lugar a que su catión más estable sea Au³⁺.

Configuración Electrónica y Propiedades Físicas

Este grupo presenta la configuración electrónica ligeramente irregular d¹⁰s¹. Su ordenación electrónica hace que los electrones s sean bastante móviles, razón por la cual estos elementos son excelentes conductores térmicos y eléctricos.

Estabilidad de los Orbitales s en Plata y Oro

Una observación clave es que la plata (Ag) y el oro (Au) presentan estados de oxidación +1, lo que se relaciona directamente con la pérdida del único electrón s.

En la plata y el oro, los orbitales s presentan una mayor estabilidad relativa. Es por ello que el elemento tiende a transferir un electrón al orbital d para que este alcance su máxima estabilidad (capa completa). La posterior pérdida del electrón s restante permite al elemento alcanzar la máxima estabilidad en el estado de oxidación +1 (Ag⁺ y Au⁺), aunque en el caso del oro, la estabilidad de Au³⁺ es superior en disolución acuosa debido a los factores mencionados anteriormente.