QUÍMICA INORGÁNICA Unidad X

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1 QUÍMICA INORGÁNICA Unidad X
Facultad de Ciencias Exactas y Naturales y Agrimensura Universidad Nacional del Nordeste Avenida Libertad Corrientes TE: (03783) Int. 105 QUÍMICA INORGÁNICA Unidad X Contenidos temáticos desarrollados por: Dra. GRACIELA MABEL MONTIEL Profesor Titular CARRERAS: Bioquímica- Licenciatura en Ciencias Químicas Profesorado en Ciencias Química y del Ambiente

2 UNIDAD X ELEMENTOS DE TRANSICIÓN. Propiedades generales
UNIDAD X ELEMENTOS DE TRANSICIÓN. Propiedades generales. Características, en especial los de la primera serie. ELEMENTOS DE TRANSICIÓN INTERNA. Propiedades generales. Estudio comparativo de las dos series. LANTÁNIDOS. Estado natural. Química de los elementos. ACTÍNIDOS. Química de los elementos.

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4 Definición de Metales de Transición
Es un elemento que forma por lo menos un ion simple con un conjunto incompleto de electrones “d”. Se tienen elementos de Transición con orbitales d completos e incompletos.

5 Entre el primer y segundo miembro de la serie de transición d en los periodos 6 y 7 se encuentran los elementos de transición interna, donde los orbítales f empiezan a ser llenados. Configuración condensada del bloque d : [gas noble] (n-1)dx ns2 con n de 4-7 y x de 1 a 10 Primera serie : Sc Zn [ Ar] 3d14s2----[ Ar] 3d104s2

6 Los iones de los metales de transición se forman por la perdida de los electrones ns antes que los electrones (n-1)d. Ti2+………….. [ Ar]3d2 y no [ Ar]4s2 por lo tanto el ion Ti2+ se especifica como un ion d2. Mn2+ y Fe3+ son iones d5 ,los dos tienen colores pálidos en solución acuosa y forman iones complejos con propiedades magnéticas parecidas.

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8 PROPIEDADES GENERALES
Todos los elementos de transición son metales. Muchos de los compuestos de los metales de transición son altamente coloreados y paramagnéticos. Las propiedades de los elementos de transición derivan de las configuraciones electrónicas de sus átomos y de sus iones.

9 COLOR Y MAGNETISMO DE SUS COMPUESTOS
La mayoría de los compuestos iónicos de los grupos representativos son incoloros porque el ion metálico ha llenado su nivel más externo (configuración de gas noble) Tienen orbitales de mucho mayor energía disponibles para recibir un electrón excitado , razón por la cual el ion no absorbe la luz visible. Los electrones en un subnivel d parcialmente llenos pueden absorber longitudes de onda visibles y moverse a orbitales d de una energía ligeramente mayor.

10 Propiedades Físicas Forman compuestos coloreados. El color depende de:
Tipo de Metal: Zn2+ : incoloro Estado de Oxidación: Fe2+ : verde Fe3+: violeta pálido Ligando unidos al metal: [FeCN6]3- rojo

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13 ¿De que depende el color de los Complejos formados?
De la naturaleza del ión metálico, concretamente del numero de electrones en los orbitales “d”. La disposición en el espacio en torno al ión metálico de los ligandos. Naturaleza de los ligandos.

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15 Todos los metales de transición son duros
Poseen Puntos de Fusión Altos Todos los metales de transición tienen densidades elevadas. A 20ºC son todos sólidos a excepción del Hg. Pueden formar aleaciones entre ellos. Presentan estados de oxidación variables. La mayoría tiene potenciales negativos por lo que puede disolverse en ácidos, aunque muchos se pasivan recubriéndose de una capa protectora y no se disuelven.

16 Los elementos de transición pueden sufrir
Excitación electrónica Promoción electrónica Hibridación

17 Propiedades Químicas de los elementos de transición
Estados de oxidación múltiples: V(dos ) ,Cr (tres ) Mn (tres) Ya que los electrones ns y (n-1)d tienen una energía relativa muy cercana, los elementos de transición pueden implicar a todos o a la mayoría de estos electrones en un enlace. Este comportamiento es marcadamente diferente al de los metales de los grupos representativos, los cuales muestran uno o dos estados de oxidación en sus compuestos.

18 El mas alto estado de oxidación de los elementos en los grupos 3B (3) hasta el 7B (7) es igual al numero del grupo. Estos estados de oxidación se presentan cuando los elementos se combinan con fluor u oxígeno, los cuales son altamente electronegativos.

19 Los estados de oxidación más comunes son los de círculos mayores

20 Los estados de oxidación entre 2 y 4 son los más estables.
Los estados de oxidación más altos suelen ser oxidantes enérgicos, por lo que tienden a reducirse. Los estados de oxidación más bajos suelen ser reductores tendiendo a oxidarse.

21 En soluciones el Vanadio se comporta como el ion Vanadato VO43-
El Cromo aparece como ion dicromato Cr2O72- El Manganeso como ion permanganato MnO4- Los elementos de los grupos 8B (8,9,10)presentan menos estados de oxidación y el mas alto estado de oxidación es menos común y nunca es igual al número del grupo. Por lo tanto nunca se encontrará al Fe en un estado de oxidación +8 y muy extrañamente se encontrara en el estado +6.

22 COMPORTAMIENTO METALICO Y FUERZA REDUCTORA.
El tamaño atómico y el estado de oxidación tienen un efecto importante en la naturaleza del enlace en los compuestos de los metales de transición. Los elementos de transición en sus estados de oxidación más bajos químicamente se comportan más como metales. El enlace iónico prevalece más en los estados de oxidación más bajos. El enlace covalente prevalece más en los estados de oxidación más altos. Ej. A temperatura ambiente el TiCl2 es un sólido iónico, mientras que TiCl4 es un líquido molecular.

23 En el estado de oxidación más alto, los átomos tienen mayores densidades de carga, y de esta manera polarizan las nubes electrónicas de los iones no metálicos más fuertemente y el enlace se hace más covalente (Regla de Fajans) Los óxidos son menos básicos a medida que se incrementa el estado de oxidación: TiO es débilmente básico en solución acuosa TiO2 es anfotérico.

24 Todos los metales de transición del periodo 4,excepto el cobre, son suficientemente activos para reducir H+ de su forma ácida acuosa para producir gas hidrógeno.

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26 REACCIÓN CON EL AGUA Los metales de transición en contraste con los metales de los grupos IA y IIA que reaccionan rápidamente con el agua a temperatura ambiente, forman una capa de óxido que sólo permite una reacción rápida con agua caliente o vapor de agua.

27 ¿De que va a depender la geometría molecular de los metales de transición?
Estado de oxidación Hibridación

28 ELEMENTOS DE TRANSICIÓN INTERNA

29 LANTÁNIDOS

30 . Propiedades Generales
La configuración de la capa de valencia es: (n – 2) f 2–14 (n –1) d0-1 ns2  4f 5d 6s. El electrón diferenciador ingresa en el orbital 4f de la antepenúltima capa, por lo tanto la configuración electrónica de la penúltima y última capa no experimentan modificaciones, por esta razón los lantánidos son elementos que tienen una extraordinaria semejanza en sus propiedades químicas.

31 En general no ocupan el orbital 5d, salvo en los siguientes casos:
57La : 4f 0 5d 1 6s 2 64Gd : 4f 7 5d 1 6s 2 65Tb : 4f 8 5d 1 6s 2 71Lu : 4f 14 5d 1 6s 2

32 Los cationes triplemente cargados (M3+) son los iones que con más frecuencia forman los lantánidos. El radio de dichos iones disminuye en forma gradual con el aumento del número atómico. A la disminución progresiva del radio de estos iones desde el La hasta el Lu se denomina contracción de los lantánidos

33 La contracción lantánida influye considerablemente en la química de los elementos que siguen a los lantánidos en la tabla periódica. Por ejemplo los radios del zirconio (Zr4+) y del hafnio Hf4+ son casi idénticos y su química extraordinariamente semejante.

34 Los lantánidos en sus compuestos actúan con estado de oxidación +2, +3, +4.
El más común es el +3. La estabilidad del número de oxidación de un elemento lantánido puede ser analizada en la mayoría de los casos basándose en la configuración electrónica.

35 Experimentalmente se ha encontrado que el estado de oxidación más estable se presenta cuando el ión tiene los orbitales 4f vacíos, parcialmente llenos (4f 7) o cuando están totalmente llenos (4f 14). La : 5d1 6s2 La3+: 5d 6s por que los 4f están vacíos. Eu : 4f7 5d0 6s2 Eu2+: 4f7 5d 6s por que al perder los 2e– quedan los 4f semillenos.

36 El cerio es el único elemento que al formar el Ce4+, puede existir en solución acuosa como tal.
Para lograr tener Ce4+(ac) no hidrolizado, hay que disolver sales céricas en soluciones fuertemente ácidas (ejemplo: HClO4), ya que a pH más altos sufre una fuerte hidrólisis.

37 El Ce4+ es un oxidante enérgico:
Ce4+ + e– Ce3+ Eº = 1,23v. Todos los lantánidos son metales relativamente blandos, de color gris acerado y muy buenos conductores de la electricidad y del calor. El cerio es el único elemento que al formar el Ce4+, puede existir en solución acuosa como tal. Para lograr tener Ce4+(ac) no hidrolizado, hay que disolver sales céricas en soluciones fuertemente ácidas (ejemplo: HClO4), ya que a pH más altos sufre una fuerte hidrólisis. El Ce4+ es un oxidante enérgico: Ce4+ + e– Ce3+ Eº = 1,23v. El cerio es el único elemento que al formar el Ce4+, puede existir en solución acuosa como tal. Para lograr tener Ce4+(ac) no hidrolizado, hay que disolver sales céricas en soluciones fuertemente ácidas (ejemplo: HClO4), ya que a pH más altos sufre una fuerte hidrólisis. Ce4+ + e– Ce3+ Eº = 1,23v.

38 Por lo tanto se comportan como excelentes reductores
Eº red. para el par M3+(ac) / M : M3+(ac) + 3e–  M varía entre –2,54 v y –2,25 v. Por lo tanto se comportan como excelentes reductores

39 Porque el enlace se hace más covalente y la solubilidad disminuye
Los hidróxidos de los lantánidos son poco solubles en agua, por ejemplo: La(OH) Kps: 1 .10–19 Lu(OH) Kps: 2,5 .10–24 La solubilidad de los hidróxidos disminuye con el aumento del número atómico de los elementos Porque el enlace se hace más covalente y la solubilidad disminuye

40 ACTÍNIDOS

41 Propiedades generales
La serie comienza con el actinio (89Ac) y continua hasta el meitnerio (109Mt). La configuración electrónica de la capa de valencia puede escribirse como (n – 2) f 2–14 (n –1)d 0-2 ns2. Como n = 7 la capa de valencia es: 5f 6d 7s El electrón diferenciador ingresa en el orbital 5f de la antepenúltima capa.

42 La configuración electrónica de los actínidos, se conoce en conjunto, con menor seguridad que en el caso de los lantánidos. Esto se debe a que: La diferencia de energías entre los orbitales f, d y s son muy pequeñas, lo que implica una gran incertidumbre. b) Algunos de los elementos se han obtenido en cantidades muy pequeñas (vestigios) que son insuficientes para lograr una decisión segura. La configuración electrónica de los actínidos, se conoce en conjunto, con menor seguridad que en el caso de los lantánidos. Esto se debe a que: La diferencia de energías entre los orbitales f, d y s son muy pequeñas, lo que implica una gran incertidumbre. Algunos de los elementos se han obtenido en cantidades muy pequeñas (vestigios) que son insuficientes para lograr una decisión segura. La configuración electrónica de los actínidos, se conoce en conjunto, con menor seguridad que en el caso de los lantánidos. Algunos de los elementos se han obtenido en cantidades muy pequeñas (vestigios) que son insuficientes para lograr una decisión segura.

43 Los núcleos de todos los actínidos son inestables, es decir son radiactivos.
La mayoría no se encuentra en la naturaleza y han sido preparados por métodos artificiales, por medio de reacciones nucleares.

44 El hecho que se encuentre actinio, protactinio, uranio y torio sobre la corteza terrestre se debe a que la vida media de sus isótopos (235U, 238U, 232Th) es lo suficientemente larga, por lo que persistieron como tales luego de la transformación de los elementos. Los actínidos son metales de gran capacidad de reacción. El hecho que se llenen los orbitales “f” hace que los actínidos tengan en ciertos casos características similares a las de los lantánidos, pero en otras propiedades se observan marcadas diferencias

45 Resulta interesante comentar el origen de los nombres de algunos elementos actínidos:
Neptunio y plutonio siguen al uranio en cuanto a la tradición de utilizar nombres de planetas. Americio : en homenaje al continente americano y se corresponde con el europio de los lantánidos. Curio lleva ese nombre en homenaje a los esposos Curie, ya que el lantánido correspondiente, el gadolinio fue denominado así en honor a Gadolín (uno de los pioneros en el campo de los lantánidos).

46 Berkelio: en homenaje a Berkeley
Californio: llamado así en honor al Estado y la Universidad de California, donde fue descubierto. Einstenio y Fermio: en homenaje a los grandes físicos Einstein y Fermi. Laurencio: en honor a Laurence (propulsor del ciclotrón). Mendelevio: en homenaje a Mendeleiev, quien formuló originariamente la clasificación periódica de los elementos.