Tema 1: Introducción al estudio de los metales de transición. Curso de Química Inorgánica II.

Tema 1: Introducción al estudio de los metales de transición.

Tema 1: Introducción al estudio de los metales de transición. Algunas definiciones: “Aquellos elementos que poseen orbitales d parcialmente llenos en el estado basal o en un estado excitado”. “Aquellos elementos con capas incompletas. Ejemplo: elementos de transición (n-1)s2p6dxns2 (x = 1 a 10)

Parte radial de la función de onda. Tema 1: Introducción al estudio de los metales de transición. El asunto de las configuraciones electrónicas. a) Efecto de penetración: Parte radial de la función de onda.

Cuadrado de la parte radial de la función de onda. Tema 1: Introducción al estudio de los metales de transición. El asunto de las configuraciones electrónicas. a) Efecto de penetración: Cuadrado de la parte radial de la función de onda.

Tema 1: Introducción al estudio de los metales de transición. El asunto de las configuraciones electrónicas. Es necesario considerar el cuadrado de las funciones de onda orbitales. Ejemplo: caso 2s, 2p:

Tema 1: Introducción al estudio de los metales de transición. El asunto de las configuraciones electrónicas. Es necesario considerar el cuadrado de las funciones de onda orbitales. Ejemplo: caso 3s, 3p, 3d:

Cálculo de la carga nuclear efectiva Tema 1: Introducción al estudio de los metales de transición. El asunto de las configuraciones electrónicas. b) Efecto de apantallamiento: Es necesario considerar el efecto de las capas internas. Cálculo de la carga nuclear efectiva por el método de Slater. +++++++++ Z* = Z - A Z* = Carga nuclear efectiva. Z = Carga nuclear real. A = Constante de Slater.

Tema 1: Introducción al estudio de los metales de transición. El asunto de las configuraciones electrónicas. b) Efecto de apantallamiento: Caso 1. El electrón que estamos considerando está en un orbital s o p. 1.- Se agrupa la configuración electrónica del átomo de la siguiente manera: (1s)2, (2s, 2p)8, (3s, 3p)8, (3d)10, (4s, 4p)8, etc. Aquí los orbitales s y p pertenecen al mismo grupo, los d y los f en grupos diferentes. 2.- Los electrones que están en grupos a la derecha del que estamos considerando, no contribuyen a la constante de apantallamiento. 3.- Los electrones en el grupo (ns, np) contribuyen con 0.35 cada uno a la constante de apantallamiento.

Tema 1: Introducción al estudio de los metales de transición. El asunto de las configuraciones electrónicas. b) Efecto de apantallamiento: Caso 1. El electrón que estamos considerando está en un orbital s o p. 4.- Cada uno de los electrones en la capa n-1 contribuye con 0.85 a la constante de apantallamiento. 5.- Cada uno de los electrones en capas n-2 o más bajas, contribuye con 1.00 a la constante de apantallamiento. Nota: Cuando se trata de un electrón 1s, este apantalla con 0.30 al otro electrón 1s.

Caso 1. Ejemplo: Zn. Z = 30. [Zn] = 1s22s22p63s23p63d104s2 Tema 1: Introducción al estudio de los metales de transición. El asunto de las configuraciones electrónicas. b) Efecto de apantallamiento: Caso 1. Ejemplo: Zn. Z = 30. [Zn] = 1s22s22p63s23p63d104s2 según regla 1: (1s)2, (2s, 2p)8, (3s, 3p)8, (3d)10, (4s)2 Z* para un e- 4s: A = 0.35x1 + 0.85 x 18 + 1 x 10 = 25.65 Z* = 30 - 25.65 = 4.35 Z* para un e-3s: A = 0.35 x 7 + 0.85 x 8 + 1 x 2 = 11.25 Z* = 30 – 11.25 = 18.75

Tema 1: Introducción al estudio de los metales de transición. El asunto de las configuraciones electrónicas. b) Efecto de apantallamiento: Caso 2. El electrón que estamos considerando está en un orbital d o f. 1.- Igual que en el caso 1. 2.- Igual que en el caso 1. 3.- Cada uno de los otros electrones en el grupo nd o nf bajo consideración contribuye con 0.35 a la constante de apantallamiento. 4.- Todos los electrones en grupos a la izquierda del grupo nd o nf que estamos considerando, contribuyen con 1.00 cada uno a la constante de apantallamiento.

Tema 1: Introducción al estudio de los metales de transición. El asunto de las configuraciones electrónicas. b) Efecto de apantallamiento: Caso 2. Ejemplo: Calculamos Z* para un electrón 3d en el Zn: A = 0.35 x 9 + 1.00 x 18 = 21.15 Z* = 30 – 21.15 = 8.85

Tema 1: Introducción al estudio de los metales de transición. El asunto de las configuraciones electrónicas. b) Efecto de apantallamiento: Ahora si podemos entender parcialmente las variaciones energéticas de los orbitales con el llenado electrónico puesto que:

Tema 1: Introducción al estudio de los metales de transición. El asunto de las configuraciones electrónicas.

1ra serie de transición. Tema 1: Introducción al estudio de los metales de transición. Elemento y símbolo Z Configuración Escandio. Sc 21 [Ar]3d14s2 Titanio. Ti 22 [Ar]3d24s2 Vanadio. V 23 [Ar]3d34s2 Cromo. Cr 24 [Ar]3d54s1 real [Ar]3d44s2 esperada Manganeso. Mn 25 [Ar]3d54s2 Hierro. Fe 26 [Ar]3d64s2 Cobalto. Co 27 [Ar]3d74s2 Níquel. Ni 28 [Ar]3d84s2 Cobre. Cu 29 [Ar]3d104s1 real [Ar]3d94s2 esperada Zinc. Zn 30 [Ar]3d104s2 El asunto de las configuraciones electrónicas. 1ra serie de transición.

2da serie de transición. Tema 1: Introducción al estudio de los metales de transición. Elemento y símbolo Z Configuración Ytrio. Y 39 [Kr]4d15s2 Zirconio. Zr 40 [Kr]4d25s2 Niobio. Nb 41 [Kr]4d45s1 real [Kr]4d35s2 esperado Molibdeno. Mo 42 [Kr]4d55s1 real [Kr]4d45s2 esperado Tecnecio. Tc 43 [Kr]4d55s2 Rutenio. Ru 44 [Kr]4d75s1 real [Kr]4d65s2 esperado Rodio. Rh 45 [Kr]4d85s1 real [Kr]4d75s2 esperado Paladio. Pd 46 [Kr]4d10 real [Kr]4d85s2 esperado Plata. Ag 47 [Kr]4d105s1 real Cadmio. Cd 48 [Kr]4d105s2 El asunto de las configuraciones electrónicas. 2da serie de transición.

3ra serie de transición. Tema 1: Introducción al estudio de los metales de transición. Elemento y símbolo Z Configuración Lantano. La 57 [Xe]5d16s2 Hafnio. Hf 72 [Xe]4f145d26s2 Tantalio. Ta 73 [Xe]4f145d36s2 Tungsteno. W 74 [Xe]4f145d46s2 Renio. Re 75 [Xe]4f145d56s2 Osmio. Os 76 [Xe]4f145d66s2 Iridio. Ir 77 [Xe]4f145d76s2 Platino. Pt 78 [Xe]4f145d96s1 real [Xe]4f145d86s2 esperado [Xe]4f145d10 esperado Oro. Au 79 [Xe]4f145d106s1 Mercurio. Hg 80 [Xe]4f145d106s2 El asunto de las configuraciones electrónicas. 3ra serie de transición.

serie lantánida. Tema 1: Introducción al estudio de los metales de transición. Elemento y símbolo Z Configuración Cerio. Ce 58 [Xe]4f15d16s2 Praseodimio. Pr 59 [Xe]4f36s2 Neodimio. Nd 60 [Xe]4f46s2 Prometio. Pm 61 [Xe]4f56s2 Samario. Sm 62 [Xe]4f66s2 Europio. Eu 63 [Xe]4f76s2 Gadolinio. Gd 64 [Xe]4f75d16s2 Terbio. Tb 65 [Xe]4f96s2 Disprosio. Dy 66 [Xe]4f106s2 Holmio. Ho 67 [Xe]4f116s2 Erbio. Er 68 [Xe]4f126s2 Tulio. Tm 69 [Xe]4f136s2 Yterbio. Yb 70 [Xe]4f146s2 Lutecio. Lu 71 [Xe]4f145d16s2 El asunto de las configuraciones electrónicas. serie lantánida.

serie actínida. Tema 1: Introducción al estudio de los metales de transición. Elemento y símbolo Z Configuración Torio. Th 90 [Rn]6d27s2 Protactinio. Pa 91 [Rn]5f26d17s2 Uranio. U 92 [Rn]5f36d17s2 Neptunio. Np 93 [Rn]5f46d17s2 Plutonio. Pu 94 [Rn]5f67s2 Americio. Am 95 [Rn]5f77s2 Curio. Cm 96 [Rn]5f76d17s2 Berkelio. Bk 97 [Rn]5f76d27s2 Californio. Cf 98 [Rn]5f96d17s2 Einstenio. Es 99 [Rn]5f117s2 Fermio. Fm 100 [Rn]5f127s2 Mendelevio. Md 101 [Rn]5f137s2 Nobelio. No 102 [Rn]5f147s2 Laurencio. Lr 103 [Rn]5f146d 17s2 El asunto de las configuraciones electrónicas. serie actínida.

CONCLUSIÓN. Tema 1: Introducción al estudio de los metales de transición. CONCLUSIÓN. Ahora debería estar aquí. Aquí estaba su nivel de conocimiento sobre estructura electrónica.

PI es una propiedad periódica. Tema 1: Introducción al estudio de los metales de transición. El asunto de las configuraciones electrónicas. Proceso de formación de iones a partir de la configuración electrónica. M(g) M+ (g) + e- PI PI es una propiedad periódica. X(g) + e- X-(g) AE AE es una propiedad periódica.

. Sin electrones internos. Caso único H+ Tema 1: Introducción al estudio de los metales de transición. El asunto de las configuraciones electrónicas. Proceso de formación de iones a partir de la configuración electrónica. Clasificación de los iones. . Sin electrones internos. Caso único H+ . Iones de configuración de gas inerte. ns2np6 grupos 1, 2 y 3 Na+ Mg2+ Al3+ grupos 15, 16 y 17 N3- O2- F-

. Iones que contienen 18 e- en su última capa. Tema 1: Introducción al estudio de los metales de transición. El asunto de las configuraciones electrónicas. Proceso de formación de iones a partir de la configuración electrónica. Clasificación de los iones. . Iones que contienen 18 e- en su última capa. Zn2+ = [Ne]3s23p63d10 = Cu+ = Ga3+ = Ge4+ . Par inerte s2. Elementos con ns2npx (x = 1, 2 y 3) y pierden sus electrones p. Ejemplo: Sb3+, Sn2+, etc.

. Iones d. Iones de configuración ns2np6ndx ( x = 1 a 9). Tema 1: Introducción al estudio de los metales de transición. El asunto de las configuraciones electrónicas. Proceso de formación de iones a partir de la configuración electrónica. Clasificación de los iones. . Iones d. Iones de configuración ns2np6ndx ( x = 1 a 9). Ejemplo: Cr2+ Co2+ Fe3+, etc. . Iones f. Iones con la subcapa f parcialmente vacía. Ejemplo: Gd = [Xe]4f75d16s2 Gd3+ = [Xe]4f7

. iones poliatómicos. Química de coordinación Ejemplos: [Cu(NH3)4]2+ Tema 1: Introducción al estudio de los metales de transición. El asunto de las configuraciones electrónicas. Proceso de formación de iones a partir de la configuración electrónica. Clasificación de los iones. . iones poliatómicos. Química de coordinación Ejemplos: [Cu(NH3)4]2+ [PtCl3(C2H4)]-

Características de los metales de transición. Tema 1: Introducción al estudio de los metales de transición. Características de los metales de transición. . En algunos casos las configuraciones electrónicas no son las esperadas. . Todos son metales y presentan propiedades metálicas. Brillo

Características de los metales de transición. Tema 1: Introducción al estudio de los metales de transición. Características de los metales de transición. calórica Conductividad eléctrica Formación de aleaciones (son disoluciones sólidas)

Características de los metales de transición. Tema 1: Introducción al estudio de los metales de transición. Características de los metales de transición. . Algunos son electropositivos y otros son nobles. . Valencias, número de coordinación y geometrías de los compuestos variables. . Compuestos coloreados. . Diferencias en el comportamiento magnético.

Tema 1: Introducción al estudio de los metales de transición. Configuraciones electrónicas y términos atómicos. Ejemplo: el sistema planetario. descripción del estado energético del sistema Acoplamiento j-j Acoplamiento L-S

Acoplamiento j-j. Acoplamiento L-S. Tema 1: Introducción al estudio de los metales de transición. Configuraciones electrónicas y términos atómicos. Acoplamiento j-j. Acoplamiento L-S. Esquema apropiado para los átomos pesados. Esquema apropiado para los átomos livianos. Aquí nos limitaremos al estudio de los sistemas suponiendo un acoplamiento L-S (acoplamiento Russell-Saunders).

Configuraciones electrónicas y términos atómicos. Tema 1: Introducción al estudio de los metales de transición. Configuraciones electrónicas y términos atómicos. Cambios importantes para la descripción del esquema Russell-Saunders. Primeras características del modelo.

Configuraciones electrónicas y términos atómicos. Tema 1: Introducción al estudio de los metales de transición. Configuraciones electrónicas y términos atómicos. Formalismos en el esquema Russell-Saunders: .- Un grupo de términos defínen un estado atómico. .- Un término defíne un conjunto de microestados del átomo. .- Las capas llenas y semi llenas tienen contribución cero al valor de ML. .- ¿Cómo se escriben los términos Russell-Saunders?. R = multiplicidad del término = (2S + 1) J = vector de momento angular total = L + S

Configuraciones electrónicas y términos atómicos. Tema 1: Introducción al estudio de los metales de transición. Configuraciones electrónicas y términos atómicos. Ejemplos: ML MS microestado (ML, MS) término R-S sin acoplamiento L-S se lee término R-S con acoplamiento L-S 4 1/2 (4, 1/2) 2G doblete G 2G9/2 2 3/2 (2, 3/2) 4D cuartete D 4D7/2 1 (0, 1) 3S triplete S 3S1 (0, 0) 1S singlete S 1S0 .- Para cada par (ML, MS), el número de microestados posibles es: (2L + 1) (2S + 1)

Configuraciones electrónicas y términos atómicos. Tema 1: Introducción al estudio de los metales de transición. Configuraciones electrónicas y términos atómicos. Estrategia para la determinación de los términos R-S según una configuración electrónica particular. .- Emplear el antiguo formalismo de cajitas para representar orbitales, emplear flechas para la ocupación electrónica tal que  s = +1/2 y  s = -1/2. .- Determinar el número de microestados totales según: C = # de microestados tot. m = 2l + 1 x = número de electrones

prohibida físicamente iguales Tema 1: Introducción al estudio de los metales de transición. Configuraciones electrónicas y términos atómicos. .- Dibujar un número de cajitas igual a C, colocar el o los electrones en forma sistemática considerando todas las posibilidades de los arreglos pero sin repetir configuraciones físicamente iguales. Evitar las configuraciones prohibidas. prohibida físicamente iguales Nota: solo puede violarse el criterio de máxima multiplicidad de Hund. .- Se escriben todos los pares (ML, MS).

Configuraciones electrónicas y términos atómicos. Tema 1: Introducción al estudio de los metales de transición. Configuraciones electrónicas y términos atómicos. .- Se escriben los términos R-S sin considerar el acolplamiento L-S. Empezar por el mayor valor de ML considerando todas las posibilidades de MS. Calcule el número de microestados a obtener para el par (ML, MS) en cuestión (la designación de la multiplicidad de los términos debe ser la máxima). .- Considere el acoplamiento L-S y reescriba los términos R-S señalando el valor del vector J. Habrán 2J + 1 orientaciones posibles para el vector. .- Represente en una escala de energía cualitativa el rompimiento de la degenerancia de los microestados cuando se toma en cuenta la repulsión electrónica, un acoplamiento L-S débil y en presencia de un campo magnético externo. Para ello considere las reglas de Hund.

Configuraciones electrónicas y términos atómicos. Tema 1: Introducción al estudio de los metales de transición. Configuraciones electrónicas y términos atómicos. Reglas de Hund. 1.- El estado fundamental será siempre el que posea la máxima multiplicidad del spin. 2.- Si existen varios estados que posean la máxima multiplicidad del spin, el más estable será aquel que involucre el máximo valor de L. 3.- La energía de los subestados aumenta a medida que aumenta el valor de J, siempre que el estado derive de una configuración que corresponde a una capa con un número de electrones menor al necesario para una capa semi llena. Si la capa involucra un número de electrones mayor que los correspondientes a la capa semi llena el orden de los subestados es el inverso.

Configuraciones electrónicas y términos atómicos. Tema 1: Introducción al estudio de los metales de transición. Configuraciones electrónicas y términos atómicos. Caso carbono. Z = 6. Conf. electrónica [C] = 1s22s22p2. (caso p2)

Configuraciones electrónicas y términos atómicos. Tema 1: Introducción al estudio de los metales de transición. Configuraciones electrónicas y términos atómicos. Caso carbono. Z = 6. Conf. electrónica [C] = 1s22s22p2. (caso p2) mayor valor ML = 2 posibles MS = 0 (2L + 1)(2S + 1) = 5 x 1 = 5 microestados: (2 ,0 ) (1 ,0) (0,0) (-1 ,0) (-2 ,0 ) término: 1D valor ML = 1 posibles MS = 1, 0, -1 (2L + 1)(2S + 1) = 3 x 3 = 9 microestados: (1,1) (0,1) (-1,1) (1,0) (0,0) (-1,0) (1 ,-1) (0 ,-1) (-1,-1) término: 3P valor ML = 0 posibles MS = 0 (2L + 1)(2S + 1) = 1 x 1 = 1 microestado: (0,0) término: 1S Resumen de términos: ____5___ términos:__1D_ ____9___ términos:__3P_ _15_ microestados ____1___ término: __1S_

Configuraciones electrónicas y términos atómicos. Tema 1: Introducción al estudio de los metales de transición. Configuraciones electrónicas y términos atómicos. Caso carbono. Z = 6. Conf. electrónica [C] = 1s22s22p2. (caso p2) Desdoblamiento de términos R-S:

Configuraciones electrónicas y términos atómicos. Tema 1: Introducción al estudio de los metales de transición. Configuraciones electrónicas y términos atómicos. Caso nitrógeno. Z = 7. Conf. electrónica [N] = 1s22s22p3. (caso p3)

Caso nitrógeno. Z = 7. Conf. electrónica [N] = 1s22s22p3. (caso p3) Tema 1: Introducción al estudio de los metales de transición. Configuraciones electrónicas y términos atómicos. Caso nitrógeno. Z = 7. Conf. electrónica [N] = 1s22s22p3. (caso p3) mayor valor L = 2 posibles S = +1/2, -1/2 (2L + 1)(2S + 1) = 5 x 2 = 10 microestados: ( 2 , 1/2 ) ( 1 , 1/2 ) ( 0 , 1/2 ) ( -1 , 1/2) ( -2 , 1/2) ( 2 , -1/2 ) ( 1 , -1/2 ) ( 0 , -1/2 ) ( -1 , -1/2) ( -2 , -1/2) término: 2D valor L = 1 posibles S = +1/2, -1/2 (2L + 1)(2S + 1) = 3 x 2 = 6 microestados: ( 1, 1/2) (0 , 1/2) ( -1, 1/2) ( 1, -1/2) ( 0, -1/2) ( -1, -1/2) término: 2P valor L = 0 posibles S = 3/2, 1/2, -1/2, -3/2 (2L + 1)(2S + 1) = 1 x 4 = 4 microestado: ( 0, 3/2 ) ( 0, 1/2) (0, -1/2) (0, -3/2) término: 4S Resumen: 10 términos 2D, 6 términos 2P y 4 términos 4S.

Configuraciones electrónicas y términos atómicos. Tema 1: Introducción al estudio de los metales de transición. Configuraciones electrónicas y términos atómicos. Caso nitrógeno. Z = 7. Conf. electrónica [N] = 1s22s22p3. (caso p3) Desdoblamiento de términos R-S:

Tema 1: Introducción al estudio de los metales de transición. Configuraciones electrónicas y términos atómicos. Sistema pp