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1 CATIONES MONOATÓMICOS Los cationes monoatómicos se forman a partir de los metales de los grupos I, II, y III al perder los electrones excedente sobre la estructura electrónica del gas inerte anterior. Ejemplo: grupo formado por iones en el estado de oxidación +1 (Li, Na, K, etc.). En forma semejante los elementos del grupo IIa y III forman iones en los estados de oxidación +2 (II) y +3(III).
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3 Los metales de transición y los postransicionales, al contrario de los los elementos del los grupos I, II y III, exhiben varias valencias en las reacciones de oxidación como resultado de la pérdida de un número variable de electrones de valencia.
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4 En la siguiente tabla se enlistan algunos de los cationes más comunes formados por metales de transición y postransicionales
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6 Propiedades de los cationes monoatómicos En necesario conocer algunas de las propiedades fundamentales de los cationes, para comprender mejor las interacciones de éstos con aniones y moléculas. Las variaciones de tamaño y carga se resumen y se aplican mejor en términos de la variable Potencial Iónico (carga/ radio cristalino). El grado de interacción de un ion con el medio que lo rodea depende en gran parte de su potencial iónico, ya que esta cantidad describe la densidad de carga del ion.
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7 Distinguiremos dos tipos de cationes: los “duros” y los “suaves”. Estos términos describen la naturaleza de la nube electrónica alrededor del núcleo del ion Los cationes “duros” son aquellos cuyas configuraciones electrónicas exteriores son isoelectrónicas con átomos de gas inserte, esto es, s 2 p 6. Este tipo de ion lo forman las familias principales de los grupos I y II (metales alcalino y alcalino-térreos), el aluminio y los metales de transición del grupo III (Sc, Y, La). Un segundo factor es la naturaleza del centro del ion.
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8 Los cationes “suaves” incluyen, además de aquellos con la estructura exterior s 2 p 6 d 10, a los que tienen cuando menos un electrón d, pero menos de diez, en el nivel energético principal más exterior ocupado. Los cationes “suaves” tienen una fuerza polarizadora mayor que los cationes duros y por eso interaccionan más fuertemente con el medio.
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9 Los cationes “suaves” se forman con la mayoría de los metales de transición y de los postransicionales. En la siguiente tabla se enlistan los potenciales iónicos de algunos cationes de cada tipo.
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11 El grado de interacción de los iones representativos “duros” con un anión común aumenta regularmente al aumentar el potencial iónico. Por ejemplo en la serie: CsCl, MgCl 2, AlCl 3, SiCl 4 Los enlaces se vuelven progresivamente más covalentes, hasta el grado de que los formados por iones hipotéticos tales como Si 4+, Cr 6+ y Mn 7+ son mas bien considerados como esencialmente covalentes.
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12 Comportamiento de cationes monoatómicos en solución acuosa La reacción principal de los cationes con el agua como disolvente es la reacción de hidratación. Sin embargo, puede ocurrir otra reacción llamada hidrólisis, en la cual se eliminan protones de los cationes hidratados. M(OH 2 ) x n+ + H 2 O M(OH 2 ) x-1 (OH) (n-1)+ + H 3 O +
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13 Como ejemplo se muestra la reacción de hidrólisis del ion hidratado del aluminio: La constante de hidrólisis para esta reación es particular es de 1.4 x 10 -5, lo que indica que el ion hidratado del aluminio es un ácido aproximadamente tan fuerte como el ácido acético.
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14 EL equilibrio anterior puede ser desplazado hacia la derecha por la adición de una base, lo que conduce a la precipitación de hidróxido de aluminio hidratado. El alcance de la reacción de hidrólisis es una función del potencial iónico del ion metálico. Mientras mayor sea la densidad de la carga positiva sobre el ion metálico, más se desplazará la densidad electrónica del enlace M-O hacia el metal.
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15 Podemos diferenciar tres tipos de comportamiento en solución básica, según sea el potencial iónico: 1.Los iones con potencial iónico bajo no son afectados por la adición de una base. 2.Los iones de potencial iónico más elevado precipitan como hidróxidos y óxidos cuando se neutraliza el ácido que se forma en la hidrólisis: 3.Los hidróxidos hidratados de algunos iones pueden perder más protónes cuando se añade un exceso de base.
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16 Los hidróxidos y óxidos que se disuelven en solución ácida para formar los cationes hidratados en solución básica para formar aniones, se llaman anfóteros. La tabla siguiente enumera los hidróxidos de metales comunes que son anfóteros.
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17 Formación de cationes monoatómicos Los cationes monoatómicos se pueden preparar aplicando diferentes agentes oxidantes a los metales a partir de los cuales se derivan. Las reacciones se pueden dividir convenientemente en tres categorías generales: combinación, sustitución y de oxidación con oxianiones. Como se comento en la descripción de la reacción de combinación, el oxígeno y los halógenos son capaces de oxidar casi a todos los elementos metales:
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18 Los óxidos formados según la ecuación se pueden disolver en las soluciones de los ácidos indicados para obtener sales.
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19 Las reaciones de sustitución son, en general, un método útil para oxidar metales activos. El hidrógeno y los iones de los metales inactivos sirven como agentes oxidantes. Una serie electromotriz es una guía útil para las posibles reacciones de sustitución.
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21 El tercer tipo de reacción general, por medio de la cual se pueden formar cationes, es la oxidació de metales por medio de oxianiones. Un reacivo ampliamente utilizado es el ion NO 3 -, ya que los productos de la reacción son óxidos de nitrógeno volátiles.
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22 Unos cuantos metales inactivos resisten la oxidación del ácido nítrico, aún en solución concentrada. De estos metales, los más comunes son el oro y el platino. Para estos metales se usa una mezcla de tres partes de HCl concentrado con una parte de HNO 3 concentrado. Esta mezcla es conocida como “agua regia”
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