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

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

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

3 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)

4 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.

5 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.

6 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:

7 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:

8 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.

9 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.

10 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.

11 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 = [Zn] = 1s22s22p63s23p63d104s2 según regla 1: (1s)2, (2s, 2p)8, (3s, 3p)8, (3d)10, (4s)2 Z* para un e- 4s: A = 0.35x x x 10 = 25.65 Z* = = 4.35 Z* para un e-3s: A = 0.35 x x x 2 = 11.25 Z* = 30 – = 18.75

12 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.

13 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 x 18 = 21.15 Z* = 30 – = 8.85

14 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:

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

16 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.

17 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.

18 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.

19 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.

20 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.

21 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.

22 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.

23 . 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 Na+ Mg2+ Al3+ grupos 15, 16 y N3- O2- F-

24 . 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.

25 . 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]4f75d16s Gd3+ = [Xe]4f7

26 . 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)]-

27 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

28 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)

29 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.

30 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

31 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).

32 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.

33 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

34 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)

35 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 x = número de electrones

36 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).

37 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.

38 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.

39 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)

40 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 = posibles MS = (2L + 1)(2S + 1) = 5 x 1 = 5 microestados: (2 ,0 ) (1 ,0) (0,0) (-1 ,0) (-2 ,0 ) término: 1D valor ML = posibles MS = 1, 0, (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 = posibles MS = (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_

41 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:

42 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)

43 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 = 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.

44 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:

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