35 metales de transicion i 13 06 05
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quimica general e inorganica facultad de farmacia y bioquimica (uba)TRANSCRIPT
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Metales de transición I
Química General e InorgánicaClase 35
13 de junio de 2005Dr. Pablo Evelson
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Metales de transición
30Zn
48Cd
80Hg
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Lantánidos
Actínidos
Metales de transición
bloque f
bloque dbloque s bloque p
Grupo
Per
íod
oMetales de transición (II)
Los metales de transición deben su ubicación al llenado de electrones d.
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Escandio Titanio Vanadio
Cromo Manganeso Hierro
Cobalto Níquel Cobre
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Propiedades de los metales de transición
Casi todos los iones de los metales de transición poseen el subnivel d parcialmente ocupado.
La existencia de estos electrones d es, en parte, la razón de varias características de los metales de transición:
• Suelen exhibir más de un número de oxidación estable.• Muchos de sus compuestos son coloreados.• Los metales de transición y sus compuestos poseen propiedades magnéticas.
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Configuración electrónica
Sc: [Ar] 4s2 3d1 Fe: [Ar] 4s2 3d6
Ti: [Ar] 4s2 3d2 Co: [Ar] 4s2 3d7
V: [Ar] 4s2 3d3 Ni: [Ar] 4s2 3d8
Cr: [Ar] 4s1 3d5 Cu: [Ar] 4s1 3d10
Mn: [Ar] 4s2 3d5 Zn: [Ar] 4s2 3d10
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Iones de metales de transición
Al formar iones, los metales de transición pierden primero los electrones s de la capa
de valencia y luego tantos electrones d como sean necesarios para alcanzar la carga del
ion.
Por ejemplo:Fe: [Ar] 4s2 3d6
Fe2+: [Ar] 3d6
Fe3+: [Ar] 3d5
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Los radios decrecen del Sc al Ni debido al
aumento de carga nuclear y al poco
efecto apantallante de los electrones d.
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Grupo
Per
íod
o
Radio atómicos de los metales de transición
Los radios de los átomos de los períodos 5 y 6 son parecidos como resultado de la contracción lantánida.
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Elemento
En
erg
ía d
e io
niz
ac
ión
(k
J/m
ol)
Primera
Segunda
Tercera
Energías de ionización
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Números de oxidación
•Los metales del grupo 3 sólo presentan el número de oxidación +3 y el Zinc sólo presenta el número de oxidación +2.
•Los otros metales presentan distintos números de oxidación.
• El estado de oxidación +2, que es el más común, se debe a la pérdida de sus 2 electrones 4s externos.
•Los estados de oxidación sucesivos se deben a pérdidas sucesivas de electrones d.
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Números de oxidación de la primera serie de los metales de transición
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Números de oxidación de los metales de transición
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Número de oxidación (II)
• Del Sc al Mn el número de oxidación aumenta de +3 a +7 para igualar en cada caso el número de electrones 4s más 3d del átomo.
Manganeso ([Ar] 4s2 3d5): 2 + 5 = 7
• A medida que nos movemos más allá del manganeso, el número de oxidación disminuye.
• En general, los números de oxidación máximos se encuentran sólo cuando los metales están combinados con los elementos más electronegativos (O, F y Cl).
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Ion permanganato
•El anión permanganato es un agente oxidante fuerte en solución ácida:
MnO4-(ac) + 8 H+(ac) + 5e- Mn2+(ac) + 4 H2O(l)
Eº = +1,51 V
• El poder oxidante depende de la acidez del medio.
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Número de oxidación +1
•Los compuestos de Cu+, Ag+, Au+ y Hg22+ son los
únicos en los que el número de oxidación +1 es importante.
•El mercurio(I) iónico posee un estructura de dímero.
El dímero sufre una dismutación:
Hg22+(ac) Hg (l) + Hg2+(ac)
Keq = 6 x 10-3
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Propiedades ácido base de los óxidos
• La mayoría de los óxidos de los metales de transición son básicos.
• Sin embargo, los óxidos de un determinado elemento muestran una tendencia hacia el carácter ácido al aumentar el número de oxidación.
•Por ejemplo:CrO +2 BásicoCr2O3 +3 Anfótero
CrO3 +6 Ácido
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Cromo
• Como otros elementos del grupo 6, forma oxoaniones en donde el número de oxidación del ion metálico central es +6.
• Algunos forman complejos polinucleares. Para el cromo, el más importante es el ion dicromato Cr2O7
2-, que se
obtiene al acidificar una solución de cromato:
2 CrO4-(ac) + 2 H+(ac) Cr2O7
2-(ac) + H2O(l)
• El Cr2O72- se reduce fácilmente en ácido y es un agente
oxidante fuerte:
Cr2O72-(ac) + 14 H+(ac) + 6e- 2 Cr3+(ac) + 7 H2O(l)
Eº = +1,33 V
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Propiedades magnéticas:Ferromagnetismo
Los electrones de átomos vecinos pueden alinearse unos respecto otros.
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Colores de los metales de transición
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Compuestos de coordinación
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Compuestos de coordinación
Las especies como el ion [Ag(NH3)2]+, que son
conjuntos de un ion metálico central unido a un grupo de moléculas o iones que lo rodean se llaman complejos (si tiene carga electríca neta se lo designa ion complejo).
Los compuestos que poseen iones complejos se conocen como compuestos de coordinación.
Aunque los metales de transición sobresalen en la formación de compuestos de coordinación, otros metales también los pueden formar.
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Ligandos
Las moléculas o iones que rodean el ion metálico se denominan ligandos.
Los ligandos son normalmente aniones o moléculas polares. Tienen al menos un par no compartido de electrones de valencia.
:C N:-
:
O H:
H
N H:
H
H
:-
:
Cl:
:
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Interacción ligando-ion central
Los iones metálicos tienen orbitales de valencia vacíos pueden actuar como ácidos de Lewis (aceptores de pares de electrones). Los ligandos tienen pares de electrones no compartidos y actúan como bases de Lewis.
+
N H:
H
H
Ag+(ac) + 2 H N:
H
H
N H:
H
H
Ag
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Ligando UniónÁtomocentral
Esfera decoordinación
Esfera de coordinación
Al formar el complejo, los ligandos se coordinan al
metal.
Ejemplo: Ni[(NH3)6]2+
Ni[(NH3)6]SO4Catión Anión
Compuesto de coordinación
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Anión sulfato en la esfera de coordinación
Anión bromuro en la esfera de coordinación
Contraion Contraion
Contraiones
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Propiedades de los iones complejos
• La formación de complejos puede modificar las propiedades de los iones metálicos, como sus facilidad para oxidarse o reducirse. Por ejemplo:
Ag+(ac) + e- Ag(s) Eº = +0,799 V
En cambio, el ion [Ag(CN)2]- no se reduce con tanta
facilidad porque la coordinación con los iones CN- estabiliza la plata +1.
[Ag(CN)2]- (ac) + e- Ag(s) + 2 CN- Eº = - 0,31 V
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Carga y número de coordinación
[Ni(NH3)6]SO4
Ligando
Contraion
El número de átomos unidos a un metal se conoce como número de coordinación.
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2 Lineal Ag(NH3)2+
4 Tetraédrica [Zn(CN)4]2-
Geometría Ejemplo
4 Plana cuadrada [Ni(CN)4]2-
6 Octaédrica [Fe(H2O)6]3+
Número de coordinación
Número de coordinación
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• El número de coordinación suele estar influido por el tamaño relativo del ion metálico y de los ligandos.
Ejemplo: [FeF6]3- y [FeCl4]-
• Los ligandos que transfieren una carga negativa considerable producen números de coordinación más bajos.
Ejemplo: [Ni(NH3)6]2+ y [Ni(CN)4]2-
Número de coordinación (II)
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Ligando UniónÁtomocentral
Esfera decoordinación
Complejo octaédrico Complejo tetraédricoComplejo
plano cuadrado
Esfera de coordinación
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Dos representaciones de un octaedro
LigandoIon central
Complejos octaédricos
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• Los ligandos que poseen un solo átomo donador se
denominan ligandos monodentados (Cl-, NH3).
• Ciertos ligandos poseen más de un átomo donador que se pueden coordinar a un ion metálico y pueden ocupar más de un sitio de coordinación. Se denominan ligandos polidentados.
Tipos de ligandos
CH2 CH2
NH2H2N
: :
Etilendiamina
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Quelantes
A los ligandos polidentados se los denomina agentes
quelantes.
En general, los agentes quelantes
forman complejos más estables que los
ligandos monodentados afines.
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Quelantes
Complejo [Pb(EDTA)]2-
Los agentes quelantes como el EDTA se emplean tanto en
productos de consumo (alimentos) o
en medicina para eliminar iones
metálicos perjudiciales para la
salud.
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• Atkins P.W, Jones L. Química . 3ra edición. Ed Omega. 1999.
Capítulo 21.• Chang R. Química. Ed. MacGraw Hill.1998. Capítulo 22.
Consultas: [email protected] (Pablo Evelson)
Bibliografía