Química Inorgánica Bloque d 1. BLOQUE d

Transcripción

1 Química Inorgánica Bloque d 1 BLOQUE d Los elementos del bloque d están ubicados entre los grupos 2 y 13 de la tabla periódica y se los suele llamar metales de transición. elemento de transición: es un elemento que contiene el subnivel d incompleto, ya sea un átomo neutro o sus iones. De acuerdo a esta definición los elementos del grupo 12 (Zn, Cd y Hg) pertenecen al bloque d, pero no son elementos de transición. Se estudiarán las tendencias sistemáticas a lo largo del bloque y las tendencias de las propiedades a lo largo del grupo. En general, las filas del bloque d se denominan series: serie 3d: la primera fila (período 4) serie 4d: es la segunda fila (período 5) serie 5d: es la tercera fila (período 6), donde aparecen el bloque f serie 6d: es la cuarta fila (período 7), elementos radiactivos Abundancia y obtención Los elementos de la izquierda del bloque (más electropositivos, duros) existen en la naturaleza como óxidos, de estos elementos el Ti es el más difícil de reducir y hasta el desarrollo de técnicas electroquímicas apropiadas se obtenía usando agentes reductores fuertes como el sodio o magnesio. Los óxidos de Cr, Mn y Fe se reducen con C, por lo cual han sido más baratos. A la derecha de la serie 3d el Co, Ni y Cu existen como sulfuros y arseniuros, lo cual concuerda con el aumento del carácter ácido blando de los cationes hacia la derecha de la serie. Es difícil reducir a los metales 4d y 5d molibdeno y tungsteno, lo que refleja la estabilidad de los estados de oxidación altos para estos elementos. Los metales del platino (Ru y Os, Rh y Ir, y Pd y Pt) se encuentran en el extremo derecho inferior del bloque d y existen como sulfuros y arseniuros, usualmente asociados con grandes cantidades de Cu, Ni y Co. En la tabla siguiente se presentan las fuentes minerales y los métodos de recuperación de algunos metales del bloque d de importancia comercial.

2 Química Inorgánica Bloque d 2 Propiedades Sus propiedades derivan principalmente de la naturaleza del enlace metálico que mantiene unido a los átomos. Se forman bandas: s : por el traslape de los orbitales (n + 1) s d: por traslape de orbitales nd La diferencia principal en las propiedades se debe al número de electrones disponibles que pueden ocupar estas bandas. Por ejemplo, el Ti tiene 4 electrones de enlace, que ocupan la región más baja de la banda de valencia (de carácter enlazante), mientras que los electrones del Mn, en el grupo 7, comienzan a ocupar la banda superior (de carácter antienlazante). son todos metales electropositivos con altas conductividades térmicas y eléctricas. maleables y dúctiles, presentando un característico lustre metálico. en el grupo 6 se alcanzan los enlaces metálicos más fuertes. los elementos de la serie 5d presentan anomalías debido a la contracción lantánida. los puntos de fusión aumentan hasta llegar al Mn y luego comienzan a disminuir en la serie 3d.

3 Química Inorgánica Bloque d 3 las mayores entalpías de sublimación se observan en medio de las series 4d y 5d. el radio iónico decrece a la derecha. los radios atómicos de la series 4d y 5d son similares debido al efecto de los lantánidos. las densidades aumentan con el número atómico en la serie y en el grupo, hasta el Ir que es el metal más denso (δ= 22,65 g cm -3 ). tienen propiedades químicas muy ricas, por su gran variedad de estados de oxidación y por su habilidad para formar complejos y compuestos organometálicos Para los elementos de la primera serie del bloque d, se destacan las siguientes tendencias en los estados de oxidación: en la primera serie el primer elemento (Sc) y el último (Zn) forman un único catión. todos los elementos pueden formar compuestos con N.O +3 (salvo el Cu). todos los elementos poseen número de oxidación +2 (excepto el Sc). en solución acuosa el ion M 2+ se ve estabilizado hacia la derecha de los metales 3d y los estados de oxidación mayores se estabilizan descendiendo por los grupos 4 al 8.

4 Química Inorgánica Bloque d 4 contrariamente a lo que sucede con la serie 3d, los metales de las series 4d y 5d rara vez forman iones M 2+ (ac) simples sino que forman muchos complejos M(II). al descender en el grupo el estado de oxidación más alto se hace más estable. la facilidad con la que se puede oxidar un metal no se correlaciona con el máximo estado de oxidación disponible. los elementos de las series 4d y 5d presentan números de coordinación mayores (NC: 7, 8 ó 9) que los de la serie 3d. los compuestos con elementos en altos estados de oxidación tienden a ser covalentes. los elementos del bloque d tienen habilidad para actuar como catalizadores en procesos de interés industrial, químico y bioquímico. los metales que están a la derecha en el bloque d (con excepción del grupo 12) son resistentes a la oxidación carácter noble (por el fuerte enlace entre los átomos metálicos y las altas energías de ionización): metales del platino y metales de acuñar (Cu, Ag y Au). el agua regia se emplea para oxidar los metales nobles (los iones NO 3 - actúan como agentes oxidantes y los Cl - como agentes complejantes), por ejemplo para el Au: Agua regia: HCl:HNO 3 (3:1)

5 Química Inorgánica Bloque d 5 Compuestos más importantes forman halogenuros binarios, en la mayoría de sus estados de oxidación: monohalogenuros: sólo los elementos del grupo 11 (Cu, Ag y Au), insolubles. dihalogenuros: sólidos iónicos que se disuelven en agua para dar M 2+, solubles en agua. halogenuros superiores: con estado de oxidación elevado aumenta el carácter covalente. con oxígeno forman óxidos metálicos con estructuras variadas (iónicas y covalentes) y oxocomplejos. en sus estados de oxidación más altos los metales de los grupos 5 y 6 forman polioxometalatos (oxoaniones que contienen más de un átomo metálico, por ejemplo anión dicromato, Cr 2 O 7 2- ), la estructura de los iones polioxometalatos se suele representar como un poliedro, en el centro del cual se encuentra el átomo metálico, por ejemplo para estructuras tipo M 6 O 19 (en [Ta 6 O 19 ] 8- o [Mo 6 O 19 ] 2- ): forman sulfuros metálicos, los monosulfuros son más comunes para la serie 3d, mientras que los metales de las series 4d y 5d forman disulfuros en los que los iones metálicos y los iones sulfuro se alternan en capas. forman compuestos con enlaces M-M (ejemplo Re Re en [Re 2 Cl 8 ] 2- ) algunos forman compuestos tipo cluster, por ejemplo ReCl 3 que consta de clusters de Re 3 Cl 9 :

6 Química Inorgánica Bloque d 6 Grupo 12 Los elementos Zn, Cd y Hg si bien pertenecen al bloque d no son considerados metales de transición. Obtención Propiedades el Zn y el Cd son metales blancos, lustrosos que se empañan al aire, el Hg es un líquido brillante y volátil. forman cationes M 2+, pero por la presencia de la capa d llena no presentan semejanza con los elementos del grupo 2. Zn y Cd reaccionan con ácidos no oxidantes liberando H 2, el Hg es inerte. Zn se disuelve en bases fuertes. reaccionan con halógenos y otros no metales. Zn y Cd reaccionan con oxígeno en caliente dando MO. Hg reacciona reversiblemente con O 2 : Zn y Cd forman aleaciones y el Hg amalgamas con Na y K. 2+ forman iones monovalentes del tipo M 2, con enlace M-M, cuya estabilidad aumenta con z. el Hg(I) es relativamente estable frente a la desproporción: