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Metal de transición

Los metales de transición son aquellos elementos químicos que están situados en la parte central del sistema periódico, en el bloque D, cuya principal característica es la inclusión en su configuración electrónica del orbital D, parcialmente lleno de electrones. Esta definición se puede ampliar considerando como elementos de transición a aquellos que poseen electrones alojados en el orbital d, esto incluiría a zinc, cadmio, y mercurio. La IUPAC define un metal de transición como "un elemento cuyo átomo tiene una subcapa d ( subnivel de energía) incompleta o que puede dar lugar a cationes".[1]

Son metales de transición, ya que tienen una configuración d10. Solo se forman unas pocas especies transitorias de estos elementos que dan lugar a iones con una subcapa d parcialmente completa. Por ejemplo mercurio (I) solo se encuentra como Hg22+, el cual no forma un ion aislado con una subcapa parcialmente llena, por lo que los tres elementos son inconsistentes con la definición anterior.[2]​ Estos forman iones con estado de oxidación 2+, pero conservan la configuración 4d10. El elemento 112 podría también ser excluido aunque sus propiedades de oxidación no son observadas debido a su naturaleza radioactiva. Esta definición corresponde a los grupos 3 a 12 de la tabla periódica.

Según la definición más amplia los metales de transición son los cuarenta elementos químicos, del 21 al 30, del 39 al 48, del 71 al 80 y del 103 al 112. El nombre de "transición" proviene de una característica que presentan estos elementos de poder ser estables por sí mismos sin necesidad de una reacción con otro elemento. Cuando a su última capa de valencia le faltan electrones para estar completa, los extrae de capas internas. Con eso es estable, pero le faltarían electrones en la capa donde los extrajo, así que los completa con otros electrones propios de otra capa. Y así sucesivamente; este fenómeno se le llama "Transición electrónica". Esto también tiene que ver con que estos elementos sean tan estables y difíciles de hacer reaccionar con otros. La definición más amplia es la que tradicionalmente se ha utilizado. Sin embargo muchas propiedades interesantes de los elementos de transición como grupo son el resultado de su subcapa d parcialmente completa. Las tendencias periódicas del bloque d son menos predominantes que en el resto de la tabla periódica. A través de esta la valencia no cambia porque los electrones adicionados al átomo van a capas internas.[3]

Definiciones

  • La definición de la IUPAC[4]​ define un metal de transición como "un elemento cuyo átomo tiene una subcapa d parcialmente llena , o que puede dar lugar a cationes con una subcapa d incompleta ".
  • Muchos científicos describen un "metal de transición" como cualquier elemento en el bloque d de la tabla periódica , que incluye los grupos 3 a 12 en la tabla periódica.[5][6]​ En la práctica real, las series de actínidos y lantánidos del bloque f también se consideran metales de transición y se denominan "metales de transición internos".
  • Cotton y Wilkinson[7]​ amplían la breve definición de la IUPAC (véase más arriba) especificando qué elementos se incluyen. Además de los elementos de los grupos 4 a 11, añaden escandio e itrio en el grupo 3, que tienen una subcapa d parcialmente llena en estado metálico . El lantano y el actinio, que consideran elementos del grupo 3, se clasifican sin embargo como lantánidos y actínidos respectivamente.
  • El químico inglés Charles Rugeley Bury (1890–1968) utilizó por primera vez la palabra transición en este contexto en 1921, cuando se refirió a una serie de transición de elementos durante el cambio de una capa interna de electrones (por ejemplo, n = 3 en la cuarta fila de electrones). la tabla periódica) de un grupo estable de 8 a uno de 18, o de 18 a 32.[8][9][10]​ Estos elementos ahora se conocen como el bloque d.

Elementos

Grupo 3 (III B) 4 (IV B) 5 (V B) 6 (VI B) 7 (VII B) 8 (VIII B) 9 (VIII B) 10 (VIII B) 11 (I B) 12 (II B)
Periodo 4 Sc 21 Ti 22 V 23 Cr 24 Mn 25 Fe 26 Co 27 Ni 28 Cu 29 Zn 30
Periodo 5 Y 39 Zr 40 Nb 41 Mo 42 Tc 43 Ru 44 Rh 45 Pd 46 Ag 47 Cd 48
Periodo 6 Lu 71 Hf 72 Ta 73 W 74 Re 75 Os 76 Ir 77 Pt 78 Au 79 Hg 80
Periodo 7 Lr 103 Rf 104 Db 105 Sg 106 Bh 107 Hs 108 Mt 109 Ds 110 Rg 111 Cn 112

Los elementos de los grupos 4 a 11 se reconocen generalmente como metales de transición, justificados por su química típica, es decir, una amplia gama de iones complejos en varios estados de oxidación, complejos coloreados y propiedades catalíticas como elemento o como iones (o ambos). Sc e Y en el grupo 3 también se reconocen generalmente como metales de transición. Sin embargo, los elementos La–Lu y Ac–Lr y el grupo 12 atraen diferentes definiciones de diferentes autores.

Muchos libros de texto de química y tablas periódicas impresas clasifican a La y Ac como elementos del grupo 3 y metales de transición, ya que sus configuraciones de estado fundamental atómico son s2d1 como Sc e Y. Los elementos Ce–Lu se consideran como la serie " lantánida " ( o "lantanoide" según la IUPAC) y Th–Lr como la serie " actínida ".[11][12]​ Las dos series juntas se clasifican como elementos de bloque f o (en fuentes más antiguas) como "elementos de transición interna". Sin embargo, esto da como resultado una división del bloque d en dos porciones bastante desiguales.[13]

Algunos libros de texto de química inorgánica incluyen «La» con los lantánidos y Ac con los actínidos.[7][14][15]​ Esta clasificación se basa en similitudes en el comportamiento químico (aunque esta similitud en su mayoría solo existe entre los lantánidos) y define 15 elementos en cada una de las dos series, aunque corresponden al relleno de un f subcapa, que solo puede contener 14 electrones.[16]

Una tercera clasificación define los elementos del bloque f como La–Yb y Ac–No, mientras que coloca a Lu y Lr en el grupo 3.[17]​ Esto se basa en el principio de Aufbau (o regla de Madelung) para llenar subcapas de electrones, en el cual 4f se llena antes que 5d (y 5f antes que 6d), de modo que la subcapa f está realmente llena en Yb (y No), mientras que Lu tiene una configuración [ ]s2f14d1. (Lr es una excepción donde el electrón d se reemplaza por un electrón p, pero la diferencia de energía es lo suficientemente pequeña como para que en un entorno químico a menudo muestre ocupación d de todos modos). La y Ac son, desde este punto de vista, simplemente considerados excepciones al principio de Aufbau con configuración electrónica [ ]s2f14d1 como predice el principio de Aufbau).[18]​ Los estados excitados del átomo libre y del ion pueden convertirse en el estado fundamental en entornos químicos, lo que justifica esta interpretación; La y Ac tienen subcapas bajas vacías f que se llenan en Lu y Lr, por lo que la excitación de los orbitales f es posible en La y Ac, pero no en Lu o Lr. Esto justifica la idea de que La y Ac simplemente tienen configuraciones irregulares (similares a Th as s 2 d 2 ), y que son el verdadero comienzo del bloque f.[19]

Como la tercera forma es la única forma que permite simultáneamente (1) la preservación de la secuencia de números atómicos crecientes, (2) un bloque f de 14 elementos de ancho y (3) evitar la división en el bloque d, ha sido sugerido por un informe preliminar de la IUPAC de 2021 como la forma preferida.[20]​ Los físicos soviéticos Lev Landau y Evgeny Lifshitz sugirieron por primera vez en 1948 esta modificación, que trata a Lu como un elemento de transición en lugar de como un elemento de transición interno.[21]​ Después de esto, fue sugerida por muchos otros físicos y químicos, y fue generalmente la clasificación adoptada por aquellos que consideraron el tema,[21]​ pero los libros de texto generalmente se retrasaron en adoptarla.[22]


El zinc , el cadmio y el mercurio a veces se excluyen de los metales de transición,[8]​ ya que tienen la configuración electrónica [ ]d10s2, sin capa d incompleta.[23]​ En el estado de oxidación +2, los iones tienen la configuración electrónica [ ]…d10. Aunque estos elementos pueden existir en otros estados de oxidación, incluido el estado de oxidación +1, como en el ion diatómico Hg2+
2
, todavía tienen una capa d completa en estos estados de oxidación. Los elementos del grupo 12 Zn, Cd y Hg pueden, por lo tanto, bajo ciertos criterios, ser clasificados como metales de post-transición en este caso. Sin embargo, a menudo es conveniente incluir estos elementos en una discusión sobre los elementos de transición. Por ejemplo, cuando se analiza la energía de estabilización del campo cristalino de los elementos de transición de la primera fila, es conveniente incluir también los elementos calcio y zinc, ya que ambos Ca2+
y Zn2+
tienen un valor de cero, contra el cual se puede comparar el valor de otros iones de metales de transición. Otro ejemplo ocurre en la serie Irving-Williams de constantes de estabilidad de complejos.

La síntesis reciente (aunque discutida y hasta ahora no reproducida de forma independiente) de fluoruro de mercurio (IV) (HgF
4
) ha sido tomado por algunos para reforzar la opinión de que los elementos del grupo 12 deben considerarse metales de transición,[24]​ pero algunos autores aún consideran que este compuesto es excepcional.[25]​ Se espera que Copernicium pueda usar sus electrones d para la química, ya que su subcapa 6d está desestabilizada por fuertes efectos relativistas debido a su número atómico muy alto y, como tal, se espera que tenga un comportamiento similar al de un metal de transición. cuando muestra estados de oxidación más altos que +2 (que no son definitivamente conocidos para los elementos más ligeros del grupo 12).

Aunque el meitnerio, el darmstadtio y el roentgenio se encuentran dentro del bloque d y se espera que se comporten como metales de transición de manera análoga a sus congéneres más ligeros como el iridio, el platino y el oro, esto aún no se ha confirmado experimentalmente. No está claro si el copernicio se comporta más como el mercurio o tiene propiedades más similares a las del gas noble radón.

Propiedades

Casi todos los elementos son metales típicos, de elevada dureza, con puntos de fusión y ebullición altos, buenos conductores tanto del calor como de la electricidad. Muchas de las propiedades de los metales de transición se deben a la capacidad de los electrones del orbital d de localizarse dentro de la red metálica. En metales, cuantos más electrones compartan un núcleo, más fuerte es el metal. Poseen una gran versatilidad de estados de oxidación, pudiendo alcanzar una carga positiva tan alta como la de su grupo, e incluso en ocasiones negativa (Como en algunos complejos de coordinación).

  • Sus combinaciones son fuertemente coloreadas y paramagnéticas.
  • Sus potenciales normales suelen ser menos negativos que el de los metales representativos, estando entre ellos los llamados metales nobles.
  • Pueden formar aleaciones entre ellos.
  • Son en general buenos catalizadores.
  • Son sólidos a temperatura ambiente (excepto el mercurio)
  • Forman complejos iónicos.

Estados de oxidación variables

A diferencia de los metales de los grupos 1 y 2, los iones de los elementos de transición pueden tener múltiples estados de oxidación estables ya que pueden perder electrones d sin un gran sacrificio energético. El manganeso, por ejemplo tiene dos electrones 4s y cinco 3d que pueden ser eliminados. La pérdida de todos estos electrones lleva a un estado de oxidación +7. El osmio y el rutenio se encuentran comúnmente solos en un estado de oxidación +8 muy estable el cual es uno de los más elevados para compuestos aislados.

 

Ciertos patrones en los estados de oxidación surgen a través de los periodos de los elementos de transición:

  • El número de estados de oxidación aumenta para cada ion hasta el Mn, a partir del cual comienza a disminuir. Los últimos metales de transición tienen una mayor atracción entre protones y electrones (ya que hay más de cada uno presentes), lo que requeriría más energía para eliminar los electrones.
  • Cuando los elementos están en estados de oxidación bajos, se pueden encontrar como iones simples. Sin embargo, los metales de transición en estados de oxidación elevados se encuentran generalmente unidos covalentemente a elementos electronegativos como oxígeno o flúor formando iones poliatómicos como el cromato, vanadato, o permanganato.

Otras propiedades con respecto a la estabilidad de los estados de oxidación:

  • Iones en elevados estados de oxidación tienden a ser buenos agentes oxidantes, mientras que elementos en bajos estados de oxidación tienden a ser buenos agentes reductores.
  • Iones 2+ a través del periodo comienzan como fuertes reductores y se vuelven más estables.
  • Iones 3+ comienzan estables y se vuelven más oxidantes a través del periodo.

Actividad catalítica

Los metales de transición forman buenos catalizadores homogéneos y heterogéneos, por ejemplo el hierro es el catalizador para el proceso de Haber y tanto el níquel como el platino son utilizados para la hidrogenación de alquenos. Esto es porque son capaces de reaccionar bajo numerosos estados de oxidación y como consecuencia de ello formar nuevos compuestos proveyendo una ruta de reacción alternativa con una energía de activación más baja.

Compuestos coloreados

 
De izquierda a derecha, solución acuosa de: Co(NO3)2 (rojo); K2Cr2O7 (anaranjado); K2CrO4 (amarillo); NiCl2 (verde); CuSO4 (azul); KMnO4 (violeta).

Debido a su estructura, los metales de transición forman muchos iones y complejos coloreados. Los colores pueden cambiar entre diferentes iones de un mismo elemento. Por ejemplo el MnO4 (Mn en el estado de oxidación 7+) es un compuesto violeta, mientras que Mn2+ es rosado pálido.

La coordinación por ligandos puede jugar su parte en determinar el color en un compuesto de transición debido a cambios en la energía de los orbitales d. Los ligandos eliminan la degeneración de los orbitales y los dividen en grupos de alta y baja energía. La diferencia de energía entre los orbitales de alta y baja energía determinará el color de la luz que es absorbida, ya que la radiación electromagnética se absorbe si tiene una energía que se corresponda con esta diferencia. Cuando un ion con ligandos absorbe luz algunos electrones son promovidos a un orbital de mayor energía. Si la luz absorbida es de diferente frecuencia, se observan diferentes colores.

El color de un complejo depende de:

  • la naturaleza del ion metálico, particularmente el número de electrones en los orbitales d
  • el orden de los ligandos alrededor del ion metálico (por ejemplo, diferentes isómeros geométricos pueden mostrar diferentes colores)
  • la naturaleza de los ligandos rodeando al ion metálico. Si los ligandos son más fuertes, es mayor la diferencia de energía entre los grupos 3d.

El complejo formado por el elemento zinc del bloque d (aunque no es estrictamente un elemento de transición) es incoloro, porque los orbitales 3d están completos y los electrones no son capaces de desplazarse al grupo superior.

Véase también

Referencias

  1. , IUPAC Compendium of Chemical Terminology
  2. Cotton, F. Albert; Wilkinson, G.; Murillo, C. A. (1999). Advanced Inorganic Chemistry (6th ed.). New York: Wiley. ISBN 0-471-19957-5
  3. Matsumoto, Paul S. Trends in Ionization Energy of Transition-Metal Elements el 8 de julio de 2007 en Wayback Machine. J. Chem. Educ. 2005 82, 1660.
  4. Unión Internacional de Química Pura y Aplicada. «transition element». Compendium of Chemical Terminology. Versión en línea (en inglés).
  5. Petrucci, Ralph H.; Harwood, William S.; Herring, F. Geoffrey (2002). General chemistry: principles and modern applications (8th edición). Upper Saddle River, N.J: Prentice Hall. pp. 341–342. ISBN 978-0-13-014329-7. LCCN 2001032331. OCLC 46872308. 
  6. Housecroft, C. E. and Sharpe, A. G. (2005) Inorganic Chemistry, 2nd ed, Pearson Prentice-Hall, pp. 20–21.
  7. Cotton, F. A. and Wilkinson, G. (1988) Inorganic Chemistry, 5th ed., Wiley, pp. 625–627. ISBN 978-0-471-84997-1.
  8. Jensen, William B. (2003). «The Place of Zinc, Cadmium, and Mercury in the Periodic Table». Journal of Chemical Education 80 (8): 952-961. Bibcode:2003JChEd..80..952J. doi:10.1021/ed080p952. 
  9. Bury, C. R. (1921). «Langmuir's theory of the arrangement of electrons in atoms and molecules». J. Am. Chem. Soc. 43 (7): 1602-1609. doi:10.1021/ja01440a023. 
  10. Bury, Charles Rugeley. Encyclopedia.com Complete dictionary of scientific biography (2008).
  11. Petrucci, Harwood y Herring, 2002, pp. 49–50, 951.
  12. Miessler, G. L. and Tarr, D. A. (1999) Inorganic Chemistry, 2nd edn, Prentice-Hall, p. 16. ISBN 978-0-13-841891-5.
  13. Scerri, Eric (2009). «Which Elements Belong in Group 3?». Journal of Chemical Education 86 (10): 1188. Bibcode:2009JChEd..86.1188S. doi:10.1021/ed086p1188. 
  14. Plantilla:Greenwood&Earnshaw
  15. Housecroft, C. E. and Sharpe, A. G. (2005) Inorganic Chemistry, 2nd ed., Pearson Prentice-Hall, p. 741.
  16. Scerri, Eric (18 January 2021). «Provisional Report on Discussions on Group 3 of the Periodic Table». Chemistry International 43 (1): 31-34. S2CID 231694898. doi:10.1515/ci-2021-0115. 
  17. William B. Jensen (1982). «The Positions of Lanthanum (Actinium) and Lutetium (Lawrencium) in the Periodic Table». J. Chem. Educ. 59 (8): 634-636. Bibcode:1982JChEd..59..634J. doi:10.1021/ed059p634. 
  18. Scerri, E. R. (2011) A Very Short Introduction to the Periodic Table, Oxford University Press.
  19. Jensen, W. B. (2015). . Archivado desde el original el 23 December 2015. Consultado el 20 September 2015. 
  20. L. D. Landau, E. M. Lifshitz (1958). Quantum Mechanics: Non-Relativistic Theory. Vol. 3 (1st edición). Pergamon Press. pp. 256-7. 
  21. Jensen, William B. (2015). «The positions of lanthanum (actinium) and lutetium (lawrencium) in the periodic table: an update». Foundations of Chemistry 17: 23-31. S2CID 98624395. doi:10.1007/s10698-015-9216-1. Consultado el 28 January 2021. 
  22. . IUPAC. 2015. Archivado desde el original el 5 July 2016. Consultado el 30 July 2016.  Parámetro desconocido |url-status= ignorado (ayuda)
  23. Cotton, F. Albert; Wilkinson, G.; Murillo, C. A. (1999). Advanced Inorganic Chemistry (6th ed.). New York: Wiley, ISBN 978-0-471-19957-1.
  24. Wang, Xuefang; Andrews, Lester; Riedel, Sebastian; Kaupp, Martin (2007). «Mercury Is a Transition Metal: The First Experimental Evidence for HgF4». Angew. Chem. Int. Ed. 46 (44): 8371-8375. PMID 17899620. doi:10.1002/anie.200703710. 
  25. Jensen, William B. (2008). «Is Mercury Now a Transition Element?». J. Chem. Educ. 85 (9): 1182-1183. Bibcode:2008JChEd..85.1182J. doi:10.1021/ed085p1182. 

Enlaces externos

  •   Wikcionario tiene definiciones y otra información sobre metal de transición.
  •   Datos: Q19588
  •   Multimedia: Transition metals

metal, transición, este, artículo, sección, tiene, referencias, pero, necesita, más, para, complementar, verificabilidad, este, aviso, puesto, enero, 2019, debe, confundirse, metaloide, metales, transición, aquellos, elementos, químicos, están, situados, parte. Este articulo o seccion tiene referencias pero necesita mas para complementar su verificabilidad Este aviso fue puesto el 25 de enero de 2019 No debe confundirse con metaloide Los metales de transicion son aquellos elementos quimicos que estan situados en la parte central del sistema periodico en el bloque D cuya principal caracteristica es la inclusion en su configuracion electronica del orbital D parcialmente lleno de electrones Esta definicion se puede ampliar considerando como elementos de transicion a aquellos que poseen electrones alojados en el orbital d esto incluiria a zinc cadmio y mercurio La IUPAC define un metal de transicion como un elemento cuyo atomo tiene una subcapa d subnivel de energia incompleta o que puede dar lugar a cationes 1 Son metales de transicion ya que tienen una configuracion d10 Solo se forman unas pocas especies transitorias de estos elementos que dan lugar a iones con una subcapa d parcialmente completa Por ejemplo mercurio I solo se encuentra como Hg22 el cual no forma un ion aislado con una subcapa parcialmente llena por lo que los tres elementos son inconsistentes con la definicion anterior 2 Estos forman iones con estado de oxidacion 2 pero conservan la configuracion 4d10 El elemento 112 podria tambien ser excluido aunque sus propiedades de oxidacion no son observadas debido a su naturaleza radioactiva Esta definicion corresponde a los grupos 3 a 12 de la tabla periodica Segun la definicion mas amplia los metales de transicion son los cuarenta elementos quimicos del 21 al 30 del 39 al 48 del 71 al 80 y del 103 al 112 El nombre de transicion proviene de una caracteristica que presentan estos elementos de poder ser estables por si mismos sin necesidad de una reaccion con otro elemento Cuando a su ultima capa de valencia le faltan electrones para estar completa los extrae de capas internas Con eso es estable pero le faltarian electrones en la capa donde los extrajo asi que los completa con otros electrones propios de otra capa Y asi sucesivamente este fenomeno se le llama Transicion electronica Esto tambien tiene que ver con que estos elementos sean tan estables y dificiles de hacer reaccionar con otros La definicion mas amplia es la que tradicionalmente se ha utilizado Sin embargo muchas propiedades interesantes de los elementos de transicion como grupo son el resultado de su subcapa d parcialmente completa Las tendencias periodicas del bloque d son menos predominantes que en el resto de la tabla periodica A traves de esta la valencia no cambia porque los electrones adicionados al atomo van a capas internas 3 Indice 1 Definiciones 2 Elementos 3 Propiedades 4 Estados de oxidacion variables 5 Actividad catalitica 6 Compuestos coloreados 7 Vease tambien 8 Referencias 9 Enlaces externosDefiniciones EditarLa definicion de la IUPAC 4 define un metal de transicion como un elemento cuyo atomo tiene una subcapa d parcialmente llena o que puede dar lugar a cationes con una subcapa d incompleta Muchos cientificos describen un metal de transicion como cualquier elemento en el bloque d de la tabla periodica que incluye los grupos 3 a 12 en la tabla periodica 5 6 En la practica real las series de actinidos y lantanidos del bloque f tambien se consideran metales de transicion y se denominan metales de transicion internos Cotton y Wilkinson 7 amplian la breve definicion de la IUPAC vease mas arriba especificando que elementos se incluyen Ademas de los elementos de los grupos 4 a 11 anaden escandio e itrio en el grupo 3 que tienen una subcapa d parcialmente llena en estado metalico El lantano y el actinio que consideran elementos del grupo 3 se clasifican sin embargo como lantanidos y actinidos respectivamente El quimico ingles Charles Rugeley Bury 1890 1968 utilizo por primera vez la palabra transicion en este contexto en 1921 cuando se refirio a una serie de transicion de elementos durante el cambio de una capa interna de electrones por ejemplo n 3 en la cuarta fila de electrones la tabla periodica de un grupo estable de 8 a uno de 18 o de 18 a 32 8 9 10 Estos elementos ahora se conocen como el bloque d Elementos EditarGrupo 3 III B 4 IV B 5 V B 6 VI B 7 VII B 8 VIII B 9 VIII B 10 VIII B 11 I B 12 II B Periodo 4 Sc 21 Ti 22 V 23 Cr 24 Mn 25 Fe 26 Co 27 Ni 28 Cu 29 Zn 30Periodo 5 Y 39 Zr 40 Nb 41 Mo 42 Tc 43 Ru 44 Rh 45 Pd 46 Ag 47 Cd 48Periodo 6 Lu 71 Hf 72 Ta 73 W 74 Re 75 Os 76 Ir 77 Pt 78 Au 79 Hg 80Periodo 7 Lr 103 Rf 104 Db 105 Sg 106 Bh 107 Hs 108 Mt 109 Ds 110 Rg 111 Cn 112Los elementos de los grupos 4 a 11 se reconocen generalmente como metales de transicion justificados por su quimica tipica es decir una amplia gama de iones complejos en varios estados de oxidacion complejos coloreados y propiedades cataliticas como elemento o como iones o ambos Sc e Y en el grupo 3 tambien se reconocen generalmente como metales de transicion Sin embargo los elementos La Lu y Ac Lr y el grupo 12 atraen diferentes definiciones de diferentes autores Muchos libros de texto de quimica y tablas periodicas impresas clasifican a La y Ac como elementos del grupo 3 y metales de transicion ya que sus configuraciones de estado fundamental atomico son s2d1 como Sc e Y Los elementos Ce Lu se consideran como la serie lantanida o lantanoide segun la IUPAC y Th Lr como la serie actinida 11 12 Las dos series juntas se clasifican como elementos de bloque f o en fuentes mas antiguas como elementos de transicion interna Sin embargo esto da como resultado una division del bloque d en dos porciones bastante desiguales 13 Algunos libros de texto de quimica inorganica incluyen La con los lantanidos y Ac con los actinidos 7 14 15 Esta clasificacion se basa en similitudes en el comportamiento quimico aunque esta similitud en su mayoria solo existe entre los lantanidos y define 15 elementos en cada una de las dos series aunque corresponden al relleno de un f subcapa que solo puede contener 14 electrones 16 Una tercera clasificacion define los elementos del bloque f como La Yb y Ac No mientras que coloca a Lu y Lr en el grupo 3 17 Esto se basa en el principio de Aufbau o regla de Madelung para llenar subcapas de electrones en el cual 4f se llena antes que 5d y 5f antes que 6d de modo que la subcapa f esta realmente llena en Yb y No mientras que Lu tiene una configuracion s2f14d1 Lr es una excepcion donde el electron d se reemplaza por un electron p pero la diferencia de energia es lo suficientemente pequena como para que en un entorno quimico a menudo muestre ocupacion d de todos modos La y Ac son desde este punto de vista simplemente considerados excepciones al principio de Aufbau con configuracion electronica s2f14d1 como predice el principio de Aufbau 18 Los estados excitados del atomo libre y del ion pueden convertirse en el estado fundamental en entornos quimicos lo que justifica esta interpretacion La y Ac tienen subcapas bajas vacias f que se llenan en Lu y Lr por lo que la excitacion de los orbitales f es posible en La y Ac pero no en Lu o Lr Esto justifica la idea de que La y Ac simplemente tienen configuraciones irregulares similares a Th as s 2 d 2 y que son el verdadero comienzo del bloque f 19 Como la tercera forma es la unica forma que permite simultaneamente 1 la preservacion de la secuencia de numeros atomicos crecientes 2 un bloque f de 14 elementos de ancho y 3 evitar la division en el bloque d ha sido sugerido por un informe preliminar de la IUPAC de 2021 como la forma preferida 20 Los fisicos sovieticos Lev Landau y Evgeny Lifshitz sugirieron por primera vez en 1948 esta modificacion que trata a Lu como un elemento de transicion en lugar de como un elemento de transicion interno 21 Despues de esto fue sugerida por muchos otros fisicos y quimicos y fue generalmente la clasificacion adoptada por aquellos que consideraron el tema 21 pero los libros de texto generalmente se retrasaron en adoptarla 22 El zinc el cadmio y el mercurio a veces se excluyen de los metales de transicion 8 ya que tienen la configuracion electronica d10s2 sin capa d incompleta 23 En el estado de oxidacion 2 los iones tienen la configuracion electronica d10 Aunque estos elementos pueden existir en otros estados de oxidacion incluido el estado de oxidacion 1 como en el ion diatomico Hg2 2 todavia tienen una capa d completa en estos estados de oxidacion Los elementos del grupo 12 Zn Cd y Hg pueden por lo tanto bajo ciertos criterios ser clasificados como metales de post transicion en este caso Sin embargo a menudo es conveniente incluir estos elementos en una discusion sobre los elementos de transicion Por ejemplo cuando se analiza la energia de estabilizacion del campo cristalino de los elementos de transicion de la primera fila es conveniente incluir tambien los elementos calcio y zinc ya que ambos Ca2 y Zn2 tienen un valor de cero contra el cual se puede comparar el valor de otros iones de metales de transicion Otro ejemplo ocurre en la serie Irving Williams de constantes de estabilidad de complejos La sintesis reciente aunque discutida y hasta ahora no reproducida de forma independiente de fluoruro de mercurio IV HgF4 ha sido tomado por algunos para reforzar la opinion de que los elementos del grupo 12 deben considerarse metales de transicion 24 pero algunos autores aun consideran que este compuesto es excepcional 25 Se espera que Copernicium pueda usar sus electrones d para la quimica ya que su subcapa 6d esta desestabilizada por fuertes efectos relativistas debido a su numero atomico muy alto y como tal se espera que tenga un comportamiento similar al de un metal de transicion cuando muestra estados de oxidacion mas altos que 2 que no son definitivamente conocidos para los elementos mas ligeros del grupo 12 Aunque el meitnerio el darmstadtio y el roentgenio se encuentran dentro del bloque d y se espera que se comporten como metales de transicion de manera analoga a sus congeneres mas ligeros como el iridio el platino y el oro esto aun no se ha confirmado experimentalmente No esta claro si el copernicio se comporta mas como el mercurio o tiene propiedades mas similares a las del gas noble radon Propiedades EditarCasi todos los elementos son metales tipicos de elevada dureza con puntos de fusion y ebullicion altos buenos conductores tanto del calor como de la electricidad Muchas de las propiedades de los metales de transicion se deben a la capacidad de los electrones del orbital d de localizarse dentro de la red metalica En metales cuantos mas electrones compartan un nucleo mas fuerte es el metal Poseen una gran versatilidad de estados de oxidacion pudiendo alcanzar una carga positiva tan alta como la de su grupo e incluso en ocasiones negativa Como en algunos complejos de coordinacion Sus combinaciones son fuertemente coloreadas y paramagneticas Sus potenciales normales suelen ser menos negativos que el de los metales representativos estando entre ellos los llamados metales nobles Pueden formar aleaciones entre ellos Son en general buenos catalizadores Son solidos a temperatura ambiente excepto el mercurio Forman complejos ionicos Estados de oxidacion variables EditarA diferencia de los metales de los grupos 1 y 2 los iones de los elementos de transicion pueden tener multiples estados de oxidacion estables ya que pueden perder electrones d sin un gran sacrificio energetico El manganeso por ejemplo tiene dos electrones 4s y cinco 3d que pueden ser eliminados La perdida de todos estos electrones lleva a un estado de oxidacion 7 El osmio y el rutenio se encuentran comunmente solos en un estado de oxidacion 8 muy estable el cual es uno de los mas elevados para compuestos aislados Ciertos patrones en los estados de oxidacion surgen a traves de los periodos de los elementos de transicion El numero de estados de oxidacion aumenta para cada ion hasta el Mn a partir del cual comienza a disminuir Los ultimos metales de transicion tienen una mayor atraccion entre protones y electrones ya que hay mas de cada uno presentes lo que requeriria mas energia para eliminar los electrones Cuando los elementos estan en estados de oxidacion bajos se pueden encontrar como iones simples Sin embargo los metales de transicion en estados de oxidacion elevados se encuentran generalmente unidos covalentemente a elementos electronegativos como oxigeno o fluor formando iones poliatomicos como el cromato vanadato o permanganato Otras propiedades con respecto a la estabilidad de los estados de oxidacion Iones en elevados estados de oxidacion tienden a ser buenos agentes oxidantes mientras que elementos en bajos estados de oxidacion tienden a ser buenos agentes reductores Iones 2 a traves del periodo comienzan como fuertes reductores y se vuelven mas estables Iones 3 comienzan estables y se vuelven mas oxidantes a traves del periodo Actividad catalitica EditarLos metales de transicion forman buenos catalizadores homogeneos y heterogeneos por ejemplo el hierro es el catalizador para el proceso de Haber y tanto el niquel como el platino son utilizados para la hidrogenacion de alquenos Esto es porque son capaces de reaccionar bajo numerosos estados de oxidacion y como consecuencia de ello formar nuevos compuestos proveyendo una ruta de reaccion alternativa con una energia de activacion mas baja Compuestos coloreados Editar De izquierda a derecha solucion acuosa de Co NO3 2 rojo K2Cr2O7 anaranjado K2CrO4 amarillo NiCl2 verde CuSO4 azul KMnO4 violeta Debido a su estructura los metales de transicion forman muchos iones y complejos coloreados Los colores pueden cambiar entre diferentes iones de un mismo elemento Por ejemplo el MnO4 Mn en el estado de oxidacion 7 es un compuesto violeta mientras que Mn2 es rosado palido La coordinacion por ligandos puede jugar su parte en determinar el color en un compuesto de transicion debido a cambios en la energia de los orbitales d Los ligandos eliminan la degeneracion de los orbitales y los dividen en grupos de alta y baja energia La diferencia de energia entre los orbitales de alta y baja energia determinara el color de la luz que es absorbida ya que la radiacion electromagnetica se absorbe si tiene una energia que se corresponda con esta diferencia Cuando un ion con ligandos absorbe luz algunos electrones son promovidos a un orbital de mayor energia Si la luz absorbida es de diferente frecuencia se observan diferentes colores El color de un complejo depende de la naturaleza del ion metalico particularmente el numero de electrones en los orbitales d el orden de los ligandos alrededor del ion metalico por ejemplo diferentes isomeros geometricos pueden mostrar diferentes colores la naturaleza de los ligandos rodeando al ion metalico Si los ligandos son mas fuertes es mayor la diferencia de energia entre los grupos 3d El complejo formado por el elemento zinc del bloque d aunque no es estrictamente un elemento de transicion es incoloro porque los orbitales 3d estan completos y los electrones no son capaces de desplazarse al grupo superior Vease tambien EditarElementos del bloque d Tabla periodica de los elementos Elemento representativo Teoria del campo de los ligantes Teoria del campo cristalino Metal del bloque pReferencias Editar transition element IUPAC Compendium of Chemical Terminology Cotton F Albert Wilkinson G Murillo C A 1999 Advanced Inorganic Chemistry 6th ed New York Wiley ISBN 0 471 19957 5 Matsumoto Paul S Trends in Ionization Energy of Transition Metal Elements Archivado el 8 de julio de 2007 en Wayback Machine J Chem Educ 2005 82 1660 Union Internacional de Quimica Pura y Aplicada transition element Compendium of Chemical Terminology Version en linea en ingles Petrucci Ralph H Harwood William S Herring F Geoffrey 2002 General chemistry principles and modern applications 8th edicion Upper Saddle River N J Prentice Hall pp 341 342 ISBN 978 0 13 014329 7 LCCN 2001032331 OCLC 46872308 Housecroft C E and Sharpe A G 2005 Inorganic Chemistry 2nd ed Pearson Prentice Hall pp 20 21 a b Cotton F A and Wilkinson G 1988 Inorganic Chemistry 5th ed Wiley pp 625 627 ISBN 978 0 471 84997 1 a b 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