Propiedades generales de los elementos de transición (d-block)

Los elementos con orbitales d parcialmente llenos se conocen como elementos de transición (a veces conocidos como metales de transición). Los elementos de transición están definidos por la IUPAC como elementos con una subcapa d parcialmente llena o elementos capaces de formar cationes estables con un orbital d incompleto. 

En general, cualquier elemento que corresponda al bloque d de la tabla periódica contemporánea (grupos 3-12) se considera un elemento de transición. Incluso los lantánidos y actínidos, que forman parte de los elementos del bloque f, pueden clasificarse como metales de transición. Sin embargo, debido a que los elementos del bloque f contienen orbitales f parcialmente completos, con frecuencia se los denomina elementos de transición internos o metales de transición internos.

Colocación de elementos de transición

Los metales de transición todavía están presentes entre los elementos del bloque s y p. Se clasifican principalmente en tres grupos.

1. Primera serie de transición (Sc a Cu)
2. Segunda serie de transición (Y a Ag)
3. Tercera serie de transición (La y los elementos de Hf a Au)

Los lantánidos y los actínidos son elementos del bloque f que se encuentran en la sexta y séptima serie. Los lantánidos son los catorce elementos que van desde el cerio hasta el lutecio. Los actínidos, por otro lado, son los catorce elementos que van desde el número nuclear 90 (Torio) hasta el 103 (Lawrencium). Los elementos de los actínidos son radiactivos, y los que tienen más de Z=92 suelen ser creados por humanos en aceleradores o reactores nucleares. El cobre, el hierro y la plata son elementos de transición significativos. Además, el titanio y el hierro son los más frecuentes.

Propiedades generales de los elementos de transición

La configuración de electrones corresponde a (n-1)d ⁵ ns ¹ o (n-1)d ¹⁰ ns ¹ . Esto se debe a la estabilidad proporcionada por los orbitales electrónicos llenos a la mitad o completamente llenos. Debido a que sus configuraciones eléctricas difieren de las de otros metales de transición, el zinc, el cadmio y el mercurio no se consideran elementos de transición. Sin embargo, las características de los elementos restantes del bloque d son algo similares, y esta semejanza se puede ver en cada fila de la tabla periódica. 

Si procedemos de izquierda a derecha a través de la tabla periódica, las propiedades de los elementos de la segunda y tercera fila se modifican gradualmente. Las capas exteriores de estos elementos tienen bajos efectos de protección, lo que aumenta la carga nuclear efectiva a medida que se agregan más protones al núcleo. Estos atributos de elementos de transición se enumeran a continuación.

1. Estos elementos se combinan para generar compuestos e iones coloreados. Este color se explica por la transición dd del electrón.
2. La brecha de energía entre los estados de oxidación potenciales de estos elementos es relativamente pequeña. Como resultado, los estados de oxidación de los elementos de transición son diversos.
3. Debido a los electrones desapareados en el orbital d, estos elementos crean una gran cantidad de compuestos paramagnéticos.
4. Estos elementos pueden unirse a una amplia gama de ligandos. Como resultado, los elementos de transición generan una amplia gama de complejos estables.
5. Estos elementos tienen una alta relación carga-radio.
6. Los metales de transición son duros y tienen densidades relativamente altas en comparación con otros elementos.
7. Debido a que los electrones d deslocalizados participan en el enlace metálico, las temperaturas de ebullición y fusión de estos elementos son altas.
8. Debido al enlace metálico de los electrones d deslocalizados, los elementos de transición también son fuertes conductores de electricidad.

Varios metales de transición poseen capacidades catalíticas que son extremadamente útiles en la fabricación comercial de ciertos compuestos. El hierro, por ejemplo, se emplea como catalizador en el proceso Haber para producir amoníaco. El pentrust de vanadio, por otro lado, se utiliza como catalizador en la síntesis comercial de ácido sulfúrico.

• Estado de oxidación: debido a que los elementos de transición existen en varios estados de oxidación, sus átomos pueden perder una cantidad variada de electrones. Debido a que las energías de las subcapas ns y (n – 1)d son casi comparables, esto se debe a la participación/contribución de los electrones d internos (n – 1) además de los electrones ns externos. Cuando sus dos electrones 4s- se utilizan para enlazar, el estado de oxidación de sc es +2. Cuando emplea sus dos electrones s y un electrón d, también puede indicar el estado de oxidación de +3. El otro átomo tiene estados de oxidación de ns y (n – 1) d- electrones también. Zn tiene un estado de oxidación de +2. Los estados de oxidación del cromo van desde +2, +3, +4, +5, +6. El cromo tiene el estado de oxidación más alto de +6.
• Radios iónicos atómicos: debido al blindaje inadecuado proporcionado por la pequeña cantidad de electrones d, los radios atómicos e iónicos de los elementos de transición disminuyen del grupo 3 al grupo 6. Los ubicados entre los grupos 7 y 10 tienen radios atómicos que son aproximadamente similares. , pero los situados entre los grupos 11 y 12 tienen radios mayores. Esto se debe a que las repulsiones electrón-electrón equilibran la carga nuclear. A medida que avanza en el grupo, verá un aumento en los radios atómicos e iónicos de los elementos. La presencia de un mayor número de subcapas puede explicar el aumento del radio.
• Entalpía de ionización: La cantidad de energía necesaria para eliminar un electrón de valencia de un elemento se denomina entalpía de ionización. Cuanto mayor sea la carga nuclear efectiva que actúa sobre los electrones, mayor será el potencial de ionización del elemento. Como resultado, las entalpías de ionización de los elementos de transición suelen ser más altas que las de los elementos del bloque s.
• Radios metálicos y densidades: los metales de transición son más densos que los metales del bloque s, y la densidad aumenta de escandio a cobre. Este factor de densidad varía debido a la disminución desigual de los radios metálicos y al aumento de la masa atómica. Como resultado, el radio iónico se reduce mientras que el número atómico aumenta.
• Puntos de ebullición y fusión: debido a la superposición de electrones no apareados del orbital (n – 1)d y del orbital d en el enlace covalente, estos elementos tienen temperaturas de ebullición y fusión altas. Los metales con orbitales (n-1)d completamente completos incluyen Hg, Cd y Zn. Debido a que no pueden formar enlaces covalentes, sus puntos de ebullición son más bajos que los de los otros elementos del bloque d.
• Naturaleza Metálica: Debido a que los elementos de transición tienen menos electrones en sus capas más externas, todos son metales. Como resultado, tienen todas las propiedades de un metal, como maleabilidad y ductilidad. También son excelentes conductores de calor y electricidad. Excepto el mercurio, que es líquido y más parecido a los metales alcalinos, todos estos elementos son duros y frágiles.
• Reactividad química: los elementos de transición exhiben una variedad de propiedades químicas. Algunos metales tienen una alta reductividad en función de sus potenciales de reducción, mientras que otros tienen una baja reductividad. Por ejemplo, todos los lantánidos producen cationes acuosos 3+. Los metales con alta reductividad, como el oro y el platino, por otro lado, pueden resistir la oxidación y son excelentes para producir joyas y circuitos.

Problemas de muestra

Pregunta 1: ¿Cuáles son las cualidades metálicas de los metales de transición?

Solución:

Los metales de transición tienen cualidades metálicas típicas como maleabilidad, ductilidad, alta resistencia a la tracción y brillo metálico. Tienden a cristalizar y generalmente son buenos conductores del calor y la electricidad. Por otra parte, se aprecian tendencias en las características metálicas de los elementos de transición. Debido a que contienen una gran cantidad de electrones desapareados, elementos como el cromo y el molibdeno se encuentran entre los metales de transición más duros.

Pregunta 2: ¿Por qué algunos metales de transición se denominan metales nobles?

Solución: 

Los metales nobles son elementos en la esquina inferior derecha del bloque d de la tabla periódica contemporánea (como el oro, la plata y el platino). Debido a sus bajas entalpías de hidratación y altas entalpías de ionización, estos metales son muy poco reactivos.

Pregunta 3: ¿Cuáles son los usos de los metales de transición?

Solución: 

El elemento de transición níquel se utiliza principalmente en la fabricación de acero inoxidable. El cobre, un metal de transición, se usa a menudo en cables eléctricos debido a su alta resistencia a la tracción, maleabilidad, ductilidad y conductividad eléctrica.

Pregunta 4: ¿Por qué todos los elementos de transición son metales?

Solución:

Debido a que todos los elementos de transición tienen solo dos electrones en sus capas más externas, todos son metales. También son maleables, duros y dúctiles debido a las fuertes conexiones metálicas.

Pregunta 5: ¿Qué son los elementos de transición interna?

Solución:

Los lantánidos y actínidos son dos grupos de elementos en la tabla periódica. Estos grupos tienen un total de 30 elementos conocidos como elementos de transición interna. Por lo general, se colocan detrás del área central de la tabla periódica.