Elementos del Bloque "d"

ELEMENTOS DEL BLOQUE “d”

INTRODUCCIÓN:

Los compuestos de los elementos del bloque “d” de la Tabla Periódica, siempre han tenido un interés especial para los químicos inorgánicos. Mientras que los compuestos de los metales de los grupos representativos casi siempre son blancos, los compuestos de estos grupos adoptan todos los colores del arco iris. Además, es posible obtener compuestos con la misma fórmula, pero de diferentes colores. Por ejemplo, el cloruro de cromo(III) hexahidrato, CrCI3•6H2O, se puede sintetizar en formas púrpura, verde pálido y verde oscuro.

La explicación inicial de esta multitud de compuestos fue que, al igual que los compuestos orgánicos, los componentes de los compuestos de metales de transición formaban cadenas. Fue el químico suizo Alfred Werner (1866 – 1919) quien ideó el concepto de que los compuestos de metales de transición consistían en un ion metálico rodeado por otros iones y moléculas. Durante los años subsecuentes, Werner y sus alumnos prepararon varias series de compuestos de metales de transición, en busca de pruebas de su teoría. A medida que se acumulaban las pruebas a favor de esta teoría, la oposición se desintegró, y Werner recibió el premio Nobel de Química en 1913 como reconocimiento a su aportación.

METALES DE TRANSICIÓN:

Los dos términos, elementos del bloque d y metales de transición, se utilizan de manera indistinta, sin embargo, realmente no significan lo mismo. Por lo general los químicos restringen el término metal de transición a algunos de los elementos del bloque d, pero no a todos (Figura 1).

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Figura 1:        Tabla periódica en la que se observan destacados los elementos que comúnmente son denominados metales de transición.

La definición comúnmente aceptada de metal de transición es un elemento que forma por lo menos un ion simple con un conjunto incompleto de electrones d exteriores^[1]*.

Esta definición excluye los elementos del grupo 12 (zinc, cadmio y mercurio) porque estos metales siempre mantienen una configuración electrónica d10. Los elementos del grupo 3 (escandio, itrio y lantano) también pueden excluirse porque casi siempre exhiben el estado de oxidación 3+, que tiene una configuración electrónica d0. Estos metales se parecen más a los elementos del bloque 4f y por ello se tratan juntos. También se excluyen los metales post-actinoides (rutherforio, dubnio, seaborgio, bohrio, hasio, meitnerio). Éstos sí son realmente metales de transición, pero como son elementos radiactivos de corta vida es común estudiarlos junto con los metales actinoides.

PROPIEDADES GENERALES DE LOS METALES DE TRANSICIÓN:

Los metales de transición tiene por regla general la configuración electrónica:

(n-1)dxnsy; x = 1 … 10; y = 0 … 2

Los elementos que tienen los niveles d parcialmente llenos se llaman elementos de transición: la “primera serie de transición” (3d) contiene los elementos del Ti (22) hasta el Cu (29); la “segunda serie de transición” (4d) contiene desde el Zr(40) hasta la Pd(46); la “tercera serie de transición” (5d) contiene desde Hf (72) hasta el Au (79).

La química de los metales de transición se diferencia de la de los elementos de los grupos no transicionales fundamentalmente por la presencia de electrones en los orbitales d (Figura 2) y su participación en la formación de enlaces. En este sentido, los elementos d1 (Sc, La, Ac) ocupan un lugar de excepción, pues por la pérdida de 3 electrones pueden alcanzar la configuración del gas noble. Como este estado es muy deseado (estado de oxidación 3+, iones del tipo M3+), la química de estos elementos no es típica de metales de transición y de allí que se les excluye, pues se parece más a la química de elementos no transicionales.

Los elementos d son todos metales, generalmente con altas densidades, gran dureza y altos puntos de fusión y ebullición.

Los elementos de transición poseen una buena capacidad de combinación con metales y no metales, formando compuestos de características metálicas, v.gr. los carburos, nitruros, boruros, y siliciuros que poseen propiedades físicas y químicas muy especiales como son, dureza extremadamente grande, gran resistencia térmica y química y conductividad eléctrica específica que los hace extraordinariamente útiles como materiales refractarios, entre otros muchas aplicaciones. Estos compuestos pueden también formar aleaciones con otros metales (por ej., WC-Co).

Los elementos de transición son conocidos por su enorme capacidad para formar compuestos de coordinación, por su facilidad para formar enlaces covalentes con la participación de los electrones d (Figura 3) y por su tendencia a reaccionar químicamente en diferentes estados de oxidación estables y a cambiar con relativa facilidad de unos estados de oxidación a otros.

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Figura 2:        Forma y orientación de los orbitales “d”.

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Figura 3:        Formación de un enlace Metal-carbono, con la participación de orbitales “d”.

Los radios de los átomos o de los iones de igual carga disminuyen de tamaño en cada serie (3d, 4d, 5d), al aumentar el número atómico. El motivo de ello es que, al aumentar dicho número, aumenta en unidades enteras la carga nuclear, y los sucesivos electrones en los orbitales internos d, no son capaces de apantallar suficientemente el efecto de la carga nuclear sobre los electrones más externos, lo que se refleja en un aumento de la carga nuclear efectiva que provoca la citada reducción de tamaño.

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