Metal de transición

Un metal de transición , o elemento de transición , es, según la definición de la IUPAC , "un elemento químico cuyos átomos tienen una subcapa electrónica d incompleta, o que puede formar cationes cuya subcapa electrónica d es incompleta". Esta definición corresponde a elementos que comparten un conjunto de propiedades comunes. Como todos los metales , son buenos conductores de electricidad . Son sólidos a la temperatura y presión normales , con una densidad y una temperatura de fusión superiores. La mayoría de las veces tienen propiedades catalíticas notables, tanto en su forma atómica como en su forma iónica. Se pueden formar una amplia variedad de iónicos especies en una amplia gama de estados de oxidación , gracias a la pequeña diferencia de energía entre estos diferentes estados de oxidación, lo que da lugar a complejos de diversos colores debido a los diferentes estados de oxidación. Transiciones electrónicas dentro de la incompleta d subcapa. También son capaces de formar numerosos compuestos paramagnéticos bajo el efecto de electrones desapareados en la subcapa d .

La definición de la IUPAC lleva a clasificar como metales de transición los elementos de los grupos 3 a 11 de la tabla periódica - incluyendo la mayoría de los lantánidos y actínidos - mientras que los elementos del grupo 12 - zinc 30 Zn, cadmio 48 Cd, mercurio 80 Hg y copernicio 112 Cn - están excluidos: estos últimos de hecho forman enlaces con los electrones de su subcapa n s, donde n es el número del período , dejando su subcapa ( n - 1) d completa, con 10 electrones. En la práctica, y por conveniencia, los libros de texto y una gran cantidad de libros incluyen los elementos del grupo 12 entre los metales de transición aunque no cumplen con la definición de la IUPAC, lo que permite asimilar los metales de transición a los elementos del bloque d excepto los lantánidos y actínidos ; estos últimos, la mayoría de los cuales cumplen con la definición de la IUPAC, a veces se denominan metales de transición internos , pero generalmente no se presentan como metales de transición.

En la 6 ª período , mercurio formal, perteneciente a la familia de los metales de transición se podría establecer por la existencia de un compuesto en el estado de oxidación superior 2, mientras que la movilización de al menos un electrón de la capa 5 d . Este es precisamente el caso del fluoruro de mercurio (IV) HgF 4, en el estado de oxidación +4, observado en 2007 en una matriz criogénica de neón y argón a 4 K ; sin embargo, este compuesto no se observó al año siguiente durante un experimento similar, mientras que algunos autores destacan que, al ser observable solo en condiciones de no equilibrio , no sería muy representativo de la química de este elemento, por lo que debe considerarse un magro. metal . En el 7 ° período , la copernicium 112 Cn probablemente entregar un metal de transición, debido a los efectos relativistas estabilizadores orbitales 7s a expensas de orbitales 6d: ion Cn 2+ tendría así una configuración [Rn] 5f 14 6d 8 7s 2 , por lo tanto, con una subcapa 6d incompleta. En solución acuosa , estaría en el estado de oxidación +2 o incluso +4.

Metales del grupo del platino , elementos de transición típicos
Rutenio 44 Ru.
Rodio 45 Rh.
Paladio 46 Pd.
Renio 75 Re.
Osmio 76 Os.
Iridio 77 Ir.
Platino 78 .

La distribución de los elementos del bloque d en las diferentes familias de elementos químicos se puede resumir en la siguiente tabla:

Bloque d	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
4 º período	21 Sc	22 Ti	23 V	24 Cr	25 Mn	26 Fe	27 Co	28 Ni	29 Cu	30 Zn
5 º período	39 Y	40 Zr	41 Nb	42 MB	43 Tc	44 Ru	45 Rh	46 Pd	47 Ag	48 CD
6 º período	71 Leer	72 Hf	73 Tu	74 W	75 Re	76 huesos	77 Ir	78 Ptos	79 Para	80 Hg
7 º período	103 Lr	104 Rf	105 Db	106 Sg	107 Bh	108 Hs	109 Mt	110 Ds	111 Rg	112 Cn

Configuración electrónica

Los metales de transición son elementos del bloque d que llenan gradualmente una subcapa d electrónica siguiendo una subcapa s saturada, de acuerdo con la regla de Klechkowski . Esta regla permite explicar la configuración electrónica de un poco más del 80% de los elementos químicos; el 20% restante aproximadamente se encuentra precisamente entre los metales de transición, lantánidos y actínidos : este es el caso de los dos primeros elementos del grupo 6 y los tres primeros del grupo 11 , para los cuales una configuración de tipo s 1 d 5 o s 1 d 10 es energéticamente más favorable que la configuración de tipo s 2 d 4 o s 2 d 9 ; esta configuración particular también se observa para ciertos elementos adyacentes a los grupos 6 y 11; La configuración electrónica exacta en el estado fundamental de los metales de transición del séptimo período ( transactínidos ) sigue siendo muy poco conocida para caracterizar tales excepciones:

Elemento	Masa atómica	Temperatura de fusión	Temperatura de ebullición	volumen de masa	Radio atómico	Configuracion electronica	Energía de ionización	Electronegatividad ( Pauling )
Escandio	44,955908 (5) u	1541 ° C	2.836 ° C	2,985 g · cm -3	162 pm	[ Ar ] 4 s 2 3d 1	633,1 kJ · mol -1	1,36
Titanio	47.867 (1) u	1668 ° C	3287 ° C	4,506 g · cm -3	147 pm	[ Ar ] 4 s 2 3d 2	658,8 kJ · mol -1	1,54
Vanadio	50,9415 (1) u	1.910 ° C	3.407 ° C	6,0 g · cm -3	134 p. M.	[ Ar ] 4 s 2 3d 3	650,9 kJ · mol -1	1,63
Cromo	51.9961 (6) u	1.907 ° C	2.671 ° C	7,19 g · cm -3	128 pm	[ Ar ] 4 s 1 3d 5 (*)	652,9 kJ · mol -1	1,66
Manganeso	54,938044 u	1246 ° C	2.061 ° C	7,21 g · cm -3	127 pm	[ Ar ] 4 s 2 3d 5	717,3 kJ · mol -1	1,55
Hierro	55.845 (2) u	1538 ° C	2.862 ° C	7,874 g · cm -3	126 pm	[ Ar ] 4 s 2 3d 6	762,5 kJ · mol -1	1,83
Cobalto	58.933194 u	1495 ° C	2.927 ° C	8,90 g · cm -3	125 pm	[ Ar ] 4 s 2 3d 7	760,4 kJ · mol -1	1,88
Níquel	58,6934 (4) u	1.455 ° C	2.730 ° C	8,908 g · cm -3	124 pm	[ Ar ] 4s 2 3d 8 o 4s 1 3d 9 (**)	737,1 kJ · mol -1	1,91
Cobre	63.546 (3) u	1.085 ° C	2.562 ° C	8,96 g · cm -3	128 pm	[ Ar ] 4 s 1 3d 10 (*)	745,5 kJ · mol -1	1,90
Itrio	88.90584 u	1526 ° C	2930 ° C	4,472 g · cm -3	180 p . M.	[ Kr ] 5s 2 4d 1	600 kJ · mol -1	1,22
Circonio	91.224 (2) u	1855 ° C	4377 ° C	6,52 g · cm -3	160 pm	[ Kr ] 5s 2 4d 2	640,1 kJ · mol -1	1,33
Niobio	92.90637 u	2477 ° C	4.744 ° C	8,57 g · cm -3	146 pm	[ Kr ] 5 s 1 4d 4 (*)	652,1 kJ · mol -1	1,6
Molibdeno	95,95 (1) u	2.623 ° C	4.639 ° C	10,28 g · cm -3	139 pm	[ Kr ] 5 s 1 4d 5 (*)	684,3 kJ · mol -1	2.16
Tecnecio	[98]	2,157 ° C	4265 ° C	11 g · cm -3	136 pm	[ Kr ] 5 s 2 4d 5	702 kJ · mol -1	1,9
Rutenio	101.07 (2) u	2334 ° C	4150 ° C	12,45 g · cm -3	134 p. M.	[ Kr ] 5s 1 4d 7 (*)	710,2 kJ · mol -1	2.2
Rodio	102.90550 u	1.964 ° C	3.695 ° C	12,41 g · cm -3	134 p. M.	[ Kr ] 5 s 1 4d 8 (*)	719,7 kJ · mol -1	2,28
Paladio	106,42 (1) u	1,555 ° C	2.963 ° C	12,023 g · cm -3	137 pm	[ Kr ] 4d 10 (*)	804,4 kJ · mol -1	2,20
Dinero	107,8682 (2) u	962 ° C	2,162 ° C	10,49 g · cm -3	144 pm	[ Kr ] 5s 1 4d 10 (*)	731,0 kJ · mol -1	1,93
Hafnio	178,49 (2) u	2233 ° C	4.603 ° C	13,31 g · cm -3	159 pm	[ Xe ] 6 s 2 4f 14 5d 2	658,5 kJ · mol -1	1.3
Tantalio	180,94788 u	3017 ° C	5.458 ° C	16,69 g · cm -3	146 pm	[ Xe ] 6 s 2 4f 14 5d 3	761 kJ · mol -1	1,5
Tungsteno	183,84 (1) u	3422 ° C	5.930 ° C	19,25 g · cm -3	139 pm	[ Xe ] 6 s 2 4f 14 5d 4	770 kJ · mol -1	2,36
Renio	186.207 (1) u	3,186 ° C	5630 ° C	21,02 g · cm -3	137 pm	[ Xe ] 6 s 2 4f 14 5d 5	760 kJ · mol -1	1,9
Osmio	190,23 (3) u	3.033 ° C	5.012 ° C	22,59 g · cm -3	135 pm	[ Xe ] 6 s 2 4f 14 5d 6	840 kJ · mol -1	2.2
Iridio	192.217 (3) u	2446 ° C	4130 ° C	22,56 g · cm -3	136 pm	[ Xe ] 6 s 2 4f 14 5d 7	880 kJ · mol -1	2,20
Platino	195.084 (9) u	1768 ° C	3.825 ° C	21,45 g · cm -3	139 pm	[ Xe ] 6 s 1 4f 14 5d 9 (*)	870 kJ · mol -1	2,28
Oro	196,966569 u	1064 ° C	1.948 ° C	19,30 g · cm -3	144 pm	[ Xe ] 6 s 1 4f 14 5d 10 (*)	890,1 kJ · mol -1	2,54
Rutherfordio	[267]	2,100 ° C	5500 ° C	23,2 g · cm -3	150 pm	[ Rn ] 7 s 2 5f 14 6d 2	579,9 kJ · mol -1	-
Dubnium	[268]	-	-	29,3 g · cm -3	139 pm	[ Rn ] 7 s 2 5f 14 6d 3	656,1 kJ · mol -1	-
Seaborgio	[269]	-	-	35,0 g · cm -3	132 pm	[ Rn ] 7 s 2 5f 14 6d 4	752,6 kJ · mol -1	-
Bohrium	[270]	-	-	37,1 g · cm -3	128 pm	[ Rn ] 7 s 2 5f 14 6d 5	742,9 kJ · mol -1	-
Hassium	[277]	-	-	41 g · cm -3	134 p. M.	[ Rn ] 7 s 2 5f 14 6d 6	733,3 kJ · mol -1 '	-
Copérnico	[285]	-	-	23,7 g · cm -3	147 pm	[ Rn ] 7 s 2 5f 14 6d 10	1154,9 kJ · mol -1	-

(*) Excepciones a la regla de Klechkowski :

Período n o 4 : cromo 24 Cr, níquel 28 Ni, cobre 29 Cu,
Período n o 5 : niobio 41 Nb, molibdeno 42 Mo, rutenio 44 Ru, rodio 45 Rh, paladio 46 Pd, plata 47 Ag,
Período n o 6 : platino 78 Pt, oro 79 Au.

(**) El níquel presenta en realidad dos configuraciones electrónicas correspondientes a energías totales que se superponen. Los libros de texto generalmente señalan la configuración regular [Ar] 4s 2 3d 8 , respaldada por datos experimentales, ya que contiene el nivel de energía más bajo. Sin embargo, es la configuración irregular [Ar] 4s 1 3d 9 la que tiene la energía promedio más baja de las dos, por lo que esta configuración a menudo se retiene en los cálculos.

El ( n - 1) d orbitales electrónicos de metales de transición desempeñan un papel mucho más importante que la ( n - 1) p y n s orbitales , porque estos últimos permanecen más o menos constante durante un período mientras que el primero se llena gradualmente. Estos orbitales d son responsables de las propiedades magnéticas de estos elementos, la variedad de sus estados de oxidación y los colores asociados a sus diferentes compuestos iónicos . Por otro lado, los electrones de valencia de los elementos de transición del mismo período conservan aproximadamente la misma configuración de un grupo a otro, lo que explica la fuerte similitud de las propiedades de los metales de transición durante el mismo período.

Estados de oxidación

A diferencia de los dos primeros grupos de la tabla periódica ( metales alcalinos y metales alcalinotérreos ), los metales de transición (especialmente los grupos 4 a 11) pueden formar iones con una amplia variedad de estados de oxidación . Los metales alcalinotérreos como el calcio son estables en el estado de oxidación +2, mientras que un metal de transición puede adoptar grados de oxidación de -3 a +8. Podemos entender la razón estudiando los potenciales de ionización de los elementos de las dos familias . La energía requerida para eliminar un electrón del calcio es baja hasta que uno comienza a eliminar electrones debajo de los dos electrones de su subcapa 4s. De hecho, el Ca 3+ tiene tal energía de ionización que no existe de forma natural. Por otro lado, con un elemento como el vanadio , observamos un aumento lineal de la energía de ionización entre los s y d orbitales , que es debido a la muy pequeña diferencia de energía entre los 3d y 4s subcapas. Entonces, un elemento como el manganeso , con una configuración [Ar] 4s 2 3d 5 , puede perder siete electrones y alcanzar el estado de oxidación +7, mientras que el rutenio y el osmio comúnmente alcanzan el estado de oxidación. +8:

Se pueden observar algunas tendencias en las propiedades de los metales de transición durante un período:

el número de estados de oxidación de cada ion aumenta al grupo 7 u 8, luego disminuye;
un elemento en un estado de oxidación débil puede encontrarse como un ión único, pero, para estados de oxidación más altos, normalmente como un compuesto covalente de oxígeno o flúor .

Colores de complejos de metales de transición.

Dada su amplia variedad de estados de oxidación y por tanto configuraciones electrónicas , los metales de transición forman compuestos con los más variados colores. Todo el espectro visible está cubierto, el color de un elemento dado también depende de su estado de oxidación: así, el manganeso en el estado de oxidación +7 es púrpura ( permanganato de potasio ) mientras que el ion Mn 2+ es rosa pálido.

La coordinación de un ligando es capaz de modificar los niveles de energía de los orbitales d y por tanto el color de los compuestos de un metal de transición dado.

Los factores que determinan el color de un complejo son:

la naturaleza del ion metálico, en particular el número de electrones en el orbital d en la capa de valencia ;
la naturaleza de los ligandos alrededor del ion metálico, que determina el efecto sobre los niveles de energía de los orbitales d ;
la geometría de estos ligandos alrededor del ión metálico, ya que los diastereómeros pueden tener diferentes colores.

Propiedades

Los metales de transición son todos los metales que conducen la electricidad y algunos presentan una toxicidad alta o incluso muy alta. En forma de partículas, contribuyen a la contaminación del aire .

Los metales de transición generalmente tienen una alta densidad , así como una alta temperatura de fusión y vaporización , excepto los del grupo 12, que por el contrario tienen un punto de fusión bastante bajo: el mercurio es líquido por encima de -38,8 ° C y el copernicio podría incluso ser gaseoso a temperatura ambiente. Estas propiedades provienen de la capacidad de los electrones de la subcapa d para deslocalizarse en la red metálica. En las sustancias metálicas, cuanto mayor es el número de electrones compartidos entre los núcleos, mayor es la cohesión del metal.

Ciertos metales de transición forman buenos catalizadores homogéneos y heterogéneos (posiblemente en nanopartículas o en forma coloidal). Por ejemplo, el hierro es un catalizador en el proceso de Haber , el níquel y el platino se utilizan en la hidrogenación de alquenos .

El grupo del platino constituye un importante conjunto de metales de transición con propiedades notables, que los convierten en excelentes catalizadores para aplicaciones estratégicas.

Los metales de transición, como catalizadores, contribuyen a la producción de sulfatos en las nubes y algunos smogs (húmedos e invernales, en presencia de NO2 y sin pasar por la ruta fotoquímica que requiere luz solar).

Se pueden utilizar en la composición de semiconductores.

Los metales de transición de origen antropogénico son dispersados a gran escala en el medio terrestre y acuático por la industria, por diversas actividades humanas (lavado de oro, por ejemplo), por convertidores catalíticos (metales del grupo del platino) y por reacción en aviones. Algunos quelantes se adhieren preferentemente a algunos de estos metales, pueden ayudar a tratar el envenenamiento o limpiar suelos o sedimentos.

Notas y referencias

(en) " elemento de transición " Compendio de Terminología Química [ " Libro de Oro "], IUPAC 1997, corregida versión en línea (2006-), 2 ª ed. :
" Elemento de transición: elemento cuyo átomo tiene una subcapa d incompleta, o que puede dar lugar a cationes con una subcapa d incompleta. "
(en) Xuefang Wang Lester Andrews, Sebastian Riedel y Martin Kaupp , " Mercury Is a Transition Metal: The First Experimental Evidence for HgF 4 » , Angewandte Chemie International Edition , vol. 46, n o 44,2007, p. 8371-8375 ( PMID 17899620 , DOI 10.1002 / anie.200703710 , leer en línea )
(en) John F. Rooms, Anthony V. Wilson, Ian Harvey, Adam J. Bridgemana y Nigel A. Young , " Interacciones mercurio-flúor: una matriz de aislamiento de investigación Hg ⋯ F 2 , HgF 2y HgF 4en matrices de argón ” , Física Química Física Química , vol. 10, n o 31,21 de agosto de 2008, p. 4594-4605 ( PMID 18665309 , DOI 10.1039 / B805608K , Bibcode 2008PCCP ... 10.4594R , leer en línea )
(en) William B. Jensen , " ¿Es ahora un elemento de transición de mercurio? ” , Revista de Educación Química , vol. 85, n o 9, septiembre 2008, p. 1182 ( DOI 10.1021 / ed085p1182 , Bibcode 2008JChEd..85.1182J , leer en línea )
(en) Darleane C. Hoffman, Diana Lee y Valeria Pershina , " Elementos transactínidos y elementos futuros " , La química de los elementos actínidos y elementos transactínidos , 2011, p. 1652-1752 ( ISBN 978-94-007-0210-3 , DOI 10.1007 / 978-94-007-0211-0_14 , Bibcode 2011tcot.book.1652H , leer en línea )
(en) CRC Manual de Química y Física , Sección 1: Constantes básico, unidades y factores de conversión , la subsección: configuración electrónica de los átomos neutros en el estado fundamental , 84 ª edición en línea, CRC Press, Boca Raton, Florida, 2003.
Crichton, RR (2016). Toxicidad por metales: una introducción. ( enlace )
Habre, R., Fruin, S., Gauderman, J., Lurmann, F., Gilliland, F., McConnell, R. y Urman, R. (2016). Exposición a metales de transición en materia particulada, contaminación del aire y función pulmonar de los niños en el estudio de salud infantil del sur de California. En B15. EFECTOS SOBRE LA SALUD DE LA CONTAMINACIÓN INTERIOR / EXTERIOR EN LA INFANCIA (págs. A2873-A2873). Sociedad Torácica Estadounidense.
Dupont, J., Fonseca, GS, Umpierre, AP, Fichtner, PF y Teixeira, SR (2002). Nanopartículas de metales de transición en líquidos iónicos de imidazolio: catalizadores reciclables para reacciones de hidrogenación bifásica . Revista de la Sociedad Química Estadounidense, 124 (16), 4228-4229.
Hunt, ST, Milina, M., Alba-Rubio, AC, Hendon, CH, Dumesic, JA y Román-Leshkov, Y. (2016). Autoensamblaje de monocapas de metales nobles sobre catalizadores de nanopartículas de carburo de metal de transición . Science, 352 (6288), 974-978.
Roucoux, A., Schulz, J. y Patin, H. (2002). Coloides de metales de transición reducidos: ¿una nueva familia de catalizadores reutilizables ?. Revisiones químicas, 102 (10), 3757-3778 ( resumen ).
Yafang Cheng y col. (2016), Química del nitrógeno reactivo en agua en aerosol como fuente de sulfato durante eventos de neblina en China ; Avances científicos; 21 de diciembre de 2016: Vol.2, n ° 12, e1601530 DOI: 10.1126 / sciadv.1601530 ( resumen )
Dumcenco, D., Ovchinnikov, D., Marinov, K. y Kis, A. (2016). Semiconductores de dicalcogenuro de metal de transición 2D sintéticos de alta calidad . En la Conferencia de investigación de dispositivos de estado sólido (ESSDERC), octubre de 2016, 46a edición europea (págs. 284-286). IEEE. ( resumen )
Gao, J., Kim, YD, Liang, L., Idrobo, JC, Chow, P., Tan, J., ... y Meunier, V. (2016). Transición - Dopaje por sustitución de metales en semiconductores sintéticos atómicamente delgados. Materiales avanzados, 28 (44), 9735-9743 ( resumen ).
Förstner, U. y Wittmann, GT (2012). Contaminación por metales en el medio acuático. Springer Science & Business Media.
Vandevivere, P., Hammes, F., Verstraete, W., Feijtel, T. y Schowanek, D. (2001). Descontaminación metálica de suelos, sedimentos y lodos de depuradora mediante quelante de metales de transición [S, S] -EDDS. Revista de Ingeniería Ambiental, 127 (9), 802-811 ( resumen ).

Ver también

enlaces externos

IUPAC : página de enlaces a la tabla periódica
IUPAC : Tabla periódica oficial del 22/06/2007

Bibliografía

Beer PD (1998). Sistemas receptores de metales de transición para el reconocimiento y detección selectivos de especies huésped aniónicas . Cuentas de investigación química, 31 (2), 71-80.

dieciséis

Oye

Ser

Nació

N / A

Alabama

sí

PAG

Eso

Mes

Tú

Esto

Di-s

Leer

Hueso

Correos

Real academia de bellas artes

C.A

Soy

Monte

119

120

121

122

123

124

125

126

127

128

129

130

131

132

133

134

135

136

137

138

139

140

141

142

Metales alcalinos	Tierra alcalina	Lantánidos	Metales de transición	Metales pobres	metal- loids	No metales	genes de halo	Gases nobles	Elementos sin clasificar
		Actínidos
		Superactinidas