Objetivos de aprendizaje

Reconocer la importancia del tamaño atómico y las transiciones electrónicas en los metales de transición.

Conclusiones clave

Puntos clave

• Los colores de los compuestos metálicos de transición se deben a dos tipos de transiciones electrónicas.
• Debido a la presencia de electrones d no emparejados, los metales de transición pueden formar compuestos paramagnéticos.
• Los compuestos diamagnéticos tienen electrones d que están emparejados.
• Los metales de transición son conductores de electricidad, poseen alta densidad y altos puntos de fusión y ebullición.

Términos clave

• conductor: Algo que puede transmitir electricidad, calor, luz o sonido.
• paramagnético: Materiales que son atraídos por un campo magnético aplicado externamente y forman campos magnéticos internos inducidos en la dirección del campo magnético aplicado.
• ferromagnetismo: El fenómeno por el cual ciertas sustancias pueden convertirse en imanes permanentes cuando se someten a un campo magnético.
• diamagnético: Materiales que crean un campo magnético inducido en una dirección opuesta a un campo magnético aplicado externamente y, por lo tanto, son repelidos por el campo magnético aplicado.

Colores de compuestos metálicos de transición: De izquierda a derecha, soluciones acuosas de: Co(NO3) 2 (rojo); K2Cr2O7( naranja); K2CrO4( amarillo); NiCl2 (turquesa); CuSO4 (azul); KMnO4 (púrpura).

Transiciones de transferencia de carga

Un electrón puede saltar de un orbital predominantemente de ligando a un orbital predominantemente de metal, dando lugar a una transición de transferencia de carga de ligando a metal (LMCT). Estos pueden ocurrir más fácilmente cuando el metal está en un estado de oxidación alto. Por ejemplo, el color de los iones cromato, dicromato y permanganato se debe a las transiciones de LMCT. En cada caso, los metales (Cr y Mn) tienen estados de oxidación de +6 o superiores.

Una transición de transferencia de carga de metal a ligando (MLCT) será más probable cuando el metal esté en un estado de baja oxidación y el ligando se reduzca fácilmente.

Transiciones d-d

En una transición d-d, un electrón salta de un orbital d a otro. En los complejos de metales de transición, los orbitales d no todos tienen la misma energía. El patrón de división de los orbitales d se puede calcular usando la teoría de campos de cristal. La extensión de la división depende del metal en particular, su estado de oxidación y la naturaleza de los ligandos.

En complejos centrosimétricos, como los complejos octaédricos, las transiciones d-d están prohibidas. Los complejos tetraédricos tienen un color algo más intenso porque mezclar orbitales d y p es posible cuando no hay centro de simetría, por lo que las transiciones no son transiciones d-d puras.

Algunas transiciones d-d están prohibidas. Un ejemplo ocurre en complejos octaédricos de alto espín de manganeso(II) en los que los cinco electrones tienen espines paralelos. El color de estos complejos es mucho más débil que en los complejos con transiciones permitidas por giros. De hecho, muchos compuestos de manganeso(II) parecen casi incoloros.

Los compuestos metálicos de transición son paramagnéticos cuando tienen uno o más electrones d no emparejados. En complejos octaédricos con entre cuatro y siete electrones d, los estados de espín alto y espín bajo son posibles. Los complejos de metales de transición tetraédricos, como el 2 -, son de alto giro porque la división del campo cristalino es pequeña. Esto significa que la energía que se obtiene en virtud de que los electrones están en orbitales de menor energía es siempre menor que la energía necesaria para emparejar los giros.

Paramagnético vs Diamagnéticos

Algunos compuestos son diamagnéticos. En este caso, todos los electrones están emparejados. El ferromagnetismo ocurre cuando los átomos individuales son paramagnéticos y los vectores de espín están alineados paralelos entre sí en un material cristalino. El hierro metálico es un ejemplo de material ferromagnético que involucra un metal de transición. El antiferromagnetismo es otro ejemplo de una propiedad magnética que surge de una alineación particular de espines individuales en estado sólido.

Ferromagnetismo: Un imán hecho de alnico, una aleación de hierro. El ferromagnetismo es la teoría física que explica cómo los materiales se convierten en imanes.

Como implica el nombre, todos los metales de transición son metales y conductores de electricidad. En general, los metales de transición poseen una alta densidad y altos puntos de fusión y puntos de ebullición. Estas propiedades se deben a la unión metálica por electrones d deslocalizados, lo que lleva a una cohesión que aumenta con el número de electrones compartidos. Sin embargo, los metales del Grupo 12 tienen puntos de fusión y ebullición mucho más bajos, ya que sus subcapas d completas evitan la unión d-d. De hecho, el mercurio tiene un punto de fusión de -38.83 °C (-37.89 °F) y es un líquido a temperatura ambiente.

Metales de transición y Tamaño atómico

En lo que respecta al tamaño atómico de los metales de transición, hay poca variación. Por lo general, cuando se mueve de izquierda a derecha a través de la tabla periódica, hay una tendencia a disminuir el radio atómico. Sin embargo, en los metales de transición, moviéndose de izquierda a derecha, hay una tendencia de aumento del radio atómico que se nivela y se vuelve constante. En los elementos de transición, el número de electrones está aumentando, pero de una manera particular. El número de electrones aumenta a lo largo de un período, por lo tanto, hay más atracción de estos electrones hacia el núcleo. Sin embargo, con los electrones-d, se añade algo de repulsión electrón-electrón. Por ejemplo, en el cromo, hay una promoción de uno de los electrones 4s para llenar a la mitad el subnivel 3d; las repulsiones electrón-electrón son menores y el tamaño atómico es menor. Lo contrario es cierto para la última parte de la fila.

tabla Periódica de los elementos: Esta imagen representa radios atómicos tamaño. Tenga en cuenta el tamaño de los metales de transición.