8.5: Formación de iones de metales de transición

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¿Cómo forman los iones los metales de transición?

Los metales de transición son un interesante y desafiante grupo de elementos. Tienen patrones desplejos de distribución de electrones que no siempre siguen las reglas de llenado de electrones. Predecir cómo van a formar iones tampoco siempre es obvio.

Iones de metales de transición

Los metales de transición pertenecen al\(d\) bloque, lo que significa que el\(d\) subnivel de electrones está en proceso de llenarse con hasta diez electrones. Muchos metales de transición no pueden perder suficientes electrones para lograr una configuración de electrones de gas noble-gas. Además, la mayoría de los metales de transición son capaces de adoptar iones con diferentes cargas. El hierro, que forma los\(\ce{Fe^{3+}}\) iones\(\ce{Fe^{2+}}\) o, pierde electrones como se muestra a continuación.

\[\begin{array}{lcl} \ce{Fe} & \rightarrow & \ce{Fe^{2+}} + 2 \ce{e^-} \\ \left[ \ce{Ar} \right] \: 3d^6 \: 4s^2 & & \left[ \ce{Ar} \right] \: 3d^6 \end{array}\nonumber \]

\[\begin{array}{lcl} \ce{Fe} & \rightarrow & \ce{Fe^{3+}} + 3 \ce{e^-} \\ \left[ \ce{Ar} \right] \: 3d^6 \: 4s^2 & & \left[ \ce{Ar} \right] \: 3d^5 \end{array}\nonumber \]

De acuerdo con el proceso de Aufbau, los electrones llenan el\(4s\) subnivel antes de comenzar a llenar el\(3d\) subnivel. Sin embargo, los\(s\) electrones más externos son siempre los primeros en ser eliminados en el proceso de formación de cationes de metales de transición. Debido a que la mayoría de los metales de transición tienen dos electrones de valencia, la carga de\(2+\) es muy común para sus iones. Este es el caso del hierro arriba. Un\(d\) subnivel medio lleno\(\left( d^5 \right)\) es particularmente estable, lo que es el resultado de que un átomo de hierro pierde un tercer electrón.

Figura\(\PageIndex{2}\): A. La roya es una combinación compleja de óxidos de hierro, entre ellos óxido de hierro (III),\(\ce{Fe_2O_3}\). B. El sulfato de hierro (II)\(\ce{FeSO_4}\), se conoce desde la antigüedad como vitriolo verde y se utilizó durante siglos en la fabricación de tintas. (Crédito: (A) Paulnasca; (B) Ben Mills (Wikimedia: Benjah-BMM27); Fuente: (A) http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Rust_screw.jpg(opens en nueva ventana); (B) http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Iron%2528II%2529-sulfate-heptahydrate-sample.jpg(opens en nueva ventana); Licencia: CC por 2.0 (se abre en una ventana nueva); Dominio público)

Algunos metales de transición que tienen relativamente pocos\(d\) electrones pueden alcanzar una configuración de electrones de gas noble-gas. El escandio es un ejemplo.

\[\begin{array}{lcl} \ce{Sc} & \rightarrow & \ce{Sc^{3+}} + 3 \ce{e^-} \\ \left[ \ce{Ar} \right] \: 3d^1 \: 4s^2 & & \left[ \ce{Ar} \right] \end{array}\nonumber \]

Otros pueden alcanzar configuraciones con un\(d\) subnivel completo, como zinc y cobre.

\[\begin{array}{lcl} \ce{Zn} & \rightarrow & \ce{Zn^{2+}} + 2 \ce{e^-} \\ \left[ \ce{Ar} \right] \: 3d^{10} \: 4s^2 & & \left[ \ce{Ar} \right] \: 3d^{10} \end{array}\nonumber \]

\[\begin{array}{lcl} \ce{Cu} & \rightarrow & \ce{Cu^+} + \ce{e^-} \\ \left[ \ce{Ar} \right] \: 3d^{10} \: 4s^1 & & \left[ \ce{Ar} \right] \: 3d^{10} \end{array}\nonumber \]

La configuración resultante anterior, con 18 electrones en el nivel de energía principal más externo, se conoce como una configuración de electrones pseudo de gas noble-gas. Da estabilidad particular a los\(\ce{Cu^+}\) iones\(\ce{Zn^{2+}}\) y.

Resumen

La formación de iones metálicos de transición es más compleja que la simple formación de cationes.
Los iones de metales de transición a menudo implican reordenamientos de ambos\(d\) y\(s\) electrones.

Revisar

¿En qué bloque caen los metales de transición?
Al escribir la configuración electrónica para un metal de transición, ¿qué subnivel (\(s,p,d,f\)) se llena primero?
Al formar iones de metales de transición, ¿qué subnivel (\(s,p,d,f\)) pierde electrones primero? ¿Cuál es la configuración pseudo de electrones de gas noble-gas?