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Capítulo 23: Los elementos de transición y sus compuestos de coordinación
23.1 Una visión general de las propiedades de los elementos de transición
23.2 Los elementos de transición interna
23.3 Características distintivas de metales de transición selectos
23.4 Compuestos de coordinación
23.5 Bases teóricas para el enlace y las propiedades de los Complejos
Fig. 23.1
Elementos delos bloques d y f
ELEMENTOS DE TRANSICIÓNbloque d
ELEMENTOS DE TRANSICIÓN INTERNAbloque f
Elementos del bloque dElementos del bloque fTabla periódicaElementos de transiciónElementos de transición interna
Fig. 23.2
Titanio, Ti
Los metales de transición del periodo 4
Escandio, Sc Vanadio, V
Cromo, Cr
Manganeso, Mn
Hierro, Fe
Cobalto, Co Cobre, Cu
Zinc, ZnNíquel, Ni
Llenado de orbitales de los metales de transición del periodo 4
Elemento Diagrama parcial de orbitales Electrones desapareados
4s 3d 4p
Sc 1
Ti 2
V 3
Cr 6
Mn 5
Tabla 23.1 (p. 1022)
Llenado de orbitales de los metales de transicióndel periodo 4 (2)
Elemento Diagrama parcial de orbitales Electrones desapareados
Fe 4
Co 3
Ni 2
Cu 1
Zn 0
4s 3d 4p
Tabla 23.1 (p. 1022)
Fig. 23.3
Tendencias horizontalesen los elementosdel periodo 4
A Radio atómico (pm)
B Electronegatividad
C Energía de primera ionización (kJ/mol)
Fig. 23.4
Tendencias verticalesen los elementos de transición
3d, serie, Periodo 4
4d, serie, Periodo 5
5d, serie, Periodo 6
Números de grupo Números de grupo
En
erg
ía d
e p
rim
era
io
niz
ac
ión
(k
J/m
ol)
Rad
io a
tóm
ico
(p
m)
Ele
ctr
on
eg
ati
vid
ad
Den
sid
ad (
g/c
m3)
a 2
0°C
Estados de oxidación y ocupación del orbital d en los metales de transición del periodo 4*
3B 4B 5B 6B 7B 8B 8B 8B 1B 2BEstado de (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) oxidación Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 (d1) (d2) (d3) (d5) (d5) (d6) (d7) (d 8) (d10) (d10)+1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 (d3) (d5) (d5) (d7) (d8) (d10)+2 +2 +2 +2 +2 +2 +2 +2 +2 +2 (d2) (d3) (d4) (d5) (d6) (d7) (d8) (d9) (d10)+3 +3 +3 +3 +3 +3 +3 +3 +3 +3 (d0) (d1) (d2) (d3) (d4) (d5) (d6) (d7) (d8)+4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 (d0) (d1) (d2) (d3) (d4 ) (d5) (d6)+5 +5 +5 +5 +5 (d0) (d1) (d2) (d4)+6 +6 +6 +6 (d0) (d1) (d2)+7 +7 (d0)
Tabla 23.2
(p. 1025)
Potenciales de electrodo estándar para los iones m2+ del periodo 4
Semirreacción E0 (V)
Ti2+(ac) + 2 e-
Ti(s) -1.63V2+
(ac) + 2 e- V(s) -1.19Cr2+
(ac) + 2 e- Cr(s) -0.91Mn2+
(ac) + 2 e- Mn(s) -1.18Fe2+
(ac) + 2 e- Fe(s) -0.44Co2+
(ac) + 2 e- Co(s) -0.28Ni2+
(ac) + 2 e- Ni(s) -0.25Cu2+
(ac) + 2 e- Cu(s) 0.34Zn2+
(ac) + 2 e- Zn(s) -0.76
Tabla 23.3 (p. 1026)
Colores de los compuestos característicosde los metales de transición del periodo 4
b
a c
d
e
f
g
h
i
j
a = óxido de escandiob = óxido de titanio(IV)c = sulfato de vanadio dihidratadod = cromato de sodioe = cloruro de manganeso(II)
f = ferricianuro de potasiog = cloruro de cobalto(II) hexahidratadoh = nitrato de níquel(II) hexahidratadoi = sulfato de cobre(II) pentahidratadoj = sulfato de zinc heptahidratado
Fig. 23.6
Algunas propiedades de los elementos de Grupo 6B(6)
Radio atómico Eo (V) paraElemento (pm) IE1 (kJ/mol) M 3+
(ac)/M(s)
Cr 128 653 -0.74
Mo 139 685 -0.20
W 139 770 -0.11
Tabla 23.4 (p. 1027)
(p. 1031)
Estados de oxidación del manganeso
Tabla 23.5 Algunos estados de oxidación del manganeso
Estados de oxidación*
Ejemplo
Configuración del ion
Acidez del óxido BÁSICO BÁSICO
*Los estados más comunes aparecen en negritas
(p. 1036)
Números, formasTabla 23.6 Números de coordinación y formas de algunos iones complejos
Número decoordinación Forma Ejemplos
Lineal
Cuadrada plana
Tetraédrica
Octaédrica
(p. 1037)
Ligandos en compuestos de coordinación
Tabla 23.6 Algunos ligandos comunes en compuestos de coordinaciónTipo deligando Ejemplos
Monodentado agua
amoniaco
ion fluoruro
ion cloruro
Bidentado
ion cianuro
ion tiocianato
ion hidróxido
ion nitrito
o o
etilendiamina (en) ion oxalato
Polidentado
dietilentriamina ion trifosfato Ion etilendiamintetraacetato (EDTA)
Nombres de algunos ligandos neutros y aniónicos
Nombre FórmulaA. Neutros
Acuo H2O Amino NH3
Carbonilo CO Nitrosilo NO
B. Aniónicos Fluoro F -
Cloro Cl-
Bromo Br-
Yodo I-
Hidroxo OH-
Ciano CN-
Tabla 23.8 (p. 1038)
Nombres de algunos iones metálicos en aniones complejos
Metal Nombre del anión
Hierro Ferrato
Cobre Cuprato
Plomo Plumbato
Plata Argentato
Oro Aurato
Estaño Stannato
Tabla 23.9 (p. 1038)
Algunos compuestos de coordinación que estudió Werner
Datos de Werner*Fórmula Iones Cl– Fórmula Carga deltradicional totales libres moderana ion complejo
CoCl3 6 NH3 4 3 [Co(NH3)6]Cl3 3+
CoCl3 5 NH3 3 2 [Co(NH3)5Cl]Cl2 2+
CoCl3 4 NH3 2 1 [Co(NH3)4Cl2]Cl 1+
CoCl3 3 NH3 0 0 [Co(NH3)3Cl3] ---
.
.
.
.
Tabla 23.10 (p. 1039)
Tipos importantes de isomeríaen los compuestos de coordinación
Fig. 23.10
ISÓMEROSMisma fórmula, diferente arreglo en los atómos
Isómeros constitucionalesIsómeros constitucionales(estructurales)(estructurales)
Atómos conectados de diferenteAtómos conectados de diferentemaneramanera
EstereoisómerosEstereoisómerosdiferente arreglo espacialdiferente arreglo espacial
Isómeros decoordinaciónIntercambiode ligandos
y contraiones
Isómeros deenlace
Diferenteatómo
donante
Isómeros (diastereoisómeros)geométricos (cis-trans)
Diferente arreglo alrededordel ion metálico
Isómeros ópticos(enantiómeros)
Imágenes especularesno superponibles
Hybrid Orbitals and Bonding in the Octahedral [Cr(NH3)6]3+ Ion
Fig. 23.13
Orbitales híbridos y enlace en el ion octaédrico [Cr(NH3)6]
3+
mezcla
Hybrid Orbitals and Bonding in the Square Planar [Ni(CN)4]2- Ion
Fig. 23.14
Orbitales híbridos y enlace en el ion cuadrado plano [Ni(CN)4]
2–
mezcla
Hybrid Orbitals and Bonding in the Tetrahedral [Zn(OH)4]2- ion
Fig. 23.15
Orbitales híbridos y enlace en el ion tetraédrico [Zn(OH)4]
2–
mezcla
Relación entre los colores absorbidosy observados
Color Colorabsorbido (nm) observado (nm)
Violeta 400 Verde-amarillo 560Azul 450 Amarillo 600 Azul-verde 490 Rojo 620Amarillo-verde 570 Violeta 410Amarillo 580 Azul oscuro 430Naranja 600 Azul 450Rojo 650 Verde 520
Tabla 23.11 (p. 1046)
Fig. 23.18
Separación de las energías de los orbitales dpor un campo octaédrico de ligandos
Orbitales 3den el ion libre
Promedio de losorbitales 3d enel campooctaédricode ligandos
Separación deorbitales 3den el campooctaédricosde ligandos
En
erg
ía
Fig. 23.19
Efecto de los ligandosen la separación de energía
Ligando decampo débil
Ligando decampo fuerte
The Color of [Ti(H2O)6]3+
Fig. 23.20
El color de [Ti(H2O)6]3+
Abs
orci
ón
Longitud de onda (nm)
Incidente Absorbida Transmitida
El e– salta alnivel más alto
Fig. 23.22
La serie espectroquímica
CAMPO MÁS DÉBIL
MÁS PEQUEÑA
MÁS LARGA
CAMPO MÁS DÉBIL
MÁS GRANDE
MÁS CORTA
High-spin and low-spin complex ions of Mn2+
Fig. 23.23
Iones complejos de Mn2+
de alto y bajo espínSin campo
Número máximo de electrones desapareados
Ligando de campo débil
Complejo de alto espín
Eapareamiento >
Ligando de campo fuerte
Complejo de bajo espínEapareamiento <
Ion libre Mn2+
Orbital Occupancyfor High- and Low-Spin Complexes of d4 Through d7 MetalIons
Fig. 23.24
Ocupación deorbitales paracomplejos de altoy bajo espínde iones metálicosd4 a d7
Alto espín:ligando de
campo débil
Bajo espín:ligando de
campo fuerte
Separación de las energías de los orbitales d por un campo tetraédrico y un campo cuadrado plano de ligandos
Fig. 23.25
A Tetraédrico B Cuadrado plano
En
erg
ía
tetraédrico
En
erg
ía
Algunos metales de transición como elementos traza en los humanos
Elemento Biomolécula que contiene Función de la el elemento biomolécula
Vanadio Proteína (?) Par redox en el metabolismo de la grasa (?)Cromo Factor de tolerancia a la glucosa Utilización de la glucosaManganeso Deshidrogenasa del isocitrato Respiración celularHierro Hemoglobina y mioglobina Transporte de oxígeno Citocromo c, Respiración celular; form. de ATP Catalasa Decomposición de H2O2
Cobalto Cobalamina (vitamina B12) Desarrollo de glóbulos rojosCobre Ceruloplasmina Síntesis de hemoglobina Oxidasa del citocromo Respiración celular; form. de ATPZinc Anhidrasa carbónica Eliminación de CO2
Carboxipeptidasa A Digestión de las proteínas Deshidrogenasa alcohólica Metabolismo del etanol
Tabla 23A (p. 1050)