¿Por qué los elementos de bloque D tienen altos puntos de fusión y ebullición?

Los puntos de fusión y ebullición primero aumentan, alcanzan el máximo y luego disminuyen constantemente en cualquier serie de transición. Los altos puntos de fusión se atribuyen a la participación de un mayor número de electrones de los orbitales (n-1) d, además de los electrones del orbital s. Esto se debe a las energías comparables de los orbitales 3d y 4s que los electrones de los orbitales (n-1) d también están involucrados en la formación de enlaces. Así, mayor es el número de electrones “no apareados” más fuerte es la unión metálica. Debido a estos fuertes enlaces metálicos, los átomos de los elementos de transición están estrechamente empaquetados y unidos. Esto conduce a altos puntos de fusión y ebullición de los elementos de transición.

En la serie de elementos de transición, el número de electrones “no apareados” primero aumenta de 1 (Sc) a un máximo de 5 (Cr) y luego disminuye de nuevo a 0. Por lo tanto, los puntos de fusión y ebullición primero aumentan y luego disminuyen mostrando máximos hacia La mitad de la serie. Los bajos puntos de fusión de Zn, Cd y Hg se deben a la ausencia de electrones d no apareados en sus átomos y, por lo tanto, a una baja unión metálica.

Gracias por preguntar.

Una respuesta simple a esto radica en la química de estos elementos.

Todos estos elementos son metales. Todos son muy duros. Esto significa que los átomos están agrupados muy cerca unos de otros. Sus átomos tienen radios bastante pequeños. En los metales, la unión metálica se forma entre los iones metálicos positivos y los electrones libres y es extremadamente fuerte. Por lo tanto, las fuerzas de atracción entre los átomos son significativamente altas.

Ahora por un poco de física.

La aplicación de calor hace que un objeto se caliente y luego se caliente. Esto sucede porque los átomos individuales en el objeto (que ya están en movimiento) reciben la energía del calor y la convierten en energía cinética, moviéndose cada vez más rápido. A medida que se mueven más rápido y chocan con más frecuencia, se acumula más y más energía. Parte de esta energía se siente como el calor bajo nuestras manos. En algún momento (dependiendo del objeto), estos átomos ganarán suficiente energía cinética para comenzar a alejarse unos de otros, que es el comienzo del cambio de estado.

El punto de fusión y el punto de ebullición están determinados por la rapidez con que los átomos (por lo tanto, las moléculas) pueden alejarse unos de otros y pasar el elemento a la siguiente etapa. A medida que un elemento se calienta, sus moléculas comienzan a ganar energía cinética y comienzan a moverse cada vez más rápido. En los metales también debe haber suficiente ímpetu para romper el enlace metálico.

En metales, a 1 presión atmosférica, las temperaturas tienen que ser significativamente altas antes de que un metal sólido como el hierro pueda comenzar a cambiar a líquido. De líquido a gas volvería a tener mucha diferencia de temperatura. No sorprende que el hierro se derrita a más de 1,500 grados Celsius y hierva a casi el doble de esa temperatura.

Las excepciones se explicaron en la respuesta anterior.

El punto de fusión y el punto de ebullición dependen de varias cosas, pero incluyen la cantidad de energía necesaria para interrumpir la unión sobre un átomo, que a su vez depende de qué tan fuertes son esos enlaces y cuántos de ellos hay. La tendencia que notas también ocurre para los elementos p; Uno de los puntos de fusión más altos que encontrará es para el carbono, que tiene cuatro enlaces por átomo, pero estos son enlaces covalentes muy fuertes. En los elementos de transición, lo que llamará la unión metálica todavía depende del número de electrones d no apareados, y también de si estos pueden hibridarse con los electrones s. Sin embargo, a un nivel muy simple, el número de electrones no apareados aumenta hacia el centro de la serie, luego comienzan a emparejarse y los electrones comienzan a estar menos disponibles para la unión. Sin embargo, como cualquier regla simplificada, esta es una guía, pero habrá algunos detalles diabólicos. Por otro lado, la razón por la cual el mercurio tiene un punto de fusión tan bajo es que la unión metálica con él depende de los orbitales hibridados (porque sus niveles están llenos) y la hibridación se vuelve menos efectiva para formar enlaces a medida que aumenta el número cuántico n. Todavía lo hace, pero el beneficio energético en la formación de enlaces se reduce fuertemente. Esto no tiene nada que ver con la relatividad, como verá en algunas explicaciones. Por lo tanto, el mercurio todavía produce los enlaces metálicos, como se puede ver por su capacidad para conducir electricidad, pero son demasiado débiles para mantener una estructura a temperatura ambiente.

Porque tienen un enlace metálico que depende de electrones no apareados. Por lo tanto, de Sc a Cr, los electrones no apareados aumentaron, por lo tanto, el punto de fusión y el punto de ebullición aumentaron, de Mn a Cu, su constancia en el punto de fusión y el punto de ebullición se debe a alguna razón, pero el punto de fusión y el punto de ebullición disminuyeron para Hg debido a la ausencia de electrones no apareados.