Algunos metales de bloque d forman iones con orbitales 3 d llenos o vacíos, por lo tanto, no son metales de transición, ya que no pueden mostrar las siguientes propiedades químicas y físicas fundamentales.
Los metales de transición son elementos de bloque d (ya que los electrones externos están en los orbitales d). Los metales de transición tienen uno o más electrones d no apareados en uno de sus iones (forman iones que tienen orbitales d parcialmente llenos). Forman iones complejos con ligandos (un ion o molécula que se une a través de un enlace covalente dativo a un ion metálico a través de su único par de electrones); tienen un número de coordinación de 6 si forman un ion complejo con seis ligandos monodentados. Estos iones complejos son octaédricos ya que los seis pares de electrones de enlace se repelen entre sí a la posición de repulsión mínima / separación máxima. Cuando los ligandos se unen con metales de transición, dividen los niveles de energía de los orbitales d en dos niveles de energía (un nivel de energía superior y un nivel de energía inferior ). Cuando la luz blanca brilla a través de una solución de uno de estos iones complejos, los fotones de cierta frecuencia se absorben y se elimina un color de la luz blanca , y su energía promueve un electrón desde un orbital d de energía inferior a un orbital d de energía superior. dd transición . El color transmitido (el color observable de la solución) es complementario al color absorbido por la luz blanca . La frecuencia de la luz absorbida depende del grado de división de los orbitales d por los ligandos (que depende de la fuerza de los ligandos). Los metales de transición también forman precipitados sólidos de hidróxido de metal sin carga cuando se agrega una pequeña cantidad de una base (NaOH o NH3), a medida que ocurre una reacción de desprotonación (una reacción en la que una base elimina un ion H + de una especie).
Los metales de transición también tienen estados de oxidación variables , ya que sus energías de ionización sucesivas aumentan constantemente (hay pequeñas brechas entre las energías de ionización sucesivas), porque todos los electrones en el orbital 3d están en un nivel de energía similar , por lo que requieren una cantidad de energía similar para eliminar .
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Los metales de transición comúnmente experimentan reacciones redox debido a sus estados de oxidación variables . Un metal de transición en un estado de oxidación más alto será un agente oxidante , ya que tiene un potencial de reducción estándar más positivo (indica la tendencia de una especie a ganar electrones y a reducirse) por lo que la reducción es más factible . Un metal de transición en un estado de oxidación más bajo será un agente reductor , ya que tiene un potencial de reducción más bajo (más negativo), por lo que la oxidación es más factible .
Los metales de transición pueden actuar como catalizadores, ya que tienen estados de oxidación variables, lo que significa que pueden actuar como agentes oxidantes y reducirse (ganar electrones), oxidar una especie (x), antes de actuar como agentes reductores y oxidarse (perder electrones) , reduciendo otra especie (y) en el proceso. Esto significa que x e y pueden reaccionar más fácilmente (ya que la orientación es más favorable), lo que reduce la energía de activación para una reacción, por lo que más de las moléculas reactivas tienen la energía (igual o mayor que Ea) requerida para reaccionar en caso de colisión , lo que significa que hay una mayor frecuencia de colisiones exitosas que logran la energía de activación y dan como resultado una reacción, por lo tanto, la velocidad de la reacción aumenta a medida que los productos son más cinéticamente estables en relación con los reactivos. Los metales de transición pueden actuar como catalizadores heterogéneos (catalizadores que están en un estado diferente a los reactivos, por lo tanto, la reacción ocurre en la superficie del catalizador) porque sus orbitales d parcialmente llenos disponibles enérgicamente pueden aceptar electrones de una molécula reactiva , o sus d no apareados Los electrones pueden formar un enlace con una molécula reactiva . Un ejemplo de esto es la hidrogenación cálcica de un alqueno. En primer lugar, los alquenos se unen al sitio activo del metal de transición a medida que los electrones de imagen del doble enlace C = C se involucran con / son aceptados por un orbital d vacío / energéticamente disponible. Los productos gaseius, un alqueno y H2, se adsorben rápidamente sobre la superficie del metal. El enlace sigma en el gas H2 se rompe y cada átomo de hidrógeno forma un enlace con un electrón d no apareado en el catalizador. Los dos átomos de hidrógeno se unen con el enlace pi parcialmente roto en el alqueno, ya que los reactivos gaseosos se convierten lentamente en un producto gaseoso (a medida que los enlaces se debilitan y se rompen, se forman nuevos enlaces). El alcano formado se adsorbe rápidamente desde la superficie del catalizador / sitio activo, formando un producto gaseoso libre y dejando un sitio activo libre.
