Los elementos de transición tienen electrones externos que ocupan una capa muy grande.
Esta es una tabla que muestra la configuración de capa de electrones más externa de cada elemento.
- ¿Qué impulsa el precio del mineral de hierro hacia arriba y hacia abajo, especialmente en el índice de Platts?
- Cómo cortar una pieza de metal de 2 × 6 de una bandeja para hornear endeble sin ningún equipo sofisticado
- ¿De dónde obtuvieron los romanos todo su metal?
- ¿Por qué se utilizan semiconductores en lugar de metales?
- ¿Por qué los elementos de transición exhiben números de oxidación variables o valencia variable?
Los elementos de color cian son todos metales de transición (aunque las series de lantánidos y actínidos también son técnicamente metales de transición). Los metales de transición son todos metales y, por lo tanto, tienden a perder electrones, pero debido a que estos electrones en el nivel de energía más alto están en realidad en un número de energía principal más bajo que los anteriores (es decir, la primera fila de metales de transición llena la capa 3d, y la capa 4s ya se había llenado), esto hace que sea relativamente fácil perder algunos o todos sus electrones para aterrizar en estados estables.
El shell d tiene muchos estados estables, y algunos de esos estados son en realidad más estables que el subshell 4s, de ahí las anomalías en la tabla anterior (en la cuarta columna en los metales de transición puede ver que la configuración es 3d5, y que la quinta columna también es 3d5). De acuerdo con la regla de Hund, los electrones primero se llenan de capas con espines paralelos antes de llenarse con los espines antiparalelos. Como la capa d puede contener 10 electrones, tener 5 electrones es energéticamente estable porque los cinco tienen espines paralelos. Este estado es en realidad más estable que la subcapa 4s y la configuración de electrones de Chromium muestra que, en lugar de tener una configuración externa de 3d4 como se esperaba, Chromium retira un electrón de la subcapa 4s y lo introduce en la subcapa 3d para que la capa d y El caparazón 4 está medio lleno de electrones con el mismo giro.
Ahora en cuanto a por qué hay múltiples estados de oxidación para cada uno de estos elementos. A los elementos no les gusta perder demasiados electrones. Una vez que alcanzan una configuración estable, tienden a permanecer allí, la siguiente energía de ionización es demasiado alta en cierto punto. Por ejemplo, el sodio, Na, tiene un electrón en su capa externa, la primera energía de ionización es pequeña (comparativamente), y una vez que pierde ese electrón tiene la misma configuración electrónica que el neón, que es extremadamente estable. Por lo tanto, la segunda energía de ionización para el sodio es muy alta porque se necesita mucha energía para extraer un electrón de una configuración muy estable. La siguiente es una tabla de las primeras energías de ionización de los elementos, los primeros elementos de transición comienzan con escandio, Sc, y terminan con zinc, Zn.
Como puede ver, hay pequeños saltos y valles para la primera energía de ionización, pero la primera energía de ionización tampoco cambia mucho. La diferencia entre escandio y zinc es menor que la diferencia entre oxígeno y flúor. Esto se debe a que los electrones en la capa d están más cerca del núcleo que los átomos en la capa s que se llenan antes, como resultado, los electrones en la capa s más alta tienden a perderse primero, en lugar de los electrones en la d cáscara. También sucede que en la capa d, los electrones son bastante fáciles de eliminar, pero hay ciertos estados que son más estables que otros.
Tomando hierro, por ejemplo, los dos estados de oxidación más comunes son +2 y +3. El hierro tiene una configuración electrónica de estado fundamental de [Ne] 4s2 3d6 (lo siento, no sé cómo superíndice). Típicamente, los electrones en la subcapa s se eliminan primero, y una configuración electrónica estable para el hierro es [Ne] 3d6, que es un ion Fe2 +. El siguiente electrón que salga le daría a Fe3 + una configuración electrónica de [Ne] 3d5, que también es relativamente estable. En cuanto al número: la segunda energía de ionización del hierro es 1562 kJ / mol, y la tercera energía de ionización es 2957 kJ / mol, esto representa un salto de aproximadamente 1300kJ, que es factible para un agente oxidante típico. Por el contrario, la cuarta energía de ionización del hierro es de 5290 kJ, que es un salto de aproximadamente 2300 kJ, mucho más grande que las anteriores.
Esto es cierto para la mayoría de los metales de transición, que ceden a lo sumo 4 electrones antes de que las energías de ionización sean demasiado altas para que los oxidantes estándar tomen otro electrón.
Dicho esto, teóricamente, cada metal de transición puede perder todos sus electrones de la capa d más dos más (de la capa s) y obtener estados de oxidación locos como +12.
Espero que haya ayudado.
