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METALES DE TRANSICIÓN - Coggle Diagram
METALES DE TRANSICIÓN
Los metales de transición son un grupo de elementos químicos que se encuentran en los bloques d y f de la tabla periódica. Estos elementos comparten ciertas propiedades, como la capacidad de formar varios estados de oxidación y de participar en la formación de compuestos coloreados.
Escandio (Sc);
Titanio (Ti);
Vanadio (V);
Cromo (Cr);
Manganeso (Mn);
Hierro (Fe);
Cobalto (Co);
Níquel (Ni);
Cobre (Cu);
Zinc (Zn);
Ytrio (Y);
Zirconio (Zr);
Niobio (Nb);
Molibdeno (Mo);
Tecnecio (Tc);
Rutenio (Ru);
Rodio (Rh);
Paladio (Pd);
Plata (Ag);
Cadmio (Cd);
Hafnio (Hf);
Tántalo (Ta);
Wolframio (W);
Renio (Re);
Osmio (Os);
Iridio (Ir);
Platino (Pt);
Oro (Au);
Mercurio (Hg);
Rutherfordio (Rf);
Dubnio (Db);
Seaborgio (Sg);
Bohrio (Bh);
Hassio (Hs);
Meitnerio (Mt);
Darmstadtio (Ds);
Roentgenio (Rg);
Copernicio (Cn).
Estados de oxidación
La mayoría de los metales de transición exhiben más de un estado de oxidación diferente de cero. En los metales de transición tempranos, el estado de oxidación máximo está dado por el
número de grupo del metal; sin embargo, éste no siempre es el estado de oxidación más estable.
Escandio
En la primera serie de transición, el escandio y el zinc sólo tienen un estado de oxidación diferente de cero.
El escandio pierde sus dos electrones 4s y su único electrón 3d para formar Sc3+.
Zinc
El zinc pierde sus dos electrones 4s para formar Zn2+.
Titanio
Estados de oxidación más estables: +2, +3, +4.
El estado de oxidación más estable es +4 para el titanio.
Níquel
El titanio y el níquel también tienen un único estado de oxidación común diferente de cero.
Estados de oxidación más estables: +2, +3.
El estado de oxidación más estable es +2 para el níquel.
Todos los demás metales de transición 3d exhiben al menos dos estados de oxidación en sus compuestos.
Cobalto
El cobalto puede formar iones Co2+ y Co3+.
El cobalto de ordinario exhibe los estados de
oxidación +2 y +3.
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Rodio
Exhiben los estados de oxidación comunes +1 y +3.
Iridio
Exhiben los estados de oxidación comunes +1 y +3.
El estado +3 es un poco más estable para el Ir que para el más electronegativo Rh.
Cromo
Exhibe varios estados de oxidación. Los más comunes son +2, +3 y +6.
El estado de oxidación más estable del Cr es +3. Las soluciones de sales de cromo(II) azules se oxidan fácilmente con el aire a cromo(III).
El estado de oxidación más estable es +3 para el cromo.
Hierro
Estados de oxidación más estables: +2, +3.
El estado de oxidación más estable es +2 para el hierro.
Cobre
Estados de oxidación más estables: +1, +2.
El estado de oxidación más estable es +2 para el cobre.
Manganeso
Estados de oxidación más estables: +2, +4, +7.
El estado de oxidación más estable es +2 para el manganeso.
Vanadio
Estados de oxidación más estables: +2, +3, +5.
El estado de oxidación más estable es +2 para el vanadio.
Química en solución
Comportamiento frente a bases y ácidos
Para Ti (III, IV), V (III, IV, V) y Cr (III).
Titanio (III) - Ti³⁺: En su estado de oxidación +3, el titanio puede actuar como un agente reductor en reacciones químicas. Puede perder electrones para reducir a otros elementos o compuestos.
En ciertas reacciones, el titanio (III) puede actuar como un ácido de Lewis, lo que significa que puede aceptar un par de electrones de una especie química que actúa como base de Lewis.
Titanio (IV) - Ti⁴⁺: En su estado de oxidación +4, el titanio tiende a formar compuestos covalentes, y su comportamiento como ácido o base depende de la reacción específica.
En algunas reacciones, el titanio (IV) puede actuar como un ácido de Lewis al aceptar un par de electrones de una especie que actúa como base de Lewis.
Ti (III, IV)
V(III, IV,V)
Vanadio (III): En su forma trivalente, V(III), tiende a comportarse como un ácido débil, pudiendo reaccionar con bases para formar sales.
Vanadio (IV): En el estado de oxidación +4, V(IV) puede mostrar propiedades ácido-base, pero en general es menos común que los estados +3 o +5.
Vanadio (V): En su estado pentavalente, V(V), el vanadio tiende a comportarse como un ácido fuerte. Puede reaccionar con bases para formar sales, y en solución acuosa, a menudo se presenta como el ion vanadato (VO₄³⁻).
Cr (III)
El cromo en su estado de oxidación +3, Cr(III), tiende a comportarse como un ácido débil en soluciones acuosas. Puede reaccionar con bases para formar sales, aunque no tan fácilmente como algunos otros metales en el mismo estado de oxidación. La forma más común en la que se encuentra el cromo (III) en solución acuosa es como el ion cromio(III) (Cr³⁺).
En términos de ácidos, el cromo (III) puede actuar como base conjugada en una reacción ácido-base, aceptando protones para formar especies más cargadas.
Es importante tener en cuenta que, en general, los metales en estado de oxidación +3 tienden a comportarse como ácidos, pero la fuerza de esta acidez puede variar.
Comportamiento redox
Para Mn y Cr.
Mn
Manganeso con número de oxidación +2 (Mn²⁺):
En este estado, el manganeso ha perdido dos electrones y tiene una carga positiva de +2.
Ejemplos de compuestos con Mn²⁺ incluyen el sulfato de manganeso (MnSO₄) y el cloruro de manganeso (MnCl₂).
Manganeso con número de oxidación +3 (Mn³⁺):En este estado, el manganeso ha perdido tres electrones y tiene una carga positiva de +3.
El permanganato de potasio (KMnO₄) es un ejemplo común de un compuesto que contiene Mn³⁺. En soluciones ácidas, el permanganato se reduce a iones de manganeso con un número de oxidación +2.
Manganeso con número de oxidación +4 (Mn⁴⁺):Aunque menos común que +2 y +3, el manganeso puede existir en estado de oxidación +4 en compuestos como el dióxido de manganeso (MnO₂).
En reacciones redox, Mn⁴⁺ puede ganar o perder electrones para formar otros estados de oxidación de manganeso.
Cr
Cromo con número de oxidación +3 (Cr³⁺):En este estado, el cromo ha perdido tres electrones y tiene una carga positiva de +3.
El cromo en estado +3 se usa como agente reductor en algunas reacciones químicas.
Cromo con número de oxidación +6 (Cr⁶⁺):En este estado, el cromo ha perdido seis electrones y tiene una carga positiva de +6.
El cromo en estado +6 se encuentra en compuestos como el trióxido de cromo (CrO₃) y el dicromato de potasio (K₂Cr₂O₇), que se utilizan como agentes oxidantes en reacciones químicas.
Cromo con número de oxidación +0 (Cr⁰):
En su forma elemental, el cromo tiene un estado de oxidación de cero, lo que significa que no ha perdido ni ganado electrones.Se utiliza en recubrimientos de cromo para proteger metales y darles un aspecto brillante y resistente a la corrosión.El cromo se utiliza en reacciones redox debido a su capacidad para cambiar entre diferentes estados de oxidación. Por ejemplo, en la galvanoplastia, el cromo se reduce a cromo metálico para crear un recubrimiento resistente y decorativo en objetos metálicos. Por otro lado, en la industria química, el cromo hexavalente se utiliza como agente oxidante en varias reacciones. Este comportamiento versátil del cromo en reacciones redox lo hace valioso en diversas aplicaciones industriales y químicas.
Compuestos que forman
Escandio (Sc):
Haluro: Cloruro de escandio (ScCl3)
Oxoanión: No forma oxoaniones típicos.
Compuesto de coordinación: Hexafluoruro de escandio [ScF6]3-
Titanio (Ti):
Haluro: Tetracloruro de titanio (TiCl4)
Oxoanión: No forma oxoaniones típicos.
Compuesto de coordinación: Cloruro de titanoceno [Ti(C5H5)2Cl2]
Vanadio (V):
Haluro: Pentacloruro de vanadio (VCl5)
Oxoanión: Vanadato (VO3)3-
Compuesto de coordinación: Tetracloruro de vanadio(IV) [VCl4]2-
Cromo (Cr):
Haluro: Trioxocromato(VI) de potasio (K2CrO4)
Oxoanión: Cromato (CrO4)2-
Compuesto de coordinación: Hexaacuocromo(III) [Cr(H2O)6]3+
Manganeso (Mn):
Haluro: Tetracloruro de manganeso (MnCl4)
Oxoanión: Permanganato (MnO4)-
Compuesto de coordinación: Pentacarbonilhidridomanganeso (MnH)(CO)5
Hierro (Fe):
Haluro: Cloruro de hierro(III) (FeCl3)
Oxoanión: Ferricianuro (Fe(CN)6)3-
Compuesto de coordinación: Hexacianoferrato(II) de potasio [Fe(CN)6]4-
Cobalto (Co):
Haluro: Cloruro de cobalto(II) (CoCl2)
Oxoanión: No forma oxoaniones típicos.
Compuesto de coordinación: Hexaaminacianocobalto(III) [Co(NH3)6]3+
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QUÍMICA EN LA VIDA
TITANIO
→ Se emplea en aviones militares y submarinos nucleares, debido a su alta resistencia y baja densidad.
→ En cuanto a las pinturas, el pigmento blanco se debe al uso de óxido de titanio (IV). Este compuesto sustituyó por completo al plomo blanco, por ser estable en aire contaminado, no manchar, tener muy baja toxicidad y tener el índice de refracción más alto de cualquier sustancia inorgánica blanca e incolora.
VANADIO
→ En la naturaleza no se usa ampliamente, pero es vital para unos organismos marinos simples, los tunicados o monos marinos (vertebrados y los invertebrados). Utilizan niveles muy altos de vanadio en su plasma sanguíneo para transportar oxígeno.
→ También parece ser que otro organismo muy distinto usa el elemento: el hongo venenoso Amanita muscaria.
→A nivel industrial se emplea para obtener aceros, o sea aleaciones muy duras que se usan en hojas de cuchillos y en diversas herramientas para taller.
CROMO
→La insulina y el ion cromo(III) regulan los niveles de glucosa en la sangre. Una deficiencia de cromo(III) o una incapacidad para utilizar el ion cromo pueden causar diabetes.
→ A nivel industrial se lo emplea en la fabricación de aleaciones metálicas para usos especializados. El cromo proporciona un recubrimiento brillante y protector a las superficies de hierro y acero.
→El ion dicromato anaranjado es un buen agente oxidante y se reduce al ion hexaacuocromo(III) verde, [Cr(OH₂).]"³, en la reacción redox
[Cr₂O₂]² (ac) + 14H*(ac) + 6e- →2Cr³(ac) + 7H₂O(l) E²: +1,33V
Esta reacción se utiliza en los analizadores del aliento para detectar un consumo excesivo de alcohol.
TUNGSTENO
→A nivel industrial se lo emplea en la fabricación de aleaciones metálicas para usos especializados. Es utilizado para los filamentos de las bombillas eléctricas tradicionales. Por su punto de fusión tan alto, la presión de vapor del metal caliente es baja y el filamento dura mucho tiempo.
→ Se conocen enzimas de tungsteno, y éstas se encuentran en ciertas bacterias. El centro de tungsteno actúa como sumidero y fuente de electrones al oscilar entre los estados de oxidación +4, +5 y +6 del tungsteno.
MOLIBDENO
→El molibdeno es el miembro del grupo con mayor importancia biológica. Es el elemento más pesado que tiene una amplia gama de funciones en los organismos vivos.
→Actualmente se conocen más de una docena de enzimas que dependen del molibdeno, que por lo regular se absorbe como ion molibdato, [MoO³.
La enzima de molibdeno más crucial es la nitrogenasa. Esta enzima está presente en bacterias que reducen el dinitrógeno "inerte" de la atmósfera a ion amonio, que las plantas usan en la síntesis de proteínas.
→Otra enzima que contiene molibdeno es la sulfito oxidasa, que oxida el perjudicial ion sulfito al inocuo ion sulfato en nuestro hígado.
→Nitrogenasa
El ion molibdato es muy soluble en el agua a valores de pH cercanos a la neutralidad, facilita el transporte por fluidos biológicos. El molibdeno ocupa el décimo octavo lugar en el orden de abundancia de los metales en el agua de mar.
→El sulfuro de molibdeno (IV) es el único compuesto de molibdeno con importancia comercial. Es purificado, de color negro, MoS₂, tiene una estructura de capas similar a la del grafito. Esta propiedad ha dado pie a su uso como lubricante, y en suspensión mezclado con aceites hidrocarburos oleosos.
HIERRO
→Los papeles biológicos del hierro son muy numerosos, por ello nos concentraremos en tres tipos específicos de macromoléculas que contienen hierro: hemoglobina, ferritina y ferredoxinas.
Hemoglobina:
En ella, el hierro tiene un estado de oxidación de +2. Hay cuatro iones de hierro en cada molécula de hemoglobina, y cada uno está rodeado por una unidad de porfirina. Cada molécula de hemoglobina reacciona con cuatro moléculas de oxigeno para formar oxihemoglobina.
Ferritinas:
Tanto las plantas como los animales necesitan almacenar hierro para usarlo en el futuro. Con este fin se utilizan los miembros de esta familia de proteínas. Estas consisten en una coraza de aminoácidos enlazados (péptidos) que rodean a un núcleo de oxohidroxofosfato de hierro(III). Este núcleo es un cúmulo de iones hierro(III), iones óxido, iones hidróxido e iones fosfato.
Ferredoxinas:
Las plantas y las bacterias emplean esta familia de estructuras de hierro (III) y azufre como núcleo para sus proteínas redox. Estas proteínas contienen átomos de hierro y azufre unidos por enlaces covalentes, y actúan como excelentes agentes de transferencia de electrones.
Citocromos:
Los citocromos son hemoproteínas que actúan en las cadenas de transferencia de electrones en las mitocondrias, esta transferencia está asociada a la cupla Fe(II) Fe(III).
Peroxidasas y catalasas:
Son enzimas que poseen comportamiento químico similar y en cuyas estructuras aparece también el hierro.
Transferrinas:
Son moléculas capaces de transportar el hierro ingerido desde el estómago para incorporarlo a los procesos metabólicos del organismo.
COBALTO
→La vitamina B12 tiene cobalto(III) en el centro de la molécula, rodeado por una estructura anular similar al anillo de porfirina. La carencia de la vitamina provoca la enfermedad conocida como anemia perniciosa, la cual es tratada con inyecciones de dicha vitamina escaza.
→Ciertas bacterias anaerobias usan una molécula relacionada, metilcobalamina, en un ciclo que produce metano.
NÍQUEL
→Cumple funciones esenciales en los organismos superiores. El Ni(II) es retenido por algunas proteínas presentes en el suero y parece competir con el Cu(II) por algunos sitios de coordinación.
→Estudios recientes han demostrado que el níquel es retenido esencialmente por el riñón donde quedaría asociado a algún sistema proteico de este órgano.
→Ciertos árboles tropicales concentran níquel hasta tal punto que llega a constituir cerca del 15% de su masa seca.
COBRE
→Se requieren unos 5mg en la dieta humana diaria. Una deficiencia de este elemento incapacita al cuerpo para utilizar el hierro almacenado en el hígado.
→Hay numerosas proteínas de cobre en todo el mundo vivo, y las más interesantes son las hemocianinas. Estas moléculas son transportadores de oxígeno comunes entre los invertebrados: los cangrejos, langostas, pulpos, escorpiones y caracoles tienen sangre color azul brillante.
→Un exceso de cobre es en extremo venenoso, sobre todo para los peces.
→Es uno de los metales fundamentales para la tecnología actual. Conductor preciso del calor y la electricidad, y más eficiente que varias otras alternativas.
→Es muy utilizado para las instalaciones de agua, de sistemas de calefacción y de aire acondicionado.
→También es utilizado en compuestos destinados a la agricultura, por ejemplo para compensar la deficiencia de este elemento vital en los suelos o en los cultivos.
PLATA
Es empleada en forma industrial, fotográfica, química, electrónica y médicamente.
→Por ser un metal precioso se usa en joyería (anillos, sortijas, aretes, pendientes, cadenas, pulseras), así como en objetos de platería, monedas, etc.
→Cuando está aleada con otros metales es utilizada en las amalgamas dentales, también en los cojinetes y pistones de motores de trenes eléctricos y para soldar a contactos eléctricos y baterías eléctricas de plata-zinc y plata.
→Se confeccionan con esta armas blancas, espadas, lanzas o puntas de flecha.
→Por su sensibilidad a la luz, particularmente el bromuro, el yoduro y el fosfato de plata, se emplean en fotografía.
→En electrónica, es utilizada en los circuitos integrados y teclados del ordenador o computadora, debido a la alta conductividad que tiene este metal.
→Es empleado como nitrato de plata para combatir las verrugas (siendo letales en concentraciones de hasta 2g).
Los compuestos de plata pueden ser absorbidos lentamente por los tejidos corporales, con la consecuente pigmentación azulada o negruzca de la piel, dando origen a una enfermedad conocida como argiria
ORO
→Desde tiempos remotos, el oro es valorado ampliamente, no sólo por su belleza sino también por su resistencia a la corrosión, por ser más fácil de trabajar que otros metales y de extracción menos costosa.
→En la actualidad se utiliza como moneda de cambio y como referencia en las transacciones monetarias internacionales. Los países emplean reservas de oro puro en lingotes que dan cuenta de su riqueza.
→La industria de la joyería cuenta con él como uno de sus símbolos más preciados.
→La mayoría de los equipos electrónicos tienen oro porque es un eficiente conductor que se mantiene libre de corrosión.
→Motores de todo tipo: de transportes como automóviles, aviones o incluso naves espaciales, también cuentan con oro dentro de sus componentes debido a su prácticamente nula corrosión.
→En las ventanas de los edificios nuevos se usan pequeñas cantidades de oro porque alejan un alto porcentaje de calor sin disminuir la luz.
→En la salud también está presente el uso de este metal. Y es conocido como crisoterapia. Se lo utiliza terapéuticamente contenido dentro de algunos antiinflamatorios para el tratamiento de enfermedades reumáticas.
→El isotopo de oro 198Au, de una vida media de 2,7 días, se emplea en algunos tratamientos de cáncer y otras enfermedades.
→Dentro de la odontología, al igual que la plata el oro forma fuertes empastes dentales en amalgama con el mercurio para obturar las cavidades que aparecen como consecuencia de las caries y así restablecer la función masticatoria.
**Usos y Aplicaciones
**
Los metales de transición son un grupo de elementos químicos que se encuentran en el bloque d de la tabla periódica. Estos metales son conocidos por sus propiedades únicas, como su capacidad para formar múltiples estados de oxidación, alta conductividad eléctrica, maleabilidad y resistencia a la corrosión. A continuación, se proporciona una explicación general de los usos y aplicaciones de los metales de transición, junto con algunos ejemplos:
Usos en la industria metalúrgica:
Hierro (Fe): El hierro es la base para la producción de acero, que se utiliza en la construcción, fabricación de automóviles, maquinaria y herramientas.
Cromo (Cr): El cromo se utiliza en aleaciones de acero inoxidable, que son resistentes a la corrosión y se emplean en aplicaciones como utensilios de cocina y equipo médico.
Conductividad eléctrica:
Cobre (Cu): El cobre es uno de los mejores conductores de electricidad y se utiliza en cables eléctricos y componentes electrónicos.
Aluminio (Al): Aunque no es un metal de transición en el sentido estricto, el aluminio se utiliza ampliamente en la fabricación de cables y conductores eléctricos debido a su ligereza y conductividad.
Tecnología y electrónica:
Níquel (Ni): Se utiliza en la fabricación de baterías recargables, como las de iones de litio, comunes en dispositivos electrónicos.
Tungsteno (W): Se emplea en la fabricación de filamentos de lámparas incandescentes y componentes electrónicos de alta temperatura.
Aplicaciones en la industria química:
Platino (Pt): Se usa como catalizador en reacciones químicas, como en convertidores catalíticos de vehículos para reducir las emisiones contaminantes.
Paladio (Pd): También se usa como catalizador en reacciones químicas y en la fabricación de equipos de laboratorio.
Médica y odontología:
Titanio (Ti): El titanio se utiliza en implantes médicos, prótesis y instrumentos quirúrgicos debido a su biocompatibilidad y resistencia a la corrosión.
Cobalto (Co): Se utiliza en la fabricación de implantes médicos, como prótesis de cadera y rodilla.
Efectos visuales y estéticos:
Cobre (Cu): Se utiliza en la fabricación de objetos de decoración y arte debido a su capacidad para formar compuestos coloridos.
Oro (Au): Aunque no es un metal de transición, el oro se utiliza en joyería y monedas debido a su belleza y escasez.
Industria aeroespacial y de defensa:
Aluminio (Al): Se utiliza en la construcción de aeronaves debido a su ligereza y resistencia.
Níquel (Ni): Se emplea en componentes de motores de aviones y en aplicaciones de defensa debido a su resistencia a altas temperaturas.
