Chimica generale/Metalli di transizione
Definizione e caratteristiche generali
modificaNella tavola periodica degli elementi, sulla base della loro posizione, possiamo individuare gli elementi cosiddetti di transizione, i quali sono caratterizzati dalla presenza di un elettrone nell'orbitale d. Essi hanno simile configurazione orbitale elettronica e quindi simili proprietà chimiche.
Hanno numeri atomici compresi fra 21 e 30, 39 e 48, 72 e 80, e appartengono ai gruppi dal 3 al 12 (o equivalentemente dal IIIB al IIB) della tavola periodica. Degli attuali elementi conosciuti sono ben 59 ed hanno in comune l'aspetto metallico, perciò sono spesso chiamati metalli di transizione.
I metalli di transizione (TM) sono divisi in tre gruppi: (a) elementi del gruppo d, (b) lantanidi, (c) attinidi, i quali hanno orbitali d o f parzialmente occupati in uno qualsiasi stato di ossidazione stabile. Tuttavia gli elementi Scandio e Zinco non vengono considerati come metalli di transizione.
- Lo Scandio ha struttura elettronica [Ar]3d14s2. Quando forma degli ioni perde sempre i tre elettroni esterni: lo Sc3+ non ha elettroni d.
- Lo Zinco ha la struttura elettronica [Ar]3d104s2. Quando forma degli ioni perde sempre i due elettroni 4s per dare lo ione Zn2+ che ha struttura elettronica [Ar]3d10 con tutti gli orbitali d pieni.
Al contrario invece il Rame è un metallo di transizione in quanto lo ione Cu2+ ha orbitali d parzialmente riempiti.
Caratteristiche
modifica1. Siccome impiegano anche elettroni ed orbitali d nel legame metallico, sono tutti metalli con energia di atomizzazione elevata.
2. Hanno punti di fusione e di ebollizione elevati, più alti dei metalli non-TM (gli elementi di transizione fondono in genere al di sopra dei 1000 °C).
3. Spesso maggior parte dei composti di transizione è colorata (a differenza dei metalli dei gruppi s e p la maggioranza dei quali forma composti incolori).
4. Sono frequentemente paramagnetici.
5. Tendono a formare composti complessi con composti organici insaturi.
6. Sono in genere duri, fragili e altofondenti, ad eccezione del mercurio, l'unico metallo liquido a temperatura ambiente.
7. Sono in genere buoni conduttori dell'elettricità e di calore (L’argento e il rame sono i migliori conduttori di calore ed elettricità).
8. Sono duttili e malleabili.
Separazione energetica tra gli orbitali di valenza
modificaNegli elementi di transizione del blocco d ha luogo il riempimento degli orbitali 3d, 4d o 5d. Tra il riempimento degli orbitali 4d e 5d, ha luogo anche il riempimento degli orbitali 4f (lantanidi). Nei metalli della prima serie di transizione si riempiono prima i 4s e poi i 3d. Questo perché in un atomo vuoto gli orbitali 4s hanno energia più bassa dei 3d. Tuttavia una volta che gli elettroni sono negli orbitali l’ordine dei livelli energetici cambia e in tutta la chimica dei metalli di transizione gli orbitali 4s sono quelli più esterni a più alta energia.
Andamento dei potenziali di ionizzazione
modificaLa facilità con cui un elettrone può essere rimosso da un atomo dei metalli di transizione è intermedia tra quella degli elementi del gruppo s e p. I TM possono quindi formare sia legami ionici che covalenti a seconda delle condizioni.
Dimensione degli atomi e degli ioni
modificaIl raggio covalente (e ionico) diminuisce da sinistra a destra lungo una serie di transizione e aumenta leggermente verso la fine.
Potere ossidante
modificaIl potere ossidante è una misura della forte tendenza a ridursi di uno ione ed è inoltre dipendente dal pH.
Reattività
modificaTutti i metalli del primo periodo dovrebbero sciogliersi in acidi non ossidanti a pH = 0, con l’eccezione dell'elemento rame. Vengono attaccati con sufficiente rapidità gli elementi Cr, Mn e Fe (oltre a Zn) mentre per gli altri si deve ricorrere a condizioni elevate di temperatura e spesso alla presenza di agenti ossidanti.
Acidità
modificaI metalli di transizione sono ossiacidi più deboli dei relativi omologhi elementi del gruppo principale.
Abbondanza
modificaI dieci elementi di transizione della prima serie sono piuttosto comuni e costituiscono il 6,79% della crosta terrestre. I restanti elementi di transizione sono veramente scarsi; i 20 elementi della seconda e terza serie costituiscono insieme solo lo 0,025% della crosta terrestre.