Gli elettroni d degli elementi di transizione

Gli elementi di transizione formano una grande varietà di complessi che vanno dai composti ionici come [FeF6]3- ai complessi idrati come [Ti(H2O)6]3+.Tale varietà di comportamenti dipende dalla caratteristica principale degli elementi di transizione, ovvero, quella di possedere tutti elettroni d.

Gli orbitali d sono cinque e precisamente dxz, dxy, dyz, dx2-y2,dz2 , sono caratterizzati dal numero quantico secondario uguale a due ( l=2) e non possono accogliere più di dieci elettroni . Essi non sono uguali per orientazione spaziale, ma in un atomo isolato possiedono la stessa energia. L’orbitale dz2 è diretto lungo l’asse z e l’orbitale dx2-y2 possiede dei lobi orientati lungo gli assi x e y. I rimanenti tre orbitali possiedono lobi che si estendono in regioni poste tra gli assi ortogonali x,y e z.

orbitali-d

Nel primo grande periodo dallo scandio allo zinco, si riempie progressivamente il sottolivello 3d. La tabella sottostante indica la distribuzione degli elettroni quando l’atomo è allo stato fondamentale:

atomi Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn
Distribuzione degli elettroni 3d14s2 3d24s2 3d34s2 3d54s1 3d54s2 3d64s2 3d74s2 3d84s2 3d104s1 3d104s2
Numero atomico 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
Raggio metallico pm 161 145 132 125 124 124 125 125 128 133

 

Se si tiene presente il riempimento dei livelli elettronici si può notare che i sottolivelli d vengono occupati, dopo che sono stati già riempiti sottolivelli s aventi un numero quantico maggiore. Dalla tabella si può notare che, ad eccezione dello scandio e del titanio, si registra una piccola variazione dei raggi atomici lungo la serie e pertanto non vi sono grandi differenze nelle dimensioni atomiche, specie nella parte centrale della serie.

Le configurazioni elettroniche degli elementi della prima serie di transizione hanno le seguenti caratteristiche:

1) un nocciolo interno di elettroni aventi la stessa configurazione elettronica dell’argon;

2) due elettroni nell’orbitale 4s per otto dei membri e un elettrone nel 4s nei restanti due ( Cr e Cu)

3) un numero di elettroni 3d che varia da uno nello scandio a dieci nel rame e nello zinco.

Questi elementi hanno più di un numero di ossidazione anche se spesso presentano un numero di ossidazione preferenziale. Ad esempio il titanio che ha una configurazione [Ar] 3d24s2 può usare tutti e quattro gli elettroni esterni al nocciolo dell’argon nella formazione di composti e presenta un numero di ossidazione +4. Il titanio, tuttavia, può usare un numero di elettroni minore ad esempio cedendo i soli elettroni 4s2  e formare lo ione Ti2+. Nel caso preso ad esempio si notano due caratteristiche:

a)      Diversi stati di ossidazione possibili

b)      Uno stato di ossidazione massimo corrispondente al numero del Gruppo che per il titanio è 4B

Queste caratteristiche continuano con il vanadio, il cromo e il manganese per i quali gli stati di ossidazione massimi sono rispettivamente +5, +6 e +7. Un comportamento diverso si verifica per il ferro, cobalto e nichel. Anche se tali elementi possono esistere in più di uno stato di ossidazione essi non presentano la varietà di stati di ossidazione dei precedenti membri e il loro stato di ossidazione massimo non corrisponde al numero del gruppo di appartenenza. Nella seguente tabella vengono riportati gli stati di ossidazione della prima serie degli elementi di transizione:

Elemento N° atomico Stato di ossidazione
Sc 21 1 2 3        
Ti 22   2 3 4      
V 23 1 2 3 4 5    
Cr 24 1 2 3 4 5 6  
Mn 25 1 2 3 4 5 6 7
Fe 26 1 2 3 4 5 6  
Co 27 1 2 3 4 5    
Ni 28 1 2 3 4      
Cu 29 1 2 3 4      
Zn 30   2          

 

Si noti che gli stati di ossidazioni più comuni sono evidenziati in grassetto. Anche se tali elementi hanno diversi stati di ossidazione, quelli accessibili differiscono nella facilità con cui possono essere ottenuti e nelle loro stabilità.

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Author: Chimicamo

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