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Metalli della prima serie di transizione

  |   Chimica, Chimica Generale

I metalli di transizione appartenenti alla prima serie di transizione appartengono al blocco d e al 4 Periodo e vanno dal titanio al rame.

Lo scandio e lo zinco che sono rispettivamente il primo e l’ultimo metallo del blocco d non possono essere considerati metalli di transizione. Infatti un metallo viene definito di transizione se può dare uno o più ioni che presentano un orbitale d incompleto.

Lo scandio ha configurazione elettronica [Ar]3d1,4s2 e, quando forma ioni, perde i tre elettroni esterni diventando isoelettronico con l’argon e non ha quindi elettroni nell’orbitale d.

Lo zinco ha configurazione elettronica [Ar] 3d10, 4s2 e, quando forma ioni, perde i due elettroni esterni assumendo configurazione [Ar] 3d10 in cui l’orbitale d è pieno e quindi anch’esso non rientra nei metalli di transizione.

 

Le proprietà dei metalli della prima serie di transizione sono dovute alla natura del metallo, ovvero ai suoi livelli energetici e alla carica dello ione quindi sebbene facciano tutti parte dello stesso blocco e appartengano alla stessa serie spesso le differenze sono maggiori rispetto alle somiglianze.

Configurazione elettronica

Le configurazioni elettroniche degli elementi, i numeri di ossidazione, i raggi atomici e le energie di ionizzazione sono riportati nella seguente tabella in cui i numeri di ossidazione più comuni sono evidenziati in grassetto:

Elemento Configurazione elettronica Numeri di ossidazione Raggio atomico pm Energia di ionizzazione kJ/mol
Ti [Ar] 3d2,4s2 +2, +3, +4 132 656
V [Ar] 3d3,4s2 0, +1, +2, +3, +4, +5 122 650
Cr [Ar] 3d5,4s1 0, +1, +2, +3, +4, +5, +6 118 653
Mn [Ar] 3d5,4s2 0, +1, +2, +3, +4, +5, +6, +7 117 771
Fe [Ar] 3d6,4s2 0, +1, +2, +3, +4, +5, +6 117 762
Co [Ar] 3d7,4s2 0, +1, +2, +3, +4, +5 116 758
Ni [Ar] 3d8,4s2 0, +1, +2, +3, +4 115 737
Cu [Ar] 3d9,4s2 +1, +2, +3 117 746

 

Numero di ossidazione

I metalli della prima serie di transizione, così come gli altri metalli di transizione, presentano svariati numeri di ossidazione. Gli elementi che hanno un maggior numero di stati di ossidazione sono quelli che si trovano nel mezzo della serie come, ad esempio, il manganese mentre quelli che ne hanno di meno si trovano alle estremità. Dal titanio al manganese il numero degli stati di ossidazione possibili corrisponde alla somma degli elettroni presenti negli orbitali d ed s.

 

La variabilità degli stati di ossidazione deriva dal fatto che gli orbitali d sono incompleti e i numeri differiscono tra loro di una unità contrariamente a quanto avviene nei metalli non appartenenti a quelli di transizione nei quali differiscono di due unità.

Il numero di ossidazione zero che mostrano i metalli della prima serie di transizione è dovuto alla loro possibilità di formare complessi come nel caso dei metallo carbonili.

Raggio atomico

In generale, i raggi atomici degli elementi diminuiscono da sinistra a destra lungo il periodo in quanto l’effetto schermante di un elettrone d non è così efficace e l’attrazione elettrostatica tra la carica nucleare e l’elettrone più esterno aumenta e quindi si ha una contrazione delle dimensioni.

Come si può notare la variazione del raggio atomico è molto piccola e questo fenomeno può essere imputabile a due effetti competitivi. Se da un lato l’aumento della carica nucleare porta a una maggiore attrazione degli elettroni appartenenti tutti allo stesso livello energetico, dall’altro all’aumentare del numero di elettroni presenti provoca una repulsione elettrone-elettrone che tende ad aumentare il raggio atomico.

Energia di ionizzazione

L’energia di ionizzazione aumenta da sinistra a destra lungo il periodo sebbene vi siano piccole variazioni e i valori sono intermedi tra quelli degli elementi del blocco s e del blocco p.

Composti

La tendenza degli elementi a formare composti con diversi numeri di ossidazione può essere evidenziata considerando i composti binari. Gli elementi della prima serie di transizione danno luogo a composti con molti non metalli formando ossidi, fluoruri e cloruri

Elemento Ossidi Fluoruri Cloruri
Ti TiO, Ti2O3, TiO2 TiF3, TiF4 TiCl2, TiCl3, TiCl4
V VO, V2O3, VO2, V2O5, VF2, VF3, VF4, VF5 VCl2, VCl3, VCl4,
Cr Cr2O3, CrO2, CrO3 CrF2, CrF3, CrF4, CrF5, CrF6 CrCl2, CrCl3, CrCl4
Mn MnO, Mn2O3, MnO2 MnF2, MnF3, MnF4 MnCl2, MnCl3
Fe FeO, Fe2O3 FeF2, FeF3 FeCl2, FeCl3
Co CoO, Co2O3 CoF2, CoF3 CoCl2
Ni NiO, NiO2 NiF2 NiCl2
Cu Cu2O, CuO CuF2 CuCl, CuCl2

 

Gli elementi della prima serie di transizione presentano i loro numeri di ossidazione numero di ossidazione più alti quando si legano ai due elementi più elettronegativi e dotati di potere ossidante ovvero ossigeno e fluoro.

Gli elementi che si trovano a sinistra presentano ossidi in cui essi hanno il numero di ossidazione più alto mentre in quelli che si trovano a destra il numero di ossidazione +2 è quello prevalente.

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