Numeri di ossidazione dei metalli di transizione

Il numero di ossidazione di un elemento è correlato al numero di elettroni che l’atomo perde, acquista o condivide quando si lega ad un altro atomo per formare un composto.

Il numero di ossidazione determina inoltre la capacità di un atomo di ossidare o di ridurre altri atomi o altre specie.

La maggior parte dei metalli di transizione presenta più di un numero di ossidazione e ciò è dovuto al fatto che gli elementi di transizione presentano elettroni negli orbitali d.

Gli orbitali d sono in tutto cinque e possono contenere quindi fino a 10 elettroni; mano a mano che il numero atomico dell’atomo cresce aumentano il numero di elettroni presenti negli orbitali d e, all’aumentare del numero di elettroni spaiati aumenta il numero di ossidazione.

Ciò implica che se l’atomo ha 5 elettroni nell’orbitale d esso avrà 5 elettroni spaiati che è il numero massimo di elettroni spaiati possibili nell’orbitale d. Infatti se l’atomo ha 6 elettroni se ne disporranno uno per ogni orbitale e il sesto andrà in quella a minore energia e quindi gli elettroni spaiati sono 4.

Bisogna tuttavia tenere presente che l’orbitale s ha energia paragonabile a quella dell’orbitale d e si può verificare la promozione di un elettrone dall’orbitale s a quello d. Ad esempio la scandio ha configurazione elettronica [Ar] 4s2, 3d1 e presenta un solo elettrone spaiato nell’orbitale d. Dopo la promozione dell’elettrone dall’orbitale s a quello d lo scandio viene a tenere 3 elettroni spaiati e lo scandio ha come numero di ossidazione +3.

Un metodo rapido per ottenere il numero di ossidazione più alto di un metallo di transizione, ad eccezione del rame e del cromo, consiste nel sommare il numero degli elettroni spaiati presenti negli orbitali d ai due elettroni presenti nell’orbitale s.

Ad esempio il manganese che ha 2 elettroni nell’orbitale 4s e 5 elettroni nell’orbitale 3d presenta, come massimo numero di ossidazione +7.

Nella seguente tabella vengono indicati i numeri di ossidazione degli elementi del 4° periodo:

Numeri di ossidazione che possono presentare gli elementi Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn
        7          
      6 6 6        
    5 5 5 5 5      
  4 4 4 4 4 4 4    
3 3 3 3 3 3 3 3 3  
  2 2 2 2 2 2 2 2 2
  1 1 1 1 1 1 1 1  

Si tenga conto che i metalli di transizione secondo la I.U.P.A.C. sono definiti come quegli elementi che possono dare uno o più ioni e che hanno un orbitale d incompleto pertanto a rigore né lo scandio né lo zinco dovrebbero essere inserito nell’elenco.

Dall’analisi della tabella risulta che tutti gli elementi, ad eccezione dello scandio hanno numero di ossidazione + 2, tutti gli elementi hanno numero di ossidazione +3 sebbene sia poco frequente nel nichel e nel rame.

Si ha un incremento del numero degli stati di ossidazione dallo scandio al manganese che mostra tutti e sette numeri di ossidazione mentre vi è una diminuzione del numero degli stati di ossidazione dal manganese allo zinco per la diminuzione del numero di elettroni spaiati a mano a mano che l’orbitale d viene riempito.

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Author: Chimicamo

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