INTRODUÇÃO AOS ELEMENTOS DE

TRANSIÇÃO

dd

INTRODUÇÃO Três séries de elementos são formados pelo

preenchimento dos níveis eletrônicos : 3d - 4d e 5d3d - 4d e 5d Em conjunto eles constituem os

elementos do BLOCO d.BLOCO d. São chamados ELEMENTOS DE São chamados ELEMENTOS DE TRANSIÇÃO.TRANSIÇÃO.

INTRODUÇÃO Suas propriedades são intermediárias. Pois

estão entre os do bloco s e do bloco p. Estão entre os elementos altamente

reativos,que formam compostos iônicos, e os elementos que formam compostos covalentes.

No bloco d, os elétrons vão sendo adicionados ao penúltimo nível, expandindo-o de 8 para 18 elétrons.

INTRODUÇÃO

INTRODUÇÃO Os elementos de transição são caracterizados

pelo fato de possuírem um nível d parcialmente preenchido.

Os elementos do grupo 12 (grupo do Zn), tem configuração d10 , apresentando diferenças entre os demais pois está completo.

Os elementos de transição constituem três séries completas de dez elementos e uma quarta série incompleta.

Caráter Metálico O penúltimo nível eletrônico foi expandido nos

elementos do bloco d. Possuem muitas propriedades físicas e químicas em

comum. Todos os elementos de transição são METAISMETAIS. Bons condutores de eletricidade e de calor,

apresentam brilho metálico e são duros, resistentes e dúcteis.

Formam ligas com outros metais.

ESTADO DE OXIDAÇÃOVARIÁVEL

Um dos aspectos mais interessantes dos elementos de transição é o fato deles poderem existir em diversos estados de oxidação .

Além disso, os estados variam de uma em uma unidade, exemplo :

FeFe3+ 3+ e Fee Fe2+2+ CuCu2+ 2+ e Cue Cu1+1+

ESTADO DE OXIDAÇÃOVARIÁVEL

O Sc pode ter ns2d1 envolvidos em ligações, portanto o seu estado de oxidação será (+III) ou somente o ns2 com o estado de oxidação (+II).

Baixos estados de oxidação ocorrem principalmente no caso de complexos com ligantes que formam ligações , como no monóxido de carbono.

ESTABILIDADE DOS ELEMENTOS

Os compostos são considerados estáveis quando subsistem à temperatura ambiente, não são oxidados pelo ar, não são hidrolisados pelo vapor d’água e não sofrem reação de decomposiçãoa temperaturas normais.

Geralmente os elementos com estados de oxidação mais elevados são mais estáveis.

COMPLEXOS Os elementos de transição são os que mais formam

compostos de coordenação. Esses grupos são denominados de ligantes. Um

ligante pode ser uma molécula neutra como o NH3, ou íons tais como Cl- ou CN-.

O COBALTOCOBALTO (Co) é o que mais forma complexos. Esta tendência de formar complexos se deve ao

fato de serem íons pequenosíons pequenos e de carga elevada, carga elevada, orbitais vazios de energia baixaorbitais vazios de energia baixa

ESTADO DE OXIDAÇÃOVARIÁVEL

TAMANHO DOS ÁTOMOS E ÍONS

Os raios covalentes dos elementos de transição decrescem da esquerda para a direita ao longo de uma série de transição.

Os átomos dos elementos de transição são menores que dos elementos dos Grupos 1e 2 do mesmo período.

Os elementos são classificados em grupos verticais de três elementos (TRIÁDESTRIÁDES)

ESTADO DE OXIDAÇÃOVARIÁVEL

Os estados de oxidação apresentados pelos elementos de transição podem ser relacionados às estruturas eletrônicas.

O Ca Ca precede o 1o de transição, tendo a estrutura : 1s2.........4s2

Logo, os dez elementos de transição que se seguem ao Ca devem ter um a dez elétrons d adicionados : 3d1..............3d10, exceto para o Cr e Cu .

ESTABILIDADE DOS ELEMENTOS

Os elementos são considerados estáveis quando subsistem à temperatura ambiente, não são oxidados pelo ar, não são hidrolisados por vapor d’água e não sofrem reação de decomposição a temperaturas normais.

Os elementos com estados de oxidação maiores geram compostos mais estáveis.

COMPLEXOS Os elementos de transição exibem uma tendência

inigualada de formar compostos de coordenação com grupos capazes de doar um par de elétrons. São chamados de LIGANTES LIGANTES. Um ligante pode ser uma molécula neutra como o NH3, ou íons tais como Cl- ou CN-. O Co forma mais complexos que qualquer outro elemento.

Íons pequenos, carga elevada e disponibilidade de orbitais vazios

TAMANHO DOS ÁTOMOS E ÍONS Os raios covalentes dos elementos de transição

decrescem da esquerda para a direita ao longo de uma série de transição, onde se observa um pequeno aumento de tamanho.

Os átomos dos elementos de transição são menores que os elementos do grupo 1 e 2 do mesmo período.

Há um decréscimo gradual de tamanho , sendo denominado de contração.

DENSIDADE

Os volumes atômicos dos elementos de transição são baixos.

As densidades dos elementos de transição são elevadas.

Todos têm uma densidade superior a 5, exceções são o Sc, Y e o Ti.

Os mais densos são o Os (22,57) e o Ir(22,61)

PONTOS DE FUSÃO E DE EBULIÇÃO

São muito elevados, pois fundem acima de 1000o e fervem acima de 2000o.

Os valores elevados se devem ao tipo de ligação que se verifica e o aspecto metálico.

Estes elevados pontos de fusão contrastam marcadamente com as baixas temperaturas de fusão dos metais do bloco s Li (181o)

REATIVIDADE DOS METAIS São reativos para reagirem com ácidos inorgânicos,

liberando H2. Alguns apresentam baixos potenciais de eletrodo

padrão e são inertes ou nobres. A inércia é favorecida por elevadas entalpias de

sublimação, altas energias de ionização e baixas entalpias de solvatação.

A tendência a um caráter “nobre” é mais pronunciada nos metais do grupo da Pt.

ENERGIAS DE IONIZAÇÃO

A facilidade com que um elétron pode ser removido do átomo de um metal de transição é intermediária entre aquelas dos blocos s e p.

Varia num amplo intervalo de valores, de 541 KJ/mol para 1.007 KJ/mol.

Esses valores sugerem que os elementos de transição são menos eletropositivos que os metais dos Grupos 1 e 2.

COR Muitos compostos iônicos e covalentes dos

elementos de transição são coloridos. Em contraste, os elementos dos blocos s e p são invariavelmente brancos.

Quando a luz atravessa um certo material, ela perde aqueles comprimentos de onda que são absorvidos.

Se a absorção ocorrer na região visível do espectro, a luz transmitida tem a cor complementar da cor que foi absorvida.

POLARIZAÇÃO

A cor decorre da polarização dos haletos pelo íon Ag+. Isso significa que ele distorce a nuvem eletrônica, aumentando a contribuição covalente na ligação.

A polarizabilidade dos íons aumenta com o tamanho, assim o I- é o mais polarizado e o mais colorido.

Outros casos : Ag2CO3 e Ag3PO4 são amarelos.

CAMADA d ou f PARCIALMENTE PREENCHIDA

A cor pode ter uma causa inteiramente diferente em íons com camadas d ou f incompletas. Essa origem da cor é muito importante na maioria dos íons dos metais de transição.

A cor de um complexo depende da magnitude da diferença de energia entre os dois níveis d.

Natureza do ligante e do tipo de complexo.

PROPRIEDADES MAGNÉTICAS

Quando uma substância é colocada num campo magnético de intensidade H, a intensidade do campo magnético dentro da substância poderá ser maior ou menor que H.

Se o campo dentro da substância for maior que H, a substância é paramagnética.(atrai)

O paramagnetismo decorre da presença de spins de elétrons desemparelhados no átomo.

Se o campo dentro da substância for menor que H, a substância é diamagnética.(repele)

PROPRIEDADES MAGNÉTICAS

Em compostos diamagnéticos todos os spins eletrônicos estão emparelhados. O efeito paramagnético é muito maior que o efeito diamagnético.

Deve-se frisar que o Fe, Co e Ni são materiais FERROMAGNÉTICOS.FERROMAGNÉTICOS. (alinham e apontam todos para uma mesma direção.)

PROPRIEDADES MAGNÉTICAS

Muitos compostos dos elementos de transição são paramagnéticos, pois contêm níveis eletrônicos parcialmente preenchidos.

O número de elétrons desemparelhados pode ser calculado medindo-se o momento magnético.

Materiais diamagnéticos não possuem elétrons desemparelhados, tendo momento magnético igual a zero.

PROPRIEDADES CATALÍTICAS Muitos metais de transição e seus compostos

apresentam propriedades catalíticas. TiCl3 usado como catalisador de Ziegler-Natta na

fabricação de polietileno V2O5 converter SO2 em SO3 no processo de

fabricação do ácido sulfúrico. Pt encontra uso crescente em conversores de três

estágios para gases de escape de automóveis.

PROPRIEDADES CATALÍTICAS

CuCl2 processo Deacon de fabricação de Cl2 a partir do HCl

Pd usado em reações de hidrogenação Fe usado no processo de Haber-Bosch de

fabricação de NH3

MnO2 usado como catalisador na reação de decomposição do clorato de potássio a oxigênio.

FeCl3 usado na fabricação do CCl4.

PROPRIEDADES CATALÍTICAS

Em alguns casos, os metais de transição podem formar compostostos intermediários instáveis, devido à sua valência variável.

Em outros casos o metal de transição fornece uma superfície adequada para que uma dada reação ocorra.

Enzimas são catalisadores que aumentam as velocidades de reações específicas, contendo metais de transição.

NÃO-ESTEQUIOMETRIA

Uma outra caraterística dos elementos de transição é a possibilidade de formação de compostos não-estequiométricos. Trata-se de compostos de estrutura e composição indefinidas.

Exemplo : FeO , não sendo 1:1 a proporção, mas sim Fe0,94 O a Fe0,84O

A não-estequiometria é observada particularmente em compostos do Grupo 16

ABUNDÂNCIA

Três dos metais de transição são muito abundantes na crosta terrestre, Fe é o quarto, Ti é o nono e o Mn é o décimo segundo.

Os elementos da primeira série de transição com números atômicos pares são mais abundantes que os seus vizinhos com números atômicos ímpares. Exceção é o manganês.

Os elementos da segunda e terceira séries são muito menos abundantes que os da primeira série.

Tc não existe na natureza

DIFERENÇAS ENTRE A PRIMEIRA SÉRIE E AS OUTRAS SÉRIES

Ligação metal-metal e formação de CLUSTERSCLUSTERS Ligações metal-metal (M-M) ocorrem não apenas

nos metais , mas em alguns dos seus compostos. Os elementos da primeira série raramente formam

compostos contendo ligações M-M. Os elementos da segunda e terceira séries, formam

muito mais frequentemente,compostos com ligações M-M. Eles formam carbonil-complexos com ligações M-M

QUESTÕES

Como você definiria um elemento de transição ? Cite as propriedades associadas a esses elementos ?

Como as seguintes propriedades variam nos elementos de transição : a) caráter iônico, b) propriedades básicas, c) estabilidade dos diferentes estados de oxidação,d) capacidade de formar complexos.

Dê exemplos ou justifique as seguintes propriedades química dos metais de transição : a) o óxido com o metal no estado de oxidação mais baixo é básico, enquanto que o óxido com o metal no seu estado de oxidação máximo é geralmente ácido.

QUESTÕES

Como se formam os complexos ? Qual o motivo dos metais de transição formarem muitos

complexos ? Como varia o tamanho nos metais de transição ao longo da TP ? Como se explica serem os metais de transição os mais densos ? Como se explica os metais de transição apresentarem P.F e P.E.

elevados ? Como se verifica a reatividade dos metais de transição ? Como varia o potencial de ionização cde um metal de transição ?

QUESTÕES Como se esclarece que os metais de transição formam soluções

coloridas ? De que depende a cor ? Qual a explicação para os elementos que apresentam s e p não

originarem soluções coloridas, mas sim soluções incolores ? Como você explica as propriedades magnéticas dos metais de

transição ? O que vem a ser uma substância paramagnética, diamagnética e

ferromagnética ? Exemplifique. Como se determina o número de elétrons desemprelhados? O que é necessário para uma substância ser atraída ?

QUESTÕES

Qual a abundância dos metais de transição na natureza ? Onde se pode constatar as propriedades catalíticas de muitos

metais de transição e de seus compostos ? Qual a explicação para os metais de transição formarem

compostos não-estequiométricos ? Qual a diferença que você citaria em relação a metais de

transição da primeira série com os metais de transição da segunda série ?

O que vem a ser uma ligação metal-metal ? Qual a explicação para os metais de transição formarem

compostos intermediários ?