Metales de transición y metalurgia
Los metales de transición son los elementos químios que comúnmente conocemos propiamente como “metales”: hierro, plata, mercurio, wolframio… Tienen muchas propiedades en común. Sus números de oxidación más típicos son 2+ y 3+. Muchos son coloreados, lo que deben a su particular configuración electrónica (especialmente a los orbitales d). Forman aleaciones unos con otros. Entre ellos se encuentran los elementos químicos de puntos de fusión más elevados. Se obtienen por reducción (con C en muchos casos) o electrolíticamente.
Introducción a los compuestos de coordinación
Los compuestos de coordinación o complejos están formados generalmente por un átomo central (normalmente un catión metálico) y, unido a él por enlaces coordinados, átomos o grupos de átomos llamados ligandos. El número de ligandos es el número de coordinación. Los complejos suelen ser coloreados y para un mismo átomo central su color depende de la naturaleza de los ligandos y del número de ellos y se explica por la llamada teoría del campo cristalino.
9. METALES DE TRANSICIÓN
PROPIEDADES
• Aquellos con orbitales d incompletos
• Algunos son esenciales para la vida: Mn, Cu, Zn, Cr, Co, V, Mo, Fe
Elementos de transición
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10. METALES DE TRANSICIÓN
PROPIEDADES
• Aquellos con orbitales d incompletos
• Algunos son esenciales para la vida: Mn, Cu, Zn, Cr, Co, V, Mo, Fe
• Enlace metálico:
Elementos de transición
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11. METALES DE TRANSICIÓN
PROPIEDADES
• Aquellos con orbitales d incompletos
• Algunos son esenciales para la vida: Mn, Cu, Zn, Cr, Co, V, Mo, Fe
• Enlace metálico:
• electrones de valencia deslocalizados en la red cristalina (un mismo metal
puede adoptar diferentes estructuras, según p y T)
Elementos de transición
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12. METALES DE TRANSICIÓN
PROPIEDADES
• Aquellos con orbitales d incompletos
• Algunos son esenciales para la vida: Mn, Cu, Zn, Cr, Co, V, Mo, Fe
• Enlace metálico:
• electrones de valencia deslocalizados en la red cristalina (un mismo metal
puede adoptar diferentes estructuras, según p y T)
• buena conductividad térmica y eléctrica; propiedades magnéticas
Elementos de transición
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13. METALES DE TRANSICIÓN
PROPIEDADES
• Aquellos con orbitales d incompletos
• Algunos son esenciales para la vida: Mn, Cu, Zn, Cr, Co, V, Mo, Fe
• Enlace metálico:
• electrones de valencia deslocalizados en la red cristalina (un mismo metal
puede adoptar diferentes estructuras, según p y T)
• buena conductividad térmica y eléctrica; propiedades magnéticas
• al no haber enlaces direccionales: ductilidad, maleabilidad…
Elementos de transición
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14. METALES DE TRANSICIÓN
PROPIEDADES
• Aquellos con orbitales d incompletos
• Algunos son esenciales para la vida: Mn, Cu, Zn, Cr, Co, V, Mo, Fe
• Enlace metálico:
• electrones de valencia deslocalizados en la red cristalina (un mismo metal
puede adoptar diferentes estructuras, según p y T)
• buena conductividad térmica y eléctrica; propiedades magnéticas
• al no haber enlaces direccionales: ductilidad, maleabilidad…
• densidades elevadas (por buen empaquetamiento)
Elementos de transición
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15. METALES DE TRANSICIÓN
PROPIEDADES
• Aquellos con orbitales d incompletos
• Algunos son esenciales para la vida: Mn, Cu, Zn, Cr, Co, V, Mo, Fe
• Enlace metálico:
• electrones de valencia deslocalizados en la red cristalina (un mismo metal
puede adoptar diferentes estructuras, según p y T)
• buena conductividad térmica y eléctrica; propiedades magnéticas
• al no haber enlaces direccionales: ductilidad, maleabilidad…
• densidades elevadas (por buen empaquetamiento)
• Orbitales d:
Elementos de transición
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16. METALES DE TRANSICIÓN
PROPIEDADES
• Aquellos con orbitales d incompletos
• Algunos son esenciales para la vida: Mn, Cu, Zn, Cr, Co, V, Mo, Fe
• Enlace metálico:
• electrones de valencia deslocalizados en la red cristalina (un mismo metal
puede adoptar diferentes estructuras, según p y T)
• buena conductividad térmica y eléctrica; propiedades magnéticas
• al no haber enlaces direccionales: ductilidad, maleabilidad…
• densidades elevadas (por buen empaquetamiento)
• Orbitales d:
• capacidad para formar complejos
Elementos de transición
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17. METALES DE TRANSICIÓN
PROPIEDADES
• Aquellos con orbitales d incompletos
• Algunos son esenciales para la vida: Mn, Cu, Zn, Cr, Co, V, Mo, Fe
• Enlace metálico:
• electrones de valencia deslocalizados en la red cristalina (un mismo metal
puede adoptar diferentes estructuras, según p y T)
• buena conductividad térmica y eléctrica; propiedades magnéticas
• al no haber enlaces direccionales: ductilidad, maleabilidad…
• densidades elevadas (por buen empaquetamiento)
• Orbitales d:
• capacidad para formar complejos
• la configuración tiende a ser d5 (en vez de d4 o d6 ) o d10 (en vez de d9) (Cr:
[Ar]4s13d5 y no [Ar]4s23d4); Cu: [Ar]4s13d10 y no [Ar]4s23d9)
Elementos de transición
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18. METALES DE TRANSICIÓN
PROPIEDADES
• Aquellos con orbitales d incompletos
• Algunos son esenciales para la vida: Mn, Cu, Zn, Cr, Co, V, Mo, Fe
• Enlace metálico:
• electrones de valencia deslocalizados en la red cristalina (un mismo metal
puede adoptar diferentes estructuras, según p y T)
• buena conductividad térmica y eléctrica; propiedades magnéticas
• al no haber enlaces direccionales: ductilidad, maleabilidad…
• densidades elevadas (por buen empaquetamiento)
• Orbitales d:
• capacidad para formar complejos
• la configuración tiende a ser d5 (en vez de d4 o d6 ) o d10 (en vez de d9) (Cr:
[Ar]4s13d5 y no [Ar]4s23d4); Cu: [Ar]4s13d10 y no [Ar]4s23d9)
• configuraciones electrónicas de cationes: pierden antes electrones s (Ti:
[Ar]4s23d2; Ti2+: [Ar] 3d2)
Elementos de transición
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19. METALES DE TRANSICIÓN
PROPIEDADES
• Aquellos con orbitales d incompletos
• Algunos son esenciales para la vida: Mn, Cu, Zn, Cr, Co, V, Mo, Fe
• Enlace metálico:
• electrones de valencia deslocalizados en la red cristalina (un mismo metal
puede adoptar diferentes estructuras, según p y T)
• buena conductividad térmica y eléctrica; propiedades magnéticas
• al no haber enlaces direccionales: ductilidad, maleabilidad…
• densidades elevadas (por buen empaquetamiento)
• Orbitales d:
• capacidad para formar complejos
• la configuración tiende a ser d5 (en vez de d4 o d6 ) o d10 (en vez de d9) (Cr:
[Ar]4s13d5 y no [Ar]4s23d4); Cu: [Ar]4s13d10 y no [Ar]4s23d9)
• configuraciones electrónicas de cationes: pierden antes electrones s (Ti:
[Ar]4s23d2; Ti2+: [Ar] 3d2)
• varios estados de oxidación
Elementos de transición
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22. METALES DE TRANSICIÓN
PROPIEDADES
• Estados de oxidación más comunes
• abundan 2+ y 3+
• hasta el grupo 7, uno de los números de oxidación coincide con el número de
grupo (después, a partir de cierto nº de e— d, es más difícil arrancarlos)
Elementos de transición
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23. METALES DE TRANSICIÓN
PROPIEDADES
• Estados de oxidación más comunes
• abundan 2+ y 3+
• hasta el grupo 7, uno de los números de oxidación coincide con el número de
grupo (después, a partir de cierto nº de e— d, es más difícil arrancarlos)
• nos de oxidación más altos en combinaciones con elementos electroneg.
Elementos de transición
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24. METALES DE TRANSICIÓN
PROPIEDADES
• Estados de oxidación más comunes
• abundan 2+ y 3+
• hasta el grupo 7, uno de los números de oxidación coincide con el número de
grupo (después, a partir de cierto nº de e— d, es más difícil arrancarlos)
• nos de oxidación más altos en combinaciones con elementos electroneg.
Elementos de transición
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Es bastante común
que los distintos
estados de transición
presenten diferentes
colores (los cambios
electrónicos
determinan diferentes
propiedades de
absorción de la
radiación visible)
25. METALES DE TRANSICIÓN
PROPIEDADES
• Estados de oxidación más comunes
• abundan 2+ y 3+
• hasta el grupo 7, uno de los números de oxidación coincide con el número de
grupo (después, a partir de cierto nº de e— d, es más difícil arrancarlos)
• nos de oxidación más altos en combinaciones con elementos electroneg.
Elementos de transición
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26. METALES DE TRANSICIÓN
PROPIEDADES
• Bajas energía de ionización (excepto Hg) forman halogenuros
iónicos y óxidos e hidróxidos básicos
Elementos de transición
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27. METALES DE TRANSICIÓN
PROPIEDADES
• Bajas energía de ionización (excepto Hg) forman halogenuros
iónicos y óxidos e hidróxidos básicos
• En general, la energía de ionización aumenta al descender en el grupo (a
diferencia de los grupos representativos)
Elementos de transición
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28. METALES DE TRANSICIÓN
PROPIEDADES
• Bajas energía de ionización (excepto Hg) forman halogenuros
iónicos y óxidos e hidróxidos básicos
• En general, la energía de ionización aumenta al descender en el grupo (a
diferencia de los grupos representativos)
• En general, la reactividad disminuye al descender en el grupo
(a diferencia de los grupos representativos)
Elementos de transición
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29. METALES DE TRANSICIÓN
PROPIEDADES
• Bajas energía de ionización (excepto Hg) forman halogenuros
iónicos y óxidos e hidróxidos básicos
• En general, la energía de ionización aumenta al descender en el grupo (a
diferencia de los grupos representativos)
• En general, la reactividad disminuye al descender en el grupo
(a diferencia de los grupos representativos)
• Potenciales de reducción variables (según la “nobleza”)
• Reaccionan lentamente con ácidos (capas protectoras)
Elementos de transición
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30. METALES DE TRANSICIÓN
PROPIEDADES
• Bajas energía de ionización (excepto Hg) forman halogenuros
iónicos y óxidos e hidróxidos básicos
• En general, la energía de ionización aumenta al descender en el grupo (a
diferencia de los grupos representativos)
• En general, la reactividad disminuye al descender en el grupo
(a diferencia de los grupos representativos)
• Potenciales de reducción variables (según la “nobleza”)
• Reaccionan lentamente con ácidos (capas protectoras)
• Actividad catalítica
Elementos de transición
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31. METALES DE TRANSICIÓN
PROPIEDADES
• Bajas energía de ionización (excepto Hg) forman halogenuros
iónicos y óxidos e hidróxidos básicos
• En general, la energía de ionización aumenta al descender en el grupo (a
diferencia de los grupos representativos)
• En general, la reactividad disminuye al descender en el grupo
(a diferencia de los grupos representativos)
• Potenciales de reducción variables (según la “nobleza”)
• Reaccionan lentamente con ácidos (capas protectoras)
• Actividad catalítica
• La 2ª y 3ª series de transición se parecen bastante entre sí y se diferencian de la 1ª
Elementos de transición
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32. METALES DE TRANSICIÓN
PROPIEDADES
• Propiedades magnéticas (electrones: momento magn. intrínseco; desapareados)
Elementos de transición
Los electrones tienen un momento magnético
intrínseco. Las propiedades magnéticas de los
materiales se manifiestas especialmente cuando sus
átomos tienen electrones desapareados
33. METALES DE TRANSICIÓN
PROPIEDADES
• Propiedades magnéticas (electrones: momento magn. intrínseco; desapareados)
• Ferromagnéticos. Orden magnético en dominios: momentos en la misma dirección;
un campo los alinea; a la t de Curie, orientación al azar y se vuelven paramagnéticos
–relación con ferrimagetismo: alineación antiparalela en dominios–. Atraídos por
imanes. Fe, Co, Ni (Gd, Dy).
Elementos de transición
El Fe está formado
por “granos” o
dominios con
momentos
magnéticos
ordenados en su
interior. Un campo
magnético todos
los momentos
(superada cierta
temperatura se
disponen al azar)
34. METALES DE TRANSICIÓN
PROPIEDADES
• Propiedades magnéticas (electrones: momento magn. intrínseco; desapareados)
• Ferromagnéticos. Orden magnético en dominios: momentos en la misma dirección;
un campo los alinea; a la t de Curie, orientación al azar y se vuelven paramagnéticos
–relación con ferrimagetismo: alineación antiparalela en dominios–. Atraídos por
imanes. Fe, Co, Ni (Gd, Dy).
Elementos de transición
35. METALES DE TRANSICIÓN
PROPIEDADES
• Propiedades magnéticas (electrones: momento magn. intrínseco; desapareados)
• Ferromagnéticos. Orden magnético en dominios: momentos en la misma dirección;
un campo los alinea; a la t de Curie, orientación al azar y se vuelven paramagnéticos
–relación con ferrimagetismo: alineación antiparalela en dominios–. Atraídos por
imanes. Fe, Co, Ni (Gd, Dy).
• Paramagnéticos. Momentos magnéticos desordenados pero se ordenan en un
campo magnético. Atraídos ligeramente por imanes. La mayoría de los materiales
atraídos por imanes son paramagnéticos.
Elementos de transición
36. METALES DE TRANSICIÓN
PROPIEDADES
• Propiedades magnéticas (electrones: momento magn. intrínseco; desapareados)
• Ferromagnéticos. Orden magnético en dominios: momentos en la misma dirección;
un campo los alinea; a la t de Curie, orientación al azar y se vuelven paramagnéticos
–relación con ferrimagetismo: alineación antiparalela en dominios–. Atraídos por
imanes. Fe, Co, Ni (Gd, Dy).
• Paramagnéticos. Momentos magnéticos desordenados pero se ordenan en un
campo magnético. Atraídos ligeramente por imanes. La mayoría de los materiales
atraídos por imanes son paramagnéticos.
• Diamagnéticos. Efecto cuántico de todos los materiales, especialmente si no tienen
electrones desapareados. Ligeramente repelidos por un imán. Ag, Au, Cu, Hg…
Elementos de transición
37. METALES DE TRANSICIÓN
PROPIEDADES
• Propiedades magnéticas (electrones: momento magn. intrínseco; desapareados)
• Ferromagnéticos. Orden magnético en dominios: momentos en la misma dirección;
un campo los alinea; a la t de Curie, orientación al azar y se vuelven paramagnéticos
–relación con ferrimagetismo: alineación antiparalela en dominios–. Atraídos por
imanes. Fe, Co, Ni (Gd, Dy).
• Paramagnéticos. Momentos magnéticos desordenados pero se ordenan en un
campo magnético. Atraídos ligeramente por imanes. La mayoría de los materiales
atraídos por imanes son paramagnéticos.
• Diamagnéticos. Efecto cuántico de todos los materiales, especialmente si no tienen
electrones desapareados. Ligeramente repelidos por un imán. Ag, Au, Cu, Hg…
Elementos de transición
El grafito pirolítico es
diamagnético, por lo que
levita sobre estos imanes
38. METALES DE TRANSICIÓN
PROPIEDADES
• Propiedades magnéticas (electrones: momento magn. intrínseco; desapareados)
• Ferromagnéticos. Orden magnético en dominios: momentos en la misma dirección;
un campo los alinea; a la t de Curie, orientación al azar y se vuelven paramagnéticos
–relación con ferrimagetismo: alineación antiparalela en dominios–. Atraídos por
imanes. Fe, Co, Ni (Gd, Dy).
• Paramagnéticos. Momentos magnéticos desordenados pero se ordenan en un
campo magnético. Atraídos ligeramente por imanes. La mayoría de los materiales
atraídos por imanes son paramagnéticos.
• Diamagnéticos. Efecto cuántico de todos los materiales, especialmente si no tienen
electrones desapareados. Ligeramente repelidos por un imán. Ag, Au, Cu, Hg…
Elementos de transición
Resumen de los
comportamientos
ferro/ferrimagnético,
paramagnético y diamagnético
40. METALES DE TRANSICIÓN
PROPIEDADES
• Aleaciones
• Propiedades diferentes a las de los elementos aleados (en general, más duras
y resistentes a la corrosión pero puntos de fusión y conductividad inferiores)
Elementos de transición
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41. METALES DE TRANSICIÓN
PROPIEDADES
• Aleaciones
• Propiedades diferentes a las de los elementos aleados (en general, más duras
y resistentes a la corrosión pero puntos de fusión y conductividad inferiores)
• Tipos
• Mezclas simples (Sn y Pb en soldadura; solidifican por separado)
Elementos de transición
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42. METALES DE TRANSICIÓN
PROPIEDADES
• Aleaciones
• Propiedades diferentes a las de los elementos aleados (en general, más duras
y resistentes a la corrosión pero puntos de fusión y conductividad inferiores)
• Tipos
• Mezclas simples (Sn y Pb en soldadura; solidifican por separado)
• Disoluciones sólidas (Au-Ag, Cu-Ni, amalgamas de Hg, aceros; solidifican en
cristales mixtos)
Elementos de transición
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43. METALES DE TRANSICIÓN
PROPIEDADES
• Aleaciones
• Propiedades diferentes a las de los elementos aleados (en general, más duras
y resistentes a la corrosión pero puntos de fusión y conductividad inferiores)
• Tipos
• Mezclas simples (Sn y Pb en soldadura; solidifican por separado)
• Disoluciones sólidas (Au-Ag, Cu-Ni, amalgamas de Hg, aceros; solidifican en
cristales mixtos)
Elementos de transición
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Tres etapas de la
amalgamación de una
pieza de oro por mercurio
44. METALES DE TRANSICIÓN
PROPIEDADES
• Aleaciones
• Propiedades diferentes a las de los elementos aleados (en general, más duras
y resistentes a la corrosión pero puntos de fusión y conductividad inferiores)
• Tipos
• Mezclas simples (Sn y Pb en soldadura; solidifican por separado)
• Disoluciones sólidas (Au-Ag, Cu-Ni, amalgamas de Hg, aceros; solidifican en
cristales mixtos)
Elementos de transición
Amalgama de
dentista
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45. METALES DE TRANSICIÓN
PROPIEDADES
• Aleaciones
• Propiedades diferentes a las de los elementos aleados (en general, más duras
y resistentes a la corrosión pero puntos de fusión y conductividad inferiores)
• Tipos
• Mezclas simples (Sn y Pb en soldadura; solidifican por separado)
• Disoluciones sólidas (Au-Ag, Cu-Ni, amalgamas de Hg, aceros; solidifican en
cristales mixtos)
Elementos de transición
El oro se obtiene en algunos países pobres de minerales (o barros) que
contienen partículas de oro, moliéndolos y mezclándolos con Hg. El Hg se
amalgama con las partículas de oro. La amalgama se separa del resto
filtrándola. Finalmente, la amalgama se pone al fuego para evaporar el Hg,
quedando el oro en forma de bolas. El procedimiento es nocivo para el
operador y contaminante para el medio
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46. METALES DE TRANSICIÓN
PROPIEDADES
• Aleaciones
• Propiedades diferentes a las de los elementos aleados (en general, más duras
y resistentes a la corrosión pero puntos de fusión y conductividad inferiores)
• Tipos
• Mezclas simples (Sn y Pb en soldadura; solidifican por separado)
• Disoluciones sólidas (Au-Ag, Cu-Ni, amalgamas de Hg, aceros; solidifican en
cristales mixtos)
• Compuestos intermetálicos (composición definida: Nd2Fe14B (imán de
neodimio”), CuAl2, Ni3Al, Cr3Pt…)
Elementos de transición
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Cr11Ge19
Un ejemplo de
compuesto
intermetálico
50. METALES DE TRANSICIÓN
PROPIEDADES
• Aquellos con orbitales f incompletos
• Lantanoides
• Electrones 4f
Elementos de transición interna
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51. METALES DE TRANSICIÓN
PROPIEDADES
• Aquellos con orbitales f incompletos
• Lantanoides
• Electrones 4f
• Blandos, p. f. en torno a 1000 ºC
Elementos de transición interna
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52. METALES DE TRANSICIÓN
PROPIEDADES
• Aquellos con orbitales f incompletos
• Lantanoides
• Electrones 4f
• Blandos, p. f. en torno a 1000 ºC
• Nº de oxidación: 3+ (Ce: 3+ y 4+)
Elementos de transición interna
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53. METALES DE TRANSICIÓN
PROPIEDADES
• Aquellos con orbitales f incompletos
• Lantanoides
• Electrones 4f
• Blandos, p. f. en torno a 1000 ºC
• Nº de oxidación: 3+ (Ce: 3+ y 4+)
• Reactividad parecida a la de los alcalinotérreos (2M + 6H2O 2M(OH)3 + 3H2)
Elementos de transición interna
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54. METALES DE TRANSICIÓN
PROPIEDADES
• Aquellos con orbitales f incompletos
• Lantanoides
• Electrones 4f
• Blandos, p. f. en torno a 1000 ºC
• Nº de oxidación: 3+ (Ce: 3+ y 4+)
• Reactividad parecida a la de los alcalinotérreos (2M + 6H2O 2M(OH)3 + 3H2)
• Actinoides
• Todos radiactivos
Elementos de transición interna
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61. PROPIEDADES
Cobre
METALES DE TRANSICIÓN
• Buen conductor
• Se puede encontrar libre en la naturaleza, pero tiende a
carbonatarse (carbonato básico, verde)
• No resulta atacado por muchos ácidos (sí nítrico y sulfúrico
concentrado y caliente)
• Estados de oxidación: 1+ (diamagnético), 2+ (paramagnético)
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66. Elementos químicos descubiertos, por países
España 2,5
El vanadio fue descubierto por un español
(también son “españoles” el W y el Pt)
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70. Andrés M. del Río
1801
Vanadio
Vanadinita: Pb5Cl(VO4)3
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Obtuvo vanadio de este mineral, pero no estuvo
seguro de si era cromo, por lo que se le reconoce
solo como codescubridor del vanadio
71. Andrés M. del Río
1801
Vanadio
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Las disoluciones de distintas especies de
vanadio tienen diversos colores
86. PROPIEDADES
Cromo
METALES DE TRANSICIÓN
• Aleaciones (acero)
• Muy duro
• Compuestos tóxicos (Cr2O3 de las antiguas cintas de cassette)
perjudiciales para el medio ambiente
• Galvanizados
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97. PROPIEDADES
Tecnecio
• Aparece junto con U
• Radiodiagnóstico
METALES DE TRANSICIÓN
Primer elemento artificial. Hasta 1937 su hueco
en la tabla periódica estuvo vacío
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103. PROPIEDADES
Titanio
METALES DE TRANSICIÓN
• Baja densidad, alta resistencia a T: industria espacial y armamentos
• Resistente a la corrosión: tuberías en la industria química
• Muy duro y ligero: Medicina, implantes óseos
• Menas de titanio muy abundantes, pero difícil de extraer
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104. PROPIEDADES
Titanio
METALES DE TRANSICIÓN
• Baja densidad, alta resistencia a T: industria espacial y armamentos
• Resistente a la corrosión: tuberías en la industria química
• Muy duro y ligero: Medicina, implantes óseos
• Menas de titanio muy abundantes, pero difícil de extraer
• Anatasa: TiO2 (pigmento blanco y constituyente de catalizadores)
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La anatasa (TiO2) es
una de las sustancias
más blancas que existe
107. PROPIEDADES
Cromo
METALES DE TRANSICIÓN
• Muy duro
• Para hacer acero inoxidable
• También para galvanizar (cromar), por su resistencia a la corrosión
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108. PROPIEDADES
Cromo
METALES DE TRANSICIÓN
• Muy duro
• Para hacer acero inoxidable
• También para galvanizar (cromar), por su resistencia a la corrosión
• Sales: oxidantes
• Forma compuestos muy coloreados de estados de oxidación 2+, 3+ y
6+
Los compuestos de cromo
presentan distintos colores según el
estado de oxidación de este metal
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111. PROPIEDADES
Manganeso
METALES DE TRANSICIÓN
• Sales: oxidantes
• Forma compuestos muy coloreados de nos de oxidación 2+, 4+ y 7+
También los compuestos de manganeso presentan
distintos colores según el estado de oxidación
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113. PROPIEDADES
Hierro
METALES DE TRANSICIÓN
• Cuarto elemento más abundante en la corteza terrestre
• Metal más empleado por el ser humano
• Se corroe fácilmente porque la herrumbre es porosa y no se adhiere
• Estados de oxidación: 2+ y 3+ (el segundo es más estable)
• Varios óxidos, que se utilizan como pigmentos
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114. PROPIEDADES
Hierro
METALES DE TRANSICIÓN
Los seres humanos conocían desde la antigüedad los
óxidos de hierro (con los que pintaban las paredes de sus
cuevas o abrigos), pero no el hierro en estado elemental
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118. PREPARACIÓN
METALES DE TRANSICIÓN
• Operaciones básicas
• Concentración de la mena (separarla de la ganga)
• Tostación (de S2– y As2– de Co, Ni, Cu y Zn) / calcinación
2Cu2S + 3O2 2Cu2O + SO2 FeCO3 () FeO + CO2
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119. PREPARACIÓN
METALES DE TRANSICIÓN
• Operaciones básicas
• Concentración de la mena (separarla de la ganga)
• Tostación (de S2– y As2– de Co, Ni, Cu y Zn) / calcinación
2Cu2S + 3O2 2Cu2O + SO2 FeCO3 () FeO + CO2
• Reducción (con C –Mn, Fe – , CO, metales más activos o calor)
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120. PREPARACIÓN
METALES DE TRANSICIÓN
• Operaciones básicas
• Concentración de la mena (separarla de la ganga)
• Tostación (de S2– y As2– de Co, Ni, Cu y Zn) / calcinación
2Cu2S + 3O2 2Cu2O + SO2 FeCO3 () FeO + CO2
• Reducción (con C –Mn, Fe – , CO, metales más activos o calor)
• Refinado (destilación, fusión por zonas, electrolisis…)
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125. OBTENCIÓN
METALES DE TRANSICIÓN
Ti
Cr
Fe Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2
TiCl4 + 2Mg Ti + 2MgCl2
Cr2O3 + 2Al Al2O3 + 2Cr
Reducción con metales más activos
Reducción con C y CO
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126. OBTENCIÓN
METALES DE TRANSICIÓN
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Ti
Cr
Fe Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2
TiCl4 + 2Mg Ti + 2MgCl2
Cr2O3 + 2Al Al2O3 + 2Cr
Reducción con metales más activos
Reducción con C y CO
Au Cu Pb
Ag
Sn
Fe
Hg
Esta es una cronología aproximada
de la obtención de los metales
127. OBTENCIÓN
METALES DE TRANSICIÓN
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Algunos metales
tienen una
metalurgia que fue
relativamente
asequible hace
mucho tiempo. Así,
el Hg se puede
obtener calentando
cinabrio a menos de
900 oC. Pero la de
otros metales es más
compleja
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128. OBTENCIÓN
METALES DE TRANSICIÓN
¿Cómo se redujo por primera vez
un metal a su estado elemental?
Probablemente por casualidad.
Por ejemplo, pensemos en una
egipcia…
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129. OBTENCIÓN
METALES DE TRANSICIÓN
…que, al arrojar por
la noche al fuego de
un pebetero el resto
de la malaquita o
azurita que usaba
para maquillarse…
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131. OBTENCIÓN
METALES DE TRANSICIÓN
Este cobre se habría obtenido por la
siguiente reacción de reducción:
2CuCO3 + C 2Cu + 3CO2
Mediante otras semejantes se
obtuvo Zn, Sn, Fe…
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2CuCO3 + C 2Cu + 3CO2
132. OBTENCIÓN
METALES DE TRANSICIÓN
Ti TiCl4 + 2Mg Ti + 2MgCl2
Cr Cr2O3 + 2Al Al2O3 + 2Cr
Fe Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2
Obtención de Fe en la Edad Media en una farga catalana triplenlace.com
157. OBTENCIÓN
METALES DE TRANSICIÓN
Ti TiCl4 + 2Mg Ti + 2MgCl2
Cr Cr2O3 + 2Al Al2O3 + 2Cr
Fe Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2
En la Edad Media, en el
Mediterráneo se
popularizó la obtención de
Fe en la farga catalana
159. OBTENCIÓN
METALES DE TRANSICIÓN
Al descargarla
insuflaba aire a
presión por
efecto Venturi
(aspirándolo) en
la mezcla
reaccionante
(carbón y
mineral de
hierro) para
mantener el
calor
Al descargarla
insuflaba aire a
presión por
efecto Venturi
(aspirándolo) en
la mezcla
reaccionante
(carbón y
mineral de
hierro) para
mantener el
calor
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160. OBTENCIÓN
METALES DE TRANSICIÓN
Ti TiCl4 + 2Mg Ti + 2MgCl2
Cr Cr2O3 + 2Al Al2O3 + 2Cr
Fe Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2
El agua también
movía el
martinete para
forjar el hierro
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162. OBTENCIÓN
METALES DE TRANSICIÓN
Ti TiCl4 + 2Mg Ti + 2MgCl2
Cr Cr2O3 + 2Al Al2O3 + 2Cr
Fe Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2
que cada vez eran
más altos
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165. caliza
mineral de hierro coque
gases
de escape
800 oC
1000 oC
1300 oC
1900 oC
3 CO + Fe2O3 3 CO2 + 2 Fe
CaCO3 CaO + CO2
CaO + SiO2 CaSiO3
CO2 + C 2 CO
C + O2 2 CO2
hierro fundido
escoria
aire enriquecido en O2
El proceso de
obtención de Fe en
un alto horno es
complejo. El
mineral cae en
contracorriente
con el CO/CO2 que
sube. Las
reacciones
dependen de la
altura en el horno
porque existe un
gradiente de
temperatura
166. OBTENCIÓN
METALES DE TRANSICIÓN
Ti
Cr
Fe
Refinado electrolítico
Cu 2Cu2S + 3O2 2Cu2O + 2SO2 Cu2S + 2Cu2O 6Cu + SO2
Después, electrolisis
Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2
TiCl4 + 2Mg Ti + 2MgCl2
Cr2O3 + 2Al Al2O3 + 2Cr
Reducción con metales más activos
Reducción con C y CO
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167. OBTENCIÓN
METALES DE TRANSICIÓN
Ti
Cr
Fe
Cu 2Cu2S + 3O2 2Cu2O + 2SO2 Cu2S + 2Cu2O 6Cu + SO2
Después, electrolisis
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Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2
TiCl4 + 2Mg Ti + 2MgCl2
Cr2O3 + 2Al Al2O3 + 2Cr
Refinado electrolítico de Cu
en disolución de sulfúrico. El
ácido ayuda a disolver el Cu
del ánodo, que es atraído por
el cátodo, donde se deposita
Refinado electrolítico
Reducción con metales más activos
Reducción con C y CO
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168. METALES DE TRANSICIÓN
Ti TiCl4 + 2Mg Ti + 2MgCl2
Cr Cr2O3 + 2Al Al2O3 + 2Cr
Fe Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2
Cu 2Cu2S + 3O2 2Cu2O + 2SO2 Cu2S + 2Cu2O 6Cu + SO2
Después, electrolisis
Refinado
electrolítico de Cu
OBTENCIÓN
171. COMPUESTOS DE COORDINACIÓN
• Átomo o ion central unido a moléculas o
iones llamados ligandos
Un complejo está formado
normalmente por un átomo
central (suele ser un catión
metálico) unido por enlaces de
coordinación (algo más débiles
que los covalentes típicos) a uno
o varios grupos de átomos
llamados ligandos
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172. COMPUESTOS DE COORDINACIÓN
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• Átomo o ion central unido a moléculas o
iones llamados ligandos
• Los ligandos son bases de Lewis; el ion
central acepta electrones del ligando; se
forma un enlace covalente coordinado
Bases de Lewis
(ac) (ac) (ac)
En este caso el átomo central es el ion Ag+
y los ligandos son las moléculas de NH3
173. COMPUESTOS DE COORDINACIÓN
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• Átomo o ion central unido a moléculas o
iones llamados ligandos
• Los ligandos son bases de Lewis; el ion
central acepta electrones del ligando; se
forma un enlace covalente coordinado
• En este caso:
– ión central: Co3+
174. COMPUESTOS DE COORDINACIÓN
El número de coordinación es el número
de átomos unidos directamente al átomo
central, con valores típicos entre 2 a 12,
siendo los más comunes 4 y 6
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• Átomo o ion central unido a moléculas o
iones llamados ligandos
• Los ligandos son bases de Lewis; el ion
central acepta electrones del ligando; se
forma un enlace covalente coordinado
• En este caso:
– ión central: Co3+
– ligandos: Cl– y NH3 (nº coord.: 6)
175. COMPUESTOS DE COORDINACIÓN
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• Átomo o ion central unido a moléculas o
iones llamados ligandos
• Los ligandos son bases de Lewis; el ion
central acepta electrones del ligando; se
forma un enlace covalente coordinado
• En este caso:
– ión central: Co3+
– ligandos: Cl– y NH3 (nº coord.: 6)
• Formulación:
1. (Si es iónico) contraión positivo
2. [metal, ligandos en orden alfab.]
3. (Si es iónico) contraión negativo
Si hay varios ligandos del mismo
tipo, se antepone di-, tri… a sus
nombres, pero la letra del
prefijo no se tiene en cuenta en
la ordenación alfabética
176. COMPUESTOS DE COORDINACIÓN
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• Átomo o ion central unido a moléculas o
iones llamados ligandos
• Los ligandos son bases de Lewis; el ion
central acepta electrones del ligando; se
forma un enlace covalente coordinado
• En este caso:
– ión central: Co3+
– ligandos: Cl– y NH3 (nº coord.: 6)
• Formulación:
1. (Si es iónico) contraión positivo
2. [metal, ligandos en orden alfab.]
3. (Si es iónico) contraión negativo
cis-[Co Cl2 (NH3)4]+
cis-
177. COMPUESTOS DE COORDINACIÓN
• Átomo o ion central unido a moléculas o
iones llamados ligandos
• Los ligandos son bases de Lewis; el ion
central acepta electrones del ligando; se
forma un enlace covalente coordinado
• En este caso:
– ión central: Co3+
– ligandos: Cl– y NH3 (nº coord.: 6)
• Formulación:
1. (Si es iónico) contraión positivo
2. [metal, ligandos en orden alfab.]
3. (Si es iónico) contraión negativo
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cis-[Co Cl2 (NH3)4]+
cis-tetraamminadiclorurocobalto(III)
Aunque los ligandos se escriben
en orden alfabético de sus
fórmulas (C de Cl2 está antes
que N de NH3), se leen en orden
alfabético de sus nombres (a de
ammina está antes que c de
cloro)
178. COMPUESTOS DE COORDINACIÓN
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• Átomo o ion central unido a moléculas o
iones llamados ligandos
• Los ligandos son bases de Lewis; el ion
central acepta electrones del ligando; se
forma un enlace covalente coordinado
• En este caso:
– ión central: Co3+
– ligandos: Cl– y NH3 (nº coord.: 6)
• Formulación:
1. (Si es iónico) contraión positivo
2. [metal, ligandos en orden alfab.]
3. (Si es iónico) contraión negativo
Por ejemplo, este complejo podría
compensar su carga positiva con un
contraión Br-: [Co (NH3)4 Cl2] Br
(bromuro de
tetraamminadiclorurocobalto(III))
cis-[Co Cl2 (NH3)4]+
cis-tetraamminadiclorurocobalto(III)
179. COMPUESTOS DE COORDINACIÓN
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• Átomo o ion central unido a moléculas o
iones llamados ligandos
• Los ligandos son bases de Lewis; el ion
central acepta electrones del ligando; se
forma un enlace covalente coordinado
• En este caso:
– ión central: Co3+
– ligandos: Cl– y NH3 (nº coord.: 6)
• Formulación:
1. (Si es iónico) contraión positivo
2. [metal, ligandos en orden alfab.]
3. (Si es iónico) contraión negativo
Algunos complejos tienen
distintos isómeros según la
disposición espacial de los
ligandos. Por ejemplo, este
complejo tiene dos isómeros
llamados cis y trans según los
Cl queden juntos (a un lado
del Co) o en posiciones
diametralmente opuestas, con
el Co en el centro
cis-[Co Cl2 (NH3)4]+
cis-tetraamminadiclorurocobalto(III)
180. COMPUESTOS DE COORDINACIÓN
LIGANDOS
aqua ammina cloruro cianuro
Algunos ligandos típicos (hay quienes
prefieren otros nombres como acua,
ammin, amina, cloro, ciano…)
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181. COMPUESTOS DE COORDINACIÓN
LIGANDOS
Ligando Nombre (CA/IUPAQ)
F− fluoro / fluoruro
Cl− cloro / cloruro
Br− bromo / bromuro
I− yodo / yoduro
O2− oxo / óxido
HO− hidroxo / hidróxido
H− hidro / hidruro
HS− mercapto / sulfanuro
S2− tio / sulfuro
N3
− azido
CO3
2− carbonato
NO2
− nitro (N) o nitrito (O)
C2O4
2− oxalato
AEDT+ etilendiamino-
tetraacetato
A N I Ó N I C O S
Ligando Nombre (CA/IUPAQ)
OH2 aquo / aqua
NH3 amino / ammina
NO nitrosilo
CO cabonilo
en etilendiamino
C5H5N piridino
N E U T R O S
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Una lista más completa; los
nombres varían según el sistema
empleado sea el del Chemical
Abstracts o el de la IUPAC
182. COMPUESTOS DE COORDINACIÓN
[Fe(OH2)6]2+ ion hexaaquahierro (II)
[Fe(CN)5(OH2)]2− ion aquapentacianuroferrato (III)
K4[Fe(CN)6] hexacianoferrato (II) de potasio
[Cu(NH3)4]SO4 sulfato de tetramminacobre(II)
[Pt(NH3)4]2[PtCl6] hexacloruroplatinato(II) de tetraamminaplatino(II)
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Otros nombres. En los complejos
aniónicos el nombre del ion central se
hacen acabar en –ato; en los catiónicos
o neutros no se le pone llevan sufijo
EJEMPLOS DE NOMENCLATURA
183. COMPUESTOS DE COORDINACIÓN
LIGANDOS POLIDENTADOS (QUELATOS)
• Algunos ligandos poseen dos o más
átomos capaces de ceder electrones
para formar enlaces
• Se dice que son bi-, di-, tri-,
tetradentados
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184. COMPUESTOS DE COORDINACIÓN
LIGANDOS POLIDENTADOS (QUELATOS)
• Algunos ligandos poseen dos o más
átomos capaces de ceder electrones
para formar enlaces
• Se dice que son bi-, di-, tri-,
tetradentados
• Ejemplo: NH2CH2CH2NH2
(etilendiamino, bidentado)
Cada uno de los dos N tiene
un par de electrones para
formar enlaces coordinados
:
:
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185. COMPUESTOS DE COORDINACIÓN
LIGANDOS POLIDENTADOS (QUELATOS)
• Algunos ligandos poseen dos o más
átomos capaces de ceder electrones
para formar enlaces
• Se dice que son bi-, di-, tri-,
tetradentados
• Ejemplo: NH2CH2CH2NH2
(etilendiamino, bidentado)
:
:
Esta es una representación
simplificada del ligando
etilendiamino. Cada bola marcada
“N” es un grupo NH2. Los CH2 están
en las cintas que unen las bolas N
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186. COMPUESTOS DE COORDINACIÓN
LIGANDOS POLIDENTADOS (QUELATOS)
• Algunos ligandos poseen dos o más
átomos capaces de ceder electrones
para formar enlaces
• Se dice que son bi-, di-, tri-,
tetradentados
• Ejemplo: NH2CH2CH2NH2
(etilendiamino, bidentado)
:
:
Cuando un metal tiene varios ligandos
polidentados, se indica el número de estos con
los prefijos bis, tris, tetraquis, pentaquis,
hexaquis… Así, el nombre de este ion complejo
es [tris(etilendiamino)cobalto(III)]
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187. COMPUESTOS DE COORDINACIÓN
LIGANDOS POLIDENTADOS (QUELATOS)
• Un ligando hexadentado: EDT
(etilendiaminotetraacetato)
Este ligando tiene seis posiciones de
coordinación con el ion central: 4 en
oxígenos (:O) y 2 en nitrógenos (:N)
[(etilendiamino-
tetraacetato)-
cobaltato(III)]
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193. COMPUESTOS DE COORDINACIÓN
EL COLOR DE LOS COMPLEJOS
Para un mismo
catión central, el
color de los
complejos que
puede formar
puede depender
de la naturaleza
de los ligandos, su
número e incluso
su disposición
espacial
anaranjado violeta
rojo verde
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194. COMPUESTOS DE COORDINACIÓN
EL COLOR DE LOS COMPLEJOS
FeII FeIII CoII CuII AlIII CrIII
Hydrated Ion
[Fe(H2O)6]2+
Pale green
Soln
[Fe(H2O)6]3+
Yellow/brown
Soln
[Co(H2O)6]2+
Pink
Soln
[Cu(H2O)6]2+
Blue
Soln
[Al(H2O)6]3+
Colourless
Soln
[Cr(H2O)6]3+
Green
Soln
OH–, dilute
[Fe(H2O)4(OH)2]
Dark green
Ppt
[Fe(H2O)3(OH)3]
Brown
Ppt
[Co(H2O)4(OH)2]
Blue/green
Ppt
[Cu(H2O)4(OH)2]
Blue
Ppt
[Al(H2O)3(OH)3]
White
Ppt
[Cr(H2O)3(OH)3]
Green
Ppt
OH–,
concentrated
[Fe(H2O)4(OH)2]
Dark green
Ppt
[Fe(H2O)3(OH)3]
Brown
Ppt
[Co(H2O)4(OH)2]
Blue/green
Ppt
[Cu(H2O)4(OH)2]
Blue
Ppt
[Al(OH)4]–
Colourless
Soln
[Cr(OH)6]3–
Green
Soln
NH3, dilute
[Fe(H2O)4(OH)2]
Dark green
Ppt
[Fe(H2O)3(OH)3]
Brown
Ppt
[Co(H2O)4(OH)2]
Blue/green
Ppt
[Cu(H2O)4(OH)2]
Blue
Ppt
[Al(H2O)3(OH)3]
White
Ppt
[Cr(H2O)3(OH)3]
Green
Ppt
NH3,
concentrated
[Fe(H2O)4(OH)2]
Dark green
Ppt
[Fe(H2O)3(OH)3]
Brown
Ppt
[Co(NH3)6]2+
Straw coloured
Soln
[Cu(NH3)4(H2O)2
]2+
Deep blue
Soln
[Al(H2O)3(OH)3]
White
Ppt
[Cr(NH3)6]3+
Green
Soln
CO3
2–
FeCO3
Dark green
Ppt
[Fe(H2O)3(OH)3]
Brown
Ppt + bubbles
CoCO3
Pink
Ppt
CuCO3
Blue/green
Ppt
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195. COMPUESTOS DE COORDINACIÓN
EL COLOR DE LOS COMPLEJOS
Incluso
puede
variar
entre
isómeros
Isómero nitro Isómero nitrito
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197. COMPUESTOS DE COORDINACIÓN
EL COLOR DE LOS COMPLEJOS
• Interacciones entre los e– del ligando y los orbitales d del metal
causan “desdoblamiento del campo cristalino”
A esto se debe el color
de los complejos
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198. COMPUESTOS DE COORDINACIÓN
EL COLOR DE LOS COMPLEJOS
Cr: [Ar] 3d3
• Interacciones entre los e– del ligando y los orbitales d del metal
causan “desdoblamiento del campo cristalino”
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199. COMPUESTOS DE COORDINACIÓN
EL COLOR DE LOS COMPLEJOS
Cr: [Ar] 3d3
Los ligandos pueden ocasionar
el desdoblamiento de los
orbitales d del átomo central.
Tras el desdoblamiento los
electrones de los niveles
inferiores pueden pasar a los
superiores. La correspondiente
absorción de fotones es la
responsable del color (el color
es el complementario del
absorbido)
• Interacciones entre los e– del ligando y los orbitales d del metal
causan “desdoblamiento del campo cristalino”
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200. COMPUESTOS DE COORDINACIÓN
EL COLOR DE LOS COMPLEJOS
• Interacciones entre los e– del ligando y los orbitales d del metal
causan “desdoblamiento del campo cristalino”
• Hay “ligandos de campo fuerte” y “ligandos de campo débil”
Cr: [Ar] 3d3
Los ligandos se pueden
clasificar en dos tipos (de
campo fuerte y campo débil)
según la magnitud de la
separación energética que
provocan
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201. COMPUESTOS DE COORDINACIÓN
EL COLOR DE LOS COMPLEJOS
Cr: [Ar] 3d3
• Interacciones entre los e– del ligando y los orbitales d del metal
causan “desdoblamiento del campo cristalino”
• Hay “ligandos de campo fuerte” y “ligandos de campo débil”
Según queden más o menos separados
estos niveles, se absorberán fotones de
distintas frecuencias y eso provoca la
aparición de colores diferentes
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202. Resúmenes de Química Inorgánica Descriptiva
01 – Hidrógeno, metales alcalinos y alcalinotérreos
02 – Familias del boro y el carbono
03 – Familias del nitrógeno y el oxígeno
04 – Halógenos y gases nobles
05 – Metales de transición y compuestos de coordinación
06 – Elementos radiactivos
203. Más teoría, ejercicios y prácticas de
Química General, Química Inorgánica Básica,
Química Orgánica Básica, Química Física,
Técnicas Instrumentales…
en
triplenlace.com/en-clase
