Diferencia entre revisiones de «Metales de transición»
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|concepto= Los metales pesados son un grupo de elementos químicos que presentan una densidad relativamente alta y cierta toxicidad para los seres humanos.
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|concepto= Elementos químicos que están situados en la parte central del sistema periódico, en el bloque d, cuya principal característica es la inclusión en su configuración electrónica del orbital d, parcialmente lleno de electrones.
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El término [[Metales pesados|"metal pesado"]] no está bien definido. A veces se emplea el criterio de densidad. Por ejemplo, metales de densidad mayor que 4,5 g/cm³, pero los valores en la bibliografía pueden ir desde 4 g/cm³ hasta 7 g/cm³. Otros criterios empleados son el número atómico y el peso atómico. Además, el término siempre suele estar relacionado con la toxicidad que presentan, aunque en este caso también se emplea el término "elemento tóxico" o "metal tóxico".
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== [[Metales_de_trancisión|Metales de trancisión]] o [[Metales_de_trancisión|elementos de trancisión]] ==
  
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Muchos de los metales que tienen una densidad alta no son especialmente tóxicos y algunos son elementos esenciales en el ser humano, independientemente de que a determinadas concentraciones puedan ser tóxicos en alguna de sus formas. Sin embargo, hay una serie de elementos que en alguna de sus formas pueden representar un serio problema medioambiental y es común referirse a ellos con el término genérico de "metales pesados".  
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La [[IUPAC|IUPAC ]]define un metal de transición como "un elemento cuyo átomo tiene una subcapa d incompleta o que puede dar lugar a cationes con una subcapa d incompleta". Según esta definición el zinc, cadmio, y mercurio están excluidos de los metales de transición, ya que tienen una configuración d10. Solo se forman unas pocas especies transitorias de estos elementos que dan lugar a iones con una subcapa d parcialmente completa. Por ejemplo mercurio (I) solo se encuentra como Hg22+, el cual no forma un ion aislado con una subcapa parcialmente llena, por lo que los tres elementos son inconsistentes con la definición anterior. Estos forman iones con estado de oxidación 2+, pero conservan la configuración 4d10. El elemento 112 podría también ser excluido aunque sus propiedades de oxidación no son observadas debido a su naturaleza radioactiva. Esta definición corresponde a los grupos 3 a 11 de la tabla periódica.  
  
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Los metales pesados tóxicos más conocidos son el mercurio, el plomo, el cadmio y el talio. También se suele incluir un semimetal como es el arsénico y, en raras ocasiones, algún no metal como el selenio. A veces también se habla de contaminación por metales pesados incluyendo otros elementos tóxicos más ligeros, como el berilio o el aluminio.<br>  
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Según la definición más amplia los metales de transición son los cuarenta elementos químicos, del 21 al 30, del 39 al 48, del 71 al 80 y del 103 al 112. El nombre de "transición" proviene de una característica que presentan estos elementos de poder ser estables por si mismos sin necesidad de una reacción con otro elemento. Cuando a su última capa de valencia le faltan electrones para estar completa, los extrae de capas internas. Con eso es estable, pero le faltarían electrones en la capa donde los extrajo, así que los completa con otros electrones propios de otra capa. Y así sucesivamente; este fenómeno se le llama "Transición electrónica". Esto también tiene que ver con que estos elementos sean tan estables y difíciles de hacer reaccionar con otros. La definición más amplia es la que tradicionalmente se ha utilizado. Sin embargo muchas propiedades interesantes de los elementos de transición como grupo son el resultado de su subcapa d parcialmente completa. Las tendencias periódicas del bloque d son menos predominantes que en el resto de la tabla periódica. A través de esta la valencia no cambia porque los electrones adicionados al átomo van a capas internas.<br>  
  
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== Factores ambientales que modifican la toxicidad de los metales<br>  ==
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== Elementos<br>  ==
  
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A pesar del hecho de que se han encontrado significativos hongos de diversos grupos taxonómicos en ambientes altamente infectados con metales pesados, la diversidad de especies resulta muy reducida; de éstas se seleccionan sólo aquellas poblaciones tolerantes y resistentes capaces de sobrevivir y crecer en tales condiciones (Babich y Stotzky, 1982; Gadd, 1986). El efecto venenoso de los metales sobre la comunidad microbiana en ambientes naturales varía de acuerdo a la especiación y la concentración del metal, con los organismos presentes y con diversos factores ambientales (Gadd y Griffiths, 1977). Sin embargo, no se ha llegado a establecer el umbral toxicológico, tal como la concentración que origina el 50% de letalidad entre los microorganismos afectados a una cierta concentración de un metal dentro en un tiempo de exposición determinado y bajo condiciones ambientales especificas. Estos umbrales de la toxicidad de un metal sólo se han determinado en especies aisladas y únicamente bajo condiciones de laboratorio. Varios estudios han demostrado que los cationes metálicos como Cd, Cu, Zn, Pb, y Ni, entre otros, se absorben y son retenidos en suelos y aguas, dependiendo en gran medida de su composición y propiedades fisicoquímicas (Gadd y Griffiths, 1978; Brunzl y Schimmack, 1991).
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Esta capacidad de absorción es regulada por los elementos del medio incluyendo a las arcillas minerales de silicatos de Al (montmorilonita y kaolita) y a la materia orgánica (humus, biomasa de plantas y microorganismos). Entre los factores fisicoquímicos del medio que afectan la toxicidad de los metales hacia los microorganismos se encuentran: el pH, el potencial de óxido-reducción y los aniones y cationes inorgánicos. El pH del medio puede intervenir en la toxicidad de los metales en dos sentidos: (1) cambiando el estado fisiológico y las actividades bioquímicas de los microorganismos y, por tanto, sus reacciones hacia las sustancias tóxicas y; (2) en la especiación de metal, lo cual afecta su habilidad para combinarse con la superficie celular. Cuando se aumenta el pH de una solución, éste puede formar diferentes especies hidroxiladas, siendo diferente a su vez la toxicidad de estas especies. A pH bajo aumenta la concentración de H+, el cual puede competir con los metales pesados por los sitios iono génicos de los componentes celulares. La especiación de los ligandos orgánicos que pueden interactuar con los metales, y de este modo variar su toxicidad, depende asimismo del pH del medio; por ejemplo, cuando el Cd forma Cd (OH)+ y complejos con compuestos orgánicos a pH alcalino, se vuelve más venenoso que en su forma libre para A. niger, P. vermiculatum, P. asperum y C. echinulata (Babich y Stotzky, 1977).
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== Propiedades<br>  ==
  
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Por el contrario, la toxicidad del Ni hacia los microorganismos se reduce con el pH alcalino (Babich y Stotzky, 1982); los hongos crecen de forma menos acelerada en un suelo naturalmente ácido (pH 4.9) complementado con 1000 ppm de Ni, que a pH más alto. De forma general, se ha analizado que el pH alto incrementa la toxicidad de los metales debido a que cambia los sistemas de captación y de transporte en los microorganismos. El potencial de óxido-reducción (Єh) del medio ambiente puede afectar la disponibilidad de los metales de manera directa, y de este modo sus valores de toxicidad. En un ambiente altamente reductor (Єh negativo), los metales pueden combinarse con S2 y formar sales derivadas de sulfuros insolubles, que los microorganismos no captan. El Єh también afecta la valencia del metal; por ejemplo, es más dañino el Cr (VI) que el Cr (III) para el aumento micelial y para la gestación de las esporas de diferentes hongos (Babich et al., 1982). Los aniones y cationes inorgánicos del ambiente también determinan en la especiación del metal y así en su nivel tóxico. Los metales pesados forman módulos de coordinación con aniones inorgánicos (OH-, Cl-). La diferente especiación de los metales pesados que ocurre en vista de acumulaciones variables de los ligandos aniónicos, puede provocar variados efectos tóxicos en los organismos. Por ejemplo, concentraciones altas de Cl- en el medio reducen la contaminación del Cd hacia A. niger, R. stolonifer, Aspergillus conoides y Oospoa spp. (Babich y Stotzky, 1982). En el caso de los cationes inorgánicos, estos pueden cambiar la toxicidad de los metales como resultado de la competencia con las formas catiónicas de los metales pesados por los sitios aniónicos de los componentes de la superficie celular; por ejemplo, el Mg puede disminuir los efectos tóxicos del Ni en varios hongos filamentosos (Babich y Stotzky, 1982).<br>Las arcillas minerales también modifican la biodisponibilidad de los metales pesados haciendo que también cambie su toxicidad hacia los microorganismos ya que aquellos son intercambiados por los cationes absorbidos a las arcillas que de forma natural están compensando sus cargas eléctricas. En resumen, se ha descubierto que lo más efectivo para limitar la toxicidad de los metales son las arcillas que tienen una gran habilidad de realizar un intercambio catiónico.
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Casi todos son metales típicos, de elevada dureza, con puntos de fusión y ebullición altos, buenos conductores tanto del calor como de la electricidad. Muchas de las propiedades de los metales de transición se deben a la capacidad de los electrones del orbital d de localizarse dentro de la red metálica. En metales, cuanto más electrones compartan un núcleo, más fuerte es el metal. Poseen una gran versatilidad de estados de oxidación, pudiendo alcanzar una carga positiva tan alta como la de su grupo, e incluso en ocasiones negativa (Como en algunos complejos de coordinación).<br>  
  
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En diferentes especies de hongos la montmorilonita protege más que la kaolita contra la toxicidad del Cd, Pb y Ni, cuando se agregan al suelo contaminado (Babich y Stotzky, 1982, 1977). Los componentes orgánicos diluidos o en partículas dentro de un ecosistema unen diferentes tipos de metales pesados y cambian así su toxicidad. El EDTA disminuye la toxicidad del Zn, Cu y Cd en un actinomiceto y en levaduras (Babich y Stotzky, 1982). El ácido aspártico también baja la toxicidad del Ni y Pb hacia los hongos (Babich y Stotzky, 1983). En los medios abundantes de cultivo también se aumentan las dosis mínimas inhibitorias, ya que los casaminoácidos, el extracto de levadura, la triptona y la peptona unen a diferentes metales de maneras diversas (Ramamoorthy y Kushner, 1975). El pH puede afectar la interacción de los metales pesados con la materia orgánica soluble (Farrah y Pickering, 1977). Por otra parte, la materia orgánica particulada (ácidos húmicos) en medios sintéticos, protege de los efectos del Pb y Ni a diferentes especies de hongos (Babich y Stotzky, 1982). La temperatura modifica la toxicidad de los metales pesados como un resultado directo sobre el estado fisiológico de la célula más que sobre la especiación o disponibilidad.<br>  
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*Sus combinaciones son fuertemente coloreadas y paramagnéticas
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*Sus potenciales normales suelen ser menos negativos que los de los metales representativos, estando entre ellos los llamados metales nobles.
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*Pueden formar aleaciones entre ellos.  
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*Son en general buenos catalizadores.
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*Son sólidos a temperatura ambiente (excepto el mercurio)  
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*Forman complejos iónicos.<br>
  
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== Enlaces externos ==
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== Estados de oxidación variables<br> ==
  
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*&nbsp; Metales pesados en Consumer.es
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A diferencia de los metales de los grupos 1 y 2, los iones de los elementos de transición pueden tener múltiples estados de oxidación estables ya que pueden perder electrones d sin un gran sacrificio energético. El manganeso, por ejemplo tiene dos electrones 4s y cinco 3d que pueden ser eliminados. La pérdida de todos estos electrones lleva a un estado de oxidación +7. El osmio y el rutenio se encuentran comúnmente solos en un estado de oxidación +8 muy estable el cual es uno de los más elevados para compuestos aislados.<br>
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*&nbsp;Metales pesados en alimentacion animal
 
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*&nbsp;Metales pesados en lodos de depuradoras que se van a usar como fertilizante
 
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*&nbsp;Plantas que absorben metales. Aplicación de la fitorremediación a los suelos contaminados por metales pesados en Aznalcóllar
 
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*Metales pesados y qué condiciones los hacen más peligrosos
 
  
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[[Category:Química_inorgánica]] [[Category:Metales]]
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=== Ciertos patrones en los estados de oxidación surgen a través de los periodos de los elementos de transición:<br>  ===
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*El número de estados de oxidación aumenta para cada ion hasta el Mn, a partir del cual comienza a disminuir. Los últimos metales de transición tienen una mayor atracción entre protones y electrones (ya que hay más de cada uno presentes), lo que requeriría más energía para eliminar los electrones.<br>
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*Cuando los elementos están en estados de oxidación bajos, se pueden encontrar como iones simples. Sin embargo, los metales de transición en estados de oxidación elevados se encuentran generalmente unidos covalentemente a elementos electronegativos como oxígeno o flúor formando iones poliatómicos como el cromato, vanadato, o permanganato.<br>
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=== Otras propiedades con respecto a la estabilidad de los estados de oxidación:<br>  ===
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*Iones en elevados estados de oxidación tienden a ser buenos agentes oxidantes, mientras que elementos en bajos estados de oxidación tienden a ser buenos agentes reductores.<br>
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*Iones 2+ a través del periodo comienzan como fuertes reductores y se vuelven más estables.<br>
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*Iones 3+ comienzan estables y se vuelven más oxidantes a través del periodo.
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== Actividad catalítica<br>  ==
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Los metales de transición forman buenos catalizadores homogéneos y heterogéneos, por ejemplo el hierro es el catalizador para el proceso de Haber y tanto el níquel como el platino son utilizados para la hidrogenación de alquenos. Esto es porque son capaces de reaccionar bajo numerosos estados de oxidación y como consecuencia de ello formar nuevos compuestos proveyendo una ruta de reacción alternativa con una energía de activación más baja.<br>
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== Compuestos coloreados<br>  ==
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Debido a su estructura, los metales de transición forman muchos iones y complejos coloreados. Los colores pueden cambiar entre diferentes iones de un mismo elemento. Por ejemplo el MnO4− (Mn en el estado de oxidación 7+) es un compuesto violeta, mientras que Mn2+ es rosado pálido.
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La coordinación por ligandos puede jugar su parte en determinar el color en un compuesto de transición debido a cambios en la energía de los orbitales d. Los ligandos eliminan la degeneración de los orbitales y los dividen en grupos de alta y baja energía. La diferencia de energía entre los orbitales de alta y baja energía determinará el color de la luz que es absorbida, ya que la radiación electromagnética se absorbe si tiene una energía que se corresponda con esta diferencia. Cuando un ion con ligandos absorbe luz algunos electrones son promovidos a un orbital de mayor energía. Si la luz absorbida es de diferente frecuencia, se observan diferentes colores.
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=== El color de un complejo depende de:  ===
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*&nbsp; la naturaleza del ion metálico, particularmente el número de electrones en los orbitales d
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*el orden de los ligandos alrededor del ion metálico (por ejemplo, diferentes isómeros geométricos pueden mostrar diferentes colores)
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*la naturaleza de los ligandos rodeando al ion metálico. Si los ligandos son más fuertes, es mayor la diferencia de energía entre los grupos 3d.
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El complejo formado por el elemento zinc del bloque d (aunque no es estrictamente un elemento de transición) es incoloro, porque los orbitales 3d están completos y los electrones no son capaces de desplazarse al grupo superior.<br>
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== Véase también  ==
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*Elementos del bloque d
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*Tabla periódica de los elementos.<br><br>
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== Bibliografía<br>  ==
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1. [[Www.iupac.org|IUPAC]]<br> 2.&nbsp; Cotton, F. Albert; Wilkinson, G.; Murillo, C. A. (1999). Advanced Inorganic Chemistry (6th ed.). New York: Wiley. ISBN 0-471-19957-5<br> 3.&nbsp; Matsumoto, Paul S. Trends in Ionization Energy of Transition-Metal Elements J. Chem. Educ. 2005 82, 1660.<br>
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[[Category:Ciencias_Naturales_y_Exactas]] [[Category:Química]] [[Category:Química_inorgánica]] [[Category:Metales]]

Revisión del 07:53 30 abr 2011

Metales de trancisión
Información sobre la plantilla
Concepto:Elementos químicos que están situados en la parte central del sistema periódico, en el bloque d, cuya principal característica es la inclusión en su configuración electrónica del orbital d, parcialmente lleno de electrones.


Metales de trancisión o elementos de trancisión

La IUPAC define un metal de transición como "un elemento cuyo átomo tiene una subcapa d incompleta o que puede dar lugar a cationes con una subcapa d incompleta". Según esta definición el zinc, cadmio, y mercurio están excluidos de los metales de transición, ya que tienen una configuración d10. Solo se forman unas pocas especies transitorias de estos elementos que dan lugar a iones con una subcapa d parcialmente completa. Por ejemplo mercurio (I) solo se encuentra como Hg22+, el cual no forma un ion aislado con una subcapa parcialmente llena, por lo que los tres elementos son inconsistentes con la definición anterior. Estos forman iones con estado de oxidación 2+, pero conservan la configuración 4d10. El elemento 112 podría también ser excluido aunque sus propiedades de oxidación no son observadas debido a su naturaleza radioactiva. Esta definición corresponde a los grupos 3 a 11 de la tabla periódica.

Según la definición más amplia los metales de transición son los cuarenta elementos químicos, del 21 al 30, del 39 al 48, del 71 al 80 y del 103 al 112. El nombre de "transición" proviene de una característica que presentan estos elementos de poder ser estables por si mismos sin necesidad de una reacción con otro elemento. Cuando a su última capa de valencia le faltan electrones para estar completa, los extrae de capas internas. Con eso es estable, pero le faltarían electrones en la capa donde los extrajo, así que los completa con otros electrones propios de otra capa. Y así sucesivamente; este fenómeno se le llama "Transición electrónica". Esto también tiene que ver con que estos elementos sean tan estables y difíciles de hacer reaccionar con otros. La definición más amplia es la que tradicionalmente se ha utilizado. Sin embargo muchas propiedades interesantes de los elementos de transición como grupo son el resultado de su subcapa d parcialmente completa. Las tendencias periódicas del bloque d son menos predominantes que en el resto de la tabla periódica. A través de esta la valencia no cambia porque los electrones adicionados al átomo van a capas internas.

Elementos


Propiedades

Casi todos son metales típicos, de elevada dureza, con puntos de fusión y ebullición altos, buenos conductores tanto del calor como de la electricidad. Muchas de las propiedades de los metales de transición se deben a la capacidad de los electrones del orbital d de localizarse dentro de la red metálica. En metales, cuanto más electrones compartan un núcleo, más fuerte es el metal. Poseen una gran versatilidad de estados de oxidación, pudiendo alcanzar una carga positiva tan alta como la de su grupo, e incluso en ocasiones negativa (Como en algunos complejos de coordinación).

  • Sus combinaciones son fuertemente coloreadas y paramagnéticas
  • Sus potenciales normales suelen ser menos negativos que los de los metales representativos, estando entre ellos los llamados metales nobles.
  • Pueden formar aleaciones entre ellos.
  • Son en general buenos catalizadores.
  • Son sólidos a temperatura ambiente (excepto el mercurio)
  • Forman complejos iónicos.

Estados de oxidación variables

A diferencia de los metales de los grupos 1 y 2, los iones de los elementos de transición pueden tener múltiples estados de oxidación estables ya que pueden perder electrones d sin un gran sacrificio energético. El manganeso, por ejemplo tiene dos electrones 4s y cinco 3d que pueden ser eliminados. La pérdida de todos estos electrones lleva a un estado de oxidación +7. El osmio y el rutenio se encuentran comúnmente solos en un estado de oxidación +8 muy estable el cual es uno de los más elevados para compuestos aislados.

Ciertos patrones en los estados de oxidación surgen a través de los periodos de los elementos de transición:

  • El número de estados de oxidación aumenta para cada ion hasta el Mn, a partir del cual comienza a disminuir. Los últimos metales de transición tienen una mayor atracción entre protones y electrones (ya que hay más de cada uno presentes), lo que requeriría más energía para eliminar los electrones.
  • Cuando los elementos están en estados de oxidación bajos, se pueden encontrar como iones simples. Sin embargo, los metales de transición en estados de oxidación elevados se encuentran generalmente unidos covalentemente a elementos electronegativos como oxígeno o flúor formando iones poliatómicos como el cromato, vanadato, o permanganato.

Otras propiedades con respecto a la estabilidad de los estados de oxidación:

  • Iones en elevados estados de oxidación tienden a ser buenos agentes oxidantes, mientras que elementos en bajos estados de oxidación tienden a ser buenos agentes reductores.
  • Iones 2+ a través del periodo comienzan como fuertes reductores y se vuelven más estables.
  • Iones 3+ comienzan estables y se vuelven más oxidantes a través del periodo.

Actividad catalítica

Los metales de transición forman buenos catalizadores homogéneos y heterogéneos, por ejemplo el hierro es el catalizador para el proceso de Haber y tanto el níquel como el platino son utilizados para la hidrogenación de alquenos. Esto es porque son capaces de reaccionar bajo numerosos estados de oxidación y como consecuencia de ello formar nuevos compuestos proveyendo una ruta de reacción alternativa con una energía de activación más baja.

Compuestos coloreados

Debido a su estructura, los metales de transición forman muchos iones y complejos coloreados. Los colores pueden cambiar entre diferentes iones de un mismo elemento. Por ejemplo el MnO4− (Mn en el estado de oxidación 7+) es un compuesto violeta, mientras que Mn2+ es rosado pálido.

La coordinación por ligandos puede jugar su parte en determinar el color en un compuesto de transición debido a cambios en la energía de los orbitales d. Los ligandos eliminan la degeneración de los orbitales y los dividen en grupos de alta y baja energía. La diferencia de energía entre los orbitales de alta y baja energía determinará el color de la luz que es absorbida, ya que la radiación electromagnética se absorbe si tiene una energía que se corresponda con esta diferencia. Cuando un ion con ligandos absorbe luz algunos electrones son promovidos a un orbital de mayor energía. Si la luz absorbida es de diferente frecuencia, se observan diferentes colores.

El color de un complejo depende de:

  •   la naturaleza del ion metálico, particularmente el número de electrones en los orbitales d
  • el orden de los ligandos alrededor del ion metálico (por ejemplo, diferentes isómeros geométricos pueden mostrar diferentes colores)
  • la naturaleza de los ligandos rodeando al ion metálico. Si los ligandos son más fuertes, es mayor la diferencia de energía entre los grupos 3d.

El complejo formado por el elemento zinc del bloque d (aunque no es estrictamente un elemento de transición) es incoloro, porque los orbitales 3d están completos y los electrones no son capaces de desplazarse al grupo superior.

Véase también

  • Elementos del bloque d
  • Tabla periódica de los elementos.

Bibliografía

1. IUPAC
2.  Cotton, F. Albert; Wilkinson, G.; Murillo, C. A. (1999). Advanced Inorganic Chemistry (6th ed.). New York: Wiley. ISBN 0-471-19957-5
3.  Matsumoto, Paul S. Trends in Ionization Energy of Transition-Metal Elements J. Chem. Educ. 2005 82, 1660.

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