CATIONES
MONOATÓMICOS
Cationes Monoatómicos
• Los cationes monoatómicos se forman a partir de los
metales de los grupos I, II, y III, al perder los electrones
excedentes sobre la estructura electrónica del gas inerte
anterior.
Ejemplo: grupo formado por
iones en el estado de
oxidación +1 (Li, Na, K, etc.).
Comparación entre las secciones transversales
de los átomos y las de los iones de los
elementos del grupo I.
Comparación entre las secciones
transversales de los átomos y las de los iones
de los elementos del grupo I.
• En forma semejante los elementos del grupo II y III forman
iones en los estados de oxidación +2 (II) y +3 (III).
• Los metales de transición y los postransicionales:
Al contrario de los los elementos del los grupos I, II y III,
exhiben varias valencias en las reacciones de oxidación como
resultado de la pérdida de un número variable de electrones
de valencia.
Cationes de los elementos de transición y
porstransicionales más comunes
*
El paréntesis en un ion indica inestabilidad en solución con el agua.
*
Cu+, Fe2+ y Sn2+ en solución acuosa se oxidan lentamente con el
oxígeno disuelto.
Propiedades de los
cationes monoatómicos
• Necesarias para comprender mejor las interacciones de los
cationes con aniones y moléculas.
• Las variaciones de tamaño y carga se resumen y se
aplican mejor en términos de la variable Potencial Iónico
(carga / radio cristalino):
– El grado de interacción de un ion con el medio que lo rodea
depende en gran parte de su potencial iónico, ya que esta
cantidad describe la densidad de carga del ion.
• Un segundo factor es la naturaleza del centro del ion.
• Distinguiremos dos tipos de cationes, los “duros” y los
“suaves”, términos que, describen la naturaleza de la
nube electrónica alrededor del núcleo del ion.
• Cationes “duros”:
– Son aquellos cuyas configuraciones electrónicas exteriores
son isoelectrónicas con átomos de gas inserte, esto es, s2p6.
– Este tipo de ion lo forman los elementos de los grupos I y II
(metales alcalino y alcalino-térreos), el aluminio y los metales
de transición del grupo III (d1).
• Los cationes “suaves” incluyen:
– A aquellos con la estructura exterior s2p6d10.
– A los que tienen cuando menos un electrón d, pero menos de
10, en el nivel energético principal más exterior ocupado.
• Los cationes “suaves” tienen una fuerza polarizadora
mayor que los cationes “duros” y por eso interaccionan
más fuertemente con el medio.
• Los cationes “suaves” se forman con la mayoría de los
metales de transición y de los postransicionales.
Radios cristalinos y potenciales iónicos de
iones representativos o “duros” (s2p6)
Radios cristalinos y potenciales iónicos de iones
no representativos o “suaves” (s2p6d1-10s0-2)
• El grado de interacción de los iones representativos,
“duros”, con un anión común aumenta regularmente al
aumentar el potencial iónico.
– Por ejemplo en la serie:
CsCl, MgCl2, AlCl3, SiCl4
Los enlaces se vuelven progresivamente más covalentes,
hasta el grado de que los formados por iones hipotéticos
tales como Si4+, Cr6+ y Mn7+ son mas bien considerados
como esencialmente covalentes.
Comportamiento de
cationes monoatómicos en
solución acuosa
• La reacción principal de los cationes con el agua como
disolvente es la reacción de hidratación.
• Sin embargo, puede ocurrir otra reacción llamada
hidrólisis, en la cual se eliminan protones de los cationes
hidratados.
M(OH2)xn+ + H2O
M(OH2)x-1(OH)(n-1)+ + H3O+
Reacción de hidrólisis del ion hidratado
del aluminio:
2+
3+
H2 O
H2 O
H2 O
H2 O
H2 O
H2 O
H2 O
Al
Al
H2 O
H2 O
+ H2 O
H2 O
OH
H2 O
+
+ H3 O
– La constante de hidrólisis para esta reación es particular
es de 1.4 x 10-5, lo que indica que el ion hidratado del
aluminio es un ácido aproximadamente tan fuerte como
el ácido acético.
Reacción de hidrólisis del ion
hidratado del aluminio:
– EL
equilibrio
anterior
puede ser desplazado
hacia la derecha por la
adición de una base, lo
que
conduce
a
la
precipitación de hidróxido
de aluminio hidratado.
El alcance de la reacción de hidrólisis es una función del
potencial iónico del ion metálico.
Mientras mayor sea la
densidad de la carga
positiva sobre el ion
metálico,
más
se
desplazará la densidad
electrónica del enlace MO hacia el metal.
Tipos de comportamiento en solución básica,
según sea el potencial iónico:
Podemos diferenciar tres:
1. Los iones con potencial iónico bajo no son afectados
por la adición de una base.
2. Los iones de potencial iónico más elevado precipitan
como hidróxidos y óxidos cuando se neutraliza el ácido
que se forma en la hidrólisis:
Tipos de comportamiento en solución básica,
según sea el potencial iónico:
3. Los hidróxidos hidratados de algunos iones pueden
perder más protónes cuando se añade un exceso de
base.
Anfóteros
• Los hidróxidos y óxidos que se disuelven en solución
ácida para formar los cationes hidratados en solución
básica para formar aniones, se llaman anfóteros.
• La tabla siguiente enumera
los hidróxidos de metales
comunes
que
son
anfóteros.
Formación de cationes
monoatómicos
• Los cationes monoatómicos se pueden preparar aplicando
diferentes agentes oxidantes a los metales a partir de los
cuales se derivan.
• Las reacciones se pueden dividir convenientemente en
tres categorías generales:
– Combinación.
– Sustitución.
– De oxidación con oxianiones.
• El oxígeno y los halógenos son capaces de oxidar casi a
todos
los
elementos
metales
(reacciones
de
combinación):
• Los óxidos formados según la ecuación se pueden
disolver en las soluciones de los ácidos indicados para
obtener sales.
• Las reaciones de sustitución son, en general, un método
útil para oxidar metales activos.
• El hidrógeno y los iones de los metales inactivos sirven
como agentes oxidantes.
• Una serie electromotriz es una guía útil para las posibles
reacciones de sustitución.
Algunos cationes de metales de transición y
postransicionales
*
El paréntesis en un
ion
indica
inestabilidad
en
solución
acuosa
debido a su rección
con el agua.
*
Cu+, Fe2+ y Sn2+
en solución acuosa
se
oxidan
lentamente con el
oxígeno disuelto.
• El tercer tipo de reacción general, por medio de la cual se
pueden formar cationes, es la oxidació de metales por
medio de oxianiones.
• Un reactivo ampliamente utilizado es el ion NO3-, ya que
los productos de la reacción son óxidos de nitrógeno
volátiles.
• Unos cuantos metales inactivos resisten la oxidación del
ácido nítrico, aún en solución concentrada.
• De estos metales, los más comunes son el oro y el platino.
• Para estos metales se usa una mezcla de tres partes de
HCl concentrado con una parte de HNO3 concentrado.
Esta mezcla es conocida como “agua regia”
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