Grado 12 ↓
Elementos del bloque d y del bloque f
Los elementos del bloque d y del bloque f desempeñan un papel vital en el mundo de la química. Estos elementos se encuentran en el medio de la tabla periódica y son conocidos por sus fascinantes propiedades, configuraciones electrónicas complejas y sus significativas contribuciones tanto en la naturaleza como en la industria. Vamos a profundizar en los detalles de estos bloques y entender su importancia.
¿Qué son los elementos del bloque d?
Los elementos del bloque d también se conocen como metales de transición. Ocupan el bloque central de la tabla periódica e incluyen elementos de los grupos 3 al 12. Se llaman elementos del bloque d porque el último electrón entra en el subnivel d. Esto resulta en orbitales d parcialmente llenos.
Características de los elementos del bloque d
- Estados de oxidación variables: La mayoría de los elementos del bloque d muestran múltiples estados de oxidación porque los electrones de los orbitales s y d pueden participar en el enlace.
- Compuestos coloreados: Muchos elementos del bloque d forman compuestos coloreados. Esto se debe a la transición d-d de electrones, donde un electrón salta entre diferentes orbitales d.
- Formación de complejos: Los metales de transición a menudo forman compuestos complejos. Tienen orbitales d vacíos que pueden aceptar pares solitarios de electrones de los ligandos.
- Puntos de fusión y ebullición altos: Estos elementos generalmente tienen altos puntos de fusión y ebullición debido a los fuertes enlaces metálicos.
- Propiedades metálicas: Los elementos del bloque d son metales y muestran propiedades metálicas típicas, como alta densidad, dureza y buenos conductores de electricidad.
Ejemplos de elementos del bloque d
Hierro (Fe), cobre (Cu) y níquel (Ni) son algunos ejemplos de elementos del bloque d. Tienen muchos usos en la vida cotidiana. Por ejemplo, el hierro se utiliza en la construcción, el cobre se utiliza en cableado eléctrico y el níquel se utiliza para fabricar acero inoxidable.
Configuración electrónica
La configuración electrónica general de los elementos del bloque d se puede representar como [gas noble] (n-1)d 1-10 ns 0-2. Echemos un vistazo más de cerca con el ejemplo del Hierro (Fe):
Fe: [Ar] 3d 6 4s 2
Aquí, el subnivel 3d se llena antes que el subnivel 4s a pesar de que el subnivel 4s es la capa más externa. Tal llenado inusual se debe a los niveles de energía más bajos de los orbitales d después de los orbitales 3p.
Teoría del campo cristalino
La teoría del campo cristalino (CFT) proporciona un modelo para explicar el color y las propiedades magnéticas de los elementos del bloque d. Cuando los ligandos se acercan a un átomo o ion metálico central, los orbitales d degenerados se dividen en dos grupos con diferentes energías. Este escenario conduce a propiedades observables como el color. En muchos compuestos de metales de transición, la diferencia de energía entre estos dos grupos, conocida como la energía de separación del campo cristalino, corresponde a la luz visible y conduce a la absorción y emisión de colores particulares.
Ejemplo visual:
Aplicaciones de los elementos del bloque d
- Catalización: Los metales de transición como el níquel, el platino y el paladio actúan como excelentes catalizadores. Proporcionan superficies para que las reacciones se desarrollen más eficientemente.
- Aleaciones: Metales como el níquel y el cromo se utilizan para fabricar acero inoxidable, que es importante para la construcción y la manufactura.
- Sistemas biológicos: El hierro es importante en la hemoglobina, que facilita el transporte de oxígeno en la sangre. Muchas enzimas también contienen metales de transición como cofactores.
- Joyería y monedas: La plata y el oro son elementos del bloque d ampliamente utilizados en la fabricación de joyas y monedas debido a su brillo y resistencia a la corrosión.
¿Qué son los elementos del bloque f?
Los elementos del bloque f también se conocen como metales de transición interna. Se encuentran en la parte inferior de la tabla periódica y consisten en dos series: lantánidos y actínidos. El último electrón en estos elementos entra en el orbital f, de ahí el nombre bloque f. Por lo general, aparecen en dos filas separadas debajo de la tabla periódica principal.
Características distintivas de los elementos del bloque f
- Lantánidos: Estos incluyen elementos con números atómicos del 57 (lantano) al 71 (lutecio). Son conocidos por sus propiedades similares, por lo que a menudo se les llama "elementos de tierras raras".
- Actínidos: Estos incluyen elementos del 89 (actinio) al 103 (lawrencio). Muchos actínidos son radiactivos y se utilizan en energía nuclear.
- Mayor electronegatividad: Los elementos del bloque f generalmente exhiben electronegatividades más altas que los elementos del bloque d.
- Formación de complejos: Los elementos del bloque f forman iones complejos, aunque similares a los formados por el bloque d, muestran diferencias en números de coordinación y geometría.
Ejemplos de elementos del bloque f
El cerio (Ce), el neodimio (Nd) y el uranio (U) son ejemplos de elementos del bloque f. El cerio se usa en pedernales para encendedores de cigarrillos, mientras que el neodimio es importante en la fabricación de imanes potentes. El uranio es un elemento importante en reactores nucleares y armas.
Configuración electrónica
El bloque f tiene su propio patrón distintivo de configuración electrónica, representado como [gas noble] (n-2)f 1-14 (n-1)d 0-1 ns 2. Veamos un ejemplo con uranio (U):
U: [Rn] 5f 3 6d 1 7s 2
Estados de oxidación
Los lantánidos predominantemente muestran un estado de oxidación de +3, aunque otros estados también se observan en ciertos elementos. Los actínidos muestran un rango mucho más amplio de estados de oxidación, a menudo entre +3 y +6, debido a la participación de los orbitales f, d y s.
Importancia y aplicaciones
- Energía nuclear: El uranio y el torio son parte de la serie de los actínidos y son importantes para los reactores nucleares y la producción de energía.
- Imanes: El neodimio se usa para fabricar imanes permanentes potentes, que se utilizan en una variedad de aplicaciones, desde auriculares hasta motores.
- Tecnología: Los elementos de tierras raras son fundamentales en la fabricación de electrónicos como teléfonos inteligentes y computadoras.
- Usos en luminóforos: Algunos lantánidos se utilizan como fósforos en una variedad de dispositivos de iluminación y pantallas.
Posición en la tabla periódica
El bloque d se extiende a lo largo de los períodos cuarto a séptimo y los grupos tercero al duodécimo, mientras que el bloque f está acomodado por separado, generalmente en la parte inferior de la tabla principal. Aclaramos su posición:
Vista de la tabla
Bloque d: Ubicado en el centro, conecta los elementos del bloque s y del bloque p, y muestra principalmente características transitorias.
Bloque f: Aunque están representados separadamente, idealmente encajan en la secuencia con el bloque d, entre los elementos del grupo 3 y 4.
Conceptos finales
Los elementos del bloque d y del bloque f son dinámicos y multifacéticos, con propiedades y usos de amplio alcance. No solo son fundamentales para la química, sino que también son vitales para una variedad de tecnologías modernas e industrias. Comprender sus propiedades y potencial puede llevar a avances en química y campos relacionados.
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