Elementos del bloque d (metales de transición)

1. Elementos del bloque d (metales de transición) Equipo Lawrencio

2. Son aquellos situados en los grupos 3 a 12 de la tabla periódica de los elementos. • En estos elementos el nivel energético más externo corresponde a orbitales d.

3. Propiedades físico-químicas generales • La mayoría de los metales de transición tienen una estructura compacta. • Sólidos a temperatura ambiente, excepto mercurio (líquido) • Puntos de ebullición y de fusión altos.

4. Estados de oxidación • Los metales de transición adquieren diversos estados de oxidación en sus compuestos mediante la pérdida de uno o más electrones, convirtiéndose en cationes. Muchos tienen carga +2, pero también los hay de +1 y +3.

5. Elevada dureza • Lustre metálico • Conductividad eléctrica • Conductividad térmica • Maleabilidad

6. Sus combinaciones son fuertemente coloreadas y paramagnéticas. • Pueden formar aleaciones entre ellos. • Son en general buenos catalizadores. • Forman complejos iónicos.

7. Grupos 3 y 4

8. Escandio – Sc Nombre Escandio Número atómico21 Valencia3 Estado de oxidación+3 Electronegatividad 1,3 Radio covalente (Å) 1,44 Radio iónico (Å)0,81 Radio atómico (Å) 1,62 Configuración electrónica [Ar]3d14s2 Primer potencial de ionización (eV)6,59 Masa atómica (g/mol) 44,956 Densidad (g/ml) 3,0 Punto de ebullición (ºC)2730 Punto de fusión (ºC) 1539 DescubridorLars Nilson en 1879

9. Escandio Elemento químico, símbolo Sc, número atómico 21 y peso atómico 44.956 umas. Es el primer elemento de transición del primer periodo largo. Los isótopos del escandio son 40Sc y 51 Sc los cuales son obtenidos durante reacciones nucleares. El escandio-47 tiene una vida media adecuada para su empleo como trazador y se puede preparar sin transportador. La presencia de un 2.5-25% de átomos de escandio en el ánodo incrementa el voltaje, la estabilidad de éste y la vida de las baterías alcalinas de níquel. El mineral principal del escandio es la thortveitita, que se encuentra en formaciones graníticas (pegmatita) y en algunos minerales de estaño, tungsteno y de las tierras raras. Está ampliamente distribuido en muchas partes del mundo.

10. USOS • El óxido y otros compuestos del escandio se emplean como catalizadores en la conversión de ácido acético en acetona, en la manufactura de propanol y en la conversión de ácidos dicarboxílicos en cetonas y compuestos cíclicos. El tratamiento con solución de sulfato de escandio es un medio económico para mejorar la germinación de semillas de muchas especies vegetales

11. Efectos del Escandio sobre la salud El escandio es uno de los productos químicos raros, que puede encontrarse en las casas en equipos como televisiones en color, lámparas fluorescentes, lámparas ahorradoras de energía y cristales. Todos los productos químicos raros tienen propiedades comparables. El escandio se raramente se puede encontrar en la naturaleza, ya que se da en cantidades muy pequeñas. El escandio se encuentra normalmente solo en dos tipos diferentes de menas minerales. El uso del escandio todavía está creciendo, debido al hecho de que es adecuado para producir catalizadores y para pulir cristales. El escandio es principalmente peligroso en el lugar de trabajo, debido al hecho de que las humedades y los gases pueden ser inhalados con el aire. Esto puede provocar embolias pulmonares, especialmente durante largas exposiciones. El escandio puede ser una amenaza para el hígado cuando se acumula en al cuerpo humano.

12. Efectos ambientales del Escandio • El escandio es vertido al medio ambiente en muchos lugares diferentes, principalmente por industrias productoras de petróleo. También pueden entrar en el medio ambiente cuando se tiran los equipos domésticos. El escandio se acumula gradualmente en los suelos y el agua y esto conducirá finalmente al incremento de las concentraciones en humanos, animales y partículas del suelo. • En los animales acuáticos el escandio produce daños a las membranas celulares, lo que tiene diversas influencias negativas en la reproducción y en las funciones del sistema nervioso.

13. Itrio - Y • NombreItrio • Número atómico39 • Valencia3 • Estado de oxidación+3 • Electronegatividad1,2 • Radio covalente (Å)1,48 • Radio iónico (Å)0,93 • Radio atómico (Å)1,80 • Configuración electrónica[Kr]4d15s2 • Masa atómica (g/mol)88,906 • Densidad (g/ml)4,47 • Punto de ebullición (ºC) 2927 • Punto de fusión (ºC) 1509 • DescubridorJohann Gadolin en 1794

14. Itrio • Símbolo Y, número atómico 39 y peso atómico 88.906, que se asemeja mucho a los elementos de tierras raras. El isótopo estable 89Y constituye el 100% del elemento natural, que casi siempre se encuentra asociado a las tierras raras y con frecuencia se clasifica como una de ellas. • El itrio metálico absorbe hidrógeno, y cuando en aleaciones llega a una composición de YH2, se parece mucho a los metales. De hecho, en ciertos niveles de composición la aleación es mejor conductora de la electricidad que el metal puro.

15. USOS • El itrio forma la matriz de los fósforos de itrio y europio activados, que emiten una luz brillante y roja clara cuando son excitados por electrones. La industria de la televisión utiliza esos fósforos en la manufactura de pantalla de televisión. • El itrio se utiliza comercialmente en la industria metálica para aleaciones y como "atrapador" para eliminar oxígeno e impurezas no metálicas de otros metales. Para las propiedades del metal y sus sales.

16. Efectos del Itrio sobre la salud • El itrio es uno de los elementos químicos raro, que puede ser encontrado en equipamientos de casas como televisores en color, lámparas fluorescentes, lámparas ahorradoras de energía y vidrios. Todos los elementos químicos tienen propiedades comparables. • El itrio raramente se encuentra en la naturaleza, se da en muy pequeñas cantidades. El itrio es usualmente encontrado sólo en dos estados. El uso del itrio está todavía creciendo, debido en realidad a sus buenas condiciones para producir catalizadores y brillo en el cristal. • El itrio es mayormente peligroso en el ambiente de trabajo, debido a que las partículas y los gases pueden ser inhalados en el aire. Puede producir daño en los pulmones, especialmente durante exposiciones de largo tiempo. El itrio puede también causar cáncer en humanos, así como aumentar las posibilidades de cáncer de pulmón cuando es inhalado. Finalmente, puede ser una amenaza para el hígado cuando se acumula en el cuerpo humano. • Efectos ambientales del Itrio • El itrio es introducido en el ambiente en muchos lugares diferentes, mayoritariamente por industrias que procesan el petróleo. Este puede también entrar en el ambiente cuando los equipos de las casas son tirados a las basuras. El itrio podrá gradualmente acumularse en suelos y agua y eventualmente podrá acumularse en humanos, animales y particulas del suelo. En animales acuáticos el Ítrio causa daño en las células de membranas, lo cual tiene bastante influencias negativas en la reproducción y las funciones del sistema nervioso.

17. Lutecio • Nombre Lutecio • Número atómico 71 • Valencia 3 • Estado de oxidación+3 • Electronegatividad 1,2 • Radio covalente (Å)1,56 • Radio iónico (Å)0,93 • Radio atómico (Å)1,74 • Configuración electrónica [Xe]4f145d16s2 • Masa atómica (g/mol) 174,97 • Densidad (g/ml) 9,84 • Punto de ebullición (ºC)3327 • Punto de fusión (ºC) 1652 • DescubridorGeorge Urbain en 1907

18. Lutecio • Elemento químico, símbolo Lu, número atómico 71 y peso molecular 174.97. es un metal muy raro e el miembro más pesado del grupo de las tierras raras. En estado natural, se compone del isótopo 175Lu, 97.41%, y el emisor ß de vida larga 176Lu, con una vida media de 2.1 x 1010 años. • El lutecio, junto con el itrio y el lantano, es de interés para los científicos que estudian el magnetismo. Estos tres elementos sólo forman iones trivalentes con subcapas que se han completado, por lo que no tienen electrones desapareados para contribuir al magnetismo. Su radio es muy parecido al de otros iones o metales de las tierras raras y forma soluciones de sólidos o mezclas de cristales con los elementos fuertemente magnéticos de las tierras raras en casi todas las composiciones. Por lo tanto, los científicos pueden diluir las tierras raras magnéticamente activas de manera continua, sin cambiar apreciablemente el entorno cristalino. • El metal puro lutecio ha sido aislado solamente en años recientes y es uno de los más difíciles de preparar. Puede ser preparado reduciendo LuCl3 o LuF3 anhidros con una base o con un metal alcalino. • El metal es blanco plateado y relativamente estable en el aire. Es un metal de tierras raras y quizás el más caro de todos los elementos raros. Se encuentra en pequeñas cantidades con todos los metales de tierras raras, y es muy difícil de separar de otros elementos raros. • El lutecio metálico está disponible comercialmente, así que no es normalmente necesario producirlo en el laboratorio.

19. USOS • Para muchos de los usos no es particularmente necesario separar los metales, pero si se requiere la separación en metales individuales, el proceso es complejo. Inicialmente, los metales se extraen como sales de los minerales por extracción con ácido sulfúrico (H2SO4), ácido hidroclórico (HCl) y hidróxido de sodio (NaOH). Las técnicas modernas de separación para estas mezclas de sales de lantánidos son ingeniosas e implican unas técnicas de complejación selectiva, extracciones de solventes y cromatografía de intercambio iónico. • El lutecio puro está disponible a través de la reducción de LuF3 con calcio metálico. • 2LuF3 + 3Ca 2Lu + 3CaF2

20. Efectos del Lutecio sobre la saludy en el ambiente • El lutecio es uno de los elementos químicos raros, que puede ser encontrado en equipos tales como televisiones en color, lámparas fluorescentes y cristales. Todos los compuestos químicos raros tienen propiedades comparables. • El lutecio raramente se encuentra en la naturaleza, ya que se da en cantidades muy pequeñas. El lutecio normalmente se encuentra solamente en dos tipos distintos de minerales. El uso del lutecio sigue aumentando, debido al hecho de que es útil para producir catalizadores y para pulir cristales. • El lutecio es más peligroso en el ambiente de trabajo, debido al hacho de que las humedades y los gases pueden ser inhalados con el aire. Esto puede causar embolias pulmonares, especialmente durante exposiciones a largo plazo. El lutecio puede ser una amenaza para el hígado cuando se acumula en el cuerpo humano. • El lutecio es vertido al medio ambiente en muchos lugares diferentes, principalmente por industrias productoras de petróleo. También puede entrar en el medio ambiente cuando se tiran los equipos domésticos. El lutecio se acumulará gradualmente en los suelos y en el agua de los suelos y esto llevará finalmente a incrementar la concentración en humanos, animales y partículas del suelo. • En los animales acuáticos provoca daños a las membranas celulares, lo que tiene varias influencias negativas en la reproducción y en las funciones del sistema nervioso.

21. Titanio • NombreTitanio • Número atómico22 • Valencia2,3,4 • Estado de oxidación+4 • Electronegatividad 1,5 • Radio covalente (Å)1,36 • Radio iónico (Å)0,68 • Radio atómico (Å) 1,47 • Configuración electrónica[Ar]3d24s2 • Masa atómica (g/mol)47,90 • Densidad (g/ml) 4,51 • Punto de ebullición (ºC)3260 • Punto de fusión (ºC)1668 • DescubridorWilliam Gregor en 1791

22. Titanio • Elemento químico, Ti, de número atómico 22 y peso atómico 47.90. Mientras que su comportamiento químico muestra muchas semejanzas con el del silicio y el zirconio, como un elemento del primer grupo de transición, la química de la solución acuosa, especialmente de los estados de oxidación más bajos, tiene algunas semejanzas con la del cromo y el vanadio. • El principal estado de valencia es 4+, aunque también se conocen los estados 3+ y 2+, que son menos estables. El elemento arde al aire cuando se calienta para obtener el dióxido, TiO2, y cuando se combina con halógenos. Reduce el vapor de agua para formar el dióxido de hidrógeno, y reacciona de manera parecida con ácidos concentrados calientes, aunque forma el tricloruro con ácido clorhídrico. • El dióxido de titanio, TiO2, se encuentra comúnmente en una forma negra o de color castaño conocida como rutilo. Las formas naturales que se encuentran menos en la naturaleza son la anatasita y la brooquita. Tanto el rutilo como la anatasita puros son de color blanco. El óxido básico negro, FeTiO3, se encuentra en forma natural como el mineral llamado ilmenita; éste es la principal fuente comercial del titanio.

23. USOS • El dióxido de titanio se utiliza mucho como un pigmento blanco en pinturas exteriores por ser químicamente inerte, por su gran poder de recubrimiento, su opacidad al daño por la luz UV y su capacidad de autolimpieza. El dióxido también se ha empleado como agente blanqueador y opacador en esmaltes de porcelana, dando un acabado final de gran brillo, dureza y resistencia al ácido. • Los titanatos alcalinotérreos poseen algunas propiedades notables. El nivel de constantes dieléctricas fluctúa entre 13 para el MgTiO3, y varios miles para soluciones sólidas de SrTiO3 en BaTiO3. El titanato de bario también tiene una constante diélectrica de 10.000 cerca de los 120ºC (250ºF), que es su punto Curie; posee histéresis diélectrica baja. Los transductores cerámicos que contienen titanato de bario se comparan favorablemente con la sal de Rochelle y el cuarzo, respecto a la estabilidad térmica en el primer caso, y la fuerza del efecto y la capacidad para formar la cerámica en varias formas en el segundo caso. El compuesto se ha utilizado como generador de vibraciones ultrasónicas y como detector de sonidos.

24. Efectos del Titanio sobre la salud • El titanio elemental y el dióxido de titanio tienen un nivel bajo de toxicidad. Animales de laboratorio (ratas) expuestos a dióxido de titanio por inhalación han desarrollado pequeñas áreas localizadas de polvo oscuro depositado en los pulmones. Una exposición excesiva en los humanos puede resultar en ligeros cambios en los pulmones. • Efectos de la sobre-exposición al polvo de titanio: La inhalación del polvo puede causar tirantez y dolor en el pecho, tos, y dificultad para respirar. El contacto con la piel y los ojos puede provocar irrritación. Vías de entrada: Inhalación, contacto con la piel, contacto con los ojos. • Carcinogenicidad: La agencia internacional para la investigación del cáncer (IARC) ha incluído el dióxido de titanio en el grupo 3 (el agente no es clasificable con respecto a su carcinogenicidad en humanos).

25. Zirconio • Nombre Zirconio • Número atómico 40 • Valencia 2,3,4 • Estado de oxidación+4 • Electronegatividad 1,4 • Radio covalente (Å) 1,48 • Radio iónico (Å)0,80 • Radio atómico (Å) 1,60 • Configuración electrónica [Kr]4d25s2 • Masa atómica (g/mol)91,22 • Densidad (g/ml) 6,49 • Punto de ebullición (ºC) 3580 • Punto de fusión (ºC) 1852DescubridorMartin Klaproth en 1789

26. Zirconio • Elemento químico de símbolo, Zr, número atómico 40 y peso atómico 91.22. Se encuentran en la naturaleza los siguientes isótopos: 90, 91, 94 y 96. El zirconio es uno de los elementos más abundantes y está ampliamente distribuido en la corteza terrestre. Es muy reactivo químicamente y sólo se halla combinado. En la mayor parte de las reacciones se enlaza con oxígeno en preferencia sobre otros elementos, encontrándose en la corteza terrestre sólo como el óxido ZrO2, o como parte de los complejos de óxido, como el zircón, la elpidita y la eudialita. Desde el punto de vista comercial, el zircón es su mineral más importante. El zirconio y hafnio son prácticamente indistinguibles en sus propiedades químicas, y sólo se les encuentra juntos.

27. USOS • El mayor empleo del zirconio corresponde a sus compuestos para la industria cerámica: refractarios, vidriados, barnizados, moldes fundidos y arenas abrasivas, componentes de cerámica eléctrica. La incorporación del óxido de zirconio al vidrio incrementa significativamente su resistencia a los álcalis. El zirconio metálico se utiliza casi exclusivamente para el revestimiento de los elementos combustibles de uranio en las plantas nucleares. Otra aplicación significativa es la de los flashes fotográficos. • El zirconio es un metal lustroso, plateado, con una densidad de 6.49 g/cm3 a 20ºC. Se funde cerca de los 1852ºC. Se estima que su punto de ebullición es a los 3580ºC, pero ciertas observaciones sugieren que es cerca de los 8600ºC. Las energías libres de formación de sus compuestos indican que el zirconio reaccionaría sólo con cualesquiera de los no metales, excepto los gases inertes, a temperaturas comunes. En la práctica, se ha comprobado que el metal no es reactivo a la temperatura ambiente, porque se forma una capa de óxido invisible en la superficie. La capa hace que el metal sea pasivo, y permanece con brillo al aire indefinidamente. A temperaturas elevadas es muy reactivo con elementos no metálicos y muchos de los elementos metálicos, y forma compuestos sólidos y en solución. • La inhalación de aspersores que contienen ciertos compuestos y polvos metálicos de zirconio tiene efectos inflamatorios.

28. Efectos del Zirconio sobre la salud • El zirconio y sus sales generalmente tienen baja toxicidad sistémica. • El zirconio 95 es uno de los radio nucleidos implicados en las pruebas atmosféricas de armas nucleares. Está entre los radio nucleidos que han producido y continuarán produciendo elevación de los riesgos de cáncer durante las décadas y siglos venideros.

29. Hafnio • NombreHafnio • Número atómico 72 • Valencia 2,3,4 • Estado de oxidación+4 • Electronegatividad 1,3 • Radio covalente (Å)1,50 • Radio iónico (Å)0,81 • Radio atómico (Å)1,58 • Configuración electrónica[Xe]4f145d26s2 • Masa atómica (g/mol)178,49 • Densidad (g/ml) 13,1 • Punto de ebullición (ºC)5400 • Punto de fusión (ºC)2222

30. Hafnio • Elemento metálico, símbolo Hf, número atómico 72 y peso atómico 178.49. Hay cinco isótopos naturales. Es uno de los elementos menos abundantes en la corteza terrestre. • El hafnio es un metal plateado, lustroso, que se funde cerca de los 2222ºC . El metal no tiene aplicaciones excepto en barras de control para reactores nucleares. • La química del hafnio es casi idéntica a la del zirconio. La semejanza de ambos es una consecuencia de la contracción lantánida, la cual lleva a valores de radio iónico casi idénticos. Antes de su descubrimiento, y desde entonces, el hafnio se extrae junto con el zirconio de sus minerales y se halla con el zirconio en todos sus derivados. Dado que las propiedades químicas son análogas, no hay incentivos para separar al hafnio, excepto para efectuar estudios nucleares y su uso en componentes de reactores nucleares.

31. Efectos del Hafnio sobre la saludy ambiente • El hafnio metálico normalmente no causa problemas pero todos los compuestos del hafnio deben ser considerados como tóxicos aunque evidencias iniciales parecen sugerir que el peligro es limitado. El polvo del metal presenta un peligro de incendio y explosión. • El hafnio metálico no tiene toxicidad conocida. El metal es completamente insoluble en agua, soluciones salinas o productos químicos corporales. • La exposición al hafnio puede ocurrir a través de la inhalación, ingestión, y contacto con los ojos o la piel. • La sobre-exposición al hafnio y sus compuestos puede provocar leve irritación de los ojos, piel y membranas mucosas. • Efectos en los animales: provocan irritaciones de los ojos, la piel y la membrana mucosa, y daños hepáticos.

32. Rutherfordio • NombreRutherfordio • Número atómico104 • Configuración electrónica[Rn]5f146d27s2 • Masa atómica(g/mol)261

33. Rutherfordio • Primer elemento después de la serie de los actínidos y el duodécimo elemento transuránico. En 1964 G. N. Flerov y colaboradores, en los laboratorios Dubna de la Unión Soviética, declararon ser los primeros en presentar la identificación del elemento 104, y un poco después sugirieron el nombre de Kurchatovio (símbolo Ku). El grupo de Dubna reclamó la preparación del elemento 104, número de masa 260, irradiando plutonio-242, con iones neón-22. • En el laboratorio de Radiación Lawrence de la Universidad de California, en Berkeley, A. Ghiorso y colaboradores intentaron obtener confirmación adicional del descubrimiento de Dubna. Por 1969 el grupo de Berkeley tuvo, sin duda alguna, éxito en el descubrimiento incuestionable de dos isótopos emisores alfa del elemento 104 con número de masa 257 y 259, al bombardear 249Cf con proyectiles de 12C y 13C en el acelerador lineal de iones pesados de Berkeley (HILAC). Dado que el grupo de Berkeley concluyó que el descubrimiento del grupo de Dubna no fue válido, sugirió que el elemento 104 se nombrara Rutherfordio, con el símbolo Rf, en honor de Lord Rutherford. • Al ser tan inestable, cualquier cantidad formada se descompondrá en otros elementos con tanta rapidez que no existe razón para estudiar sus efectos en la salud humana.

34. Grupos 5 y 6

35. Grupo 5 Vanadio Niobio y Tantalio

36. Tendencia química y reactividad • Reaccionan con no metales produciendo compuestos no estequiométricos. Requieren alta temperatura. • Vanadio y Niobio se disuelven en ácidos concentrados y calientes pero son resistentes a la fusión alcalina • Tántalo, sólo se disuelve con óleum (ácido sulfúrico fumante se refiere a varias composiciones de trióxido de azufre en ácido sulfúrico ) (SO3), HF o HF/HNO3 • Se disuelve también en fusión alcalina

37. Vanadio

38. Aplicaciones • Aleaciones muy duras que se usan en cuchillos y diversas herramientas para taller • Aproximadamente el 80% del vanadio producido se emplea como ferro vanadio o como aditivo en aceros. • Es un importante estabilizador de carburos en la fabricación de aceros. • Se emplea en algunos componentes de reactores nucleares. • Forma parte de algunos imanes superconductores. • Algunos compuestos de vanadio se utilizan como catalizadores en la producción de anhídrido maleico y ácido sulfúrico.

39. Obtención

40. Los vanadatos se disuelven mediante una fusión alcalina. En medio ácido y tras otros procesos se obtiene el V2O5, que se reduce parcialmente con carbono, y luego con calcio en atmósfera de argón para obtener vanadio metálico. • En el caso de que no se parta de un mineral que contenga el vanadato, sino un sulfuro, éste se oxida para obtener el vanadato y se realiza el mismo procedimiento para obtener vanadio.

41. Niobio

42. Es un metal brillante, gris, dúctil, paramagnético una tonalidad azulada cuando es expuesto al aire a temperatura ambiente por períodos prolongados Su capacidad calorífica específica es la más alta de la tabla periódica, con más de 6000 J/g K • Reacciona con el oxígeno y los halógenos en caliente para formar los halogenuros y el óxido en estado de oxidación 5 • El metal comienza a oxidarse con el aire a 200 °C y sus estados de oxidación más comunes son +2, +3, +5 siendo el 5+ el más estable.

43. Aplicaciones • Aceros inoxidables especiales • Aleaciones de alta temperatura • Aleaciones superconductoras como Nb3Sn. • NbN, que se hace superconductor a bajas temperaturas y es empleado en detectores para luz infrarroja • Una gran cantidad se empleó en la construcción de sistemas de distribución de aire de cápsulas espaciales (Gemini y otros).

45. Grupo 6 Cromo, molibdeno y tungsteno

46. Tendencia química y reactividad • Los tres metales resisten las condiciones atmosféricas • Se oxidan más fácilmente a más altas temperaturas • Cromo se oxida más fácilmente que Molibdeno y Wolframio

47. Cromo

48. Metal que es de color blanco plateado, duro y quebradizo, cuando se encuentra absolutamente libre de oxígeno, hidrógeno, carbono y nitrógeno es relativamente suave y dúctil cuando no está tensionado o cuando está muy puro, tiene resistencia a la tensión • su conductividad eléctrica es11% de la del cobre, presenta dos modificaciones: α-Cr y β-Cr, • tiene cuatro isótopos naturales del cromo, 50Cr, 52Cr, 53Cr y 54Cr.

50. Aplicaciones • El Cr2O3 es muy duro, se emplea en el coloreado de vidrios y porcelanas (color verde) y se usa mucho como catalizador. • Aceros inoxidables. • Sus sales se emplean como colorantes: vidrio, cerámica. • Producción de aleaciones anticorrosivas de gran dureza y resistentes al calor • La industria aeronáutica y otras lo utilizan para el anodizado de aluminio. • La cromita ha encontrado aplicación en la industria de los materiales refractarios para la obtención de ladrillos y moldes, ya que tiene alto punto de fusión y moderada dilatación