Elementos del bloque d

 

Elementos del bloque d

Tendencias de grupo, estado natural, propiedades físicas, usos, aplicaciones, nomenclatura y química organometálica

1. Introducción general al bloque d

Los elementos del bloque d se conocen comúnmente como metales de transición. Se ubican en la parte central de la tabla periódica, entre los grupos 3 y 12. Su importancia se debe a que presentan propiedades metálicas destacadas, estados de oxidación variables, formación de complejos, compuestos coloreados y gran utilidad industrial, tecnológica, médica y ambiental.

2. Configuración electrónica general

La configuración electrónica general de muchos elementos del bloque d puede representarse como ns²(n−1)d¹^-¹⁰, aunque existen excepciones importantes, como cromo y cobre, debido a la estabilidad de los subniveles d semillenos o llenos.

·        Forman compuestos coloreados por transiciones electrónicas en orbitales d.

·        Presentan varios estados de oxidación.

·        Forman complejos de coordinación con ligandos.

·        Son buenos conductores del calor y la electricidad.

·        Poseen alta densidad y puntos de fusión generalmente elevados.

·        Muchos actúan como catalizadores en procesos químicos.

·        Pueden formar aleaciones de gran importancia industrial.

3. Tendencias generales del bloque d

 

Tendencia	Descripción
Estados de oxidación	Son variables porque los electrones ns y (n−1)d tienen energías cercanas y pueden participar en enlaces.
Radio atómico	Disminuye ligeramente a lo largo de una serie por aumento de la carga nuclear efectiva.
Densidad	Suele ser elevada, especialmente en elementos de las series 4d y 5d.
Puntos de fusión y ebullición	Generalmente altos por la fuerza del enlace metálico.
Magnetismo	Muchos son paramagnéticos; Fe, Co y Ni son ferromagnéticos.
Formación de complejos	Los cationes metálicos aceptan pares de electrones de ligandos y forman compuestos de coordinación.

 

4. Estado natural general

En la naturaleza, muchos elementos del bloque d aparecen combinados en minerales, principalmente como óxidos, sulfuros, carbonatos, halogenuros o fosfatos. Algunos metales nobles, como oro, plata, platino y en ocasiones cobre, pueden encontrarse en estado libre.

Elemento	Mineral o forma natural común
Fe	Hematita, Fe₂O₃; magnetita, Fe₃O₄
Cu	Calcopirita, CuFeS₂
Zn	Esfalerita, ZnS
Ti	Rutilo, TiO₂
Cr	Cromita, FeCr₂O₄
Mn	Pirolusita, MnO₂

 

5. Nomenclatura de compuestos del bloque d

Debido a que muchos elementos del bloque d presentan más de un estado de oxidación, se emplea con frecuencia la nomenclatura Stock. En ella, el número de oxidación del metal se coloca en números romanos entre paréntesis.

Fórmula	Nombre Stock	Nombre tradicional
FeO	Óxido de hierro(II)	Óxido ferroso
Fe₂O₃	Óxido de hierro(III)	Óxido férrico
Cu₂O	Óxido de cobre(I)	Óxido cuproso
CuO	Óxido de cobre(II)	Óxido cúprico
MnO₂	Óxido de manganeso(IV)	—
CrO₃	Óxido de cromo(VI)	—

 

Grupo 3

Elemento	Símbolo
Escandio	Sc
Itrio	Y
Lantano / Lutecio	La / Lu
Actinio	Ac

 

Tendencias de grupo

Predomina el estado de oxidación +3. Son metales electropositivos, plateados y relativamente reactivos. En algunos textos se discute si el grupo incluye lantano o lutecio.

Estado natural

No se encuentran libres; aparecen asociados a minerales de tierras raras.

Propiedades físicas

·        Metales plateados.

·        Buenos conductores.

·        Baja electronegatividad.

·        Compuestos principalmente iónicos.

·        Estado de oxidación predominante +3.

Usos y aplicaciones

·        Escandio: aleaciones ligeras con aluminio.

·        Itrio: pantallas, láseres y cerámicas.

·        Lantano: baterías recargables y lentes ópticos.

·        Actinio: investigación nuclear.

Ejemplos de nomenclatura

Fórmula	Nombre
Sc₂O₃	Óxido de escandio(III)
YCl₃	Cloruro de itrio(III)
La₂O₃	Óxido de lantano(III)

 

Grupo 4

Elemento	Símbolo
Titanio	Ti
Circonio	Zr
Hafnio	Hf
Rutherfordio	Rf

 

Tendencias de grupo

El estado de oxidación más común es +4. Son metales resistentes, duros y con alta resistencia a la corrosión.

Estado natural

Aparecen principalmente como óxidos y silicatos, por ejemplo TiO₂ y ZrSiO₄.

Propiedades físicas

·        Alta resistencia mecánica.

·        Elevados puntos de fusión.

·        Forman capas protectoras de óxido.

·        Buena resistencia a la corrosión.

Usos y aplicaciones

·        Titanio: prótesis, implantes, aviones y pigmentos.

·        Circonio: reactores nucleares y cerámicas.

·        Hafnio: barras de control nuclear.

·        Rutherfordio: investigación.

Ejemplos de nomenclatura

Fórmula	Nombre
TiO₂	Óxido de titanio(IV)
ZrCl₄	Cloruro de circonio(IV)
HfO₂	Óxido de hafnio(IV)

 

Grupo 5

Elemento	Símbolo
Vanadio	V
Niobio	Nb
Tantalio	Ta
Dubnio	Db

 

Tendencias de grupo

Presentan varios estados de oxidación, aunque el más característico es +5. También pueden formar compuestos en +2, +3 y +4.

Estado natural

Se encuentran en minerales como vanadinita, columbita y tantalita.

Propiedades físicas

·        Metales duros.

·        Alta resistencia al calor.

·        Elevados puntos de fusión.

·        Buena resistencia a la corrosión.

Usos y aplicaciones

·        Vanadio: aceros resistentes.

·        Niobio: superconductores y aleaciones especiales.

·        Tantalio: componentes electrónicos y dispositivos médicos.

·        Dubnio: investigación nuclear.

Ejemplos de nomenclatura

Fórmula	Nombre
V₂O₅	Óxido de vanadio(V)
Nb₂O₅	Óxido de niobio(V)
TaCl₅	Cloruro de tantalio(V)

 

Grupo 6

Elemento	Símbolo
Cromo	Cr
Molibdeno	Mo
Tungsteno / Wolframio	W
Seaborgio	Sg

 

Tendencias de grupo

Presentan varios estados de oxidación. Los más importantes son +3 y +6. El cromo es muy conocido por sus compuestos coloreados.

Estado natural

Se encuentran en minerales como cromita, molibdenita y wolframita.

Propiedades físicas

·        Metales duros.

·        Muy resistentes al calor.

·        Elevados puntos de fusión.

·        Compuestos coloreados.

·        Alta capacidad catalítica.

Usos y aplicaciones

·        Cromo: acero inoxidable, cromados y pigmentos.

·        Molibdeno: aleaciones, lubricantes y catalizadores.

·        Tungsteno: filamentos, herramientas de corte y materiales resistentes al calor.

·        Seaborgio: investigación.

Ejemplos de nomenclatura

Fórmula	Nombre
Cr₂O₃	Óxido de cromo(III)
CrO₃	Óxido de cromo(VI)
MoS₂	Sulfuro de molibdeno(IV)
WO₃	Óxido de tungsteno(VI)

 

Grupo 7

Elemento	Símbolo
Manganeso	Mn
Tecnecio	Tc
Renio	Re
Bohrio	Bh

 

Tendencias de grupo

El manganeso presenta una gran variedad de estados de oxidación, desde +2 hasta +7. El estado +7 aparece en el ion permanganato.

Estado natural

El manganeso se encuentra principalmente como óxido en la pirolusita, MnO₂. El tecnecio es radiactivo y muy escaso en la naturaleza.

Propiedades físicas

·        Metales duros.

·        Elevados puntos de fusión.

·        Forman compuestos coloreados.

·        Algunos son radiactivos.

Usos y aplicaciones

·        Manganeso: acero, pilas alcalinas y pigmentos.

·        Tecnecio: medicina nuclear diagnóstica.

·        Renio: superaleaciones para turbinas y catalizadores.

·        Bohrio: investigación.

Ejemplos de nomenclatura

Fórmula	Nombre
MnO₂	Óxido de manganeso(IV)
KMnO₄	Permanganato de potasio
Re₂O₇	Óxido de renio(VII)

 

Grupo 8

Elemento	Símbolo
Hierro	Fe
Rutenio	Ru
Osmio	Os
Hassio	Hs

 

Tendencias de grupo

El hierro presenta principalmente los estados de oxidación +2 y +3. Los elementos más pesados pueden presentar estados de oxidación más altos.

Estado natural

El hierro es abundante en la corteza terrestre y aparece en minerales como hematita y magnetita.

Propiedades físicas

·        Metales duros.

·        Alta densidad.

·        Buenos conductores.

·        El hierro es ferromagnético.

·        Osmio posee densidad muy elevada.

Usos y aplicaciones

·        Hierro: acero, construcción y maquinaria.

·        Rutenio: catalizadores y electrónica.

·        Osmio: aleaciones muy duras.

·        Hassio: investigación nuclear.

Ejemplos de nomenclatura

Fórmula	Nombre
FeO	Óxido de hierro(II)
Fe₂O₃	Óxido de hierro(III)
FeCl₂	Cloruro de hierro(II)
FeCl₃	Cloruro de hierro(III)

 

Grupo 9

Elemento	Símbolo
Cobalto	Co
Rodio	Rh
Iridio	Ir
Meitnerio	Mt

 

Tendencias de grupo

El cobalto presenta principalmente estados +2 y +3. Rodio e iridio son metales nobles y resistentes a la corrosión.

Estado natural

Se encuentran en minerales asociados a níquel, cobre y platino.

Propiedades físicas

·        Metales duros.

·        Alta densidad.

·        Buenas propiedades catalíticas.

·        Cobalto es ferromagnético.

Usos y aplicaciones

·        Cobalto: imanes, pigmentos azules y baterías recargables.

·        Rodio: catalizadores automotrices y recubrimientos.

·        Iridio: aleaciones resistentes, bujías y contactos eléctricos.

·        Meitnerio: investigación.

Ejemplos de nomenclatura

Fórmula	Nombre
CoO	Óxido de cobalto(II)
Co₂O₃	Óxido de cobalto(III)
RhCl₃	Cloruro de rodio(III)
IrO₂	Óxido de iridio(IV)

 

Grupo 10

Elemento	Símbolo
Níquel	Ni
Paladio	Pd
Platino	Pt
Darmstadtio	Ds

 

Tendencias de grupo

Presentan estados de oxidación variables, principalmente +2 y +4. Son importantes por su resistencia y actividad catalítica.

Estado natural

Níquel aparece en sulfuros y silicatos. Paladio y platino se encuentran asociados a minerales del grupo del platino.

Propiedades físicas

·        Metales brillantes.

·        Buenos conductores.

·        Alta resistencia a la corrosión.

·        Elevada actividad catalítica.

·        Níquel es ferromagnético.

Usos y aplicaciones

·        Níquel: acero inoxidable, monedas y baterías.

·        Paladio: catalizadores, joyería y electrónica.

·        Platino: catalizadores, joyería y medicamentos como cisplatino.

·        Darmstadtio: investigación.

Ejemplos de nomenclatura

Fórmula	Nombre
NiO	Óxido de níquel(II)
NiCl₂	Cloruro de níquel(II)
PtCl₂	Cloruro de platino(II)
PtCl₄	Cloruro de platino(IV)

 

Grupo 11

Elemento	Símbolo
Cobre	Cu
Plata	Ag
Oro	Au
Roentgenio	Rg

 

Tendencias de grupo

Son conocidos como metales de acuñación. Presentan alta conductividad eléctrica y térmica. El estado +1 es común, aunque cobre también presenta +2 y oro puede presentar +3.

Estado natural

Pueden encontrarse libres en la naturaleza por su baja reactividad, especialmente oro, plata y cobre.

Propiedades físicas

·        Excelente conductividad eléctrica.

·        Brillo metálico.

·        Maleabilidad y ductilidad.

·        Alta resistencia a la corrosión, especialmente el oro.

Usos y aplicaciones

·        Cobre: cables eléctricos, tuberías y aleaciones.

·        Plata: joyería, fotografía, electrónica y medicina.

·        Oro: joyería, electrónica, odontología e inversión.

·        Roentgenio: investigación.

Ejemplos de nomenclatura

Fórmula	Nombre
Cu₂O	Óxido de cobre(I)
CuO	Óxido de cobre(II)
AgNO₃	Nitrato de plata
AuCl₃	Cloruro de oro(III)

 

Grupo 12

Elemento	Símbolo
Zinc	Zn
Cadmio	Cd
Mercurio	Hg
Copernicio	Cn

 

Tendencias de grupo

Aunque pertenecen al bloque d, no siempre se consideran metales de transición estrictos, porque suelen tener orbitales d completos. El estado de oxidación más común es +2.

Estado natural

Aparecen principalmente como sulfuros: ZnS, CdS y HgS.

Propiedades físicas

·        Zinc y cadmio son sólidos.

·        Mercurio es líquido a temperatura ambiente.

·        Menor tendencia a múltiples estados de oxidación.

·        Orbitales d llenos.

·        Compuestos generalmente incoloros.

Usos y aplicaciones

·        Zinc: galvanización, pilas y latón.

·        Cadmio: baterías y pigmentos, con uso limitado por toxicidad.

·        Mercurio: lámparas, instrumentos antiguos y amalgamas, con uso restringido por toxicidad.

·        Copernicio: investigación.

Ejemplos de nomenclatura

Fórmula	Nombre
ZnO	Óxido de zinc
ZnCl₂	Cloruro de zinc
CdS	Sulfuro de cadmio
HgO	Óxido de mercurio(II)
Hg₂Cl₂	Cloruro de mercurio(I)

 

Química organometálica

Concepto

La química organometálica estudia los compuestos que contienen al menos un enlace directo entre un átomo metálico y un átomo de carbono de un grupo orgánico. Este enlace se representa de forma general como M—C.

Tipo de compuesto	Ejemplo	Importancia
Reactivos de Grignard	CH₃MgBr	Formación de enlaces carbono-carbono en síntesis orgánica.
Metal carbonilos	Ni(CO)₄, Fe(CO)₅	Catálisis y estudio del enlace metal-ligando.
Metalocenos	Fe(C₅H₅)₂	Compuestos tipo sándwich; ferroceno como ejemplo clásico.
Complejos alquilo y arilo metálicos	Zn(CH₃)₂, Al(CH₃)₃	Síntesis, catálisis y producción de materiales.

 

Características generales

·        Presencia de enlaces metal-carbono.

·        Alta reactividad en muchos casos.

·        Estados de oxidación variables.

·        Capacidad catalítica.

·        Geometrías moleculares diversas.

·        Sensibilidad al aire o a la humedad en algunos compuestos.

Aplicaciones

·        Catálisis industrial, como hidrogenación, acoplamientos y polimerización.

·        Producción de polímeros mediante catalizadores Ziegler-Natta.

·        Síntesis farmacéutica de moléculas complejas.

·        Procesos petroquímicos y refinación.

·        Preparación de materiales avanzados, sensores y recubrimientos.

Resumen de la unidad

Los elementos del bloque d constituyen un conjunto de metales con gran importancia química e industrial. Se caracterizan por sus estados de oxidación variables, formación de complejos, compuestos coloreados, propiedades magnéticas y actividad catalítica. Desde el grupo 3 hasta el grupo 12 se observan cambios graduales en radio atómico, densidad, reactividad y estabilidad de los estados de oxidación. La química organometálica amplía este estudio al analizar compuestos con enlaces metal-carbono, fundamentales para la síntesis orgánica, la catálisis, la industria farmacéutica, la petroquímica y los materiales modernos.