Propriedades dos Metais de Transição

Os metais de transição são definidos como os elementos que têm orbitais d parcialmente preenchidas. Como mostra a Figura 1, os elementos do bloco d nos grupos 3–12 são elementos de transição. Os elementos do bloco f, também chamados metais de transição interna (os lantanídeos e actinídeos), também atendem a esse critério, pois a orbital d é parcialmente preenchida antes das orbitais f.

Figura 1: Tabela Periódica. Os metais de transição estão localizados nos grupos 3–11 da tabela periódica. Os metais de transição interna estão nas duas linhas abaixo do corpo da tabela.

Os elementos do bloco d estão divididos na primeira série de transição (os elementos de Sc a Cu), na segunda série de transição (os elementos de Y a Ag), e na terceira série de transição (o elemento La e os elementos de Hf a Au). O actínio, Ac, é o primeiro membro da quarta série de transição, que também inclui de Rf a Rg.

Os elementos do bloco f são os elementos de Ce a Lu, que constituem a série dos lantanídeos (ou série lantanóide), e os elementos de Th a Lr, que constituem a série dos actinídeos (ou série actinóide). Como o lantânio se comporta muito como os elementos lantanídeos, ele é considerado um elemento lantanídeo, mesmo que a sua configuração eletrónica faça dele o primeiro membro da terceira série de transição. Da mesma forma, o comportamento do actínio significa que ele faz parte da série dos actinídeos, embora a sua configuração eletrónica faça dele o primeiro membro da quarta série de transição.

Os elementos de transição têm muitas propriedades em comum com outros metais. São quase todos sólidos duros, com alto ponto de fusão, que conduzem bem o calor e a eletricidade. Eles formam imediatamente ligas e perdem eletrões para formar catiões estáveis. Além disso, os metais de transição formam uma grande variedade de compostos de coordenação estáveis, nos quais o átomo ou o ião de metal central age como um ácido de Lewis e aceita um ou mais pares de eletrões. Muitas moléculas e iões diferentes podem doar pares solitários ao centro do metal, servindo como bases de Lewis.

Propriedades dos Elementos de Transição

Os metais de transição demonstram uma vasta gama de comportamentos químicos. Alguns metais de transição são agentes de redução fortes, enquanto que outros têm reatividade muito baixa. Por exemplo, os lantanídeos formam todos catiões aquosos 3+ estáveis. A força motriz para tais oxidações é semelhante à dos metais alcalinoterrosos, como Be ou Mg, formando Be²⁺ e Mg²⁺. Por outro lado, materiais como platina e ouro têm potenciais de redução muito mais elevados. A sua capacidade de resistir à oxidação torna-os materiais úteis para construir circuitos e jóias.

Iões dos elementos mais leves do bloco d, como Cr³⁺, Fe³⁺, e Co²⁺, formam iões hidratados coloridos que são estáveis em água. No entanto, iões no período imediatamente abaixo destes (Mo³⁺, Ru³⁺, e Ir²⁺) são instáveis e reagem prontamente com o oxigénio do ar. A maioria dos iões simples e estáveis em água formados pelos elementos mais pesados do bloco d são oxianiões como MoO₄²⁻ e  ReO₄⁻.

Ruténio, ósmio, ródio, irídio, paládio, e platina são os metais da platina. Com dificuldade, formam catiões simples que são estáveis em água e, ao contrário dos elementos anteriores da segunda e terceira série de transição, não formam oxianiões estáveis.

Tanto os elementos do bloco d como do bloco f reagem com não-metais para formar compostos binários; o aquecimento é frequentemente necessário. Estes elementos reagem com halogénios para formar uma variedade de haletos que variam em estado de oxidação de +1 a +6. Com aquecimento, o oxigénio reage com todos os elementos de transição, excepto paládio, platina, prata, e ouro. Os óxidos destes últimos metais podem ser formados utilizando outros reagentes, mas decompõem-se após o aquecimento. Os elementos do bloco f, os elementos do grupo 3, e os elementos da primeira série de transição, com excepção do cobre, reagem com soluções aquosas de ácidos, formando hidrogénio gasoso e soluções dos respectivos sais.

Os metais de transição podem formar compostos com uma vasta gama de estados de oxidação. Alguns dos estados de oxidação observados dos elementos da primeira série de transição são mostrados na Tabela 1. Indo da esquerda para a direita ao longo da primeira série de transição, o número de estados de oxidação comuns aumenta inicialmente para um máximo em direção ao meio da tabela e, em seguida, diminui. Os valores da tabela são valores típicos; existem outros valores conhecidos, e é possível sintetizar novas adições. Por exemplo, em 2014, os investigadores foram bem-sucedidos na síntese de um novo estado de oxidação do irídio (+9).

Tabela 1. Os metais de transição da primeira série de transição podem formar compostos com diferentes estados de oxidação.

Para os elementos de escândio a manganês (a primeira metade da primeira série de transição), o estado de oxidação mais alto corresponde à perda de todos os eletrões, tanto nas orbitais s como d das suas camadas de valência. O ião de titânio(IV), por exemplo, é formado quando o átomo de titânio perde os seus dois eletrões 3d e dois 4s. Estes estados de oxidação mais elevados são as formas mais estáveis de escândio, titânio e vanádio. No entanto, não é possível continuar a remover todos os eletrões de valência dos metais, à medida que continuamos a percorrer a série. O ferro é conhecido por formar estados de oxidação de +2 a +6, sendo o ferro(II) e o ferro(III) os mais comuns. A maioria dos elementos da primeira série de transição formam iões com uma carga de 2+ ou 3+ que são estáveis em água, embora os dos membros anteriores da série possam ser facilmente oxidados pelo ar.

Os elementos da segunda e terceira série de transição são geralmente mais estáveis em estados de oxidação mais elevados do que os elementos da primeira série. No geral, o raio atómico aumenta ao descer um grupo, o que leva a que os iões da segunda e terceira série sejam maiores do que os da primeira série. A remoção de eletrões de orbitais que se encontram mais longe do núcleo é mais fácil do que a remoção de eletrões perto do núcleo. Por exemplo, o molibdénio e o tungsténio, membros do grupo 6, estão limitados principalmente a um estado de oxidação de +6 em solução aquosa. O crómio, o membro mais leve do grupo, forma iões Cr³⁺ estáveis em água e, na ausência de ar, iões Cr²⁺ menos estáveis. O sulfureto com o estado de oxidação mais elevado para o cromo é Cr₂S₃, que contém o ião Cr³⁺. Molibdénio e tungsténio formam sulfuretos em que os metais exibem estados de oxidação de +4 e +6.

A variedade de propriedades exibidas pelos metais de transição deve-se às suas camadas de valência complexas. Ao contrário da maioria dos metais do grupo principal onde um estado de oxidação é normalmente observado, a estrutura da camada de valência dos metais de transição significa que eles ocorrem geralmente em vários estados de oxidação estáveis diferentes. Além disso, as transições de eletrões nestes elementos podem corresponder à absorção de fotões no espectro eletromagnético visível, levando a compostos coloridos. Por causa desses comportamentos, os metais de transição exibem uma química rica e fascinante.

Este texto é adaptado de Openstax, Chemistry 2e, Chapter 19.1 Occurrence, Preparation, and Properties of Transition Metals and Their Compounds.