Elementi di transizione: caratteristiche e numeri di ossidazione

Gli elementi di transizione formano una vasta gamma di complessi, che vanno dai composti ionici come [FeF₆]^3- ai complessi idrati come [Ti(H₂O)₆]³⁺. La varietà di comportamenti di tali elementi dipende dalla loro caratteristica principale, ovvero, la presenza di elettroni d.

Gli orbitali d, ovvero d_xz, d_xy, d_yz, d_x2-y2,d_z2, sono cinque in totale e sono caratterizzati dal numero quantico secondario uguale a due (l=2). Essi non possono accogliere più di dieci elettroni. Nonostante siano diversi per orientazione spaziale, in un atomo isolato possiedono la stessa energia. L’orbitale d_z2 è diretto lungo l’asse z e l’orbitale d_x2-y2 possiede dei lobi orientati lungo gli assi x e y. I rimanenti tre orbitali possiedono lobi che si estendono in regioni poste tra gli assi ortogonali x,y e z.

Nel primo grande periodo dallo scandio allo zinco, si riempie progressivamente il sottolivello 3d.

Tabella
La tabella sottostante indica la distribuzione degli elettroni degli elementi di transizione quando l’atomo è allo stato fondamentale:

Atomi Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn
Distribuzione degli elettroni 3d¹4s² 3d²4s² 3d³4s² 3d⁵4s¹ 3d⁵4s² 3d⁶4s2 3d⁷4s² 3d⁸4s² 3d¹⁰4s¹ 3d¹⁰4s²
Numero atomico 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
Raggio metallico pm 161 145 132 125 124 124 125 125 128 133

Il riempimento dei livelli elettronici degli elementi di transizione mostra che i sottolivelli d sono occupati, dopo che sono stati già riempiti i sottolivelli s aventi un numero quantico maggiore.

Dalla tabella si può notare che, ad eccezione dello scandio e del titanio, si registra una piccola variazione dei raggi atomici lungo la serie e pertanto non vi sono grandi differenze nelle dimensioni atomiche, specie nella parte centrale della serie.

Caratteristiche
Le configurazioni elettroniche degli elementi della prima serie di transizione hanno le seguenti caratteristiche:

1) un nocciolo interno di elettroni aventi la stessa configurazione elettronica dell’argon;

2) due elettroni nell’orbitale 4s per otto dei membri e un elettrone nel 4s nei restanti due ( Cr e Cu).

3) un numero di elettroni 3d che varia da uno nello scandio a dieci nel rame e nello zinco. Questi elementi hanno più di un numero di ossidazione, anche se spesso presentano un numero di ossidazione preferenziale.

Stati di ossidazione
Nella seguente tabella sono riportati gli stati di ossidazione della prima serie degli elementi di transizione:

Elemento N° atomico Stato di ossidazione
Sc 21 1, 2, 3
Ti 22 2, 3Tavola Periodica degli Elementi e Stati di Ossidazione

La Tavola Periodica degli Elementi elenca tutti gli elementi chimici, ognuno dei quali ha uno o più stati di ossidazione. Gli stati di ossidazione più comuni degli elementi sono evidenziati in grassetto. Questi stati possono variare in base a diversi fattori come la stabilità e la facilità con cui possono essere raggiunti.

Ad esempio, lo stato di ossidazione più comune di ciascun elemento può variare notevolmente. Mentre alcuni elementi possono facilmente raggiungere diversi stati di ossidazione, altri possono essere più limitati nella loro varietà di stati di ossidazione.

Gli atomi degli elementi presentano livelli di energia differenti e, di conseguenza, reagiscono in modo diverso con altri atomi, formando molecole con differenti gradi di ossidazione. Queste variazioni determinano le diverse proprietà chimiche degli elementi e delle loro combinazioni.

In questa tavola periodica, è possibile osservare gli elementi dal rame al fluoro e notare come i loro stati di ossidazione varino. Ad esempio, il rame (Cu) ha stati di ossidazione che vanno da 1 a 4, mentre il ferro (Fe) ha stati di ossidazione da 1 a 3. Queste differenze giocano un ruolo fondamentale nella formazione di composti chimici.

In conclusione, la variazione degli stati di ossidazione degli elementi nella tavola periodica non solo evidenzia la diversità chimica degli elementi stessi, ma ci offre anche una visione approfondita delle loro proprietà e del loro comportamento in natura.