CATIONES CATIONES MONOATÓMICOSMONOATÓMICOS

CATIONES CATIONES MONOATÓMICOSMONOATÓMICOS

Cationes Cationes MonoatómicosMonoatómicos

Cationes Cationes MonoatómicosMonoatómicos

• Los cationes monoatómicos se forman a partir de los

metales de los grupos I, II, y III, al perder los electrones

excedentes sobre la estructura electrónica del gas inerte

anterior.

Ejemplo: grupo formado por

iones en el estado de

oxidación +1 (Li, Na, K, etc.).

Comparación entre las secciones transversales de los átomos y las de los iones de los

elementos del grupo I.

Comparación entre las secciones transversales de los átomos y las de los iones

de los elementos del grupo I.

• En forma semejante los elementos del grupo II y III forman

iones en los estados de oxidación +2 (II) y +3 (III).

• Los metales de transición y los postransicionales:

Al contrario de los los elementos del los grupos I, II y III,

exhiben varias valencias en las reacciones de oxidación como

resultado de la pérdida de un número variable de electrones

de valencia.

Cationes de los elementos de transición y porstransicionales más comunes

* El paréntesis en un ion indica inestabilidad en solución con el agua.

* Cu+, Fe2+ y Sn2+ en solución acuosa se oxidan lentamente con el oxígeno disuelto.

Propiedades de los Propiedades de los cationes cationes

monoatómicosmonoatómicos

Propiedades de los Propiedades de los cationes cationes

monoatómicosmonoatómicos• Necesarias para comprender mejor las interacciones de

los cationes con aniones y moléculas.

• Las variaciones de tamaño y carga se resumen y se aplican mejor en términos de la variable Potencial Iónico (carga / radio cristalino):

– El grado de interacción de un ion con el medio que lo rodea depende en gran parte de su potencial iónico, ya que esta cantidad describe la densidad de carga del ion.

• Un segundo factor es la naturaleza del centro del ion.

• Distinguiremos dos tipos de cationes, los “duros” y los

“suaves”, términos que, describen la naturaleza de la

nube electrónica alrededor del núcleo del ion.

• Cationes “duros”:

– Son aquellos cuyas configuraciones electrónicas exteriores

son isoelectrónicas con átomos de gas inserte, esto es, s2p6.

– Este tipo de ion lo forman los elementos de los grupos I y II

(metales alcalino y alcalino-térreos), el aluminio y los metales

de transición del grupo III (d1).

• Los cationes “suaves” incluyen:

– A aquellos con la estructura exterior s2p6d10.

– A los que tienen cuando menos un electrón d, pero menos de 10, en el nivel energético principal más exterior ocupado.

• Los cationes “suaves” tienen una fuerza polarizadora mayor que los cationes “duros” y por eso interaccionan más fuertemente con el medio.

• Los cationes “suaves” se forman con la mayoría de los metales de transición y de los postransicionales.

Radios cristalinos y potenciales iónicos de iones representativos o “duros” (s2p6)

Radios cristalinos y potenciales iónicos de iones no representativos o “suaves” (s2p6d1-10s0-2)

• El grado de interacción de los iones representativos, “duros”, con un anión común aumenta regularmente al aumentar el potencial iónico.

– Por ejemplo en la serie:

CsCl, MgCl2, AlCl3, SiCl4

Los enlaces se vuelven progresivamente más covalentes, hasta el grado de que los formados por iones hipotéticos tales como Si4+, Cr6+ y Mn7+ son mas bien considerados como esencialmente covalentes.

Comportamiento de Comportamiento de cationes cationes

monoatómicos en monoatómicos en solución acuosasolución acuosa

Comportamiento de Comportamiento de cationes cationes

monoatómicos en monoatómicos en solución acuosasolución acuosa

• La reacción principal de los cationes con el agua como disolvente es la reacción de hidratación.

• Sin embargo, puede ocurrir otra reacción llamada hidrólisis, en la cual se eliminan protones de los cationes hidratados.

M(OH2)xn+ + H2O M(OH2)x-1(OH)(n-1)+ + H3O+

Reacción de hidrólisis del ion hidratado del aluminio:

Al

H2O H2O

H2O H2O

H2O

H2O+ H2O

Al

H2O H2O

H2O OH

H2O

H2O

2+

3+

+ H3O+

– La constante de hidrólisis para esta reación es particular es de 1.4 x 10-5, lo que indica que el ion hidratado del aluminio es un ácido aproximadamente tan fuerte como el ácido acético.

– EL equilibrio anterior puede ser desplazado hacia la derecha por la adición de una base, lo que conduce a la precipitación de hidróxido de aluminio hidratado.

Reacción de hidrólisis del ion hidratado del aluminio:

Mientras mayor sea la densidad de la carga positiva sobre el ion metálico, más se desplazará la densidad electrónica del enlace M-O hacia el metal.

El alcance de la reacción de hidrólisis es una función del potencial iónico del ion metálico.

Tipos de comportamiento en solución básica, según sea el potencial iónico:

Podemos diferenciar tres:

1. Los iones con potencial iónico bajo no son afectados por la adición de una base.

2. Los iones de potencial iónico más elevado precipitan como hidróxidos y óxidos cuando se neutraliza el ácido que se forma en la hidrólisis:

3. Los hidróxidos hidratados de algunos iones pueden perder más protónes cuando se añade un exceso de base.

Tipos de comportamiento en solución básica, según sea el potencial iónico:

Anfóteros

• Los hidróxidos y óxidos que se disuelven en solución ácida para formar los cationes hidratados en solución básica para formar aniones, se llaman anfóteros.

• La tabla siguiente enumera los hidróxidos de metales comunes que son anfóteros.

Formación de Formación de cationes cationes

monoatómicosmonoatómicos

Formación de Formación de cationes cationes

monoatómicosmonoatómicos• Los cationes monoatómicos se pueden preparar aplicando

diferentes agentes oxidantes a los metales a partir de los cuales se derivan.

• Las reacciones se pueden dividir convenientemente en tres categorías generales:

– Combinación.

– Sustitución.

– De oxidación con oxianiones.

• El oxígeno y los halógenos son capaces de oxidar casi a todos los elementos metales (reacciones de combinación):

• Los óxidos formados según la ecuación se pueden disolver en las soluciones de los ácidos indicados para obtener sales.

• Las reaciones de sustitución son, en general, un método útil para oxidar metales activos.

• El hidrógeno y los iones de los metales inactivos sirven como agentes oxidantes.

• Una serie electromotriz es una guía útil para las posibles reacciones de sustitución.

Algunos cationes de metales de transición y postransicionales

* El paréntesis en un ion indica inestabilidad en solución acuosa debido a su rección con el agua.

* Cu+, Fe2+ y Sn2+ en solución acuosa se oxidan lentamente con el oxígeno disuelto.

• El tercer tipo de reacción general, por medio de la cual se pueden formar cationes, es la oxidació de metales por medio de oxianiones.

• Un reactivo ampliamente utilizado es el ion NO3-, ya que

los productos de la reacción son óxidos de nitrógeno volátiles.

• Unos cuantos metales inactivos resisten la oxidación del ácido nítrico, aún en solución concentrada.

• De estos metales, los más comunes son el oro y el platino.

• Para estos metales se usa una mezcla de tres partes de

HCl concentrado con una parte de HNO3 concentrado.

Esta mezcla es conocida como “agua regia”