Son los 10 metales del periodo 4, desde Sc con Z = 21 hasta Zn con Z = 30.
Llenan electrones en un sitio interno, el orbital 3d, manteniendo el 4s.
Por eso muestran muchos colores, magnetismo y varias formas de unirse.
1. Definición y ubicación
Z o número atómico: cantidad de protones, igual a electrones en átomo neutro.
Periodo: fila horizontal de la tabla. La serie está en el periodo 4.
Orbital: zona donde viven los electrones. Importan 4s del nivel n = 4 y 3d del nivel n = 3.
Elemento de transición: metal del centro que va llenando el orbital d.
[Ar]: significa que por dentro son iguales al argón: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6.
Analogía: colectivo con asientos adelante, 4s, y atrás, 3d. Adelante se ocupa primero por ser más fácil, pero atrás da más estabilidad si queda medio lleno o lleno.
Los 10 miembros
Sc, escandio, Z = 21: [Ar] 4s2 3d1
Ti, titanio, Z = 22: [Ar] 4s2 3d2
V, vanadio, Z = 23: [Ar] 4s2 3d3
Cr, cromo, Z = 24: [Ar] 4s1 3d5
Mn, manganeso, Z = 25: [Ar] 4s2 3d5
Fe, hierro, Z = 26: [Ar] 4s2 3d6
Co, cobalto, Z = 27: [Ar] 4s2 3d7
Ni, níquel, Z = 28: [Ar] 4s2 3d8
Cu, cobre, Z = 29: [Ar] 4s1 3d10
Zn, zinc, Z = 30: [Ar] 4s2 3d10
2. Configuración electrónica especial
Regla general: [Ar] 4s2 3d1 hasta [Ar] 4s2 3d10.
Primero se llena 4s porque cuesta un poco menos ocuparlo, tiene casi la misma energía que 3d.
Excepciones famosas:
Cr, Z = 24: no es [Ar] 4s2 3d4 sino [Ar] 4s1 3d5
Cu, Z = 29: no es [Ar] 4s2 3d9 sino [Ar] 4s1 3d10
Por qué: d5 medio lleno y d10 lleno son más estables. Es como preferir 5 sillas con una persona cada una o 10 sillas totalmente llenas. El átomo mueve un electrón de 4s a 3d para lograrlo.
3. Sus 4 propiedades típicas
Varios estados de oxidación: estado de oxidación es la carga que el átomo parece tener al combinarse, como +2 o +3. Como pueden usar electrones de 4s y 3d, casi todos pueden tener +2 y además otros valores.
Compuestos de colores: compuesto es la unión de dos o más elementos. Casi todas las sales tienen color intenso porque sus electrones d absorben la luz. Ejemplos: CuSO4 azul y KMnO4 morado.
Magnetismo: ion es un átomo con carga porque perdió o ganó electrones. Muchos iones como Fe2+, Fe3+ o Mn2+ tienen electrones sin pareja y son paramagnéticos, o sea atraídos por un imán.
Buenos catalizadores: catalizador es un ayudante que acelera una reacción sin gastarse. Ejemplos clásicos: hierro en producción de amoniaco y vanadio en producción de ácido sulfúrico. El zinc, con 3d10 lleno, no cumple todo esto y marca el final de la serie.
Estados de oxidación más comunes
Sc: +3
Ti: +2, +3, +4
V: +2, +3, +4, +5
Cr: +2, +3, +6
Mn: +2, +4, +7
Fe: +2, +3
Co: +2, +3
Ni: +2, +3
Cu: +1, +2
Zn: +2
4. Ejemplo clave: iones de hierro
Fe, Z = 26, neutro: tiene 26 electrones. [Ar] ya tiene 18, faltan 8 que van como 4s2 3d6. Entonces Fe es [Ar] 4s2 3d6.
Fe2+: pierde 2 electrones. Sale primero el 4s porque está más afuera. Quitas 4s2 y queda [Ar] 3d6.
Fe3+: quita un electrón más, ahora del 3d. Quitas uno de 3d6 y queda [Ar] 3d5, muy estable por ser d5 medio lleno.
Regla para recordar: aunque 4s se llena primero, se vacía primero al formar iones.
En resumen para el examen
Son 10 elementos del periodo 4 entre Z = 21 y Z = 30, que llenan 3d manteniendo 4s.
Configuración base [Ar] 4s2 3d1 a [Ar] 4s2 3d10, con excepciones en Cr y Cu por estabilidad de d5 y d10.
Presentan estados de oxidación variables, compuestos coloreados, paramagnetismo y gran poder catalítico.
Al formar iones pierden primero electrones 4s y luego 3d, como Fe2+ [Ar] 3d6 y Fe3+ [Ar] 3d5.
Formatom