Metalli di transizione: proprietà, composti

I metalli  di transizione sono elementi posizionati tra quelli del blocco s e quelli del blocco p della tavola periodica.

Gli elementi della  tavola periodica sono suddivisi in: 1) elementi del blocco s e  del blocco p detti elementi principali; 2) metalli di transizione; 3) lantanidi; 4) attinidi.

Spesso, impropriamente, sono definiti come metalli del blocco d ovvero quei metalli che presentano elettroni nel livello d.

Tuttavia un metallo di transizione è definito come un elemento  che può dare uno o più ioni che presentano un orbitale d incompleto.

Sulla base di tale definizione lo scandio e lo zinco, sebbene appartengano al blocco d non sono metalli di transizione. Lo scandio, infatti, ha configurazione elettronica [Ar] 3d¹,4s². Quando forma ioni perde i tre elettroni esterni e quindi lo ione Sc³⁺ ha la stessa configurazione dell’argon e pertanto non rientra nei metalli di transizione secondo la definizione.

Lo zinco, inoltre, avendo configurazione elettronica [Ar] 3d¹⁰,4s² , perde due elettroni quando forma uno ione che ha configurazione elettronica [Ar] 3d¹⁰ che ha l’orbitale d pieno e pertanto non rientra nei metalli di transizione secondo la definizione.

D’altra parte il rame che ha configurazione elettronica [Ar] 3d¹⁰,4s¹ forma due ioni:  lo ione Cu⁺  con configurazione elettronica [Ar] 3d¹⁰ e lo ione Cu²⁺ con configurazione elettronica [Ar] 3d⁹: il rame quindi può essere considerato un metallo di transizione in quanto lo ione Cu²⁺ ha il livello d incompleto.

Il disaccordo sul fatto che questi elementi debbano essere classificati come elementi principali  o come  metalli di transizione suggerisce  che le differenze tra queste categorie non sono chiare.

Proprietà

Sono malleabili e duttili, conducono il calore e l’elettricità e formano ioni positivi. Il fatto tra i  migliori conduttori di elettricità vi sia un metallo di transizione (rame) e un metallo del gruppo principale (alluminio) indica come  le proprietà fisiche dei metalli del gruppo principale e dei metalli di transizione si sovrappongono.

Una delle caratteristiche principali dei metalli di transizione è data dalla possibilità che essi presentano più numeri di ossidazione come ad esempio il ferro che ha numeri di ossidazione  6,5,4,3,2,1,-1,-2 anche se i più comuni sono +2 e +3.

Composti

I sali dei metalli di transizione possono mostrate comportamenti diversi: ad esempio, il cloruro di cromo (III) che è un composto viola si scioglie in una soluzione ammoniacale per dare un composto giallo avente formula CrCl₃· 6 NH₃ che può essere isolato a seguito dell’evaporazione dell’ammoniaca:

CrCl_3(s) + 6 NH_3(aq) → CrCl₃· 6 NH_3(s)

I metalli di transizione, inoltre, formano ioni complessi in cui uno ione metallico coordina intorno a sé altre molecole come acqua o ammoniaca  o ioni negativi come ioni cloruro detti leganti tramite un legame di coordinazione. Ad esempio il platino può coordinare ammoniaca come nel complesso [Pt(NH₃)₄]²⁺, ammoniaca e cloro come in [Pt(NH₃)₃Cl]⁺, [Pt(NH₃)₂Cl₂], [Pt(NH₃)Cl₃]^–, o solo cloro come in [PtCl₄]^2-.

I metalli di transizione possono dare composti colorati come ad esempio i composti del cromo che, a seconda del numero di ossidazione, mostrano colorazioni che vanno dal verde nel caso dello ione Cr³⁺, giallo nel caso dello ione CrO₄^2- o arancione come in Cr₂O₇^2-.

I metalli di transizione e i loro composti, grazie ai diversi numeri di ossidazione che presentano,  possono presentare attività catalitica come, ad esempio, nella sintesi dell’ammoniaca in cui viene usato il ferro:

N₂ + 3 H₂ → 2 NH₃
in cui viene usato il ferro o nell’idrogenazione catalitica degli alcheni in cui viene usato il nichel:
CH₂=CH₂ + H₂ → CH₃CH₃