Características de los metales de transición

La Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC por sus siglas en inglés) define los metales de transición como "elementos cuyos átomos tienen una subcapa d incompleta o que puede dar lugar a cationes con una subcapa d incompleta".

Los metales de transición se encuentran entre los grupos III y XII de la Tabla Periódica de los Elementos Químicos y como todos los metales, son maleables, tensos y conducen la electricidad y el calor.

Sin embargo, este grupo se distingue de los otros en términos de su notable estructura química, pues a diferencia de los metales regulares y los representativos, los metales de transición tienen sus electrones de valencia en más de una capa.

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Además, los metales de transición suelen mostrar varios estados de oxidación comunes como resultado de la disponibilidad de electrones de valencia en varias capas. Tres miembros importantes de la familia de los metales de transición, el hierro, el cobalto y el níquel, son los únicos elementos creadores de campos electromagnéticos conocidos.

En términos generales, este grupo de metales son muy usados en combinación con otros elementos para obtener aleaciones con propiedades útiles para la industria y la tecnología.

Poseen menor dureza

Entre los metales de transición más usados tenemos el Hierro (Fe), Zinc (Zc), Cobre (Cu), Manganeso (Mn), Molibdeno (Mo), Cobalto (Co), Cadmio (Cd), Cromo (Cr), Arsénico (As), Plomo (Pb), Vanadio (V), Niquel (Ni), Oro (Au) y Mercurio (Hg).

Como norma general, los metales de transición tienden a tener una estructura física más quebradiza y su punto de fusión y ebullición es más alto que el resto de los metales.

Tienen alto punto de fusión y de ebullición

Las densidades, puntos de fusión y puntos de ebullición de los metales de transición aumentan primero y luego disminuyen dentro de cada periodo, conforme aumenta el número atómico.

La cualidad de tener altos puntos de fusión y ebullición obedece a la fuerte unión que existe entre los átomos de los metales de transición. Esta fuerza es tan poderosa que solo se ve afectada en presencia de muy altas temperaturas.

Además del lantano y la plata, todos los demás metales de transición se derriten a no menos de 1.000 grados centígrados, lo cual contrasta fuertemente con los elementos del bloque S de la Tabla Periódica de los Elementos Químicos que tienen puntos bajos de fusión.

Ejemplo de esto son el litio y el cesio, que se fusionan o derriten a 181 °C y 28 °C, respectivamente.

Poseen una alta densidad molecular

Otra consecuencia de la enorme fuerza de atracción entre los átomos es lo cerradas que se encuentran sus moléculas atómicas, es decir, sus órbitas internas están llenas y la carga nuclear incrementada atrae a los electrones para genera una gran densidad. Con excepción del escandio, el itrio y el titanio, todos los elementos de transición tienen más de 5,0 g/c.c.

Los átomos de los metales de transición tienden a absorber la luz en una longitud de onda particular. Esto impulsa a un electrón de un estado de energía a otro. El impulso de electrones de un nivel a otro ocurre por la absorción de pequeñas cantidades de energía correspondientes a la luz emitida.

A diferencia de los átomos de metal normales, existen ligandos en los metales de transición, y el tercer nivel de energía se divide en dos niveles de energía separado con tres orbitales a un nivel ligeramente inferior y dos en niveles superiores. La energía de la luz visible es igual a la energía absorbida por el electrón al ser transferido entre estos dos niveles de energía. Por lo tanto, las soluciones de metales de transición suelen tener colores.

Excelentes propiedades como catalizadores

Muchos metales de transición y sus compuestos son muy usados como catalizadores en la industria, especialmente en el sector automotriz como un convertidor catalítico anticontaminantes de los gases de escape.

Poseen habilidad para formar compuestos complejos

Los iones de los metales de transición pueden formar numerosos compuestos coordinados, ya sea en forma de soluciones con agua o con cualquier otro ion o molécula. Tienen iones metálicos pequeños y muy cargados con orbitales d- o f- cargados para recibir pares solitarios de electrones provenientes de otros grupos de metales.

Utilidad económica

Desde tiempos ancestrales el ser humano ha usado el cobre, el oro y la plata para fabricar las monedas con las que comercializaban los diferentes pueblos a lo largo y ancho del planeta. Debido a esto, a estos tres metales se les denomina “metales de acuñación”.

Además, son excelentes conductores de calor y electricidad por lo que han tenido un uso enorme en la fabricación de todo tipo de equipos electrónicos y eléctricos, redes eléctricas y desde el siglo XX, en la industria de la computación.

El cobre se usa extensamente en la fabricación de tuberías de agua, fabricación de cables conductores de electricidad y para elaborar productos hechos a base de aleaciones de latón, bronce y la denominada plata Stirling.

Su color es rojizo y en la interacción con el oxígeno del aire adquiere un tono oscuro o verdoso.

Por su parte la plata, de color gris metálico, es considerada como la mejor conductora de electricidad y calor. Se utiliza en la fabricación de monedas, joyas, circuitos electrónicos impresos, en la elaboración de reactivos químicos para la fotografía, fabricación de acumuladores eléctricos y baterías, espejos y otros.

El oro es el más fácilmente maleable de los metales y aunque es muy blando en su estado puro, se puede combinar en aleaciones para hacer otros metales mucho más resistentes y elaborar así distintos objetos y joyas.

De estos tres, el oro es el único que no reacciona con el aire ni con muchas de las sustancias presentes en el medio ambiente.

Otros metales y sus cualidades

Otros metales de transición muy valiosos para el ser humano son el cromo, hierro cobalto, el níquel y el zinc, que se ubican en cuarto período de la Tabla Periódica. En este caso se trata de metales que han sido intensamente usados en la fabricación de herramientas y actividades industriales.

El hierro es el cuarto elemento más abundante en el planeta Tierra y a su vez es el menos costoso de extraer de la tierra y transformarlo en aleaciones como el acero, que incluyen hierro con pequeñas cantidades de cromo, manganeso y níquel.

El acero es de hecho la base de la industria naval y automotriz en el mundo y este metal es ampliamente reconocido por su gran dureza, durabilidad y resistencia.

La tendencia del hierro a oxidarse con facilidad se compensa al recubrirlo con una capa delgada de zinc, proceso denominado galvanización.

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De hecho, la tercera parte de todo el zinc producido en el planeta se destina a la galvanización de productos a base de hierro, como clavos y alambre, además de diversos tipos de acero laminado.

El zinc tiene además un papel fundamental en la producción de baterías para equipos portátiles y en la producción de implementos de latón y artículos de ferretería.

El cobalto ha sido usado por milenios para teñir cerámicas y vidrio, así como también tiene aplicaciones en la medicina para el combate del cáncer a través de la radioterapia, entre otras aplicaciones.