QUIMICA

¿Qué pasa con el 3d y el 4s?
Se van rellenando los 3s, los 3p… Estos apantallan bastante bien a los 3d, entonces el 3d no percibe un aumento apreciable en la carga nuclear efectiva, es prácticamente igual en todo momento. En estos momentos, el 4s es un poquito menos energético que el 3d, debido a su penetración (los electrones pueden estar más cerca del núcleo gracias a los nodos radiales estos). Entonces, después del 3p, viene el 4s, ya que es menos energético que el 3d. Se rellena el 4s. ¿Y ahora qué pasa? Bueno, hasta ahora, como ya hemos dicho, todos los electrones más internos apantallaban bastante bien a los 3d. El problema es que el orbital 4s es más externo que los 3d. Por lo tanto, estos 2 electrones que se añaden al 4s no apantallan tanto al 3d, por lo que el 3d nota un aumento de la carga nuclear efectiva. Entonces, el 3d se ve más atraído y se hace menos energético que el 4s. Entonces a partir de aquí, los 3d son menos energéticos que el 4s, y cuando se vaya a excitar un electrón, se va a excitar antes uno del 4s que del 3d. Obviamente, si solo se llega a añadir 1 electrón al 4s, la energía del 3d también cae, por el aumento de la carga nuclear efectiva, pero no lo suficiente como para ser menos energético que el 4s. (1)

CARÁCTER ÁCIDO DE LOS CATIONES METÁLICOS EN DISOLUCIÓN ACUOSA
No entiendo por qué, generalmente, son 6 H2O los que rodean al catión metálico.
Pero bueno, el carácter ácido, en resumen, es que el catión se junta con H2O a través de un enlace coordinativo o dativo con el oxígeno, en el que el oxígeno él solo cede 2 electrones al catión y el catión aporta un orbital vacío. Esto provoca una pérdida de densidad electrónica en el oxígeno que se ve compensada con una mayor polarización del enlace O-H, que, en la mayoría de los casos, se va a romper y va a soltar un protón H+. Esto explica el carácter ácido de los cationes. (ácido: da protones)
El último párrafo de teoría de esto no lo llego a entender muy bien.

PRÁCTICA 2
(1) Ahora se empieza rellenar el 3d. O sea, una vez rellenados los 4s, que pasan a ser más energéticos que los 3d, se empiezan a llenar los 3d. Empieza la primera serie de transición. Ahora la energía del orbital 4s permanece más alta que la de los 3d, pero están bastante próximas en esta primera serie de transición. Pero el 3d desciende un poco más rápido que el 4s. NO SÉ POR QUÉ SE MANTIENE BASTANTE PARECIDA LA ENERGÍA A LO LARGO DE ESTA PRIMERA SERIE DE TRANSICIÓN. El tema es que como permanecen siendo bastante parecidas y teniendo en cuenta que los 3d puedes llegar a acomodar 10 electrones. Pues lo mismo da excitar un electrón del 3d que del 4s, porque son de energías muy parecidas. Entonces, si puedes excitar uno de ellos, vas a poder excitar los demás, porque son de energías muy parecidas. Y como en esos orbitales tienes los 2 electrones del 4s más los muchos que puedes tener en el 3d, pues de ahí que los elementos de esta serie de transición presenten múltiples estados de oxidación.
Al avanzar en 3d, vas teniendo más electrones, lo que quiere decir que tienes más posibles estados de oxidación. O sea que a medida que vas avanzando en esta serie de transición, cada elemento va presentando más estados de oxidación.
HASTA EL MANGANESO.
El manganeso presenta estado de oxidación +2,+3,+4,+5,+6,+7. Este 7 coincide con el número de su grupo, es decir, que ese +7 es cuando extraes todos los electrones del Mn del 4s y de los 3d. PERO a partir del Mn, los siguientes metales ya no presentan tantos estados de oxidación. Cada vez van presentando menos. ¿POR QUÉ?
Bueno, hemos dicho que la energía de los 3d desciende más rápido que la del 4s. Como la energía de los 3d va bajando, o sea los 3d se van estabilizando, va siendo cada vez más difícil sacar un electrón de ahí. Llega un momento en que la diferencia de energías entre el 4s y los 3d se hace lo suficientemente grande como para que ya no se puedan oxidar-excitar electrones de los 3d y solo se puedan excitar los 2 electrones del 4s. De ahí la estabilización del estado de oxidación +2 a medida que se avanza en la primera serie de transición, más bien a partir del manganeso.
¿POR QUÉ LOS 3D SE ESTABILIZAN MÁS RÁPIDO QUE EL 4S? Bueno, creo que es por lo siguiente. A medida que vas añadiendo electrones a los 3d, estos van apantallando al 4s, y quieras que no, ese apantallamiento al 4s es mayor que el apantallamiento que se hacen los electrones de los 3d entre ellos. Por lo que la diferencia energética entre el 4s y los 3d se va haciendo cada vez mayor.
O sea, llega un punto en que las especies oxidantes más fuertes son solo capaces de excitar a los 2 electrones del 4s.
DUDA: ¿HABRÍA QUE EXPLICAR POR QUÉ PARA EL TITANIO, POR EJEMPLO, EL MÁS ESTABLE ES 4+?
Esto explica también la desestabilización de los estados de oxidación altos, que pasan a ser cada vez más oxidantes a medida que avanzamos en la serie. Por ejemplo, el Co(III) existe, en medio básico, pero arrancar el tercer electrón solo se consigue con especies fuertemente oxidantes. Frente a otras especies, la tendencia del cobalto es a ganar un electrón y revertir al estado Co(II), mucho más estable. Por eso, frente a la gran mayoría de especies, el Co(III) actúa como un oxidante y hablamos de él como un estado de oxidación oxidante.
Por ejemplo, mientras que los estados de oxidación bajos aparecen como especies M^(n+) (Figura 1) (en realidad M(H2O)6^(n+)), los estados de oxidación más altos aparecen formando polioxoaniones, es decir, especies oxigenadas solubles; o directamente óxidos insolubles. Este hecho es una nueva muestra de la dificultad creciente que conlleva el extraer un número elevado de electrones 3d al avanzar en la serie.