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Química de coordinación de los elementos del bloque f


Introducción

Los elementos del bloque f, también llamados metales de transición interna, incluyen los lantánidos y actínidos. Estos elementos se caracterizan típicamente por llenar los orbitales 4f y 5f, respectivamente. La química de coordinación de estos elementos es fascinante debido a sus configuraciones electrónicas únicas, estados de oxidación y números de coordinación.

Lantánidos

Los lantánidos incluyen 15 elementos con números atómicos que van desde el 57 (La) al 71 (Lu). Estos elementos son conocidos por sus propiedades químicas similares, que surgen de sus orbitales 4f parcialmente llenos.

      
La - Lantano
Ce - Cerio
Pr - Praseodimio
Nd - Neodimio
Pm - Prometio
Sm - Samario
Eu - Europio
Gd - Gadolinio
Tb - Terbio
Dy - Disprosio
Ho - Holmio
Er - Erbio
Tm - Tulio
Yb - Iterbio
Lu - Lutecio

Compuestos de coordinación

Los lantánidos forman varios compuestos de coordinación, a menudo exhibiendo altos números de coordinación debido a sus grandes radios iónicos. Normalmente se coordinan con átomos donantes de oxígeno, nitrógeno o azufre.

Ejemplo: Nitratos de lantánidos

Los nitratos de lantánidos, como Ln(NO3)3, a menudo se coordinan con moléculas de agua, formando hidratos como Ln(NO3)3·xH2O

Actínidos

Los actínidos son una serie de 15 elementos, desde el actinio (Ac) hasta el lawrencio (Lr), caracterizados por el llenado gradual de los orbitales 5f. Estos elementos son conocidos por sus propiedades radiactivas y su compleja química redox.

      
Ac - Actinio
Th - Torio
Pa - Protactinio
U - Uranio
Np - Neptunio
Pu - Plutonio
Am - Americio
Cm - Curio
Bk - Berkelio
Cf - Californio
Es - Einstenio
Fm - Fermio
Md - Mendelevio
No - Nobelio
Lr - Lawrencio

Compuestos de coordinación

Los actínidos presentan una química de coordinación diversa debido a su capacidad para alcanzar múltiples estados de oxidación. A menudo forman complejos con donantes de oxígeno y nitrógeno.

Ejemplo: Hexafluoruro de uranio

Un complejo de actínido bien conocido es el hexafluoruro de uranio, UF6, que se utiliza en procesos de enriquecimiento de uranio.

Configuración electrónica

Comprender la configuración electrónica de los elementos del bloque f es importante para explorar su química de coordinación. La configuración electrónica general para los lantánidos es [Xe] 4fn 6s2, y para los actínidos, es [Rn] 5fn 7s2.

Ejemplos de lantánidos

      
La: [Xe] 5d1 6s2
Ce: [Xe] 4f1 5d1 6s2

Ejemplos de actínidos

      
Th: [Rn] 6d2 7s2
U: [Rn] 5f3 6d1 7s2

Números de coordinación y geometría

El número de coordinación de un complejo determina el número de átomos donantes enlazados al metal central. Los lantánidos suelen mostrar números de coordinación que oscilan entre 8 y 12, reflejando su gran tamaño. En contraste, los actínidos suelen mostrar números de coordinación que oscilan entre 6 y 10.

Geometría

La disposición geométrica de los ligandos alrededor del metal central puede variar significativamente:

  • Octaédrico: número de coordinación 6, que es el mismo tanto en lantánidos como en actínidos.
  • Cúbica: número de coordinación 8, a menudo encontrado en complejos de lantánidos.
  • Bipiramidal trigonal: Menos común, pero se puede encontrar en la química tanto de lantánidos como de actínidos.

Quelación y ligandos multidentados

Los elementos del bloque f a menudo forman complejos estables con ligandos multidentados, que son ligandos que pueden donar más de un par de electrones al átomo metálico central. Estos son conocidos como ligandos quelantes.

Complejo de EDTA

Uno de los agentes quelantes más comunes es el ácido etilendiaminotetraacético (EDTA), que forma complejos fuertes con tanto los lantánidos como los actínidos:

      
[Ln(EDTA)]- y [An(EDTA)]-

Estabilidad de los complejos

La estabilidad de los compuestos de coordinación de los elementos del bloque f depende de varios factores, incluyendo el tamaño y carga del ion metálico, el tipo y carga del ligando, y el sistema disolvente.

Aplicaciones de la química de coordinación

La química de coordinación de los elementos del bloque f es importante para una variedad de aplicaciones, que van desde la ciencia de materiales hasta la medicina.

Imagenología médica

Los complejos de lantánidos se utilizan en la imagenología por resonancia magnética (IRM) debido a sus propiedades electrónicas únicas.

Reactor nuclear

Los complejos de actínidos son importantes en el diseño de reactores nucleares y en protocolos de reciclaje de combustible.

Conclusión

La química de coordinación de los elementos del bloque f ofrece una perspectiva perspicaz sobre los principios avanzados de la química inorgánica. Los lantánidos y actínidos, con sus complejas configuraciones electrónicas y diversos estados de oxidación, forman una amplia gama de compuestos de coordinación con geometrías y propiedades únicas.


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