Estabilidad de Estados de Oxidación Anómalos en Lantánidos y Metales de Transición

Comportamiento Anómalo de los Estados de Oxidación en Lantánidos (Serie 4f)

El estado de oxidación más frecuente y estable para los lantánidos es el +3. Sin embargo, ciertos elementos presentan estados de oxidación anómalos (+2 o +4) debido a la búsqueda de configuraciones electrónicas especialmente estables (orbitales f vacíos, semillenos o llenos: $f^0$, $f^7$, $f^{14}$).

1. Elementos que Tienden al Estado Divalente (+2): Europio (Eu) e Iterbio (Yb)

Estos elementos alcanzan una configuración estable al perder únicamente los dos electrones del orbital $6s$:

• Iterbio (Yb): Tiende al Estado de Oxidación (E.O.) +2.
• Configuración electrónica: [Xe] $4f^{14}$ $5d^0$ $6s^2$.
• Justificación: Al perder los electrones $6s$, alcanza la configuración $4f^{14}$ (orbital f completamente lleno), lo que confiere gran estabilidad.
• $Yb^{2+}$: [Xe] $4f^{14}$ ($5d^0$ $6s^0$).

• Europio (Eu): Tiende al E.O. +2.
• Configuración electrónica: [Xe] $4f^7$ $5d^0$ $6s^2$.
• Justificación: Al perder los electrones $6s$, alcanza la configuración $4f^7$ (orbital f semilleno), lo que confiere gran estabilidad.
• $Eu^{2+}$: [Xe] $4f^7$ ($5d^0$ $6s^0$).

2. Elementos que Tienden al Estado Tetravalente (+4): Cerio (Ce) y Terbio (Tb)

• Cerio (Ce): Tiende al E.O. +4.
• Configuración electrónica: [Xe] $4f^1$ $5d^1$ $6s^2$.
• Justificación: Al tener el orbital f casi vacío, el estado de oxidación más estable será aquel en que pierda todos los electrones de valencia ($6s^2$, $5d^1$) y el electrón restante del orbital $4f$, alcanzando la configuración de gas noble ($f^0$).
• $Ce^{4+}$: [Xe] ($4f^0$ $5d^0$ $6s^0$).

• Terbio (Tb): Tiende al E.O. +4.
• Configuración electrónica: [Xe] $4f^9$ $5d^0$ $6s^2$.
• Justificación: Al tener el orbital f casi lleno, el estado de oxidación más estable será aquel en que pierda los dos electrones del orbital $6s$ y dos electrones del orbital $4f$, alcanzando la configuración $4f^7$ (semilleno).
• $Tb^{4+}$: [Xe] $4f^7$ ($5d^0$ $6s^0$).

Tendencias y Estados de Oxidación de la Primera Serie de Transición (Elementos 3d)

Los elementos de la primera serie de transición exhiben una amplia variedad de estados de oxidación. Esto se debe a que los electrones de valencia se ubican en los orbitales $3d$ y $4s$, los cuales poseen niveles energéticos muy similares.

Clasificación de las Tendencias de Oxidación

1. Elementos Iniciales (Ti a Mn)

• Estado de Oxidación Máximo: El estado de oxidación más elevado corresponde a la suma total de electrones de los orbitales $d$ y $s$.
• Estabilización: Estos estados de oxidación elevados se estabilizan en forma de compuestos con alta electronegatividad (como fluoruros o cloruros) o en oxocompuestos.
• Estabilidad: La estabilidad del estado de oxidación más elevado disminuye progresivamente a lo largo de la serie, desde el $Ti(IV)$ hasta el $Mn(VII)$.

2. Elementos Finales (Fe, Co, Ni)

• Tendencia: Es difícil estabilizar los estados de oxidación más elevados en esta parte de la serie.
• Estado Común: De forma general, el estado de oxidación más común es el +2, resultado de la pérdida de los electrones $4s$. En algunos casos, se presentan estados superiores a +2 (desde Ti hasta Ni).

Excepciones en la Configuración Electrónica

Aunque la configuración general es $3d^n$ $4s^2$, existen dos excepciones importantes que buscan la estabilidad de orbitales semillenos o llenos:

• Cromo (Cr): La configuración real es $3d^5$ $4s^1$ (en lugar de $3d^4$ $4s^2$), lo que proporciona estabilidad debido al orbital $3d$ semiocupado.
• Cobre (Cu): La configuración real es $3d^{10}$ $4s^1$ (en lugar de $3d^9$ $4s^2$), lo que proporciona estabilidad debido al orbital $3d$ totalmente lleno.

Comportamiento del Cobre (Cu)

En el caso del Cobre, el estado de oxidación máximo encontrado es +2. También puede presentar el estado +1, en cuyo caso pierde únicamente el electrón del orbital $4s$.