Elementos del Grupo 7

El grupo 7, numerado según la nomenclatura de la IUPAC, es un grupo de elementos de la tabla periódica. Son manganeso (Mn), tecnecio (Tc), renio (Re) y bohrio (Bh). Todos los elementos conocidos del grupo 7 son metales de transición.

Al igual que otros grupos, los miembros de esta familia muestran patrones en sus configuraciones electrónicas, especialmente en las capas más externas, lo que da como resultado tendencias en el comportamiento químico.

Química

Z	Elemento	No. de electrones/cáscara
25	manganeso	2, 8, 13, 2
43	tecnecio	2, 8, 18, 13, 2
75	renio	2, 8, 18, 32, 13, 2
107	bohrio	2, 8, 18, 32, 32, 13, 2

Bohrium no se ha aislado en forma pura.

Historia

El manganeso se descubrió mucho antes que los otros elementos del grupo 7 debido a su abundancia mucho mayor en la naturaleza. Mientras que a Johan Gottlieb Gahn se le atribuye el aislamiento del manganeso en 1774, Ignatius Kaim informó sobre su producción de manganeso en su disertación en 1771.

El grupo 7 contiene los dos metales de transición naturales descubiertos por última vez: tecnecio y renio. El renio se descubrió cuando Masataka Ogawa encontró lo que pensó que era el elemento 43 en la torianita, pero esto fue descartado; estudios recientes de HK Yoshihara sugieren que descubrió el renio en su lugar, un hecho del que no se dio cuenta en ese momento. Walter Noddack, Otto Berg e Ida Tacke fueron los primeros en identificar de manera concluyente el renio; se pensó que también descubrieron el elemento 43, pero como el experimento no se pudo replicar, se descartó. El tecnecio fue descubierto formalmente en diciembre de 1936 por Carlo Perrier y Emilio Segré, quienes descubrieron el tecnecio-95 y el tecnecio-97. Bohrium fue descubierto en 1981 por un equipo dirigido por Peter Armbruster y Gottfried Münzenburg al bombardear bismuto-209 con cromo-54.

Ocurrencia

El manganeso es el único elemento común del grupo 7, con la quinta mayor abundancia en la corteza terrestre de cualquier metal. Se encuentra más comúnmente como dióxido de manganeso o carbonato de manganeso. En 2007, se extrajeron 11 millones de toneladas métricas de manganeso.

Todos los demás elementos son increíblemente raros en la tierra (tecnecio, renio) o completamente sintéticos (bohrio). Si bien el renio se produce naturalmente, es uno de los metales más raros con aproximadamente 0,001 partes por millón de renio en la corteza terrestre. En contraste con el manganeso, solo se extrajeron 40 o 50 toneladas métricas de renio. El tecnecio solo se encuentra en cantidades mínimas en la naturaleza como producto de la fisión espontánea; casi todo se produce en laboratorios. El bohrio solo se produce en reactores nucleares y nunca se ha aislado en forma pura.

Producción

Manganeso

tecnecio

El tecnecio se creó bombardeando átomos de molibdeno con deuterones que habían sido acelerados por un dispositivo llamado ciclotrón. A veces se puede encontrar en la naturaleza pero no en grandes cantidades.

renio

La mayor parte del renio extraído proviene de depósitos de pórfido de molibdeno. Estos minerales suelen contener de 0,001 % a 0,2 % de renio.

Bohrio

Bohrium es un elemento sintético que no ocurre en la naturaleza. Se han sintetizado muy pocos átomos y, además, debido a su radiactividad, solo se han realizado investigaciones limitadas.

Aplicaciones

El isómero facial de los complejos de haluro de 2,2'-bipiridil tricarbonilo de renio y manganeso se ha investigado ampliamente como catalizadores para la reducción electroquímica de dióxido de carbono debido a su alta selectividad y estabilidad. Suelen abreviarse como M(R-bpy)(CO) ₃ X donde M = Mn, Re; R-bpy = 2,2'-bipiridina 4,4'-disustituida; y X = Cl, Br.

renio

La actividad catalítica de Re(bpy)(CO) ₃ Cl para la reducción de dióxido de carbono fue estudiada por primera vez por Lehn et al. y Meyer et al. en 1984 y 1985, respectivamente. Los complejos Re(R-bpy)(CO) ₃ X producen exclusivamente CO a partir de la reducción de CO ₂ con eficiencias Faradaicas cercanas al 100% incluso en soluciones con altas concentraciones de agua o ácidos de Brønsted.

El mecanismo catalítico de Re(R-bpy)(CO) ₃ X implica la reducción del complejo dos veces y la pérdida del ligando X para generar una especie activa de cinco coordenadas que se une al CO ₂. Estos complejos reducirán el CO ₂ tanto con como sin la presencia de un ácido adicional; sin embargo, la presencia de un ácido aumenta la actividad catalítica. Los estudios de teoría funcional de la densidad han demostrado que la alta selectividad de estos complejos para la reducción de CO _{2 sobre la reacción de evolución de hidrógeno competidora está relacionada con la cinética más rápida de unión de CO 2} en comparación con la unión de H.

Manganeso

La rareza del renio ha cambiado la investigación hacia la versión de manganeso de estos catalizadores como una alternativa más sostenible. Los primeros informes de actividad catalítica de Mn(R-bpy)(CO) ₃ Br hacia la reducción de CO ₂ provinieron de Chardon-Noblat y colaboradores en 2011. En comparación con los análogos de Re, Mn(R-bpy)(CO) ₃ Br muestra catalíticamente actividad a sobrepotenciales más bajos.

El mecanismo catalítico para Mn(R-bpy)(CO) ₃ X es complejo y depende del perfil estérico del ligando bipiridina. Cuando R no es voluminoso, el catalizador se dimeriza para formar [Mn(R-bpy)(CO) ₃ ] ₂ antes de formar la especie activa. Sin embargo, cuando R es voluminoso, el complejo forma la especie activa sin dimerizarse, reduciendo el sobrepotencial de reducción de CO2 _en 200-300 mV. A diferencia de Re(R-bpy)(CO) ₃ X, Mn(R-bpy)(CO) ₃ X solo reduce el CO ₂ en presencia de un ácido.

tecnecio

El tecnecio-99m se utiliza en radioimagen.

Bohrio

Bohrium es un elemento sintético y es demasiado radiactivo para ser utilizado en cualquier cosa.

Precauciones

Aunque es un oligoelemento esencial en el cuerpo humano, el manganeso puede ser algo tóxico si se ingiere en cantidades superiores a las normales. El tecnecio debe manipularse con cuidado debido a su radiactividad.

Función biológica y precauciones

Solo el manganeso tiene un papel en el cuerpo humano. Es un nutriente traza esencial, el cuerpo contiene aproximadamente 10 miligramos en un momento dado, principalmente en el hígado y los riñones. Muchas enzimas contienen manganeso, lo que lo hace esencial para la vida, y también se encuentra en los cloroplastos. El tecnecio, el renio y el bohrio no tienen funciones biológicas conocidas. Sin embargo, el tecnecio se utiliza en la radioimagen.