Introduccion a La Quimica Inorganica

Química Inorgánica

Introducción...2007 1

1

INTRODUCCIÓN A LAQUÍMICA INORGÁNICA

Química Inorgánica 2007

2

Temario

•Introducción a la Química Inorgánica•Estructura de elementos y compuestos•Metales y aleaciones•Ácidos y bases•Química en solución acuosa•Química de los elementos del bloque s•Química de los elementos del bloque p•Química de los elementos de los bloque d y f•Introducción a la Química de la Coordinación•Estabilidad de los compuestos de coordinación

3

Conceptos previos

•Estructura atómica•Periodicidad•Enlace químico•Estequiometría•Termodinámica química•Electroquímica

4

Introducción a laQuímica Inorgánica

Clase 1Caracterización de

elementos

Clase 2Cambios

energéticos ypropiedades

químicas

Clase 4Compuestos del O

Clase 3Compuestos del H

5

Clase 1

Caracterización de elementos

•Propiedades•Tamaño•Energía de ionización•Electroafinidad•Electronegatividad

•Tabla periódica

6

Z

Tamaño atómico

0

50

100

150

200

250

300

350

400

10 20 30 40 50 60 70 80

Radio atómico/pm

número atómico



7

Z

Primera energía de ionización

0

500

1000

1500

2000

2500

10 20 30 40 50 60 70 80

número atómico

kJ/mol

8

Z

Primera electroafinidad

050

100150200250300350400450500

10 20 30 40 50 60 70 80número atómico

kJ/mol

9

Electroafinidad yEnergía de ionización

0

500

1000

1500

2000

2500

10 20 30 40 50 60 70 80

Electroafinidad E. Ionización

kJ/mol

número atómico10

Z

Electronegatividad

0

1

2

3

4

5

6

10 20 30 40 50 60 70 80

número atómico

Escala: Allred-Rochow

11

Tabla Periódica

FrCsRbKNaLiH

RaBaSrCaMgBe

AcLaYSc

RfHfZrTi

DbTaNbV

SgWMoCr

BhReTcMn

HsOsRuFe

MtIr

RhCo

PtPdNi

AuAgCu

HgCdZn

TlInGaAlB

PbSnGeSiC

BiSbAsPN

PoTeSeSO

AtI

BrClF

RnXeKrArNeHe

ThCe

PaPr

UNd

NpPm

PuSmLa

Ac AmEu

CmGd

BkTb

CfDy

EsHo

FmEr

MdTm

NoYb

LrLu

UuuDs Uub

LaAc

12

1234567

GRUPOS O FAMILIAS

PERÍODOS

Estructura de la Tabla Periódica

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

FrCsRbKNaLiH

RaBaSrCaMgBe

AcLaYSc

RfHfZrTi

DbTaNbV

SgWMoCr

BhReTcMn

HsOsRuFe

MtIrRhCo

PtPdNi

AuAgCu

HgCdZn

TlInGaAlB

PbSnGeSiC

BiSbAsPN

PoTeSeSO

AtI

BrClF

RnXeKrArNeHe

UuuDs Uub



13

FrCsRbKNaLiH

RaBaSrCaMgBe s

TlInGaAlB

PbSnGeSiC

BiSbAsPN

PoTeSeSO

AtI

BrClF

RnXeKrArNeHe

p

YSc

RfHfZrTi

DbTaNbV

SgWMoCr

BhReTcMn

HsOsRuFe

MtIr

RhCo

PtPdNi

AuAgCu

HgCdZn

d

Ds

Los bloques

AcLa

ThCe

PaPr

UNd

NpPm

PuSm

AmEu

CmGd

BkTb

CfDy

EsHo

FmEr

MdTm

NoYb

LrLuf Ce

Ce

14

3d

Tamaño atómico

0

1

2

3

P6P5

P4P3

P2P1

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1112 13 14 15 16 17 18

Radios atómicos (Å)

15

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1112 1314 15 16 17 18

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

P6P5

P4P3

P2P1

3d

Primera energía de ionizaciónValores en MJ/mol

16

3d

Electronegatividad

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

0

2

4

6

P6P5

P4P3

P2P1


17

Mapa

Tamaño atómico

Be B

AsTeSe

100 ≤ R< 150

At

P S

IBr

RnXeKr

Li

SrCaMg

YSc

HfZrTi

TaNbV

WMoCr

ReTcMn

OsRuFe

IrRhCo

PtPdNi

AuAgCu

CdZn

TlInGaAl

PbSnGeSi

BiSb

PoHg

150 ≤ R<200

Na

R< 100H

C N OClF

ArNeHe

CsRbK

Ba La

250 ≤ R

Radios en pm

18

Mapa

Primera energía de ionización

CsRbKNa

I1< 0.5

Ba

Li

SrCaMgBe

LaYSc

HfZrTi

TaNbV

WMoCr

ReTcMn

OsRuFe

IrRhCo

PtPdNi

AuAgCu

CdZn

TlInGaAlB

PbSnGeSi

BiSbAs

PoTeSe

0.5 ≤ I1< 1.0

AtHg

P S

HC N O

IBrCl

RnXeKr

1.0 ≤ I1 <1.5

FArNeHe

1.5 ≤ I1

Valores en MJ/mol



19

Mapa

Primera electroafinidad

S

Pt Au AtI

200 ≤ EA1 < 300

Nb MoOsRu

IrRh

NiAgCu

PbSnGeSi

BiSb

PoTeSe

100 ≤ EA1< 200C O

CsRbKNa

EA1< 100

Ba

Li

SrCaMgBe

LaYSc

HfZrTi

Ta

V

W

Cr

ReTcMn Fe Co

Pd CdZn

TlInGaAlB

As

Hg

P

HN

RnXeKrArNeHe

BrClF

300 ≤ EA1

Valores en kJ/mol

20

Mapa

Electronegatividad

CsRbK

x < 1.0

Ba

Li

Sr

NaCaMgBe

LaYSc

HfZrTi

TaNbV

WMoCr

ReTcMn

OsRuFe

IrRhCo

PtPdNi

AuAgCu

CdZn

TlInGaAl

PbSn

Si

BiSb

Po

1.0 ≤ x< 2.0

AtHg

B

Ge AsTeSe

P S

HC

IBrCl

RnXeKr

2.0 ≤ x < 3.0

N O FArNeHe

3 ≤ x


21

Mínimos

Máximos

TendenciasBe B

As

Te

Se

At

P S

I

Br

Rn

Xe

Kr

Li

Sr

Ca

Mg

Y

Sc

Hf

Zr

Ti

Ta

Nb

V

W

Mo

Cr

Re

Tc

Mn

Os

Ru

Fe

Ir

Rh

Co

Pt

Pd

Ni

Au

Ag

Cu

Cd

Zn

Tl

In

Ga

Al

Pb

Sn

Ge

Si

Bi

Sb

PoHg

Na

H

C N O

Cl

F

Ar

Ne

He

Cs

Rb

K

Ba La

Tamaño atómico

Cs

Rb

K

Na

Ba

Li

Sr

Ca

Mg

Be

La

Y

Sc

Hf

Zr

Ti

Ta

Nb

V

W

Mo

Cr

Re

Tc

Mn

Os

Ru

Fe

Ir

Rh

Co

Pt

Pd

Ni

Au

Ag

Cu

Cd

Zn

Tl

In

Ga

Al

B

Pb

Sn

Ge

Si

Bi

Sb

As

Po

Te

Se

AtHg

P S

H

C N O

I

Br

Cl

Rn

Xe

Kr

F

Ar

Ne

He

Primeraenergía de ionización

Cs

Rb

K

Ba

Li

Sr

Na

Ca

Mg

Be

La

Y

Sc

Hf

Zr

Ti

Ta

Nb

V

W

Mo

Cr

Re

Tc

Mn

Os

Ru

Fe

Ir

Rh

Co

Pt

Pd

Ni

Au

Ag

Cu

Cd

Zn

Tl

In

Ga

Al

Pb

Sn

Si

Bi

Sb

Po AtHg

B

Ge As

Te

Se

P S

H

C

I

Br

Cl

Rn

Xe

Kr

N O F

Ar

Ne

He

Electronegatividad

22

Cambios energéticos y reacciones químicas

Clase 2eacciones: caracterización

ontrol de la reacción•Ciclos termodinámicos•Estabilidad de compuestos

23

Caracterización de reacciones químicas

Reacción

a A + b B → c C + d DRelaciones estequiométricasConstante de equilibrio Keq

Variación en las funciones de estado termodinámicas

∆G ° = -RT lnKeq

∆G ° = ∆H ° - T ∆S °

Aspectos cinéticos y mecanísticos24

Termodinámica y cinética

Coordenada de reacción

G

a A + b B

c C + d D∆G

∆‡G



25

Productos de la reacción

Control termodinámico: Los productos de la reacción representan el estado termodinámicamente más favorable del sistema

Control cinético:Los productos están determinados por factores mecanísticos, predominando los que se forman por el camino de reacción con la menor energía de activación

El control termodinámico de los productos es el más frecuente en las reacciones inorgánicas

26

Control termodinámico:¿entálpico o entrópico?

2 Al(s) + 3/2 O2(g) → Al2O3(s)∆G °=-1576 ∆H ° =-1676 T∆S °=-100

C2H5OH(l) + 3 O2(g) → 2 CO2(g) + 3 H2O(l)∆G °=-1324 ∆H °=-1368 T∆S °=-44

2 N2H4(l) + N2O4(l) → 4 H2O(g) + 3 N2(g)∆G °=-1312 ∆H °=-1040 T∆S °=+272

MgCO3(s) → MgO(s) + CO2(g)∆G °=+65 ∆H °=+117 T∆S °=+52

T = 298 K Valores en kJ

27

Ciclos termodinámicos (I)

CH4(g) + 2 O2(g)

C(g) + 4H(g) + 4O(g)

CO2(g) + 2 H2O(g)

∆G º1 ∆G º2

∆G º

∆G º= ∆G º1 + ∆G º2

∆G º = -800 ∆H º = -802T ∆S º = -2

T = 298 KValores en kJ

28

Ciclos termodinámicos (II)

∆G º = ∆G º1 + ∆G º3 + ∆G º4

CH4(g) + 2 O2(g) CO2(g) + 2 H2O(g)∆G º

C(g)+4H(g)+4O(g)

C(g)+4H+(g)+2O=(g)+2O(g)

∆G º1

∆G º3

∆G º4

29

K(s) + ½Cl2(g)

KCl(s)

K+(g) + ½Cl2(g)

K(g) + ½Cl2(g)K+(g) + Cl-(g)

K+(g) + Cl(g)

T = 298 K

Valores en kJ

∆fH ° = ∆subH ° + I1 + EA1 + U

+89

+425

+122-355

-438

-719

+ ½∆disH °

∆fG º = -409 ∆fH º = -438T ∆fS º = -29

30

Estabilidad termodinámicade compuestos

La energía libre de formación como criterio de estabilidad de un compuestoImportancia en la reacción químicaLas limitaciones del criterio

Descomposición en otros compuestosAgentes atmosféricos

La estabilidad por causas cinéticas



31

Compuestos del hidrógeno

Clase 3

ropiedades atómicas del H•Reacciones•Uso industrial•Compuestos binarios•Hidruros moleculares•Hidruros iónicos

32

Propiedades del hidrógeno

100 ≤ R< 150150 ≤ R<200

R< 100

250 ≤ R

I1< 0.50.5 ≤ I1< 1.01.0 ≤ I1 <1.5

1.5 ≤ I1

E. ionización: 1.31 MJ/mol

200 ≤ EA1 < 300100 ≤ EA1< 200

EA1< 100

300 ≤ EA1

x < 1.01.0 ≤ x< 2.02.0 ≤ x < 3.0

3 ≤ x

H

H

H

Radio: 37 pm

Electroafinidad: 73 kJ/mol Electronegatividad: 2.2 (A-R)

H

33

Reacciones del H2 (I)

Agente reductorFeO + H2 → Fe + H2OFeS + H2 → Fe + H2S2 NO + 2 H2 → N2 + 2 H2O

Combinación directa con elementosN2 + 3 H2 → 2 NH3 (catalizada por Fe)Cl2 + H2 → 2 HCl (iniciada por luz UV)O2 + 2 H2 → 2 H2O

34

Reacciones del H2 (II)

HidrogenaciónSíntesis de hidrocarburos

m CO + (2m+1) H2 → CmH2m+2 + m H2Ocatalizada por Fe, Co, Ni

Síntesis de metanolCO + 2 H2 → CH3OH

catalizada por Cu/ZnOHidrogenación de enlaces C=C y C≡C

CH3C ≡CH → CH3CH=CH2 → CH3CH2CH3

catalizada por Pd

35

Moléculas diatómicas homonucleares

Energías de enlace

149190240155494942435EEAA (kJ/mol)

I2Br2Cl2F2O2N2H2Molécula

36

Disociación del dihidrógeno

Zn2+ O2- Zn2+ O2- Zn2+ O2- Zn2+ O2-H – H + →

H+ H-

Pd Pd Pd Pd Pd Pd Pd PdH – H + →

H H

Cl2 → Cl· + Cl· (energía térmica o fotoquímica)H – H + Cl· → HCl + H·

•Homolítica

•Heterolítica

•Formación de radicales



37

Usos industriales del H2

H2

NH3 (53%)

CH3OH (7%)

-C- C- (30%)

Otros (10%)

N2

CO

- C = C -

PlásticosFertilizantes

HClCombustibleMetales

Hidrogenaciónde hidrocarburos

38

Hidruros binarios

LaYSc

HfZrTi

TaNbV Cr

Pd

Metálicos

CsRbKNaLi

BaSrCaMg

Iónicos

H

RnXeKrArNeHe

Bi PoWMo

ReTcMn

OsRuFe

IrRhCo

Pt

Ni

AuAg

HgCd

Ga

B

PbSnGeSiC

SbAsPN

TeSeSO

AtI

BrClF

Covalentes

TlIn

AlBe

Cu Zn

Intermedios

39

Gases o líquidos molecularesBajos puntos de ebullición

Enlace de hidrógenoPropiedades químicas muy variables, dependientes del elemento que se combina con el hidrógeno

Estabilidad termodinámicaReactividad

Hidruros covalentes

Propiedades

40

Hidruros covalentes

Clasificación

Con el número justo de electronesHidruros del grupo 14

AH4 PbSnGeSiC

14

Con exceso de electronesHidruros de los grupos 15, 16, 17

AH3E, AH2E2, AHE3

SbAsPN

TeSeSO

AtI

BrClF

1615 17

Ga

B

TlIn

13Con deficiencia electrónica

Hidruros del grupo 13AH3

41

Hidruros covalentes

Hidruros de los halógenos

75218297262HI

96218364-36-53HBr

121218431-92-95HCl

79218564-267-271HF

½∆disH °(X2)

½∆disH °(H2)

EEH-X∆fH °∆fG °kJ/mol298 K (g)

42

½ Cl2(g) + ½ H2(g)

ClH(g)

Cl(g) + H(g)

Cl(g) + ½ H2(g)

∆fH = ½ ∆disH °(Cl2) + ½∆disH °(H2) + EECl-H

Cl(g) + H(g)+218

-92

-431

+121 T = 298 K

Valores en kJ



43

Hidruros covalentes

Energía de enlace

Ge-H289

Si-H323

Sn-H253

C-H402

As-H297

P-H321

Sb-H257

N-H391

Se-H312

S-H368

Te-H267

O-H463

Br-H366

Cl-H432

I-H351

F-H568

4

3

5

2

14 15 16 17ΕΕΑ−ΗkJ/mol

44

Hidruros covalentes

Estabilidad termodinámica

GeH4

+113.4

SiH4

+56.9

SnH4

+188.3

CH4

-50.7

AsH3

+68.9

PH3

+13.4

SbH3

+147.8

NH3

-16.5

H2Se+15.9

H2S-33.6

H2Te+75

H2O-228.6

HBr-53.5

HCl-95.3

HI+1.7

HF-270.7

4

3

5

2

14 15 16 17∆fGºkJ/mol(g)298K

45

Mínimos

Máximos

GeH4

SiH4

SnH4

CH4

AsH3

PH3

SbH3

NH3

SeH2

SH2

TeH2

OH2

BrH

ClH

IH

FH

14 15 16 17

4

3

5

2

Estabilidad termodinámicaEnergía de enlace

46

Hidruros iónicos

Propiedades

Sólidos de alto punto de fusiónRedes cristalinas tridimensionalesEstabilidad termodinámica bajaFuertemente reductoresReaccionan con agua, violentamente

CsRbKNaLi

BaSrCaMg

47

Hidruros iónicos


-40-37-45-20-22-22T ∆fS °

-171-177-192-54-58-56∆fH °

-131-140-147-34-36-34∆fG °

BaH2SrH2CaH2RbHKHNaHkJ/mol

(s) 298K

48

Na(s) + ½H2(g)NaH(s)

Na+(g) + H-(g)

Na+(g) + ½H2(g)

T = 298 K

Valores en kJ

∆fH ° = ∆subH ° + I1 + U

+145

+605

-56

+ EA1+ ½∆disH °

-806

Na+(g) + H-(g)



49

Compuestos del oxígeno

Clase 4

ropiedades atómicas del O•Reacciones•Uso industrial•Compuestos binarios•Óxidos iónicos•Superóxidos y peróxidos

50

Propiedades del oxígeno

100 ≤ R< 150150 ≤ R<200

R< 100

250 ≤ R

I1< 0.50.5 ≤ I1< 1.01.0 ≤ I1 <1.5

1.5 ≤ I1

E. ionización: 1.31 MJ/mol

200 ≤ EA1 < 300100 ≤ EA1< 200

EA1< 100

300 ≤ EA1

x < 1.01.0 ≤ x< 2.02.0 ≤ x < 3.0

3 ≤ x

O

O

O

Radio: 66 pm

Electroafinidad: 141 kJ/mol Electronegatividad: 3.5 (A-R)

O

51

Reacciones del O2 (I)

H2(g) + ½ O2(g) → H2O(l)∆G °= -237 ∆H °= -286 T∆S °= -49C(s) + O2(g) → CO2(g)∆G °= -394 ∆H °= -393 T∆S °= +1CH4(g) + 2 O2(g) → CO2(g) + 2 H2O(l)∆G °= -818 ∆H °= -890 T∆S °= -722 Fe(s) + 3/2O2 (g) → Fe2O3(s)∆G °= -741 ∆H ° = -824 T∆S °= -83

T = 298 K

Valores en kJ52

Usos industriales del O2

O2

Acero-Hierro (75%)

Reactivo en Industria Química (20%)

Otros (5%)

SoldaduraH2 + COCombustión

TiO2

HNO3

(CH3CH2)2O

53

Óxidos binarios

ArNeHeH

RnXeKr

B CPN

SO

AtI

BrClF

Moleculares

CsRbKNaLi

BaSrCaMg

Iónicos

Ga

PbTlIn

AlBe

LaYSc

HfZrTi

TaNbV Cr

Pd

Metales de transición

WMo

ReTcMn

OsRuFe

IrRhCo

Pt

Ni

AuAgCu

Bi PoHgCd Sn

GeSi

SbAs

TeSeZn

Intermedios

54

Óxidos iónicos

Propiedades

Sólidos de alto punto de fusiónRedes iónicas tridimensionalesTermodinámicamente establesReaccionan con agua, para dar soluciones básicas



55

2Na(s) + ½O2(g)

Na2O(s)

2Na+(g) + O=(g)

2Na+(g) + ½O2(g)

T = 298 K

Valores en kJ

∆fH °=2∆subH ° +2I1 + U

+888

+1190

-416

+EA1+ EA2+ ½∆disH °

-2494

2Na+(g) + O=(g)

56

Óxidos iónicos


-82-100-31-33-41-40T ∆fS °

-1135-1676-635-602-363-416∆fH °

-1053-1576-604-569-322-376∆fG °

Cr2O3Al2O3CaOMgOK2ONa2OkJ/mol

(s) 298K

57

Óxidos iónicos

Entalpía de formación

-3000

-2000

-1000

0

1000

Li Na K Rb Cs Óxido

Metal

U

Formación

∆fH °T = 298 K

Valores en kJ/mol

58

O O

O: [He] 2s2 2p4

2s2

2p4Energía

Enlace en dioxígeno

59

Distancia O-O

EE O-O

Radio iónico

pmkJ/molpm

O2

121494X

O2

O2=

149142159

O2=

O2-

134318144

O2-

60

CompuestosÓxidos

Fórmula: O= (sin enlace O-O)Estado de oxidación: -2Ejemplos: Na2O, Mn2O7, CO2

PeróxidosFórmula: O2

=(con enlace O-O)Estado de oxidación: -1Ejemplos: H2O2, K2S2O8

SuperóxidosFórmula: O2

- (con enlace O-O)Estado de oxidación: -½Ejemplos: KO2, CsO2



61

Compuestos binarios conmetales alcalinos

XXXSUPERÓXIDO

XXXXPERÓXIDO

XXXXXÓXIDO

CsRbKNaLi

62

Metales del G1

Entalpía de formación

050

100150200250300350

Li Na K Rb Cs

ÓXIDO PERÓXIDO SUPERÓXIDO

-∆fH ° T = 298 KValores en kJ/mol de metal

63

Interconversiones

Na2O(s) + ½ O2(g) → Na2O2(s) Reacción 1Na2O2(s) + O2(g) → 2NaO2(s) Reacción 2

T ∆rS °∆rG °∆rH °

2011-9Reacción 225-70-95Reacción 1

-42-219-261NaO2

-64-449-513Na2O2

-39-379-418Na2O

T ∆fS °∆fG °∆fH °T = 298 K

Valores en kJ/mol

Introduccion a La Quimica Inorganica

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