QUIMICA INORGANICAQO7120

PROFESORA: ING. ISABEL RAMIREZ CAMAC

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS

FACULTAD DE QUIMICA E INGENIERIA QUIMICADEPARTAMENTO ACADEMICO DE QUIMICA INORGANICA

LOS ELEMENTOS DEL GRUPO 17

Son conocidos como HALOGENOS

”Formadores de sal”

ELEMENTOS NO METALICOS MÁS

REACTIVOS

FLUOR,CLORO,BROMO,YODO Y ASTATO,SUS FORMAS

MOLECULARES SON DIATOMICAS.

Semana 1.

El flúor gas amarillo pálido, ligeramente más pesado que

aire, corrosivo y de olor penetrante e irritante

El cloro gas amarillo verdoso de olor penetrante e irritante.

El bromo líquido de color rojo oscuro, tres veces más denso

que el agua, volatiliza con facilidad(vapor rojizo

venenoso).

El yodo sólido cristalino de color negro y brillante, sublima

dando un vapor violeta muy denso, venenoso, con un olor

picante como el del cloro.

El Astato es un elemento muy inestable que existe sólo en formas radiactivas de vida corta, y que aparece en el

proceso de desintegración del 235U

CARACTERISTICAS GENERALES

Estado natural

F: Es el más abundante en la corteza

terrestre(0,065%) que el cloro(0,055%).

Minerales : Fluorita (CaF2 ),Criolita Na3AℓF6,

fluorapatita (Ca5(PO4)3F).

Cℓ: Depósitos naturales de sal común.

Br:La mayor fuente en los océanos, la relación

de masas del Cℓ y Br en el agua de mar es de

300:1.

I:Se encuentra forma de yodatos y peryodatos.

At:En pequeñas cantidades en forma de

isotopos de vida corta aprox.8,3 horas.

Debido a su reactividad, no se encuentran en estado libre en la naturaleza.

Generalmente, se encuentran en forma de haluros (X¯) (agua de mar)

OBTENCION DE LOS HALOGENOS

El método principal de producción de los elementos es la OXIDACION DE HALUROS.

potencial normal de reducción (E° en V).

Fluor Cloro Bromo Iodo

½ X 2 +e- X- +2,87 +1.36 +1,07 +0,54

Por lo observado, el caso del fluor,es un gran oxidante, el valor

muy positivo, indica que la oxidación del haluro requiere un

oxidante muy enérgico.

Comercialmente solo es posible la OXIDACION ELECTROLITICA.

FLUOR

ELECTROLISIS DE UNA MEZCLA 1:2 DE KF (fundido) y HF (liquido).METODO DE MOISSAN (1886 )

Reacciones :

𝐻𝐹 2❑

❑− + HF +

ánodo

cátodo

2 + 2 + 2O

+ 2 + + 2HF +2OReacción global :

Laboratorio: No se puede obtener debido a que el F- hace resistencia a ser oxidado

Cℓoro.

Industrialmente: ELECTROLISIS DE UNA DISOLUCION ACUOSA DE NaCℓ, en una celda deCloro- alcali

Las semirreacciones son:

Ánodo

(ac)+ 2

Catodo

2 + 2 2O (ac)+

+ 2 + 2O (ac)+ Rx.Global

El proceso es la base para la industria cloro alcalina, en la que se produce NaOH enGran escala

ELECTROLISIS DEL NaCℓ fundido

Ánodo (oxidación) :2Cℓ- (l) Cℓ2(g) + 2e-

Cátodo (reducción) : 2Na +(l) + 2 e- 2 Na (s)

Rx neta: 2 NaCℓ Cℓ2 + 2 Na

Celda Downs

1º Método De Scheele: Oxidación del ácido clorhídrico por la acción de sustancias

oxidantes como el MnO2 (dióxido de manganeso).

La reacción es: 4 HCℓ(ac) + MnO2 MnCℓ2 + 2 H2O +Cℓ2 (g)

2º Método De Scheele modificado: en lugar de colocar ácido clorhídrico se usa cloruro

de sodio y ácido sulfúrico. La reacción es

2 NaCℓ + 2 H2SO4 + MnO2 Na2SO4 + MnSO4 + 2H2O + Cℓ2 (g)

3º El empleo de otros oxidantes: como el permanganato de potasio la reacción se

produce en frío

2 KMnO4 + 16 HCℓ 2 KCℓ+ 2 MnCℓ2 + 8 H2O + 5 Cℓ2 (g)

LABORATORIO se basan en la oxidación del ácido clorhídrico o de las sales de cloro.

BROMO Y IODO

Bromo: Oxidación química de los Br- del agua de mar.Yodo: El proceso es similar para recuperar al yodo de ciertas salmueras naturales.En ambos procesos se utiliza al cloro, y para la separación se usa una corriente de Aire (ph aprox.3,5)

La reacción : Cℓ2(g) + X-(aq) 2Cℓ-

(aq) + X2(g) X= Br ó I

LABORATORIO : BROMO

Oxidando bromuros 4 HBr (ac) + MnO2 MnBr2 + 2 H2O +Br2

2 NaBr + 2 H2SO4 + MnO2 Na2SO4 + MnSO4 + 2H2O + Br2

En la experiencia del laboratorio

KBr + H2SO4 conc KHSO4 +HBr 2HBr + H2SO4 Br2 + SO2 + 2H2O

Yodo a partir de los Yodatos,la reduccion se efectúa mediante bisulfito HSO3 - , la reacción se produce por etapas:

𝐼𝑂3− + 5𝐼− + 6𝐻+ →3𝐼2 + 3𝐻2𝑂

𝐼𝑂3− + 3𝐻𝑆𝑂3− → 𝐼− + 3𝐻𝑆𝑂4−

2𝐼𝑂3− + 5𝐻𝑆𝑂3− + 2𝐻+ →𝐼2 + 5𝐻𝑆𝑂4− + 𝐻2 𝑂

Laboratorio: Igual al cloro

2 KI + MnO2 + 2 H2SO4 K2SO4 + MnSO4 + 2H2O + I2 (g)

+ + 3𝐻𝑆𝑂3−

+ + +

Elemento Flúor Cloro Bromo Yodo

Masa Atómica (uma) 18,9984 35,4527 79,904 126,90447

Punto de Fusión (°C) -220 -101

-7,2 114

Punto de Ebullición (°C )

-188 239,2 331,94 457,5

Densidad (g)g/L 0°C 1,696 3,214 5,6(175,5°C) 6,75(185°C)

Estados de Oxidación -1 -1, +1, +2, +3 , +4, +5, +6, +7

-1, +1, +3 , +4, +5, +7 -1, +1, +3 , +5, +7

1ª Energía de Ionización (kJ/mol)

1681 1251,1 1139,9 1008,4

Afinidad Electrónica (kJ/mol)

328 349 324,7 295,2

Radio Atómico (Å) 0,57 0,97 1,12 1,32Radio Covalente (Å) 0,72 0,99 1,14 1,33

Radio Iónico (Å) F- = 1,31 Cl- = 1,81 Å Cl+7 = 0,26 Å

Br- = 1,95 Br+7 = 0,39

I- = 2,16 I+7 = 0,50

Volumen Atómico (cm³/mol)

17,1 22,7 23,5 25,74

Electronegatividad (Pauling)

3,98 3,16 2,96 2,66

Semana 2.-. Propiedades físicas y Quimicas de los halógenos

Propiedades Químicas.

A.-Estructura Molecular.Todos son moléculas diatómicas y muchas de sus propiedades varían poco a loLargo del grupo.

Diagrama de niveles de energía de los orbitales moleculares

Comportamiento peculiar del fluor.

La debilidad del enlace F-F es el resultado entre los

electrones no enlazados de los dos átomos explicando en

parte la elevada reactividad del flúor gaseoso.

Limitaciones del enlace, a un octeto en sus compuestos

covalentes, formando asi un solo enlace covalente, una de las

pocas excepciones es el ion H2F+ .

Alta electronegatividad, forma puente de hidrogeno mas

fuerte que otros elementos, sus Reacciones son altamente

exotérmicas.

Halogenuro Energia reticular KJ./mol

NaF 915

NaCl 781

NaBr 743

NaI 699

Naturaleza iónica de muchos fluoruros,ejm AℓF3 debido a su baja

polarizabilidad del pequeño ion fluoruro.

La formación de altos estados de oxidación en fluoruros: Vanadio formara VF5,el VCℓ4.

Diferencia en las solubilidades de los

fluoruros. Los de Na,K,Ag,Hg,Al y Ni son

facilmente solubles en agua, los de

Pb,Cu,hierro (III),bario yLitio son

escasamente solubles,y los de los metales

alcalino-térreos son insolubles.CaF2 es

insoluble, y los demas halogenuros de

Calcio son solubles. (energia de red

cristalina entre los fluoruros de metales y

los demás halogenuros de metales

Generalidades:

1.-Actuan como agentes oxidante y reaccionan con casi todos los metales y muchosNo metales para formar Haluros (salvo el Oxigeno). 2 M +nX2 2MX2

2.-Los mas reactivos reaccionan con varias clases de compuestos orgánicos. X2 + Cn H 2n+2 Cn H 2n+1 X + HX

3.-En presencia de Carbono desplaza al oxigeno de los óxidos metalicos. X2 + 2MO2 +2C 2CO + 2MXy

4.-Se pueden adicionar a los hidrocarburos no saturados

Cn H 2n + X2 Cn H 2n X2 (x = Cl, Br)

5.- CO + X2 X2CO SO2 + X2 SO2X2 (X=Cl ,Br)

Propiedades químicas de los demás halógenos:

6.-Con el agua, a excepción del yodo todos pueden reaccionar con el agua,una parte permanece como halogeno y la otra se disuelve (Rx:DESPROPORCION oDISMUTACIONX=F es violenta y desprende O2 . = Cℓ,Br; rev. = I, la reacción ocurre en sentido contrario en medio ácido

X2(g) X 2(aq) ………………………………………. K 1 (hasta donde pueda disolverse )

X2 (aq) +H2O 2X - + 2H+ + HXO ………… K 2 acido hipohaloso

Valores K1 K2

Cloro 0,062 4,2 x 10-4 (reacciona en mayor cantidad. (2,6 x 10-5 )

Bromo 0,21(el que mas se disuelve)

7,2 x 10-9 (1,0 x 10-9 )

Iodo 0,0013 2,0 x 10 -13 (2,5 x 10-16 )

CASO DEL FLUOR

F2 (aq) +H2O 2F- + 2H+ + ½ O2 Sin embargo a baja presión y temperatura, sintetizan sobre superficies humedas.

F2 (aq) +H2O 0° HOF + HF **Dificil de preparar debido a su reactividad con el agua HOF + H2O HF + H2O2

Ac.HipoFloroso,es el único aislado ,es un solido blanco que funde a -117°C.A T° ambiente se descompone 2 HOF 2 HF + O2

E° = +2,87 v

Cloro,Bromo,Iodo.Todos los ácidos HIPOHALOSOS son muy débiles y su acides disminuye al aumentar suNúmero atómico. HCℓO Kdis = 3,4 x 10-8

HBrO 2 x 10-9 HIO 1 x 10-11

7.-En medio alcalino, los halogenos se hidrolizan

X2 +2OH- X- + XO- + H2O (A) hipohalito 3XO- 2X- + XO3 -

halatoel CℓO- se desproporciona lentamente a T°ambiente, rápida a mas de 75°C.

BrO - rápida a T° ordinaria., para obtener hipobromitos exentos de bromatos

Hay que realizar la reacción(A) a 0°C.

IO- la desproporciona es tan grande a cualquier T° , por lo que no es posible obtener

hipoyoditos por hidrolisis alcalina; la transformación de yodo en yodato es

Cuantitativa. 3I2 + 6 OH- 5I- + IO3- + 3H2O ( el ion IO- nunca existe como tal en

La solucion.

En el agua de cloro existe cantidades apreciables de HClO y HCl en equilibrio,y la reacción es en 2 etapas

1.-Cℓ2 + H2O 2H+ + 2Cℓ- + ½ O2 E° = 0,13 v lenta

2.- Cℓ2 +H2O Cℓ - + H+ + HCℓO E°=-0,27v rápida

Por acción de la luz el agua de cloro desprende oxigeno según la reaccion 1.