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Quimica inorganica...

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GRUPO 18 GASES NOBLES: HELIO, NEÓN, ARGÓN, KRIPTÓN, XENÓN, RADÓN.

GENERALIDADES: Historia Todos los gases nobles fueron descubiertos en la última década del siglo XIX. Lord Rayleigh y William Ramsay aislaron en 1894 un nuevo constituyente del aire al que denominaron Argón. El Helio se observó, por primera vez, en el espectro solar, el año 1868, pero fue en 1895 cuando Ramsay lo aisló a partir de un mineral de uranio. En 1898 Ramsay y Travers obtuvieron el Kriptón, neón y Xenón por fraccionamiento del aire líquido. En 1900 Dorn descubrió el radón como producto de la degradación radiactiva del radio, pero fue Ramsay el que en 1908, aisló y determinó la densidad de este gas muy radiactivo. El helio proviene del griego Helios que significa sol, el neón viene del griego neos que quiere decir nuevo; argón de argos, que significa inactivo o perezoso; kriptón por kryptos, que quiere decir escondido y xenón de xenos, que significa extraño; el radón obtuvo su nombre del elemento radio, ya que es un producto secundario de su decaimiento radiactivo.

Antiguamente se le asignó diferentes nombres como: Gases inertes Gases raros En la actualidad se les llama gases nobles ABUNDANCIA Y OBTENCIÓN Todos los gases nobles estables se encuentran en la atmósfera, aunque solo el Argón esta en cantidades considerables, el helio forma el 23% de masa del universo y del sol, es el segundo elemento más abundante después del hidrógeno, se encuentra en concentraciones altas en algunos depósitos subterráneos de gas natural, donde se ha estado acumulando por la desintegración de elementos radiactivos en la corteza terrestre, uno de los yacimientos de helio más grandes del mundo son los que se encuentran en los Estados Unidos. El helio se puede extraer mediante destilación a baja temperatura. El neón, el argón, el kriptón y el xenón se extraen del aire líquido por destilación a baja temperatura. Ver tabla 1 La gran abundancia del argón en la atmósfera es el resultado de la desintegración radiactiva del potasio 40, el isótopo radiactivo natural del potasio. Este isótopo captura un electrón interno para formar argón 40: 40

K

+ 0e →

40

Ar

PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS Son gases monoatómicos, incoloros e inodoros a temperatura ambiente. No arden. Elementos menos reactivos de la tabla periódica. Sus configuraciones electrónicas terminan en ns2p6 Presentan altas energías de ionización. Por qué? Afinidades electrónicas negativas. Por qué? Puntos de fusión y de ebullición muy bajos ¿Por qué los puntos de fusión y de ebullición de los gases nobles son tan bajos? TABLA 1 PROPIEDADES DE LOS GASES NOBLES Propiedad

He

Ne

Ar

Kr

Xe

Rn

# de e-

2

10

18

36

54

86

M(g/Mol)

4

20

39

84

131

222

0,2

1,0

1,9

4,1

6,4

10,6

Pto f °C

-

-249

-189

-157

-112

-71

Pto eb°C

-269

-245

-186

-152

-109

-62

D(g/L)

Ab(%por vol)

0,00052

E I (kJ/mol) 1040 AE (kJ/mol) RC (pm)

0,0015

2370

0,93 0,00011 0,0000087 traza

2080

1520

1350

-48,2

-115,8

-96,5

-96,5

-77,2

99

160

192

197

217

1170 -

Densidad = D

Masa Molecular = M

Abundancia = Ab

EI = Energía de ionización AE= Afinidad electrónica RC= Radio covalente

Cuando el Helio se enfría cerca del cero absoluto, sigue siendo líquido, para lograrlo se necesita 2,5 MPa para solidificarlo. El helio líquido cuando se condensa a 4,2 K se comporta como un líquido ordinario llamado helio I. Pero cuando se enfría por debajo de 2,2 K se denomina helio II y las propiedades del líquido cambian drásticamente. Por ejemplo el helio II es un buen conductor térmico, 106 veces mejor que el helio I y mucho mejor que la plata, el mejor conductor metálico. La viscosidad del helio II es de cerca de cero, se le clasifica como un superfluido, por tal motivo al colocarlo en un recipiente abierto trepa por las paredes y se derrama sobre los bordes. Neón y Argón se consideran todavía químicamente inertes, pero el Kriptón y sobre todo el Xenón forman una lista de compuestos en continuo crecimiento. Aunque se conocen varios compuestos de radón, este se considera un gas pesado, denso y radiactivo producto de la descomposición radiactiva del torio, uranio y Actinio. El gas noble que tiene una química amplia es el Xenón, sus números de oxidación son +2, +4, +6.

Presenta enlaces Xe-F, Xe-O, Xe-N, Xe-C y XeMETAL el Xe puede comportarse como un ligando Las propiedades químicas del Kriptón, son mucho más limitadas. EXPLIQUE CON DETALLE LOS USOS DE LOS GASES NOBLES

COMPUESTOS DE LOS GASES NOBLES

CLATRATOS Hasta antes de que fuera sintetizado el primer compuesto de un gas noble, su único comportamiento químico conocido era la formación de hidratos. Por ejemplo cuando el xenón se disuelven en agua a presión y se enfría por debajo de 0°C, se forman cristales con la composición aproximada de Xe.6H2O. El calentamiento del gas causa la liberación del gas. Una sustancia en la que moléculas o átomos quedan atrapados dentro del armazón cristalino de otras moléculas se llama clatrato. El nombre se deriva del latín clathratus que, significa “ encerrado en rejas” Los hidratos de los gases nobles tienen una fórmula general E.6H2O donde E = Ar, Kr, Xe.

FLUORUROS

PREPARACION del XeF4(s) El XeF4(s) se preparó por primera vez por reacción directa de los elementos. Introdujeron los gases en un contenedor de níquel en proporción 1:5 Xe/F2 y después de una hora a 400°C y 6 atm, el Xenón se consumió completamente. Sublimaron la mezcla y aparecieron unos cristales brillantes, incoloros de XeF4 Xe(g)

+

2F2(g) → XeF4(s) a 400°C y 6atm

El tetrafluoruro de Xenón es el mejor caracterizado el más estable y el más fácil de preparar. Sin embargo se debe tener cuidado en el almacenamiento, ya que podría reaccionar como muestra la siguiente ecuación. 6XeF4 + 12H2O → XeO3 + 4Xe + 3O2 + 24HF El XeO3 es un explosivo violento. El XeF4 es un excelente agente fluorante como se muestra en las siguientes reacciones: Pt(s)

+ XeF4 → PtF4 +

Xe(g)

2SF4 + XeF4 → 2SF6 + Xe(g) Tanto el difluoruro como el hexafluoruro de xenón pueden obtenerse directamente, a partir de los elementos, variando las condiciones de la reacción. Un exceso de xenón da lugar a la formación del

XeF2, la reacción puede realizarse exponiendo la mezcla a la luz solar: Xe(g)

+

incluso

F2(g) → XeF2(s)

Con un exceso de flúor a presiones elevadas, se obtiene el hexafluoruro de xenón: Xe(g)

+

3F2(g) → XeF6(s)

Los tres fluoruros de xenón son sólidos blancos y son estables, reaccionan vigorosamente con el agua: 2XeF2(s) + 2H2O(l) →

2Xe(g) + O2(g) + 4HF(l)

El hexafluoruro de xenón primero se hidroliza a óxido tetrafluoruro de xenón XeOF4(l) , que a su vez se hidroliza a trióxido de xenón: XeF6(s) + H2O(l) → XeOF4(l) + 2HF(l) XeOF4(l) + 2H2O(l) → XeO3(g) + 4HF(l) Los fluoruros como ya dijimos anteriormente, son agentes fluorantes fuertes. Por ejemplo el difluoruro de xenón se puede usarse para fluorar dobles enlaces en compuestos orgánicos. Se trata de un agente fluorante muy limpio. XeF2(s) + CH2=CH2(g) → CH2FCH2F(g) +

Xe(g)

El XeF4(s) oxida el tetrafluoruro de azufre a hexafluoruro de azufre XeF4(s) + 2SF4(g) →

2SF6(g) + Xe(g)

OXIDOS DEL XENON El xenón forma dos óxidos: el trióxido de xenón (XeO 3) y el tetróxido de Xenón XeO4 . El trióxido de xenón es un sólido incoloro delicuescente muy explosivo. (DELICUESCENTE propiedad de las sustancias que absorben la humedad del aire y se disuelven en ella), es un agente oxidante fuerte en extremo. Aunque presenta reacciones cinéticamente lentas. A causa de su par solitario la molécula es una pirámide trigonal, la longitud de enlace indica cierto grado de enlace multiple.

XeO3(S) + OH- →

HXeO4

Como se obtienen los tres fluoruros de xenón haga sus estructuras mencione las reacciones de hidrólisis de cada uno de ellos 4puntos...