Teo Halogenos - Dra Silvia E. Jacobo PDF

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Dra Silvia E. Jacobo...

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Química Inorgánica-63.13- Dra.Silvia E. Jacobo

Grupo XVI: Halógenos Propiedades

Fluor

Cloro

Bromo

Yodo

Astato

Estado a 25ºC

Gas

Gas

Líquido

Sólido

Sólido

Color

Amarillo pálido

Verde amarillento

Rojo amarronado

Violeta (g); negro (s)

_

Radio Atómico

0.64

0.99

1.14

1.33

1.40

Radio iónico

1.36

1.81

1.95

2.16

_

e- más externos

2s22p5

3s23p5

4s24p5

5s25p5

6s26p5

E ionización

1.681

1.251

1.140

1.008

920

Electronegatividad

4.0

3.0

2.8

2.5

2.1

Punto fusión

-220

-101

-7.1

114

_

Punto de ebullición

-188

-35

59

184

_

E de enlace

158

243

192

151

_

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Química Inorgánica-63.13- Dra.Silvia E. Jacobo

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Flúor El flúor es más abundante en la corteza terrestre (0.065%) que el cloro (0.055%), ocupando el 17º lugar en orden de abundancia en la misma. El flúor se presenta en la naturaleza en forma combinada como fluorita (CaF2), criolita (Na3AlF6) y fluorapatita (Ca5(PO4)3F). Cloro Es el 20º elemento en orden de abundancia de la corteza terrestre. Además de los grandes depósitos naturales de sal común, NaCl, existen reservas ingentes de cloro en el océano, con un 3.4% en peso de sales, de las cuales, el 1.9% son sales de iones cloruros.

Bromo El bromo es sustancialmente menos abundante que el cloro o el flúor en la corteza terrestre. Como el cloro, la mayor fuente natural del bromo está en los océanos (en concentraciones de 65 mg/ml). La relación de masas del Cl:Br en el agua del mar es de 300:1.

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Yodo El yodo es considerablemente menos abundante que los halógenos anteriores, tanto en la corteza terrestre como en la hidrosfera. Se encuentra en forma de yodatos, como los depósitos naturales de laurita (Ca(IO3)2) y dietzeita (7Ca(IO3)2x8CaCrO4). También se encuentra como yodo elemental en los yacimientos de nitrato de Chile. Astato El astato recibe su nombre del griego "inestable". De hecho, es un elemento radioactivo. El astato se origina en la serie radioactiva del 235U, pero de una manera colateral:

No se conocen bien propiedades físicas del elemento debido a que los isótopos del At poseen vidas medias de sólo horas.

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CARACTERÍSTICAS • Todos los elementos del grupo XVII son monovalentes. • En su estado elemental forman moléculas biatómicas, X2 . • En la naturaleza, por su gran reactividad, rara vez aparecen libres. Se encuentran principalmente en forma de sales disueltas en el agua de mar o en extensos depósitos marinos. • En propiedades físicas como el punto de fusión, de ebullición, la densidad y el radio; varían en orden creciente del flúor al yodo. Mientras que el calor específico disminuye en la misma relación. • La característica química fundamental de los halógenos es su capacidad oxidante.

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Estructura electrónica de los dihalógenos Color en fase gaseosa

F2

Cl2

Br2

I2

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Diagrama de Látimer a ) En solución ácida ClO4 -

1,19

ClO3-

1,21

HClO2

1,63

Cl2

1,36

Cl -

1,46

b ) En solución básica ClO4-

0,37

ClO3-

0,33

ClO2- 0,66 0,50

ClO - 0,40

Cl2 0,89

1,36

Cl-

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Diagrama de Frost 10

HClO4

pH= 0 8

pH= 14

HClO3

6

nEV

HClO2 4 -

2

HClO ClO2 Cl2

0

ClO3

-

ClO4

-

-

ClO

-

Cl

-2 -1

0

1

2

3

4

n° oxidación

5

6

7

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ESTADOS DE OXIDACION +7

Cl2O7 Heptoxido de dicloro

+6

ClO3 Trióxido de cloro

+5

HClO3 Clorato (V) de hidrogeno

+4

HClO4 Clorato (VII) de hidrogeno

HBrO3 Bromato (V) de hidrógeno

ClO2 Dióxido de cloro

BrO2 Dióxido de bromo

I2O5 Pentoxido de diiodo

I2O4 Tetroxido de diiodo

HClO2 Clorato (III) de hidrogeno

+3

HIO4 Iodato (VII) de hidrogeno.

H5IO6

HIO3 iodato (V) de hidrogeno

IO2 Dióxido de yodo

HBrO2 Bromato (III) de hidrogeno

+2

+1

Cl2O Monoxido de Dicloro

0 -1

F2 HF

HClO Clorato(I) de hidrogeno

Br2O Monoxido de dibromo

Cl2 F-

HCl

HBrO Bromato (I) de hidrogeno

Br2 Cl-

HBr

HIO Iodato(I) de hidrógeno I2

Br--

HI

I-

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FLUOR CARACTERÍSTICAS GENERALES

• • • • • • • • • • •

Símbolo: Número Atómico: Periodo: Peso molecular: Configuración electrónica: Estado de oxidación: Forma molecular: Apariencia: Densidad: Isótopos más estables: Descubrimiento

F 9 2 18.9984032 g/mol [He]2s2 2p5 -1 F2 (moléculas diatómicas) gas amarillo pálido 1,696 Kg/m3 19F 1529,Georgius Agricola

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• Es el miembro más ligero y pequeño del grupo. • Es el elemento más reactivo del grupo (Eº= 2,866 V) • Es el que muestra mayor tendencia a ganar electrones, y por consiguiente, el que se reduce más fácilmente. • En la naturaleza aparece en combinación con otros elementos, y solamente en disolución acuosa, el flúor se presenta en forma de ión fluoruro, F-.

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• Los minerales más importantes en los que está presente son: - la fluorita, CaF2

- el fluorapatito, Ca5(PO4)3F

- la criolita, Na3AlF6

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Obtención de Fluor: método de Moisson (con mezcla fundida de HF+KF)

2HF (electrolisis KF 2HF) → H2 (g) + F2 (g) Consistente en las reacciones de electrodos: - Ánodo: 2F→ F2 (g) + 2 e- Cátodo: 2 H+ + 2 e-→ H2 (g)  Se produce la oxidación de los fluoruros.  En el cátodo se descarga hidrógeno, por lo que es necesario evitar que entren en contacto estos dos gases para que no haya riesgo de explosión.

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

El éxito de Moissan fue consecuencia de utilizar platino, un metal muy inerte, y trabajar a bajas temperaturas reduciendo de esta manera la actividad del flúor.

 Un siglo después se consigue la síntesis química del flúor

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COMPUESTOS PRINCIPALES •

El flúor al ser un elemento tan electronegativo tiene tendencia a captar electrones y a formar compuesto con casi todo, incluyendo los gases nobles como el radón y el xenón (XeF2), para tener la configuración de gas noble.

•

Los enlaces iónicos entre el flúor y los iones metálicos y la mayor parte de los enlaces covalentes entre el flúor y otros átomos no metálicos son fuertes.

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•

Los compuestos principales que forma son:  CaF2 : con el que se obtiene el HF ¾ HF: con el se obtiene otros compuestos importantes como: 9 F2 9 AlF3, 9 Na3AlF6 (criolita) 9 fluorocarbonos  BF3 ,LiF ,SF6 ,SnF2 UF6, CFCs, NaF  politetrafluoroetileno

(PTFE)

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•

Los CFCs como refrigerantes, propelentes, agentes espumantes, aislantes, etc., pero debido a que contribuyen a la destrucción de la capa de ozono se han ido sustituyendo por otros compuestos químicos, como los HCFs. • El politetrafluoroetileno (PTFE), es un polímero denominado comúnmente teflón. Material aislante muy resistente al calor y a la corrosión, usado para articulaciones y revestimientos así como en la fabricación de ollas y sartenes.

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 Oxoácidos: ¾ Forma el HOF, el cual no tiene cargas formales , pero solo existen en los estados sólido y líquido. En agua, el HOF se descompone en HF, H2 O2 y O2 (g)  Óxidos: ¾ OF2 : es muy inestable

¾ O2F2 : es muy inestable

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CLORO Obtención y abundancia • El cloro se obtiene principalmente (más del 95% de la producción) mediante la electrólisis de cloruro de sodio, NaCl, en disolución acuosa, denominado proceso del cloro-álcali. •

Se emplean tres métodos: electrolisis con celda de amalgama de mercurio, electrolisis con celda de diafragma y electrolisis con celda de membrana.

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Características generales • • • • • • •

Símbolo: Cl Nº atómico: 17 Periodo: 3 Peso molecular: 35,45u Configuración electrónica: [Ne]3s2 3p5 Estados de oxidación: ±1, +3, +5, +7 Forma molecular: Cl2

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Compuestos Principales del cloro • • •

•

•

Algunos cloruros metálicos se emplean como catalizadores. Por ejemplo, FeCl2, FeCl3, AlCl3. Ácido hipocloroso, HClO. Se emplea en la depuración de aguas y alguna de sus sales como agente blanqueante. Ácido cloroso, HClO2. La sal de sodio correspondiente, NaClO2, se emplea para producir dióxido de cloro, ClO2, el cual se usa como desinfectante. Ácido clórico(HClO3). El clorato de sodio, NaClO3, también se puede emplear para producir dióxido de cloro, empleado en el blanqueo de papel, así como para obtener perclorato. Ácido perclórico (HClO4). Es un ácido oxidante y se emplea en la industria de explosivos. El perclorato de sodio, NaClO4, se emplea como oxidante y en la industria textil y papelera.

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Compuestos orgánicos del cloro •

Algunos compuestos orgánicos de cloro se emplean como pesticidas. Por ejemplo, el hexaclorobenceno (HCB), el paradiclorodifeniltricloroetano (DDT), el toxafeno, etcétera. • Muchos compuestos organoclorados presentan problemas ambientales debido a su toxicidad, por ejemplo los pesticidas anteriores, los bifenilos policlorados (PCBs), o las dioxinas. • Compuestos de cloro como los clorofluorocarburos (CFCs) contribuyen a la destrucción de la capa de ozono.

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Obtención y abundancia • Principalmente el cloro se encuentra, en la naturaleza, en forma de NaCl, como Silvina, KCl, o la karnalita, KMgCl3x6H2O. • Es el halógeno más abundante en el agua marina con una concentración de unos 18000 ppm. • Es prácticamente imposible encontrarlo sin combinar con otros elementos, debido a su alta reactividad.

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Electrolisis con celda de amalgama de mercurio • Se emplea un cátodo de mercurio y un ánodo de titanio recubierto de platino u óxido de platino. El cátodo está depositado en el fondo de la celda de electrolisis y el ánodo sobre éste, a poca distancia. • La celda se alimenta con cloruro de sodio y, con la diferencia de potencial adecuada, se produce la electrolisis: – 2Cl– – 2e- → Cl2 – Hg + 2Na + + 2e– → NaHg

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Electrolisis con celda de amalgama de mercurio • A continuación se procede a la descomposición de la amalgama formada para recuperar el mercurio. La base sobre la que está la amalgama está ligeramente inclinada y de esta forma va saliendo de la celda de electrolisis y se pasa a una torre en donde se añade agua a contracorriente, produciéndose las reacciones: H2O + 1e– → 1/2H2 + OH– NaHg – 1e– → Na+ + Hg • De esta forma el mercurio se reutiliza. • Con este método se consigue una sosa (NaOH) muy concentrada y un cloro muy puro, sin embargo consume más energía que otros métodos y existe el problema de contaminación por mercurio.

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Electrolisis con celda de amalgama de mercurio

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Electrolisis con celda de diafragma • Se emplea un cátodo perforado de acero o hierro y un ánodo de titanio recubierto de platino u óxido de platino. Al cátodo se el adhiere un diafragma poroso de fibras de asbesto y mezclado con otras fibras (por ejemplo con politetrafluoroetileno). Este diafragma separa al ánodo del cátodo evitando la recombinación de los gases generados en estos. • Se alimenta el sistema continuamente con salmuera que circula desde el ánodo hasta el cátodo. Las reacciones que se producen son las siguientes: – 2Cl– – 2e– → Cl2 (en el ánodo) – 2H+ + 2e – → H2 (en el cátodo)

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Electrolisis con celda de diafragma • En la disolución queda una mezcla de NaOH y NaCl. El NaCl se reutiliza y el NaOH tiene interés comercial. • Este método tiene la ventaja de consumir menos energía que el que emplea amalgama de mercurio, pero el inconveniente de que el NaOH obtenido es de menor pureza, por lo que generalmente se concentra. También existe un riesgo asociado al uso de asbestos.

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Electrolisis con celda de diafragma

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Electrolisis con celda de membrana • Este método es el que se suele implantar en las nuevas plantas de producción de cloro. Supone aproximadamente el 30% de la producción mundial de cloro. • Es similar al método que emplea celda de diafragma: se sustituye el diafragma por una membrana sintética selectiva que deja pasar iones Na+, pero no iones OH– o Cl–.

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Electrolisis con celda de membrana • El NaOH que se obtiene es más puro y más concentrado que el obtenido con el método de celda de diafragma, y al igual que ese método se consume menos energía que en las de amalgama mercurio, aunque la concentración de NaOH sigue siendo inferior, se obtienen concentraciones del 32% a 35%, y es necesario concentrarlo. Por otra parte, el cloro obtenido por el método de amalgama de mercurio es algo más puro. La tercera generación de membranas ya supera en pureza de cloro a las celdas de mercurio.

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Electrolisis con celda de membrana

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Electrolisis con celda de membrana

Típica celda de membrana cloro - alcali

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Produccion industrial de Cloro Comparación (Tomado de Buchner et al, Industrial Inorganic Chemistry, VCH 1985)

Catodo Hg: ↑ NaOH 50% pura (sin evap) ↑ Cl2 (g) puro ↓ Voltaje 15% superior a los otros ↓ Requisitos de purificacion mas exigentes ↓ Requisitos exigentes para evitar contaminacion por Hg

Diafragma:

Membrana:

↑ salmuera menos pura

↑ NaOH puro

↑ voltaje moderado

↑ voltaje moderado

↓ NaOH diluido y c/Cl-

↑ No usa contaminantes

↓ Cl2 c/O2

↓ NaOH diluido (33%)

↓ Requisitos exigentes para evitar contaminacion por amianto

↓ Cl2 c/O2 ↓ Requierer salmuera pura ↓ Membrana costosa y de corta duracion

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BROMO CARACTERÍSTICAS GENERALES • Símbolo: Br • Número atómico: 35 • Peso atómico: 79.904 uma • Periodo: 4 • Densidad: 3.12 g/ml • Apariencia: estado líquido a temperatura ambiente. Es de color pardo rojizo, volátil y muy peligroso. Su vapor rojizo es muy irritante y desprende un desagradable olor. • Estado de oxidación: -1, +1 (con Cl), +3 (con F), +5 (con O) • Configuración electrónica: 4s2 4p5 • Descubierto por Antoine-J. Balard (Francia 1826) • Isótopos más estables: 79Br, 81Br

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CARACTERÍSTICAS GENERALES • Soluble en disolventes orgánicos comunes, poco soluble en agua. • Estructura cristalina ortorrómbico.

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OBTENCIÓN Y ABUNDANCIA La mayor parte del bromo se encuentra como bromuro Br- en el mar. Su concentración es de 65µg/g. Se obtiene a partir de las salmueras, mediante la oxidación del ClBr una vez obtenido este. 2Br- + Cl2 → Br2 + 2Cl330000 toneladas al año aproximadamente Los mayores productores son Estados Unidos e Israel.

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APLICACIONES Y USOS • • • • • • • •

Blanqueador. Purificación de aguas. Disolvente. Fluido extintor de incendios. Retardador de incendio de plásticos. Colorantes. Productos farmacéuticos, insecticidas. Fotografía (AgBr): utilizados para hacer películas fotográficas. • Baterías de bromo/ zinc.

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REACTIVIDAD: COMPUESTOS PRINCIPALES Ataca a la mayoría de los metales. Con el aluminio reacciona vigorosamente y con el potasio explosivamente. Los estados de oxidación +1 y +3 (BrO- y BrO2-) son muy inestables en disolución acuosa. La valencia +5 es muy estable. Ej: ión bromato es muy oxidante y reactivo, también es carcinógeno. https://aramis.upo.es/depa/webdex/quimfis/miembros/Web_Sofia/GRUPOS_08/G7.ppt -

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BROMOBENCENO • Líquido incoloro, pesado, m...