Tema 6. Los halógenos. Propiedades generales, preparación y
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Tema 6 Los halogenos 17 Tema 6. Los halógenos. Propiedades generales, preparación y usos de los halógenos. Haluros de hidrógeno. Oxiácidos de los halógenos. Usos de los halogenuros. Cloro 1774 Karl Wilhelm Scheele . Iodo 1811 Bernard Courtois Bromo 1825 Antoine J. Balard Fluor Henri Moissan. 1886 Propiedades Energía de ionización, kJ/mol Afinidad electrónica, kJ/mol Electronegatividad, Pauling Energía de enlace (kJ/mol) Punto fusión, ºC Punto ebullición, ºC Potencial normal de reducción, V (medio básico) X2 2X∆Hvap ∆Hdis ∆E ∆Hhid ∆Hr Flúor Cloro Bromo Yodo 1680 -333 43 155 -219 -188 +2.87 1251 -348 2.8 240 -101 -34 +1.36 1143 -324 2.5 190 -7 60 +1.07 1009 -295 2.2 149 114 185 +0.54 0 79 -333 -460 -714 0 122 -349 -385 -612 15 96 -340 -351 -580 30 76 -297 -3051 -496 Tema 6 Los halogenos Halogenos Generadores de sales En el estado elemental forman moléculas diatómicas, X2. En la naturaleza, sin embargo, debido a su alta reactividad, los halógenos se encuentran siempre combinados con otros elementos. Forman un gran número de compuestos. El cloro, el bromo y el yodo se encuentran como halogenuros en el agua de mar, y el flúor se encuentra en minerales como fluorita (CaF2) y criolita (Na3AlF6). El Yodo también se encuentra como iodato en el nitrato de chile 2 Tema 6 Los halogenos Preparación y propiedades generales de los halógenos ¾ Como el flúor y el cloro son agentes oxidantes fuertes, deben prepararse por oxidación (electroquímica)de los iones fluoruro y cloruro. ¾ La electrólisis de disoluciones acuosas de fluoruros es inadecuada porque el flúor es un agente oxidante más enérgico que el oxígeno. ¾ El flúor se prepara electrolizando fluoruro de hidrógeno líquido que contiene fluoruro de potasio para aumentar su conductividad, a 70°C aproximadamente Ánodo 2F- Cátodo 2H+ + 2e- Reacción global 2HF(l) F2(g) + 2eH2(g) H2(g) +F2(g) 3 Tema 6 Los halogenos Preparación de C12(g). Electrólisis de NaCl fundido Electrólisis de una disolución acuosa de NaCl concentrada (llamada salmuera). Método cloroalcali. : 2NaCl(ac) + 2H2O(l) 2NaOH(ac) + H2(g) + Cl2(g) 4 Tema 6 Los halogenos Hay que separar los productos: 2NaOH(ac) + Cl2(g) NaOCl(ac) + NaCl(ac) + H2O(l) H2(g) + Cl2(g) 2HCl(g) Bromo molecular y yodo se preparan a partir del agua de mar por oxidación con cloro. Cl2 + 2X- X2 + 2ClX= Br ó I En el laboratorio, el cloro, el bromo y el yodo se pueden preparar por reacción de cloruros alcalinos (NaCl, KBr o KI) con óxido de manganeso(IV) en medio ácido: MnO2(s) + 2H2SO4(ac) +2NaCl(ac) MnSO4(ac) + Na2SO4(ac)+ 2H2O(l)+Cl2(g) 5 Tema 6 Los halogenos Reactividad ¾ Los números de oxidación de los halógenos pueden variar desde -1 hasta + 7. La única excepción es el flúor. Como es el elemento más electronegativo, solo puede tener dos números de oxidación, (0) (como en F2) y -1 en sus compuestos. ¾ Los halogenuros ya han sido comentados 6 Tema 6 Los halogenos Singularidad del Fluor Debilidad del enlace F–F: el flúor fue el último de los halógenos en ser obtenido debido fundamentalmente a su gran reactividad. ¾ El Flúor es el más reactivo de entre los reactivos halógenos. Uno de los factores que explican esa elevada reactividad es la debilidad del enlace F–F. Energía de enlace (kJ/mol) Flúor Cloro Bromo Yodo 158 243 193 151 ¾ Las moléculas X2 sitúa de 6 pares de electrones solitarios a muy corta distancia lo que origina repulsiones interelectrónicas se suavizan al aumentar la distancia internuclear hacerse más difusos los orbitales que los alojan. ¾ En el caso de sustancias iónicas, el pequeño tamaño del fluoruro da lugar a redes iónicas muy estables. Por ello las reacciones con los metales son muy favorables. NaF Energía reticular (kJ/mol) 915 NaCl NaBr NaI 781 743 699 7 Tema 6 Los halogenos ¾ En el caso de compuestos covalentes En. enlace (kJ/mol) XX HX BX3 AlX3 CX4 NX3 158 574 645 582 456 272 Cl 243 428 444 427 327 201 Br 193 363 368 360 272 243 I 294 272 285 239 -- F 151 La reactividad del flúor se debe a la debilidad del enlace F-F y a la fortaleza del enlaces F-X. Otros factores Falta de electrones d accesibles energéticamente: Elevada electronegatividad: lo que permite por una parte que el F forme los enlaces por puentes de hidrógeno. 8 Tema 6 Los halogenos Halogenuros de hidrógeno ªSe pueden formar por la combinación directa de los elementos: H2(g) + X2(g) 2HX(g) ªEl cloruro de hidrógeno se prepara en forma industrial como subproducto en la manufactura de hidrocarburos clorados: C2H6(g) + Cl2(g) C2H5Cl(g) + HCl(g) 9 Tema 6 Los halogenos ªEn el laboratorio, se pueden preparar por reacción de los H2SO4(ac) halogenuros metálicos con ácido sulfúrico concentrado: CaF2(s) + H2SO4(ac) 2NaCl(s) + H2SO4(ac) 2HF(g) + CaSO4(s) HCl(g 2HCl(g) + Na2SO4(ac) NaCl ªEl bromuro de hidrógeno y el yoduro de hidrógeno se oxidan a bromo y yodo elemental. Por ejemplo, la reacción entre NaBr y H2SO4 es: 2NaBr(s) + 2H2SO4(ac) ªYoduro y bromuro de hidrógeno Br2(l) + SO2(g) + Na2SO4(ac) + 2H2O(l) se preparan por hidrólisis de halogenuros covalentes: P4(s) + 6Br2(l) PBr3(l) + 3H2O(l) 4PBr3(l) 3HBr(g) + H3PO3(ac) 10 Tema 6 Los halogenos ¾ La alta reactividad del HF se demuestra por el hecho de que ataca la sílice y los silicatos: 6HF(ac) + SiO2(s) H2[SiF6](ac) + 2H2O(l) ¾ Esta propiedad confiere al HF utilidad para marcar el vidrio y por esta razón el HF debe guardarse en recipientes de plástico o de metales inertes (por ejemplo, Pt). ¾ El fluoruro de hidrógeno se usa en la manufactura de los freones, por ejemplo: CCl4(l) + HF(g) CFCl3(g) + HCl(g) CFCl3(g) + HF(g) CF2Cl2(g) + HCl(g) 11 Tema 6 Los halogenos ¾ El cloruro de hidrógeno se usa en la preparación de ácido clorhídrico, cloruros inorgánicos y en varios procesos metalúrgicos. ¾ Las disoluciones acuosas de los halogenuros de hidrógeno son ácidas. La fuerza de los hidroácidos aumenta como sigue: HF < HCl < HBr < Hl 12 Tema 6 Los halogenos Oxoácidos de los halógenos Los halógenos forman una serie de oxoácidos con las siguientes fórmulas generales: El ácido cloroso, HClO2, es el único ácido haloso conocido. Todos los halógenos excepto el flúor, forman ácidos hálico y perhálico. Las estructuras de Lewis de los oxoácidos son: H:O:X H:O:X:O: :O: H:O:X:O: :O: H:O:X:O: :Ö: HOX ácido hipohaloso, HXO2 ácido haloso, HXO3 ácido hálico y HXO4 ácido perhálico 13 Tema 6 Los halogenos Para un halógeno dado, la fuerza del ácido disminuye del ácido perhálico al ácido hipohaloso Los ácidos del yodo en mayor estado de oxidación tienen estequiometria distinta debido al mayor volumen del yodo. 14 Tema 6 Los halogenos Compuestos interhalógenos ªLos compuestos interhalógeno son derivados formados entre dos diferentes elementos halógeno XY, XY3 XY5 y XY7, ªX y Y son dos halógenos diferentes y X es el átomo más grande de los dos. ªMuchos de estos compuestos se pueden preparar por combinación directa: Cl2(g) + F2(g) 2CIF(l) Cl2(g) + 3F2(g) 2ClF3(g) Br2(l) + 3F2(g) 2BrF3(g) ªOtros requieren rutas indirectas KCl(s) + 3F2(g) KF(s) + CIF5(g) KI(s) + 4F2(g) KF(s) + IF7(g) Los compuestos interhalógeno son inestables y reaccionan violentamente con el agua. Todas las moléculas interhalógeno violan la regla del octeto 15 Tema 6 Los halogenos Usos de los halógenos Flúor. Los halógenos y sus compuestos encuentran muchas aplicaciones en la industria, en el cuidado de la salud y en otras áreas. (Adición de NaF al agua potable para reducir las caries dentales. El hexafluoruro de uranio, UF6 que es esencial en el proceso de difusión gaseosa para la separación de los isótopos de uranio (U-235 y U-218). El flúor se usa para producir politetrafluoroetileno, un polímero mejor conocido como Tetlón: [CF2-CF2]n El teflón se usa en aislantes eléctricos, plásticos de alta temperatura, utensilios de cocina, etc. 16 Tema 6 Los halogenos Cloro. El cloro se usa ampliamente en la industria como agente blanqueador de papeles y textiles. El blanqueador ordinario(lejía) que se emplea en el lavado doméstico contiene el ingrediente activo hipoclorito de sodio (un 5% en masa) Cl2(g) + 2NaOH(ac) NaCl(ac) + NaOCl(ac) + H2O(l) El cloro también se usa para purificar agua y desinfectar piscinas. Cuando el cloro se disuelve en agua, se lleva a cabo la siguiente reacción: Cl2(g). + H2O(l) HCl(ac) + HOCl(ac) Los derivados orgánicos clorados, tetracloruro de carbono y el cloroformo, son útiles como disolventes orgánicos. El cloro también se usa para producir polímeros como el cloruro de polivinilo PVC. 17 Tema 6 Los halogenos Bromo. Se usa para preparar dibromuro de etileno (BrCH2CH2Br), necesario para evitar el depósito del plomo en los motores de gasolina. Bromuro de plata (AgBr), que se usa en las películas fotográficas. Yodo. Una disolución alcohólica al 50% de yodo (en masa). se conoce como tintura de yodo y se usa en medicina como antiséptico. La sal de mesa yodada que se vende por lo general contiene 0.01% de KI o NaI, que es más que suficiente para satisfacer el requerimiento de 1mg de yodo p or semana para la formación de tiroxina en el cuerpo humano. 18 Tema 6 Los halogenos Un compuesto de yodo que merece mención es el yoduro de plata, AgI. Un sólido amarillo pálido que se oscurece cuando se expone a la luz. Este comportamiento es similar al del bromuro de plata. El yoduro de plata se puede usar en la siembra de nubes. La ventaja de usar el yoduro de plata es que se puede formar un enorme número de núcleos (esto es, pequeñas partículas sobre las que se pueden formar cristales de hielo). Unos 1010 núcleos se producen a partir de 1g de AgI por la vaporización de una disolución de yoduro de plata en acetona en un lecho caliente. Entonces los núcleos se dispersan en las nubes desde un aeroplano. 19
