QM-1123 Tema 4. Elementos del grupo VI A

QUÍMICA GENERAL III. TEMA 4. ELEMENTOS DEL GRUPO VIA.
1774
Oxígeno
Joseph Piestley
“formador de ácido”
Lavoisier lo denominó O2
Grupo VI ns2np4 la electronegatividad desciende al
descender en el grupo.
Edo. Oxid.
Oxígeno
-1 y -2
solo
Flúor estados
oxidación positivos
Isótopos
16
O (99.759 %)
O (0.037 %)
18
O (0.204 %)
17
Naturales
Artificiales:
14
O, 15 O, 19 O, 20 O
+ 99 %
Oxigeno
Industrialmente
Liquefacción y destilación
fraccionada del aire
Aire : N2 (78 %), O2(21 %), Ar (0.9 %), otros.
Electrolisis del agua
2H2O
2H2(g) + O2(g)
1
QUÍMICA GENERAL III. TEMA 4. ELEMENTOS DEL GRUPO VIA.
En el Laboratorio:
♠ Descomposición de óxidos metálicos:
∆
2HgO(s)
2Hg(l) + O2(g)
Otros: Ag2O y Au2O3
♠ Peróxidos:
2Na2O2(s)
2BaO2(s)
2Na2O + O2(g)
BaO + O2(g)
♠ Nitratos y Cloratos:
2NaNO3
NaNO2 + O2(g)
KClO3(s)
2KCl + O2(g)
Reacciones del Oxígeno
Aniones
O 2O22O2K
O3 ( O3 + Hidróxidos Rb)
Cs
Superóxidos
peróxidos
óxidos
Ozónidos
2
QUÍMICA GENERAL III. TEMA 4. ELEMENTOS DEL GRUPO VIA.
Casi todos los metales
Excepto Ag y Au
Óxidos
Cs, Rb y K (P y temp amb)
Superóxidos
CsO2
Cs(s) + O2
Peróxido de Sodio:
2Na(s) + O2(g)
4Li(s) + O2(g)
Na2O2(s)
2Li2O(g)
Ba + O2
Debido a que
Li no puede
acomodar al
O22- ó O2-
BaO2
Los demás elementos forman óxidos.
2Mg(s) + O2(g)
2MgO(s)
La mayoría de los no metales reaccionan con O2
(excepto gases nobles)
3
QUÍMICA GENERAL III. TEMA 4. ELEMENTOS DEL GRUPO VIA.
2C(s) + O2(g)
CO(g)
P4O6 (poco O2)
2C(s) + O2(g)
CO2(g)
P4O10 (exceso O2)
S(s) + O2(g)
SO2(g) + 1/2O2(g)
SO2
SO3(g)
Altas temp
N2(g) + O2(g)
2NO(g)
Usos del Oxígeno:
1. Producción de acero.
2. Procesamiento y fabricación de metales.
3. Producción de compuestos que contienen O2
(Compuestos orgánicos y Na2O2).
4. Oxidante en combustibles para cohetes.
5. La llama de oxiacetileno.
6. Tratamiento biológico de aguas de desecho.
7. Soporte de vida
4
QUÍMICA GENERAL III. TEMA 4. ELEMENTOS DEL GRUPO VIA.
Peróxido de Hidrógeno.
Laboratorio:
BaO2.8H2O + H2SO4
Descomp.
2H2O2
BaSO4 + H2O2 + 8H2O
H2O + O2(g) ∆H° = -196.4 kJ
Oxidante Fuerte:
Fe3+
(ácido) Fe2+
y SO32-
SO42-
Puede actuar como reductor:
5H2O2(ac) + 2MnO4- + 6H+
2Mn2+ + 5O2(g) +8H2O
5
QUÍMICA GENERAL III. TEMA 4. ELEMENTOS DEL GRUPO VIA.
6
QUÍMICA GENERAL III. TEMA 4. ELEMENTOS DEL GRUPO VIA.
Ozono:
Características:
Gas, azul pálido, tóxico (p.e. -113 °C)
Poderoso agente oxidante
chispa
3O2(g)
Usos:
2 O3(g)
- Purificación de agua potable
- Desodorizar el aire
- Blanquear ceras, aceites y textiles.
Oxidar S2- a SO424 O3(g) + PbS(S)
PbSO4(s) + 4 O2(g)
Oxidar a los metales excepto a Au y Pt.
O3(g) + 3 Hg(l)
3HgO(s)
Distancia enlace O-O
Oxigeno
110 pm
Ozono
128 pm
7
Peróxido
149 pm
QUÍMICA GENERAL III. TEMA 4. ELEMENTOS DEL GRUPO VIA.
Modificaciones alotrópicas del S, Se y Te.
Alótropos
Diversas formas como se presentan
los elementos en la naturaleza.
8
QUÍMICA GENERAL III. TEMA 4. ELEMENTOS DEL GRUPO VIA.
S
S8, S4, S2
S2 paramagnético O2
gaseoso
T amb.
Se
Forma grisácea
metálica hexagonal
Cadenas escalonadas
átomos de Se
dos formas
Monoclínica roja
Te
y otra Se8 como el S
cristales hexagonales
Blanco plateado
amorfa
Negra
Po
Cúbica y romboédrica
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Cadenas zig-zag
átomos de Te
QUÍMICA GENERAL III. TEMA 4. ELEMENTOS DEL GRUPO VIA.
Distribución y preparación industrial del S, Se y Te
Elemento
Azufre
Selenio
Telurio
Localización del azufre, selenio y telurio
Porcentaje en
la corteza
Localización
terrestre
Natural, FeS2 (pirita), PbS (galena), HgS (cinabrio),
0.05
ZnS (estalerita), Cu2S (calcocita), CaSO4.2H2O
(yeso), BaSO4 (barita), MgSO4.7H2O (epsomita)
Pequeñas cantidades de Se en algunos depósitos de
S; minerales raros: Cu2Se, PbSe, Ag2Se. Bajas
9x10-6
concentraciones en minerales de sulfuros de Cu, Fe,
Pb, Ni.
Pequeñas cantidades de Te en algunos depósitos de
S, minerales raros: AuTe2, PbTe, Ag2Te, Au2Te y
2x10-7
Cu2Te. Bajas concentraciones en minerales
azufrados de Cu y Fe.
Proceso Frasch.
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QUÍMICA GENERAL III. TEMA 4. ELEMENTOS DEL GRUPO VIA.
Compuestos Hidrogenados de S, Se y Te
H 2S
H2Se
H2Te
S altas
Combina H2 con Se
Te temp
Son inestables
y se obtienen
mezclas
contaminadas
La reacción de ácidos sobre S2-, Se2-, Te2FeS(s) + 2 H+
Fe2+(ac) + H2S(g)
Laboratorio:
CH3C=SNH2 + H2O
CH3C=ONH2 + H2S
H 2S + O 2
dependiendo de la
cantidad de O2
SO2 ó S
H2S, H2Se y H2Te son solubles en agua y se disocian:
H+(ac) + HS- (ac)
H+(ac) + S2- (ac)
H2S(ac)
HS-(ac)
H2Te > H2Se > H2S carácter ácido
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QUÍMICA GENERAL III. TEMA 4. ELEMENTOS DEL GRUPO VIA.
Sulfuros
alcalinos y
Alcalino térreos
Solubles
otros
Insolubles
en agua
otros reaccionan
Al2S3(s) + H2O
2Al(OH)3(s) + 3H2S(g)
Insolubilidad puede ser aprovechada para la separación de
cationes en Química Analítica.
Pb2+(ac) + H2S(g)
PbS(s) + 2H+(ac)
S2-(ac) + nSn
Con azufre:
Sn+12-(ac)
S22- al S62Se52- y Te62-
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QUÍMICA GENERAL III. TEMA 4. ELEMENTOS DEL GRUPO VIA.
Óxidos, oxiácidos y axianiones de S.
1774
Joseph Priestley
SO2 Olor asfixiante y es venenoso
Hg(l) + H2SO4(l)
HgSO4(s) + SO2(g) + 2H2O
Laboratorio:
H+(ac) + SO32-(ac)
SO2(g) + H2O
SO2(g) + H2O
H2SO3(ac)
H+(ac) + HSO3- (ac)
H+(ac) + SO32- (ac)
H2SO3(ac)
HSO3-ac)
NaHSO3 y Na2SO3
Aditivos de alimentos
impiden la descomposición
por bacterias.
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QUÍMICA GENERAL III. TEMA 4. ELEMENTOS DEL GRUPO VIA.
H2SO4
Se prepara a gran escala por el método de las cámaras de plomo y
el de contacto. En el primero la oxidación del SO2 es catalizada por
óxidos de nitrógeno (se forma como intermediario ácido nitrosilsulfúrico
HOSO2ONO).
Reacciones importantes del H2SO4.
Autoionización:
2 H2SO4 → H3SO4+ + HSO4Acido sulfúrico fumante:
H2SO4 + exceso de SO3 → “Oleum”
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QUÍMICA GENERAL III. TEMA 4. ELEMENTOS DEL GRUPO VIA.
Propiedades del H2SO4 .
Agente oxidante moderado.
Fuerte agente deshidratante.
Capacidad para producir H2SO4 en los países de libre empresa.
(miles de toneladas métricas por día).
Países
1970
1980
1990
Estados Unidos
92.7
152.7
189.1
Europa
99.1
170.9
200.0
Japón
20.9
27.3
36.4
Canadá
10.0
15.5
22.7
México
6.8
8.9
5.6
África del Norte
4.0
18.6
35.0
Mundial
250.9
430.9
614.5
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QUÍMICA GENERAL III. TEMA 4. ELEMENTOS DEL GRUPO VIA.
Ácido sulfúrico,
sulfúrico de fórmula H2SO4, es un líquido corrosivo, de gran
viscosidad, incoloro y con una densidad relativa de 1,85. Tiene un punto
de fusión de 10,36 °C, un punto de ebullición de 340 °C y es soluble en
agua en cualquier proporción. Al mezclar ácido sulfúrico con agua se
libera una considerable cantidad de calor. A menos que la mezcla se agite
bien, el agua añadida se puede calentar más allá de su punto de
ebullición y la formación repentina de calor puede hacer saltar el ácido
fuera del recipiente. El ácido concentrado destruye la piel y la carne, y
puede causar ceguera si se introduce en los ojos. El mejor tratamiento en
caso de accidente es eliminar el ácido con grandes cantidades de agua. A
pesar del peligro potencial si se maneja sin cuidado, el ácido sulfúrico ha
sido muy importante comercialmente durante muchos años. Los antiguos
alquimistas lo preparaban en grandes cantidades calentando sulfatos
existentes en la naturaleza a altas temperaturas y disolviendo en agua el
trióxido de azufre obtenido de esta forma. En el siglo XV
aproximadamente, se desarrolló un método para obtener el ácido,
destilando sulfato ferroso hidratado (o vitriolo de hierro) con arena. En
1740 empezó a producirse el ácido a escala comercial quemando azufre y
nitrato de potasio en un caldero suspendido en un gran globo de cristal,
cubierto parcialmente de agua.
El ácido sulfúrico es un ácido fuerte en disolución acuosa. Se disocia
fácilmente en iones hidrógeno (H+) e iones sulfato (SO42-). Cada
molécula produce dos iones H+, o sea que el ácido sulfúrico es diprótico.
Sus disoluciones diluidas muestran todas las características de los ácidos:
tienen sabor amargo, conducen la electricidad, neutralizan los álcalis y
corroen los metales activos desprendiéndose gas hidrógeno. A partir del
ácido sulfúrico se pueden preparar sales que contienen el grupo sulfato, y
sales ácidas que contienen el grupo hidrogenosulfato.
El ácido sulfúrico concentrado, llamado antiguamente aceite de
vitriolo, es un importante agente desecante. Actúa tan vigorosamente en
este aspecto que extrae el agua, y por lo tanto carboniza, la madera, el
algodón, el azúcar y el papel. Debido a estas propiedades desecantes, se
usa para fabricar éter, nitroglicerina y tintes. Cuando se calienta, el ácido
sulfúrico concentrado se comporta como un agente oxidante capaz, por
ejemplo, de disolver metales tan poco reactivos como el cobre, el
mercurio y el plomo, produciendo el sulfato del metal, dióxido de azufre y
agua.
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QUÍMICA GENERAL III. TEMA 4. ELEMENTOS DEL GRUPO VIA.
Tiosulfato:
8SO32-(ac) + S8(s)
8S2O32-(ac)
O
O
-O
S
-O
O-
S
O-
S
O
Na2S2O3.5H2O empleado en Fotografía
Eliminar
AgBr no
expuesto
Análisis cuantitativo:
2I-(ac) + S4O62-(ac)
2S2O32- + I2(s)
Óxidos, oxiácidos y oxianiones de Se y Te.
Se y Te
dióxidos y trióxidos
SeO2 + H2O
TeO2
H2SeO3 (ácido débil)
insoluble
Base
NaHTeO3 y Na2TeO3
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QUÍMICA GENERAL III. TEMA 4. ELEMENTOS DEL GRUPO VIA.
HSeO4- (ac) + H2O + H+
H2SeO3(ac) + H2O2(ac)
oxidantes
TeO2
acuosos
H6TeO6
(ácido ortotelúrico)
k1 ≈ 10-8
k2 ≈ 10-11
Contaminación del aire.
1. CO
combustión incompleta automóviles
tóxico
combina hemoglobina lo que evita el transporte de O2
2. SO2 y SO3
Mayor fuente combustión del C
Causa lluvia ácida.
- Causan daños respiratorios
- Dañan las plantas
3. NO y NO2
4. Hidrocarburos
- corroen metales
-Atacan mármoles y calizas
NO producido por automóviles
Petróleo, gas natural y carbón
Evaporación, refinación del petróleo y combustión
incompleta. NO2 por descomposición de la luz genera
ozono.
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QUÍMICA GENERAL III. TEMA 4. ELEMENTOS DEL GRUPO VIA.
O3 reacciona con Hidrocarburos
Contaminantes
fotoquímicos
Afectan los ojos, piel, pulmones, dañan cosechas y
destruyen materiales
5. Pequeñas partículas entre 0.01 a 100 µm
causan daños en los pulmones y pueden ser tóxicas.
USOS:
AZUFRE
- 80 % se usa para preparar H2SO4
- Vulcanización del caucho.
- Pigmentos, pinturas, papel.
- Fungicidas, insecticidas y
productos farmacéuticos.
SELENIO
- Pilas fotoeléctricas.
- Xerografía (fotocopia seco).
- Vidrio coloreado, cerámicas y
pigmentos.
- Aleaciones, acero, caucho.
- Inhibidores de la oxidación en
aceites lubricantes.
TELURIO
- Vulcanización del caucho.
- Vidrio, cerámicas, aleaciones.
- Pigmentos para esmaltes.
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