ELEMENTOS DEL BLOQUE p ELEMENTOS DEL BLOQUE p

ELEMENTOS DEL BLOQUE p
•Orbitales np parcialmente ocupados en la capa de valencia
en estado fundamental.
•31 elementos pertenecientes a los grupos 13 al 18: 21
considerados “no metales”; algunos “semimetales” ( a ambos
lados de la línea de división de la tabla periódica ) y el resto
“metales”.
•La variación del carácter metálico en un grupo del bloque p
tiene lugar de forma gradual al descender en el mismo,
aumentando con el aumento de z
Elementos del grupo 13
• El boro muestra un comportamiento diferente: B es no metal, Al es metal (metaloide, comportamiento
anfotérico)) mientras que
q los restantes son metales.
• Al es el tercer elemento más abundante de la corteza terrestre, B es poco abundante y los restantes
son escasos.( 3)
• En el B elemental la unidad estructural fundamental es el icosaedro B12 en la que cada átomo de B se
encuentra unido covalentemente a otros 5.(3)
• A medida aumenta en número atómico en el grupo, se incrementa la densidad y disminuye el punto de
ebullición (en general alto), variando el punto de fusión según una parábola asimétrica con mínimo en
el Ga (30ºC).(4)
• Poseen grandes intervalos de temperatura en estado líquido (excepto B).(5)
• El Ga es más electronegativo que el Al: efecto de alternancia. ( 6)
• Los compuestos que forman se caracterizan por el número de oxidación +3 y la covalencia, excepto
para el Talio.
• La estabilidad del estado de oxidación +1 se incrementa con el aumento del número atómico en el
grupo: efecto
f t d
dell par inerte.
i
t (7)
• Los compuestos trivalentes son solubles en agua con formación de iones hidratados. Los
monovalentes dependen en su estabilidad por la desproporción.
• Excepto aluminio,
aluminio no son buenos conductores del calor y electricidad
electricidad. (8)
• El poder oxidante aumenta al descender en el grupo (excepto el boro).
• Deficiencia electrónica y acidez de Lewis de los compuestos neutros.
MÉTODOS DE PREPARACIÓN DE LOS ELEMENTOS
M = sodio o potasio
Se obtiene como
subproducto del refinado
del Cu o del Zn
Se suelen obtener
como subproducto en
las fundiciones de Zn y
Pb
•
Boro elemental(3)
2
•
Las características de los elementos del G13 pueden explicarse a partir de sus
radios atómicos, sus electrones de valencia y el apantallamiento de los restantes
electrones.
electrones
•
Conductividades eléctricas y térmicas de los elementos del grupo 13
COMPUESTOS DE BORO
•
Hidruros simples de B (B2H6)
•
Trihalogenuros de B (BCl3)
•
Compuestos de Boro-Oxígeno (B2O3)
•
Compuestos de Boro con Nitrógeno
(H3NBH3)
•
Boruros metálicos (MB6)
•
Boranos y borohidruros superiores
•
Metaloboranos
•
Carboranos
Hidruros de boro (boranos e hidruros superiores)
•
•
•
el más sencillo de la serie es el diborano B2H6, análogo
al etano.
La estructura propuesta sería la adyacente, pero el boro
tiene sólo tres electrones de valencia
Análisis del diborano (6) como ejemplo de boranos
elemento
B
H
Total
enlace
BH
BHB
BB
Total
nº átomos
2
6
8
nº átomos
2
3
2
e- valencia
3
1
nº e- enlaces
2
2
2
6
nº enlace
4
2
0
e- aportados
6
6
12
enlaces “posibles”
nº e- utilizados
8
4
0
12
6
Hidruros de boro (boranos e hidruros superiores)
•
Se caracterizan por la existencia de enlaces multicentrados deficientes en electrones
•
El conjunto está conformado por enlaces sencillos 2 centros
centros-2
2 electrones (2c-2e)
(2c 2e) y 3
centros - 2 electrones (3c-2e)
•
Los enlaces 3c-2e pueden ser con un átomo de H entre dos de B, o con 3 átomos de B
ubicados en los vértices de un triángulo y solapando sus orbitales sp3 sobre el centro
centro.
Hidruros de boro (boranos e hidruros superiores)
•
Poseen una gran variedad de fórmulas BnHn+4, BnHn+6 y BnHn2-, con estructuras tipo jaula,
denominadas nido, aracno y closo respectivamente, según conformen una estructura de
mayor a menor cerramiento.
j p de boranos
Análisis del tetraborano ((10)) como ejemplo
elemento
nº átomos
e- valencia
B
4
3
12
H
10
1
10
Total
14
enlace
nº átomos
e- aportados
enlaces “posibles”
22
nº e- enlace
11
nº enlaces
nº e- utilizados
BH
2
2
6
12
BHB
3
2
4
8
BB
2
2
1
2
6
22
Total
•Desde el punto de vista conceptual,
las estructuras closo, nido y aracno están
•closo B6
relacionadas por la eliminación sucesiva
de un fragmento
f
de BH y la adición de H o
de electrones.
•nido B5
•aracno B4
Reacciones de los hidruros de boro (boranos)
•
•
•
•
Son muy inestables
Todos arden en el aire con llama verde, algunos explosivamente, formando ácido
bórico.
bórico
Los más ligeros se hidrolizan, formando ácido bórico e H2.
Reaccionan como ácidos de Lewis.
Reacciones
R
i
de
d los
l boranos
b
como ácidos
á id de
d Lewis
L i
a) ruptura simétrica: se da con bases de Lewis blandas y voluminosas, formando
complejos de Lewis.
b) ruptura asimétrica: se da con bases de Lewis duras y pequeñas
pequeñas, formando
complejos de Lewis.
c)) tetrahidroboratos (borhidruros):
(
) se obtienen p
por reacción entre el diborano e
hidruros de metales alcalinos.
B2H6 (poliéter) + 2 LiH (poliéter) Æ 2 LiBH4 (poliéter)
Son buenos reductores, precursores de enlaces C-B y fuente de aniones hidruros (H-)
Trihalogenuros de boro
•
Pueden prepararse por reacción directa (excepto el triyoduro).
•
El trifluoruro usualmente se prepara a partir del óxido de boro y fluoruro de calcio en
ácido sulfúrico.
•
Son moléculas planas trigonales y monoméricas en los tres estados.
•
Son ácidos de Lewis, tanto más fuertes cuanto mayor el anión.
•
Sufren protólisis (excepto el fluoruro) por agua, alcoholes e incluso aminas, con
formación del hidrácido correspondiente.
BCl3 + 3 RNH2 Æ B(NHR)3 + 3 HCl
•
Se han sintetizado compuestos con enlace B-B,
B B, tales como el B2Cl4. La estabilidad
de estos compuestos aumenta con la disponibilidad del otro átomo para formar
enlaces π con el boro.
Compuestos boro oxígeno
•
•
El más importante es el B2O3 y sus derivados hidratados
La hidratación del óxido produce el ácido bórico, débil ácido de Lewis.
B(OH)3 + 2 H2O Æ B(OH)4- + H3O+
•
Los boratos pueden polimerizarse en solución concentrada por pérdida de agua para
dar compuestos en cadena y cíclicos
•
los perboratos contienen el grupo peroxi
Compuestos de los elementos Al, Ga, In y Tl
hidruros
M(s) + H2
óxidos
M(s) + O2
hidróxidos
M2O3 + H2O
Tl2O + H2O
haluros
M(s) + 3/2 X2
M(s) + ½ X2
MH3
Son sólidos de carácter iónico o salino
M2O3 (simple, O2-)
2)
M2O (simple,
( i l O2M2O2 (peróxido; O22-
Al
M(OH)3
2Tl(OH)
MX3
MX
Ga In Tl
Tl
Tl
Todos los óxidos trivalentes en realidad forman el
óxido hidratado, con un enlace M-O cuya fortaleza
disminuye desde aluminio hacia galio.
El de aluminio y el de galio son anfóteros.
El talio da el hidróxido de talio (I)
Se conocen todas las combinaciones MX3, incluso
el TlI3 en un medio iodurado. Los fluoruros son poco
solubles y no se muestran como buenos ácidos de
Lewis.
Se presentan como monómeros a alta temperatura
y como dímeros
dí
a baja,
b j lla estructura
t t
en estado
t d
sólido depende del carácter iónico del compuesto.
Características de las sales
Las soluciones acuosas de las sales de aluminio y galio son ácidas:
[Al(H2O)6]+3
[Al(H2O)5 (OH)]+2 + H+
K= 1,1 x 10-5
[Ga(H2O)6]+3
[Ga(H2O)5 (OH)]+2 + H+
K= 2,5
2 5 x 10-33
A excepción del TlCl que es insoluble en H2O, las sales de Tl se
comportan, en general, similar a las de los metales alcalinos.
Elementos del grupo 14
•
Los elementos mas ligeros del grupo, el carbono y el silicio, son no metales (aunque las
propiedades
i d d eléctricas
lé t i
y otras
t
propiedades
i d d fí
físicas
i
d
dell Si son llas d
de un semimetal),
i t l) ell
germanio es un metaloide y el estaño y el plomo son metales.
•
El C forma un sinnúmero de compuestos binarios con metales y no metales y una extensa
gama de
d compuestos
t órgano
ó
metálicos.
táli
C combinado
bi d con hid
hidrógeno
ó
y oxigeno
i
es d
dominante
i
t
en la biósfera.
•
El Si es un componente dominante de los minerales en la cortera terrestre, silicatos. Es el
segundo elemento en abundancia después del oxigeno
oxigeno.
•
El Si y el Ge son vitales para la alta tecnología moderna (semiconductoresy fibras ópticas)
•
Todos los elementos del grupo, excepto el plomo, tienen por lo menos una fase sólida con una
estructura
t t
tipo
ti diamante.(23)
di
t (23)
•
El estado de oxidación+4 es el dominante en los compuestos de los elementos del grupo. La
principal excepción es el plomo, el estado de oxidación mas común es +2: efecto de par
i
inerte.
t
•
Las electronegatividades del carbono y del silicio son similares a la del hidrogeno y forman
muchos compuestos covalentes de hidrogeno y alquilo. (24)
•
El carbono y el silicio son oxofilos y fluorofilos muy fuertes .
•
En contraste, el plomo forma compuestos más estables con aniones blandos, como I- y S-2 ,
que con aniones duros .
MÉTODOS DE PREPARACIÓN DE LOS ELEMENTOS
Se suele obtener
como subproducto en
el refinado de Zn y Cu
EL CARBONO ELEMENTAL
•Diamante
•
Aislante eléctrico.
•
Duro, abrasivo.
•
Durable, claro y con alto índice de refracción.
•
Estructura tridimensional rígida y covalente.
•
Alta conductividad térmica
térmica.
•Grafito
•
•
•
•
•
Buen conductor en las direcciones paralelas a los planos
de los átomos.
Resbaladizo, se lo usa como lubricante.
Suave y negro, ni durable ni atractivo.
Capas planas con los átomos de C en ordenamiento
hexagonal regular.
Forma compuestos de intercalación.
Fulerenos
Descarga de un arco eléctrico entre electrodos de C en una atmósfera inerte: C60 con estructura
parecida a una pelota de fútbol. Anillos de C de 5 y 6 miembros con simetría icosaédrica en la fase
gaseosa.
Los fulerenos pueden reducirse para formar sales de fuleruro
con metales alcalinos como K3C60
•Nanotubos de carbono
Carbono parcialmente cristalino
•Negro
N
d
de carbono
b
•Carbono activado
•Fibras de carbono
COMPUESTOS DE LOS ELEMENTOS DEL GRUPO 14
™SIMPLES
•
Hidruros
•
Halogenuros
•
Compuestos con oxígeno
•
Compuestos con Nitrógeno
•
Compuestos con metales
™ EXTENDIDOS
ƒ
Química del carbono
•
Aluminosilicatos
•
C
Compuestos
t d
de organosilicio
ili i
•
Compuestos organometálicos
Compuestos
simples
C
Si
HIDRUROS
Hidrocarburos:
saturados e
insaturados.
CH4, gas inodoro e
inflamable
Silanos: SinH2n+2
((hasta cuatro Si
concatenados)
SiH4 , gas
inflamable,
reductor.
Germanos:
GeH4 g
gas,
menos
inflamable,
oxidable a GeO2
y H2O.
Estanano SnH4
Plumbano
PbH4
CON
HALÓGENOS
Tetrahalometanos,
alcanos
parcialmente
halogenados;
halogenuros de
carbonilo
Tetrahalogenuros
halosilanos.
Hidrólisis rápida
Tetrahalogenuros
dihalogenuros
Hidrólisis rápida
Tetrahalogenuros
dihalogenuros.
SnF4 sólido
iónico.
Halocomplejos
Dihalogenuros
PbF4 y PbCl4
Halocomplejos
CON
OXÍGENO
CO, CO2; C3O2
compuestos
moleculares
volátiles
SiO2 sólido no
volátil con
estructura
cristalina
compleja
GeO reductor,
desproporciona a
Ge y GeO2
SnO; SnO2
Anfóteros.
SnO con calor y
ausencia de aire
desproporciona a
Sn y SnO2
PbO anfótero
PbO2 poderoso
oxidante
CON
NITRÓGENO
HCN; (CN)2 gas
Si3N4
Carburos salinos,
metálicos y
metaloides
Siliciuros
CON
METALES
Ge
Sn
Pb
Pb(N3)2
Compuestos simples de silicio-oxigeno
•
Silicatos: Si tetracoordinado tetraédrico
Compuestos extendidos de silicio-oxigeno
•Aluminosilicatos
Al i
ili t
a) en capas: litio, magnesio y hierro: arcillas ( Al2(OH)4Si2O5), talco (
Mg3(OH)2Si4O10),
) micas ( KAl2(OH)2Si3AlO10).
)
y tridimensionales: feldespatos
b)) mallas moleculares
Otros compuestos
•Compuestos de organosilicio
•Compuestos organometálicos