Grupo 16

Química Inorgánica
Grupo 16 1
GRUPO 16
Los elementos del grupo 16 suelen denominarse calcógenos. El oxígeno, el azufre y el selenio son
no metales, el teluro es un metaloide y el polonio un metal. Si bien el O y el S son elementos
altamente electronegativos, el O se diferencia considerablemente de los elementos del grupo. La
alotropía es una característica importante en el grupo, siendo el azufre el elemento que presenta
más alótropos naturales.
Elemento
oxígeno
azufre
selenio
teluro
polonio
símbolo
O
S
Se
Te
Po
configuración electrónica
[He]2s2 2p4
[Ne]3s2 3p4
[Ar]3d10 4s2 4p4
[Kr]4d10 5s2 5p4
[Xe]4f14 5d10 6s2 6p4
La configuración electrónica sugiere que el número de oxidación máximo es +6. Mientras que el
oxígeno nunca alcanza este estado de oxidación, los otros elementos lo hacen en ciertas
circunstancias. El azufre forma compuestos estables con números de oxidación entre -2 y +6
(figura 1).
Figura 1. Diagrama de Frost para los elementos del grupo 16 en medio ácido.
Obtención
Tanto el oxígeno como el azufre existen en forma nativa en la naturaleza. El selenio y teluro se
hallan en sulfuros.
✔ El oxígeno elemental, O2, representa el 21% en masa de la atmósfera y es el elemento más
abundante en la corteza terrestre y en los océanos. Un ser humano promedio tiene dos tercios
de oxígeno en masa. Se obtiene industrialmente mediante la destilación fraccionada del aire
líquido (punto de ebullición del N2 -196 °C y del O2 -183 °C).
✔ El principal uso del oxígeno es la fabricación de acero (se necesita alrededor de una tonelada
de oxígeno para fabricar una tonelada de acero), también se usa en la producción del pigmento
blanco TiO2, el tratamiento de aguas, el blanqueado de pulpa de papel y como atmósfera
artificial en aplicaciones médicas y submarinas.
✔ El ozono (O3) se produce por medio de descargas eléctricas o de radiación ultravioleta sobre
O2, y es usado en el tratamiento de aguas y en la preservación de alimentos.
Química Inorgánica
Grupo 16 2
✔ El azufre se encuentra en la naturaleza en depósitos, en meteoritos, volcanes y manantiales de
agua caliente y en forma de sulfuros como la galena (PbS) y sulfatos como barita (BaSO4) y
sales de Epsom (MgSO4).
✔ El azufre puede extraerse mediante el proceso de Frasch en el cual los depósitos son forzados
a salir a la superficie mediante el uso de agua caliente, vapor y aire comprimido. La extracción
de azufre a partir del gas natural y petróleo crudo se realiza mediante el proceso de Claus, en el
cual el H2S se oxida a altas temperaturas y en presencia de catalizadores:
2 H2S (g) + SO2 (g) → 3 S (l) + 2 H2O (l)
✔ El azufre es un componente de la pólvora y se usa en la vulcanización de hule natural. La
mayor parte del azufre producido se emplea en la fabricación de ácido sulfúrico, H 2SO4, (figura
2) por el método de contacto.
Figura 2. Obtención industrial del ácido sulfúrico.
✔ El ácido sulfúrico es uno de los productos químicos más importantes en el mundo, empleado
en la síntesis de fertilizantes, de pigmentos, en baterías de plomo (figura 3).
Figura 3. Principales usos del ácido sulfúrico.
Propiedades
➢ O2 es un gas incoloro, inodoro, reactivo, poco soluble en agua (hasta 3,08 cm3/100 cm3 de agua
a 25 ºC) y soluble en disolventes orgánicos.
➢ la descripción del enlace de acuerdo a la TOM (figura 4) implica la existencia de un doble
enlace y explica que la molécula sea paramagnética.
Figura 4. Diagrama de orbitales moleculares y
configuración electrónica de O2.
Química Inorgánica
Grupo 16 3
➢ el estado fundamental de O2 es un triplete (2 electrones desapareados) indicado como O2(3Σg-).
➢ el oxígeno también puede formar dos estados excitados singlete (figura 5) O2(1Δg) y O2(1Σg+), el
estado 1Δg sobrevive lo suficiente como para participar en reacciones químicas.
Oxígeno singlete
Figura 5. Transiciones del O2.
Oxígeno triplete
las reacciones del dioxígeno suelen ser termodinámicamente favorables pero lentas
➢ O3 es un gas altamente reactivo, de olor fuerte, color azul y oxidante, es una molécula
diamagnética y angular (ángulo de enlace 117 º):
➢ el azufre formar uniones simples consigo mismo, se agrega a moléculas grandes o estructuras
extendidas, por lo cual el azufre es un sólido a temperatura ambiente presente en varias formas
alotrópicas que consisten en anillos Sn (n= 6-20).
➢ S8 ortorrómbico: es un sólido amarillo, aislante eléctrico y térmico, insoluble en agua y soluble
en C6H6 y CS2, consistente en un anillo de ocho átomos dispuestos como una corona:
➢ S8 monoclínico: se forma cuando se caliente azufre ortorrómbico (figura 6).
➢ S plástico: S líquido, viscoso formado a medida que los anillos de S se rompen y polimerizan.
Figura 6. Diagrama de fases del azufre.
➢ Se: puede existir en forma cristalina gris (forma más estable formada por cadenas helicoidales),
roja (anillos Se8 en formas monoclínicas α, β y γ) y en forma amorfa negra (forma comercial)
y roja.
Química Inorgánica
Grupo 16 4
➢ Se es fotoconductor (usado en fotocopiadoras, celdas solares), semiconductor y esencial para
los seres humanos.
➢ Te: es un sólido plateado con cierto brillo metálico, altamente tóxico.
➢ Po es un metal con empaquetamiento cúbico simple, todos sus isótopos son radiactivos, 210Po
(α, τ½= 138 días).
Compuestos
✔ hidruros de O: agua y peróxido de hidrógeno (agua oxigenada, H2O2), líquidos por la
presencia de enlaces de hidrógeno.
✔ H2O2: es un buen agente oxidante, pero inestable (se desproporciona). Cualquier sustancia
con un potencial estándar en el intervalo 0,70-1,78 V cataliza la descomposición de H 2O2:,
por ejemplo el Fe3+/Fe2+:
2 H2O2 (ac) → 2 H2O (l) + O2 (g)
✔ hidruros de S, Se y Te, H2E: son gases tóxicos y malolientes, el H2S es soluble en agua, un
ácido débil (pKa= 6,8), las soluciones ácidas son agentes reductores suaves.
✔ halogenuros: se conocen los EX2, EX4 y EX6. En el OF2 el O tiene estado de oxidación
+2, los halogenuros de oxígeno tienen estabilidad limitada. Los cloruros de azufre tienen
importancia comercial, son empleados en vulcanización.
✔ óxidos: se pueden clasificar por su reacción
en agua en:
•
ácidos: CO2, P4O10
•
básicos: MgO, Li2O
•
anfóteros: ZnO, Al2O3
•
neutros: NO, CO
Química Inorgánica
Grupo 16 5
✔ óxidos: se pueden clasificar por su complejidad en:
•
óxidos normales que contienen el anión óxido (O2-): CO, MgO
•
superóxidos: que contienen el anión óxido (O2-): con los metales alcalinos, KO2
•
peróxidos: que contienen el anión óxido (O22-): con los metales alcalinos, H2O2, Na2O2
✔ óxidos de S: son ácidos de Lewis, los más comunes SO 2 (gas venenoso, incoloro, de olor
penetrante, soluble en agua, empleado en la fabricación de ácido sulfúrico, como
blanqueador, desinfectante y conservante de alimentos) y SO3 (ácido más fuerte, sólido a
temperatura ambiente, corrosivo, reacciona con el agua de manera vigorosa).
✔ óxidos de Se, Te y Po: existen en las formas EO2 y EO3 para Se y Te, son sólidos.
✔ oxoaniones del S: forma muchos oxoaniones con variados números de oxidación, los más
importantes son el sulfito (SO32-, agente reductor, básico), el sulfato (SO42- que tiende a ser
no reactivo, moderadamente básico), tiosulfato (S2O32- reductor moderadamente fuerte),
ditionito (S2O42- agente reductor fuerte), ditionato (S2O62- resistente a la oxidación y
reducción), el peroxodisulfato (S2O82- oxidante fuerte) y poliazufrados del tipo S n O 22−
n+2
2con 3 ≤ n ≤ 20, como el tritionato (S3O8 ).
✔ oxoácidos: forman ácidos de fórmula H2EO3 y H2EO4. El azufre forma varios oxoácidos.
El ácido sulfúrico es un líquido viscoso y denso, se disuelve en agua mediante una
Química Inorgánica
Grupo 16 6
reacción exotérmica, ácido fuerte y corrosivo. El ácido sulfuroso no se pueden aislar. Las
soluciones acuosas de SO2 tienen un pKa= 1,79.
✔ sulfuros, selenuros, telururos: se conocen compuestos binarios con muchos metales. El
azufre forma sulfuros que contienen el ion S 2- (muchos de los cuales existen en la
naturaleza, con una solubilidad variable, algunos son los compuestos más insolubles que
se conocen), disulfuros que contienen S22- y sulfuros complejos.
Concentración de soluciones de H2O2
2 H2O2(ac) → 2H2O (l) + O2 (g)
10 V = 3 % = 0,9 M
LLUVIA ÁCIDA
El azufre y compuestos azufrados provenientes de:
✔ C: calefacción, plantas térmicas
✔ Petróleo: motores de combustión
✔ Minerales: fundición o tostación
La lluvia ácida aparece como consecuencia de las siguientes reacciones:
Consecuencias:
➢ acidificación de lagos, ríos y suelos
➢ desmineralización de suelos
➢ enriquecimiento de agua y suelos con metales tóxicos
➢ deterioro de materiales de construcción (lepra de la piedra)