(g).

17
Tema 3. Los halógenos.
Propiedades generales, preparación y usos de los halógenos. Haluros
de hidrógeno. Oxácidos de los halógenos. Usos de los halogenuros.
Cloro 1774
Iodo
1811
Bromo 1825
Karl Wilhelm Scheele .
Bernard Courtois
Antoine J. Balard
Fluor
Henri Moissan
1886
Propiedades
Flúor
1680
-333
43
155
-219
-188
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+2.87
∆Hvap
0
∆Hdis
79
∆E
-333
∆Hhid
-460
∆Hr
-714
Cloro
1251
-348
2.8
240
-101
-34
Bromo
1143
-324
2.5
190
-7
60
Yodo
1009
-295
2.2
149
114
185
+1.36
0
122
-349
-385
-612
+1.07
15
96
-340
-351
-580
+0.54
30
76
-297
-305
-496
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.
•El flúor se encuentra en minerales como fluorita (CaF2) y criolita (Na3AlF6).
•El Yodo también se encuentra como iodato en el
nitrato de chile
Preparación y propiedades generales de los halógenos
Como el flúor y el cloro son agentes oxidantes fuertes, deben prepararse por
oxidación (electroquímica)de los iones fluoruro y cloruro.
La electrólisis de disoluciones acuosas de fluoruros
es inadecuada porque el flúor es un agente oxidante
más enérgico que el oxígeno.
El flúor se prepara electrolizando fluoruro de
hidrógeno líquido que contiene fluoruro de
potasio para aumentar su conductividad, a 70°C
aproximadamente
Ánodo 2F-
F2(g) + 2e-
Cátodo 2H+ + 2eReacción global 2HF(l)
H2(g)
H2(g) +F2(g)
Preparación de Cl2(g).
•Electrólisis de NaCl fundido
•Electrólisis de una disolución acuosa de
NaCl concentrada (llamada salmuera).
Método cloro-alcali.
2NaCl(ac) + 2H2O(l)
2NaOH(ac) + H2(g) + Cl2(g)
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 + 2XX= Br ó I
X2 + 2Cl-
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)
Reactividad
•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.
•Los halogenuros ya han sido
comentados
Singularidad del Flúor
Debilidad del enlace F–F: el flúor fue el último de los halógenos en ser obtenido
debido fundamentalmente a su gran reactividad.
•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
158
Cloro
243
Bromo
193
Yodo
151
•
Las moléculas X2 sitúa de 6 pares de electrones solitarios a muy corta
distancia lo que origina repulsiones interelectrónicas que se suavizan al aumentar
la distancia internuclear y hacerse más difusos los orbitales que los alojan.
•
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.
Energía reticular (kJ/mol)
NaF
915
NaCl
781
NaBr
743
NaI
699
En el caso de compuestos covalentes
En. enlace (kJ/mol)
F
Cl
Br
I
XX
158
243
193
151
HX
574
428
363
294
BX3
645
444
368
272
AlX3
582
427
360
285
CX4
456
327
272
239
NX3
272
201
243
--
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.
Halogenuros de hidrógeno
•Se pueden formar por la combinación directa de los elementos:
H2(g) + X2(g)
2HX(g)
•El cloruro de hidrógeno se prepara en forma industrial como subproducto en la
manufactura de hidrocarburos clorados:
C2H6(g) + Cl2(g)
C2H5Cl(g) + HCl(g)
•En el laboratorio, se pueden preparar por reacción de los halogenuros
metálicos con ácido sulfúrico concentrado:
H2SO4(ac)
CaF2(s) + H2SO4(ac)
2HF(g) + CaSO4(s)
2NaCl(s) + H2SO4(ac)
2HCl(g) + Na2SO4(ac)
NaCl
•El 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)
Br2(l) + SO2(g) + Na2SO4(ac) + 2H2O(l)
•Yoduro y bromuro de hidrógeno se preparan por hidrólisis de halogenuros
covalentes:
P4(s) + 6Br2(l)
PBr3(l) + 3H2O(l)
4PBr3(l)
3HBr(g) + H3PO3(ac)
HCl(g)
•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)
•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).
•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)
•El cloruro de hidrógeno se usa en la preparación de ácido clorhídrico, cloruros
inorgánicos y en varios procesos metalúrgicos.
•Las disoluciones acuosas de los halogenuros de hidrógeno son ácidas. La
fuerza de los hidroácidos aumenta como sigue:
HF < HCl < HBr < Hl
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:
:O:
H:O:X
H:O:X:O:
H:O:X:O:
:O:
H:O:X:O:
:Ö:
HOX ácido hipohaloso, HXO2 ácido haloso, HXO3 ácido hálico y HXO4 ácido
perhálico
•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.
Compuestos interhalógenos
•Los compuestos interhalógeno son derivados formados entre dos diferentes
elementos halógeno
XY, XY3 XY5 y XY7
•X y Y son dos halógenos diferentes y X es el átomo más grande de los dos.
•Muchos de estos compuestos se pueden preparar por combinación directa:
Cl2(g) + F2(g)
Cl2(g) + 3F2(g)
Br2(l) + 3F2(g)
2CIF(l)
2ClF3(g)
2BrF3(g)
•Otros 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
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 Teflón:
[CF2-CF2]n
•El teflón se usa en aislantes eléctricos, plásticos de alta temperatura, utensilios
de cocina, etc.
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.
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.
•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