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Práctica 9- Halógenos

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PRÁCTICA 9: HALÓGENOS
Práctica 9
HALÓGENOS: REACTIVIDAD Y PROPIEDADES
INTRODUCCIÓN
Los halógenos (del griego hals, 'sal' y
genes, 'origen' que origina sal) constituyen
el grupo 17 de la tabla periódica. Es el
único grupo del sistema periódico que
contiene elementos en los tres estados de la
materia en condiciones de presión y
temperatura estándar. Gaseoso (flúor, cloro), líquido (bromo) y sólido (yodo, astato). Poseen una
electronegatividad elevada (χ ≥ 2,5, en la escala de Pauling) siendo el flúor el elemento más
electronegativo del sistema periódico. En estado elemental son oxidantes poderosos (en
particular F2, Cl2 y Br2). Cabe destacar que el flúor es capaz de llevar a la mayor parte de los
elementos al mayor estado de oxidación que presentan. De manera esquemática la elevada
reactividad se asocia a su configuración electrónica (ns2 np5) y su marcada tendencia a formar
iones mononegativos X- (haluros).
Los diagramas de estados de oxidación (Latimer y Frost) contienen resumida toda la
información correspondiente a los diferentes pares redox que puede presentar un determinado
elemento y por lo tanto permiten realizar predicciones acerca de la estabilidad y reactividad de
cada una de las especies. En el caso de los halógenos, que presentan una gran variedad de estados
de oxidación, este tipo de diagramas son particularmente útiles.
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PRÁCTICA 9: HALÓGENOS
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PRÁCTICA 9: HALÓGENOS
Un aspecto interesante y llamativo de los halógenos es su diferente color. Así el flúor es incoloro,
el cloro es un gas de color verde amarillento, el bromo es un líquido rojo y el yodo es un sólido
violeta oscuro (que sublima fácilmente dando vapores de color violeta). La coloración en fase
gaseosa se puede interpretar a partir del diagrama de OM de las moléculas X2 de acuerdo con una
transición desde el nivel πg* (ocupado) hasta el nivel σu* (vacío). La interpretación del color en
disolución es más compleja. Experimentalmente se comprueba que el color de los halógenos
depende marcadamente de las propiedades dadoras del disolvente. Así pues, disolventes con poca
capacidad dadora dan lugar a disoluciones con un color muy similar al del gas, ya que no se
altera apreciablemente la energía de los orbitales moleculares. En disolventes con una cierta
capacidad dadora, el LUMO σu* del halógeno actúa como aceptor de electrones, produciéndose
un debilitamiento del enlace X-X y alterándose a la vez la energía de las transiciones
electrónicas. La transición πg* → σu* generalmente tiene lugar en la zona visible del espectro
(entre 400 y 550 nm aproximadamente, dependiendo del disolvente). Por otra parte, en la región
en (200-300 nm) aparece una banda mucho más intensa asociada a la transferencia de carga.
Diagrama de energía de orbitales moleculares para las moléculas X2 (X = F, Cl, Br y I) con
configuración electrónica 2s22p5.
(Fuente: Inorganic Chemistry. Housecroft and Sharpe (second edition) Fig.1. 21. Capítulo 1, página 34)
OBJETIVOS
1.- Estudio espectroscópico de la coloración del yodo en distintos disolventes.
2.- Reacciones redox de algunos compuestos de los halógenos.
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CUESTIONES PREVIAS
1. Indicad justificadamente cuales de las siguientes especies se dismutarán espontáneamente en
medio básico: dicloro, clorito, bromato, hipoyodito. Escribid en su caso las correspondientes
ecuaciones químicas
2. De forma deliberada se ha omitido el estudiar la reactividad del F2 en esta práctica. Dad
razones para ello.
3. Calculad el potencial de reducción del par BrO3-(ac)/Br-(ac) en medio ácido.
4. El yodo sólido es poco soluble en agua (0,029 g en 100 mL de agua a 20°C). No obstante, su
solubilidad en dicho disolvente aumenta considerablemente en presencia de iones yoduro. Dad
una explicación satisfactoria a dicho fenómeno.
5. Describir brevemente el test del almidón para detectar la presencia de yodo.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
Material
Reactivos
Espectrofotómetro y cubetas UV-visible
Yodo(s)
Erlenmeyer 100 mL
Etanol, hexano, tolueno, CCl4
Vasos de 100, 150 y 250 mL
KBrO3 (s)
Equipo para generar cloro
H2SO4 1M
Tubos de ensayo
KI(s) y disol. 0,1 M
Cuentagotas
Disolución de Cr (III)
Almidón
HCl concentrado
NaOH (s)
Acetona
KMnO4 (s)
4.1. Obtención de los espectros UV-visible del yodo en varios disolventes
a) Tomad con un cuentagotas una porción de cada una de las disoluciones ya preparadas de iodo
en H2O, etanol, hexano, tetracloruro de carbono y tolueno, e introducidlas en la cubeta de UVvisible.
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b) Registrad el espectro UV-visible de cada una ellas en el intervalo 400 -700 nm (Es necesario
compensar el disolvente.
c) Determinad los valores de λmax para las distintas bandas del espectro.
d) Clasificad los disolventes en función de sus propiedades dadoras.
4.2. Ensayos para ilustrar el poder oxidante del ión bromato.
4.2.1. Preparación de disoluciones.
•
Disolved 0,1 g de almidón en 10 mL de agua hirviendo.
•
Disolved 1 g de KBrO3 en una mezcla de 100 mL compuesta de 94 mL de agua
desionizada y 6 mL de H2SO4 1 M.
•
Disolved 0,1 g de KI en 10 mL de agua desionizada.
4.2.2. En un vaso de 150 mL se introducen 25 mL de agua destilada, 2 mL de la disolución de
almidón preparada anteriormente y 1 mL de disolución de H2SO4 1M, dos gotas de la
disolución de bromato y 1 mL de la disolución de KI. Observad los cambios producidos.
Utilizando los diagramas de estados de oxidación indicad todas las reacciones que pueden
tener lugar y cuáles deben ser los productos finales de la reacción.
4.2.3. Añadid a la disolución anterior el resto de la disolución de bromato. Observad los
cambios producidos transcurridos aproximadamente 10 minutos. Utilizando los
diagramas de estados de oxidación indicad todas las reacciones que pueden tener lugar y
cuáles deben ser los productos finales de la reacción.
Gestión de residuos: Introducir las disoluciones anteriores una vez finalizado el ensayo, en
el frasco etiquetado como “Residuos de halógenos”.
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4.3. Ensayos para ilustrar el poder oxidante del cloro elemental.
(Atención: esta experiencia se realizará en vitrina y bajo la supervisión del profesor).
Utilizad el montaje preinstalado en la vitrina para generar una corriente cloro. Una vez generada
Realizad las siguientes experiencias:
4.3.1. Pasad la corriente cloro a través un tubo de ensayo que contenga 2 mL de una disolución
de IK 0,1 M.
Gestión de residuos: Introducir los restos una vez finalizado el ensayo en el frasco
etiquetado como “Residuos IODO”.
4.3.2. Pasar cloro a través de 1 mL de una disolución 0,1 M de una sal de Cr (III), a la que
hemos añadido una lenteja de sosa y calentar posteriormente.
Gestión de residuos: Introducir los restos una vez finalizado el ensayo en el frasco
etiquetado como “Residuos Cr (VI)”.
4.3.2. Pasar cloro a través de un tubo seco que contiene 0,05 g de yodo sólido.
Gestión de residuos: Introducir los restos una vez finalizado el ensayo en el frasco
etiquetado como “Residuos ICl”.
CUESTIONES ADICIONALES
Escribid y ajustad todas las reacciones que tienen lugar en los experimentos realizados de modo
que se justifiquen los resultados obtenidos.
BIBLIOGRAFÍA ADICIONAL
C.E. Ophardt, J. Chem. Educ.1987, 64, 807-808.
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