Tema Siete
Tema Siete
Tema Siete
Enlaces que forman.El Boro debido a su pequeo radio, tiene sus electrones de valencia muy fuertemente
atrados hacia el ncleo, lo que imposibilita la formacin de cationes, este hecho hace
diferente al Boro de los dems elementos del grupo.
Para el Boro, el enlace covalente es caracterstico, aunque puede ser altamente polar. En la
mayora de sus compuestos el Boro presenta deficiencia de electrones, debido a su
estructura electrnica, formando solo tres enlaces siempre sencillos en los que se presenta
la hibridacin del tipo sp2 quedando un orbital p vaco. Sin embargo, el Boro presenta
tambin un grupo grande de compuestos complejos, en los que el boro es tetravalente,
recibiendo un par de electrones de un ligando, siendo siempre su nmero de coordinacin 4.
El Boro tampoco puede ganar electrones y transformarse en anin sencillo; como anin
solo acta en forma de aniones complejos, en los que se presenta como tomo central,
como en el anin tetrahidroborato (III) [BH4], por lo tanto el boro no forma enlaces
inicos.
Los restantes elementos del grupo se diferencian del Boro por el hecho de que pueden
formar cationes M+3, perdiendo sus tres electrones de valencia; sin embargo, estos enlaces
inicos presentan cierto carcter covalente, que va disminuyendo a medida que se
desciende en el grupo. Tambin en este sentido crece la tendencia de los elementos a formar
cationes M+, siendo el Tl+ el ms estable, incluso ms estable que el Tl+3.
Tambin estos elementos tienen gran tendencia a formar complejos, en los que el nmero
de coordinacin es 4 al igual que el Boro, como ser en el tetrahidroaluminato (III) de Litio
(Li[AlH4]; pero tambin presenta nmero de coordinacin 6 como men el hexafluoro
aluminato (III) de sodio (Na3[AlF6]).
Obtencin.El Boro puede obtenerse por reduccin del anhdrido brico B 2O3 con Mg a temperaturas
altas, a su vez el anhdrido brico se obtiene por deshidratacin del cido brico como se
puede ver a continuacin:
B2O3 + 3Mg
3MgO
+ B
El Boro obtenido se separa en forma de un polvo oscuro impuro llamado Boro amorfo, se
purifica disolviendo el MgO en cido clorhdrico, esto sin embargo, encarece el mtodo.
Tambin es posible obtener Boro cristalino y puro haciendo pasar bromuro de boro e
hidrgeno sobre un filamento calentado a temperatura sobre los 1100C. la diferencia no
radica solo en la pureza del boro obtenido, sino tambin en el hecho de que siendo sus
cristales ms grandes, es ms duro, dureza que sobrepasa al carborundo, tambin difiere por
su reactividad, que es menor que la del boro amorfo; sin embargo, debemos recalcar que no
se trata de diferentes formas alotrpicas, sino mas bien de diferencias debido al tamao y
pureza de los cristales formados.
El aluminio en cambio, se obtiene por electrlisis; el electrolito para este efecto es una
solucin que se prepara disolviendo xido de aluminio a 1000C en criolita fundida. El
xido se obtiene a partir de la bauxita o de otros minerales similares. La reaccin catdica
es la siguiente:
Al+3
+ 3e
Al
Los restantes elementos de este grupo, al no tener minerales propios, se obtienen durante
proceso de obtencin de otros minerales, as el Galio y el Indio durante los procesos de
obtencin del Zinc y Plomo; el Talio a partir de los polvos retenidos durante la tostacin de
algunas piritas.
Propiedades fsicas.Propiedad/elemento
Nmero atmico
Peso atmico
Radio atmico (nm)
Istopos naturales
Densidad (g/ml)
Punto de fusin C
Punto de ebullicin C
Electronegatividad segn Pauling
Potencial ionizacin (kJ/mol)
Potencial elctrico E0 (V)
* Istopo ms frecuente
5
10,811
0,088
Al
Ga
In
13
31
49
26,982 69,720 114.82
0,143 0,122 0,162
Tl
81
204,37
0,171
10; 11*
27
69*, 71
113,
115#
203,
205*
2,46
2177
3658
2,0
801
2,70
660,1
2450
1,6
578
+1,66
5,91
29,75
1980
1,6
579
+0,53
7,28
156,3
2070
1,7
558
+0,34
11,85
303,5
1487
1,8
589
0,72
Como se indic anteriormente, el boro puede presentarse como amorfo y como cristalino,
sin embargo, el primero es en realidad un boro microcristalino de caractersticas similares a
las del cristalino, la diferencia es solo en el tamao de sus cristales y en la pureza de los
mismos, presentando ambos, diferencias en cuanto a dureza y aspecto. El boro amorfo es
un polvo caf oscuro, en tanto que el cristalino est formado por cristales negros y
brillantes; ambas formas son malas conductoras de la corriente elctrica, siendo el cristalino
ms duro que el amorfo.
El aluminio es un metal blando y brillante, conduce muy bien el calor y la corriente
elctrica, no presenta formas alotrpicas.
Propiedades qumicas.El pronunciado carcter no metlico del Boro lo hace tan diferente del aluminio y de los
restantes elementos de este grupo, en cuanto a sus reacciones qumicas, que se hace
necesario estudiarlo en forma separada.
Como ya indicamos, el boro amorfo es ms reactivo que el cristalino, esto por presentar
mayor superficie de contacto. Con el oxgeno recin se combina a los 700C; tambin los
halgenos exceptuando el flor, reaccionan con el boro recin a temperaturas elevadas.
El aluminio en cambio, es un elemento relativamente muy reactivo, sin embargo se cubre
rpidamente de una capa de xido, que es muy consistente y que disminuye enormemente
su reactividad, por ser impenetrable para muchos reactivos, que de otra manera lo atacan.
Una vez formada la capa de xido, el aluminio no reacciona con el oxgeno ni con el vapor
de agua; si esta capa se evita, ya sea por amalgamacin o por accin del cloruro de sodio, el
aluminio reacciona violentamente con el oxgeno y forma el xido respectivo, la capa de
xido tambin puede ser alterada por cidos y lcalis, debido a su carcter anftero. Una
vez alterada la capa protectora, los cidos o los lcalis atacarn al aluminio produciendo
hidrgeno:
Al2O3 + 6HCl
2Al
+ 6HCl
2Al2O3 + 6NaOH
2Al + 6NaOH
2AlCl3 + H2O
2AlCl3 + 3H2
2Na3AlO3 + 3H2O
2Na3AlO3 + 3H2
Frente al cido ntrico concentrado, el aluminio se pasiva, es decir, si bien existe un ataque
inicial, este da lugar a la formacin de una capa protectora que evita que siga el ataque.
La fcil reaccin del aluminio con el oxgeno, permite su uso al estado puro y a
temperaturas elevadas para la obtencin de una serie de metales y esto a partir de sus
xidos, el mtodo recibe el nombre de aluminiotermia usado tambin en algunos casos de
soldadura, como ser de rieles.
Compuestos con hidrgeno.Hidruros: Si bien todos forman hidruros covalentes, presentan algunas diferencias y
tambin similitudes; ninguno se prepara por sntesis directa. Sus diferencias son en cuanto a
estructura, frmulas globales y propiedades qumicas. Los hidruros del boro y del aluminio
son los que presentan ms diferencias y los de galio, indio y talio son similares a los del
aluminio.
Estructuralmente los hidruros de boro, llamados tambin boranos, han intrigado a los
qumicos, debido a la deficiencia de electrones existente. Las frmulas empricas son de
dos tipos: BnHn+4 que responde a un mayor nmero de compuestos y B nHn+6 muy poco
frecuentes y que responden a compuestos mucho ms inestables que los primeros.
El ms estable de los boranos es el diborano (B2H6), que pertenece al primer grupo, es el
ms estudiado y en realidad el primer compuesto de la serie, ya que el monoborano BH 3 no
existe en forma independiente. Para la obtencin del diborano, existen varios mtodos,
entre ellos:
2BCl3 + 5H2
B2H5Cl + 5HCl
5B2H6 + 2BCl3
Otro mtodo de obtencin del diborano es por reaccin del BCl3 con un hidruro complejo
como el tetrahidro aluminato (III) de Litio Li[AlH4]:
Li[AlH4] + 4BCl3
Si bien el diborano tiene una frmula global igual al etano, difiere de ste, no solo en sus
propiedades sino tambin en la estructura de su molcula, esto debido a que el diborano es
una molcula deficitaria en electrones en tanto que el etano es un hidrocarburo saturado:
H
H
B
H
B
Esta estructura est de acuerdo con sus propiedades, tanto fsicas como qumicas; es una
molcula diamagntica, es decir no presenta electrones apareados. Por reacciones de
sustitucin, es posible reemplazar dos de los tres hidrgenos unidos a cada tomo de boro,
es decir, el diborano solo es capaz de reemplazar cuatro hidrgenos, dos en cada tomo de
boro. La molcula de diborano se convierte fcilmente en compuestos que contienen el
grupo BH3.
Los boranos son muy reactivos, cuando son calentados al rojo se descomponen
proporcionando una mezcla de boro elemental e hidrgeno. Todos se hidrolizan, pero la
facilidad de esta reaccin vara de un borano a otro, as, el diborano se hidroliza fcilmente
a temperatura ambiente:
B2H6 + H2O
2H3BO3 + 6H2
Li[AlH4] + 3LiCl
(AlH3)4 + 3LiCl
Compuestos oxihidrogenados.Acidos oxcidos: El boro forma el cido brico, que se encuentra en la naturaleza y
adems otros dos que se obtienen por deshidratacin controlada de ste, como el cido
metabrico, o el tetrabrico, ambos inestables, siendo ms conocidas sus sales:
4H3BO3
4HBO2 + 4H2O
4HBO2
H2B4O7 + H2O
Todos estos cidos son dbiles y en las soluciones acuosas de estos cidos, se presentan
pequeas cantidades de metabrico y tetrabrico. A partir de estos cidos se derivan una
serie de sales, siendo la ms representativa el brax Na 2B4O7c10H2O; tambin se conocen
sales de estos cidos con otros metales alcalinos, siendo todos solubles en agua, en cambio
las sales de los restantes metales son insolubles en agua.
Hidrxidos: El aluminio forma un compuesto que se llama hidrxido de aluminio y tiene
por frmula Al(OH)3, que es insoluble en agua y presenta carcter anftero, es decir, que
puede reaccionar como un cido o una base, dependiendo este comportamiento del medio
en el que se encuentra:
Al+3(aq) + 3OH(aq)
Al(OH)3 (s)
Al(OH)3 (s)
Cuando el Al(OH)3 reacciona como una base forma sales que en solucin acuosa presentan
el catin hexaacuo aluminio (III); debido a la hidrlisis del catin aluminio, las sales de
aluminio de cidos dbiles son inestables en soluciones acuosas, ya que precipitan
inmediatamente formando Al(OH)3, de ah que varias no se conocen. En cambio cuando
acta como cido da origen a sales que en solucin acuosa presentan el anin aluminato
AlO33. Estos se encuentran tambin hidratados y es ms correcto escribirlos como
[Al(OH)6] 3; los aluminatos de los metales alcalinos sufren una fuerte hidrlisis en solucin
acuosa y cuando a estas soluciones se agrega CO2 precipita el Al(OH)3.
Otros compuestos representativos.Compuestos halogenados: Tanto el boro como el aluminio forman trihaluros con todos los
halgenos del tipo MX3. se trata de compuestos covalentes, siendo los de aluminio ms
polares que los de boro. Son molculas planas ya que presentan hibridacin sp 2. Los
halogenuros de boro hidrolizan fcilmente formando una mezcla de cidos:
4BF3 + 3H2O
BX3 + 3H2O
H3BO3 + 3HBF4
H3BO3 + 3HX
Los halogenuros de aluminio tambin hidrolizan, dando como productos siempre Al(OH)3,
que como se indic anteriormente, es insoluble en agua. Debido a la deficiencia de
electrones en las molculas de halogenuros, tanto de boro como de aluminio, se observa en
ambos una gran tendencia a formar iones complejos con molculas o aniones capaces de
donar pares de electrones, como ser amoniaco, compuestos orgnicos oxigenados,
halogenuros y otros. Para el boro el ms importante e interesante es el BF 4, que da lugar a
un cido fuerte, el cido tetrafluoro metabrico HBF 4; este complejo sin embargo, no se
conoce con otros halgenos debido al factor espacial. El aluminio en cambio, forma varios
de estos complejos como ser el anin tetracloro aluminato (III) [AlBr 4] ; no se conoce el
similar con el yodo por ser el anin yoduro demasiado grande. Tambin se conoce el anin
hexafluoro aluminato (III) [AlF6] 3, presente en la criolita. Estudios realizados con el
Cl
Al
Cl
Cl
Al
Cl
Cl
Sin embargo, los haluros de aluminio pueden formar complejos con alcoholes, teres,
cetonas y aldehdos, siendo todos tetradricos:
Cl
Cl
Al
Cl
CH3
CH3
Compuestos nitrogenados.Son de carcter covalente, es decir que los enlaces entre los elementos de este grupo y el
nitrgeno, son covalentes polares y a medida que descendemos por el grupo, la polaridad de
dicho enlace aumenta. El boro y el aluminio forman nitruros cuyas frmulas empricas son
BN y AlN; sin embargo, son diferentes estructuralmente: el nitruro de boro tiene la
estructura del grafito, en tanto que el de aluminio tiene la estructura del diamante, ambos
presentan puntos de fusin elevados y se obtienen por sntesis directa a temperaturas
elevadas.
Es interesante un compuesto formado por el boro, nitrgeno e hidrgeno, que recibe el
nombre de borazol o boraceno (B3N3H6) que es una triamin triborina. Cuando el diborano
reacciona con el amoniaco produce una sustancia blanca no voltil y soluble en agua, cuya
probable frmula emprica es B2H62NH3 y que posiblemente sea una sal de amonio o una
sal compleja a la que se le asigna diversas frmulas estructurales como:
NH4[H3B NH2 BH3]
[H2B(NH3)2][BH4]
NH4BH2NH2BH4
NH
HB
BH
N
H
.Otros compuestos de inters.Entre otros compuestos del boro se tienen los boruros, que son compuestos binarios entre el
boro y otro elemento, que se caracterizan unos por su alta dureza, otros por sus puntos de
fusin muy elevados y otros por su alta resistencia qumica. Todas estas propiedades en su
conjunto las presenta el carburo de boro B 4C, que en realidad no es un boruro por ser el
carbono ms electronegativo que el boro.
El aluminio forma una serie de sales que son importantes, como el sulfato de aluminio, los
alumbres y los aluminosilicatos:
El sulfato de aluminio Al2(SO4)3, se presenta en la naturaleza, pero se prepara tambin
haciendo reaccionar un xido, generalmente bauxita, con cido sulfrico. Comercialmente
se expende como un producto cristalino que presenta 18 molculas de agua, de las cuales
12 estn ligadas al catin, 3 al anin y las restantes 3 son molculas de agua reticular. Si
bien el sulfato de aluminio es soluble en agua, hidroliza en solucin acuosa formando una
leve gelatina, que a veces no es perceptible:
Al2(SO4)3 + 6H2O
2 Al(OH)3 + 3 H2SO4
Esta reaccin le da carcter cido a las soluciones acuosas del sulfato de aluminio, pero es
la que posibilita su uso como clarificante de aguas, ya que el hidrxido formado, por su
carcter gelatinoso, presenta una gran superficie de contacto que atrapa las impurezas.
Los alumbres son sulfatos dobles que pueden ser considerados derivados del sulfato de
aluminio. Cristalizan isomrficamente con 12 o 24 molculas de agua; originalmente solo
se consideraban alumbres a los sulfatos dobles de aluminio y un metal +1, hoy se conocen
con este nombre a todos los sulfatos dobles de dos metales, uno con nmero de oxidacin
+1 y otro +3, su frmula general es M+3M+(SO4)2; M+ puede ser Li, Na, K, Rb, Cs o NH4+,
en tanto que M+3 puede ser Al, Fe, Cr, Mn o Co. El alumbre ms comn es el
KAl(SO4)212H2O que es usado comnmente junto al alumbre de amonio
NH4Al(SO4)212H2O y al sulfato de aluminio como mordiente en diferentes tinturas.
Los aluminosilicatos, son productos naturales muy frecuentes en la corteza terrestre, como
el caoln, la greda, las zeolitas y algunas piedras preciosas y semipreciosas. Cuando el
caoln se mezcla con algunas gredas especiales, se obtiene una masa que es muy plstica y
fcil de moldear, que al cocer, se obtienen las cermicas. Los productos de cermica fina se
elaboran con caoln puro, al que se adiciona alumbre finamente molido, slice blanca y
agua, esta masa se hace cocer a 800C 900C en hornos especiales.
II.- Cuarto grupo representativo
El cuarto grupo representativo del bloque (p) est conformado por el Carbono, Silicio,
Germanio, Estao y Plomo, todos ellos tienen en su ltimo nivel 4 electrones distribuidos
como ns2 np2. Por la estructura de su penltimo nivel, se divide en dos subgrupos, el
carbono y el silicio pertenecen al primer subgrupo (presenta niveles completos), en tanto
que el Ge, Sn y Pb pertenecen al segundo subgrupo y presenta solo capas completas con 18
electrones: (n1)s2, (n1)p6 y (n1)d10, existiendo grandes diferencias a lo largo de este
grupo.
10
Formas alotrpicas.Algunos elementos de este grupo se presentan en estado elemental en diferentes formas
alotrpicas, como el caso del carbono que se presenta como diamante y como grafito;
ambos se diferencian por su estructura, aspecto y sus propiedades.
El diamante es una molcula gigante, que posee simetra cbica, en la que cada tomo de
carbono se encuentra enlazado con otros 4 dispuestos en
C
forma tetradrica, la longitud de estos enlaces es la de un
enlace sencillo, es decir que presenta hibridacin sp 3.
Debido a esta estructura, el diamante es la sustancia
natural ms dura y pose uno de los puntos de fusin ms
C
C
elevados entre las sustancias elementales (alrededor de
3600C). no presenta electrones no localizados o libres, lo
que le da propiedades de aislante frente a la corriente
C
elctrica. Su transparencia y su elevado ndice de
refraccin, hacen de l una joya muy valiosa y una
sustancia de excelentes propiedades pticas.
En el grafito, se forman ciclos de seis tomos de carbono en los que cada uno est unido a
tres tomos vecinos formando capas o
estratos, la longitud de los enlaces CC en
C
C
el grafito es mayor a la de un enlace doble
pero menor a la de un sencillo, la distancia
C
C
C
es similar a la de dos tomos en una
molcula de benceno, es decir que tambin
C
C
C
se presentan enlaces con electrones libres
o no localizados con hibridacin sp2, en
C
C
C
cambio la distancia entre dos carbones
correspondientes a dos capas vecinas es
C
C
casi el doble de la distancia de dos tomos
de carbono en una misma capa. La unin
entre las capas se debe a enlaces por fuerzas de Van der Waals, que son ms dbiles a las de
los enlaces covalentes a lo largo de una capa, lo que hace que el grafito no presente la
dureza del diamante y permiten que las capas se deslicen una encima de otra posibilitando
que el grafito sea un excelente lubricante slido. Por otra parte, debido a la presencia de
electrones no localizados, el grafito es un buen conductor de la corriente elctrica,
propiedad que es anisotrpica, ya que solo se manifiesta a lo largo de las capas , siendo casi
nula en forma perpendicular a las mismas. Adems de estas dos modificaciones, se conoce
el llamado carbono amorfo (holln y carbn activo) que en realidad es una microvariedad
del grafito. Desde el punto de vista termodinmico, el grafito es la forma alotrpica ms
estable, tanto a 25C y a 1 atm, como a temperaturas superiores y presiones ms altas.
Industrialmente se produce grafito cuando el carbono amorfo a presiones elevadas es
calentado a altas temperaturas y sus vapores son posteriormente condensados. Se ha
preparado tambin diamante en forma artificial, pero debido a que el grafito es
termodinmicamente ms estable y que las temperaturas y presiones de equilibrio son
demasiado elevadas, el proceso resulta ser demasiado caro y complicado, adems los
cristales obtenidos no son ms grandes que los granos de azcar, lo que no justifica el
esfuerzo ni el costo.
El silicio es en cierto modo anftero al estado elemental, pero sus dos formas no son
verdaderas formas alotrpicas, una es un producto gris, con brillo metlico y conductor de
corriente elctrica, se le llama silicio cristalino; la otra forma es un polvo caf, que es de
caractersticas no metlicas. Ambas formas son estructuralmente iguales, presentan la
estructura del diamante aunque en el aspecto se parece ms al grafito, por ser opacos y de
color oscuro. Qumicamente, las dos formas son iguales, solo que el silicio cristalino se
11
+ C
Si + 2CO
Este mtodo se usa para producir ferrosilicio, que es una aleacin de hierro y silicio usando
slice y xido frrico. El ferrosilicio se usa como aditivo para diferentes aleaciones;
Tambin se produce silicio cristalino por reduccin de hexafluorosilicato de sodio con
aluminio.
En cambio la reduccin del tetracloruro de silicio con sodio o zinc produce silicio de alta
pureza, pero de la variedad no metlica:
SiCl4 + 4Na
SiCl4 + 2Zn
Si + 4NaCl
Si + 2ZnCl
12
2PbO + 2SO2
Pb + CO
Pb + FeS
Propiedades fsicas.Ni el silicio ni el carbono son solubles en la mayora de los solventes comunes, ambos son
netamente de carcter no metlico, en cambio el estao, el germanio y el plomo son mas
bien metlicos, aunque presentan carcter anftero; en el estado elemental, la dureza
disminuye conforme se desciende en el grupo. La siguiente tabla nos muestra un resumen
de estas propiedades:
Propiedad/elemento
Nmero atmico
Peso atmico
Radio atmico (nm)
Istopos naturales
C
6
12,01115
0,077
12*;
13;
14**
Densidad (g/ml)
Si
14
28,086
0,117
28*; 29;
30
Ge
32
72,59
0,122
70; 72;
73; 74*;
76
Sn
50
118,69
0,14
112; 114
115; 116
117; 118
119;120*
122; 124
B = 7,28
G = 5,75
232
D = 3,51
2,33
5,36
Gr = 2,27
Punto de fusin C
D = 3570
1414
937
#
Gr = 4000
Punto de ebullicin > 4500
2355
2827
2267
C
Electronegatividad
2,5
1,9
2,0
1,9
segn Pauling
Potencial de ionizac. 1086
786
762
709
(kJ/mol)
Potencial elct. E0
-0,23
+0,136
+2
(V) M > M
+
2e* Istopo ms frecuente
** istopo radiactivo
# a 63,5 atm
D = diamante
Gr = grafito
G = Gris
B = Blanco
Pb
82
207,19
0,175
204; 206
207;208*
11,34
328
1750
1,9
716
+0,126
13
decir que reaccionan ms fcilmente que el carbono y el silicio y es muy parecida entre el
germanio, estao y plomo.
Compuestos con el hidrgeno.Hidruros: Los hidruros de carbono y silicio son todos de carcter covalente, ambos forman
una serie de diferentes hidruros que responden a diferentes frmulas globales, entre ellas se
tiene los alcanos CnH2n+2 (donde n puede ser valores muy grandes); los silanos Si mH2m+2 en
los que m puede asumir valores hasta 10, sin embargo, los valores de m entre 6 y 10 son
muy inestables. A diferencia del silicio, el carbono puede formar otros hidruros, los que
presentan enlaces mltiples, entre los que se tiene los alquenos CnH2n y alquinos CnH2n-2
puede formar adems hidruros cclicos y aromticos, sin embargo, el estudio de estos
compuestos no corresponde a esta materia.
Comparativamente, los silanos son ms reactivos que los alcanos, si comparamos el metano
con el silano, el primero se descompone en sus elementos a los 800C y el silano a 450C,
ambos arden en presencia de oxgeno, pero sus temperaturas de ignicin son diferentes, la
del silano est cercana al ambiente, en cambio la del metano es a 450C 500C, el silano
se hidroliza fcilmente en soluciones alcalinas, en especial si son dbilmente bsicas;
SiH4 + H2O + 2OH
SiO3= + 4H2
La basicidad necesaria para esta hidrlisis se da ya cuando se tiene una solucin acuosa en
presencia de vidrio, lo que no permite usar envases de vidrio para el silano. El metano no
hidroliza ni reacciona con el agua; el silano es un excelente reductor y no as el metano. Los
dos primeros silanos son gaseosos y los dems lquidos y los superiores llegan a ser slidos.
El germanio tambin forma hidruros similares a los silanos, pero solo son ms o menos
estables el monogermano, el digermano y el trigermano, los otros elementos forman solo
SnH4 y PbH4. La fuerza de los enlaces decrece a medida que desciende en el grupo, por lo
que los ltimos no forman cadenas largas y el Sn y Pb no forman cadenas.
Compuestos con oxgeno.Oxidos: Los elementos de este grupo forman xidos que forman las frmulas globales MO
y MO2. Todos los elementos forman estos dixidos y a excepcin del silicio, todos forman
el monxido aunque se malogrado obtener un compuesto de SiO que en realidad es una
mezcla estequiomtrica de Si y SiO2. Como el carcter de los xidos es muy variado, por lo
que los estudiaremos prcticamente en forma individual.
Compuestos oxigenados del carbono y del silicio.Monxido de carbono: En el laboratorio se puede conseguir CO por deshidratacin del
cido frmico CHOOH con H2SO4 concentrado, esta reaccin es insoluble en agua y hasta
se puede recibirlo en agua. Se trata de un xido inerte, que en condiciones normales es un
gas incoloro, inodoro e inspido y altamente txico lo que es muy peligroso pues no se lo
puede detectar directamente, su accin txica se debe a que reacciona con la hemoglobina
formando carbonilhemoglobina evitando la formacin de oxihemoglobina que se encarga
de llevar oxgeno a los tejidos. El CO es un excelente combustible, arde con llama azul
produciendo CO2 en una reaccin fuertemente exotrmica:
1000C
2CO + O2
CO2
H = 135,5 Kcal
Es un excelente agente reductor, cuyo poder se incrementa cuando aumenta la temperatura;
a temperaturas elevadas es capaz de reducir a varios xidos metlicos, proceso usado
ampliamente en la industria metalrgica. La reduccin de agua con CO es una reaccin
muy importante para la obtencin de hidrgeno (mtodo de Bosch):
14
CO + H2O(g)
CO2 + H2
Industrialmente se obtiene por reduccin del CO2 con coque al rojo, pero tambin por
combustin del carbono en una cantidad insuficiente de aire a temperaturas mayores a
1000C, de acuerdo a las reacciones:
CO2 + C
2C + O2
1000C
2CO
2CO
>1000C
Esta reaccin no solo produce CO, sino tambin una serie de xidos superiores, su
estructura es muy discutida, es tal vez, el nico compuesto del carbono en el que el carbono
no es tetravalente algunas de las estructuras hbridas o con electrones no localizados se
proponen para este compuesto:
+
C O-
C=O
O+
Estas estructuras permiten explicar ciertas propiedades del CO, como ser el hecho de que la
molcula posee un momento dipolar muy pequeo.
El dixido de carbono: se obtiene casi como nico producto durante la combustin total del
carbono libre o combinado, en presencia de exceso de aire. Sin embargo, existen muchos
mtodos, tanto industriales como de laboratorio, para su obtencin, as, por descomposicin
trmica de los carbonatos (un caso concreto es la calcinacin de la caliza en las caleras) o
por accin de cidos sobre los diferentes carbonatos o tambin en las industrias
fermentativas:
CaCO3
CO3 + 2H+
CaO + CO2
CO2 + H2O
H2CO3
H+ + HCO3
H+ + CO3=
15
estable, es inerte frente a los halgenos y la ataca solo el flor, tambin es inerte frente a los
cidos excepto el fluorhdrico, que lo convierte primero en un tetrafluoruro voltil y luego
en cido hexafluorosilcico:
SiO2 + 4HF
SiF4 + 2HF
SiF4 + 2H2O
H2SiF6
A temperaturas elevadas el SiO2 es reducido por los metales alcalinos, alcalino trreos,
aluminio y el carbono y se obtiene Si elemental. La fusin de slice con xidos, hidrxidos
o carbonatos alcalinos la convierte en silicatos:
SiO2 + 2Na2O
SiO2 + 4NaOH
SiO2 + 2K2CO3
Na4SiO4
Na4SiO4 + 2H2O
K4SiO4 + 2CO2
El dixido de silicio es un xido cido, sin embargo ninguno de los mltiples cidos ha sido
aislado y solo se conocen las sales de los mismos.
Compuestos oxigenados del germanio, estao y plomo: los tres elementos forman xidos de
caractersticas similares, todos forman monxidos MO y dixidos MO2; en el caso del
plomo se conoce adems un xido mixto Pb3O4.
Los xidos de germanio son de carcter anftero, el monxido se oxida fcilmente a
dixido al ser calentado en presencia de aire, oxidacin que tambin es provocada por el
cido ntrico; el dixido de germanio es dimorfo y una de las modificaciones es soluble en
agua y de carcter cido, en tanto que la otra es insoluble; el cido germnico no se conoce
libre pero si sus sales.
Entre los xidos de estao el ms estable es la casiterita SnO 2 que se encuentra en la
naturaleza, en tanto que el monxido se oxida libremente en presencia de aire. En el caso
del plomo, es a la inversa, el ms estable es el monxido y el dixido por leve
calentamiento se descompone, lo que hace del SnO un buen agente reductor y del PbO 2 un
agente oxidante. Los monxidos de estao y plomo son de carcter anftero pero con fuerte
inclinacin a ser bsicos, frente a los cidos forman las sales respectivas y frente a las bases
los estannitos y plumbitos complejos: [M(OH)4] 2. el xido plumboso se presenta en dos
modificaciones, una roja y otra amarilla que difieren entre s por su estabilidad trmica y
estructura cristalina: la roja es estable a temperaturas bajas y cristaliza en el sistema
tetragonal, en tanto que la amarilla es estable a temperaturas ms altas y cristaliza en el
sistema rmbico, es insoluble en agua pero debido a su carcter anftero se disuelve en
cidos y bases, cuando se calienta en presencia de oxgeno, se presenta el minio Pb 3O4, que
se descompone a 470C nuevamente a monxido y libera oxgeno.
6PbO + O2
400C
470C
2Pb3O4
16
El cido silcico no se conoce libre ni en soluciones acuosas, aunque se han hecho varios
intentos de preparar este cido no ha sido confirmada su presencia como tal.
Como derivados de los cidos del carbono y el silicio, se tienen varios compuestos como:
Los bicarbonatos: llamados tambin hidrogenocarbonatos o carbonatos cidos que son de
carcter inico, son solubles en agua y al estado slido solo se conocen los de los metales
alcalinos y el de amonio, los restantes solo se conocen en solucin acuosa, que cuando se
intenta obtenerlos por cristalizacin de la solucin, se forman los carbonatos
correspondientes perdiendo CO2.
Los carbonatos: tambin son de carcter inico y presentan el in CO 3=, los de los metales
alcalinos incluyendo el amonio, son muy solubles en agua, siendo el de litio el menos
soluble, en cambio todos los dems son insolubles en agua y solo pueden solubilizarse
cuando se los ataca con cidos o cuando sus suspensiones son tratadas con CO 2, a
excepcin de los alcalinos, todos los carbonatos son trmicamente inestables, se
descomponen a temperaturas relativamente bajas, que van desde los 450C y van en
aumento al aumentar la alcalinidad. Entre los carbonatos ms importantes tenemos el de
sodio Na2CO3 o Soda Solvay, el de potasio K2CO3 y el de calcioCaCO3.
Los silicatos: se presentan en grandes cantidades en la naturaleza, todos son de estructura
tetradrica, con unidades SiO44 unidos de diferentes formas entre s, todos los silicatos,
tanto los naturales como los preparados industrialmente son trmicamente estables a
diferencia de los carbonatos. Los silicatos alcalinos son los nicos que son medianamente
solubles en agua. Se obtienen industrialmente por fusin de arena con el carbonato alcalino
correspondiente, quedando determinada la composicin del producto por la relacin entre
los reactivos; as, los productos que tienen relaciones molares de SiO 2:M2O de 1,5,:1 hasta
4:1, dan soluciones verdaderas, mientras que las que contienen mayor cantidad de slice
forman suspensiones coloidales.
Por estudio de difraccin de rayos X se ha demostrado que las unidades de los cristales de
todos los tipos de silicatos son tetradricos cuya unin y ordenamiento difieren de una a
otro, los silicatos naturales se clasifican en 4 grupos:
Silicatos con aniones independientes de SiO44: entre estos tenemos al olivino Mg2SiO4,
al granate Ca3Al2(SiO4)3. Como se indica, presentan aniones independientes, no forman
anillos, ni cadenas, ni redes.
Silicatos con aniones formando pequeas cadenas o ciclos: Son de dos tipos, los que
presentan pequeas cadenas abiertas, formadas por la unin de unos pocos aniones
SiO44 entre los que tenemos a la torveitita Sc2Si2O7 y aquellos que presentan ciclos
formados por tres o cuatro aniones SiO44 como el berilo Be3Al2Si6O18.
Silicatos con largas cadenas sencillas o dobles: estos presentan largas cadenas formadas
por aniones SiO44 que pueden ser sencillas o dobles, que se encuentran unidas entre s
espordicamente. Entre las primeras tenemos el asbesto y entre las segundas las arcillas.
Silicatos con redes tridimensionales: en este grupo se encuentran los feldespatos, la gran
mayora de los aluminosilicatos, las zeolitas y algunas piedras preciosas, similar
estructura presenta la slice.
Vidrios: el vidrio comn que se fabrica fundiendo arena con caliza y Soda Solvay, es en
realidad una solucin sobreenfriada de silicatos de sodio y calcio. Otros tipos de vidrio
tienen otros cationes que le confieren propiedades diferentes, as tenemos vidrios con
cationes de potasio, que son vidrios duros, con cationes de potasio y bario que son los
vidrios corona, la presencia de pequeas cantidades de cationes de metales de transicin
hacen que el vidrio tome diferentes colores, as, cationes frricos le dan color pardo,
cationes cpricos color turquesa, cationes niquelosos color verde, cationes cobaltosos color
violceo.
17
+ Na2S
Na2CS3
El disulfuro de silicio es un slido cristalino, sus cristales estn formados por unidades
tetradricas como en el SiO2 ya que el silicio no puede formar enlaces dobles como el
carbono; se hidroliza con agua fra.
Los sulfuros de germanio, estao y plomo son mas bien sulfuro de carcter metlico, se
conocen dos tipos, MS y MS2 sin embargo, este ltimo no se conoce en el caso del plomo.
Todos se pueden obtener por sntesis directa calentando el metal con azufre a temperaturas
elevadas o tambin por reaccin de las sales de estos elementos con sulfuro de hidrgeno;
son insolubles en agua y cido clorhdrico, solo se disuelven en cidos oxidantes como el
cido ntrico concentrado.
18
Compuestos con los halgenos: Tambin aqu se distinguen dos grupos de acuerdo a las
propiedades de los compuestos, al igual que en los sulfuros.
El carbono solo se combina en forma directa con el flor, los restantes se preparan en forma
indirecta; en cambio en el silicio, por su mayor reactividad, todos se preparan en forma
directa. Los halogenuros de carbono y silicio son en cierto modo, derivados de los
hidrocarburos y los hidrosilanos, siendo ms notoria esta situacin en el carbono.
En el caso del Ge, Sn y Pb se conocen dos tipos, MX 2 y MX4. Son mas bien de carcter
covalente aunque en todos los casos los enlaces covalentes son altamente polares, lo que
aumenta a medida que descendemos en el grupo y si ascendemos del yodo al flor. El
cloruro estannoso es soluble en agua y solventes orgnicos y es un excelente agente
reductor, el plumboso es insoluble en agua fra y no presenta propiedades reductoras,
ambos son solubles en HCl concentrado y dan lugar a iones complejos MCl 4. Los
tetrahalogenuros tambin son de carcter covalente altamente polar, fcilmente se
hidrolizan, inclusive en presencia dela humedad del aire, no se conocen los tetrayoduros ni
tetrabromuros de plomo pues son oxidados por el Pb (IV), con HCl concentrado o con
soluciones concentradas de NH4Cl, forman iones complejos MCl6.
Compuestos con el Nitrgeno: Se conocen en el carbono, germanio, estao y plomo, pero
no de silicio. Con el carbono forma una serie de compuestos muy variados que en su
mayora son estudiados como compuestos orgnicos, un compuesto es gas diciano (CN) 2
que se forma por sntesis directa del carbono y el nitrgeno del aire en un arco voltaico, es
un gas sumamente venenoso con propiedades qumicas similares a los halgenos.
Carburos: Son compuestos binarios entre el carbono y otros elementos, generalmente
metlicos, pero se conocen carburos del boro y del silicio; tienen caractersticas muy
variadas pero presentan gran dureza y puntos de fusin elevados. Se conocen tres tipos:
19
20
Istopos.El fsforo, el arsnico y el bismuto presentan un solo istopo no radiactivo natural, en tanto
que el nitrgeno y el antimonio presentan dos cada uno: el N-14, N-15, Sb-121 y Sb-123,
siendo el primero el ms frecuente de cada uno, ambos no radiactivos.
Artificialmente se han preparado varios istopos de los elementos de este grupo, todos
lgicamente radiactivos. Los de nitrgeno presenta tiempo de vida media muy cortos, el
istopo artificial del fsforo ms importante es el P-32 y emite partculas , se aplica en
investigaciones en el campo qumico, bioqumico y agroqumico, su vida media es de 14
das, los otros elementos tambin tienen varios radioistopos pero que no revisten
importancia alguna.
Enlaces que forman.Existe una marcada diferencia entre el N y los dems elementos de este grupo en cuanto a
los enlaces que forman: debido a que el N presenta sus electrones de valencia en el segundo
nivel, carece de orbitales d, por lo que solo presenta hibridaciones del tipo sp 3, sp2 y sp,
mientras que los dems elementos presentan las hibridaciones sp 3 y adems la sp3d. Esta
estructura del N le permite formar enlaces sencillos, dobles y triples, siendo sin embargo
cuatro enlaces permitidos, es decir, es tetravalente al igual que el carbono.
El nitrgeno no presenta cationes independientes, sin embargo puede formar enlaces
inicos como es el caso de los nitruros alcalinos en los que se presenta como anin N ; el
nitrgeno presenta molculas biatmicas, en las que dos tomos de N forman un enlace
triple, son molculas diamagnticas, muy estables ya que disocian a temperaturas muy
elevadas (a 3000C solo se disocia un 0,0075%).
El fsforo, que a pesar de estar en el mismo subgrupo del nitrgeno en lo que a estructura
electrnica se refiere, se diferencia de este porque adems de ser tetravalente, puede ser
tambin pentavalente, sin embargo solo forma enlaces sencillos, tampoco puede formar
cationes independientes y al igual que el nitrogeno forma enlaces inicos en forma de anin
fosfuro P3.
El arsnico, antimonio y bismuto forman enlaces covalentes sencillos y mayormente
altamente polares. La capacidad de formar enlaces covalentes decrece a medida que
aumenta el radio atmico; el nmero de enlaces que forman van de 3 hasta 6, siendo este
ltimo caso poco frecuente.
El bismuto forma tambin enlaces inicos, en los que se presenta como cationes Bi+3 y Bi+5
y que son independientes en tanto que el arsnico y el antimonio no forma cationes
independientes, pero si acuocomplejos o hidroxicomplejos en medio acuoso o ms
complicados si vara el medio. Todos estos cationes participan en enlaces inicos.
Formas alotrpicas.El N no presenta formas alotrpicas, en cambio los restantes elementos del grupo
presentan varias formas alotrpicas.
El fsforo se presenta en tres formas alotrpicas que son: el fsforo blanco, violeta y negro;
la roja en realidad no es una forma alotrpica sino que es una pseudoforma, una mezcla del
blanco y el violeta.
El fsforo blanco es de aspecto ceroso, de color blanco amarillento, por lo que tambin se
lo llama fsforo amarillo, su punto de fusin es 44,1C y su punto de ebullicin es de
280C (ambos medidos en ausencia de aire), es fuertemente txico, insoluble en agua, por
lo que comnmente se lo guarda bajo agua para evitar su contacto con el oxgeno del aire;
21
22
En laboratorio se puede conseguir nitrgeno de alta pureza pero en pequeas cantidades por
descomposicin de algunos compuestos nitrogenados, por diferentes mtodos:
N
7
14,0067
0,070
14*; 15
0,81 (liq)
1,17 (g/l)
- 210
As
Sb
15
30,9738
0,110
31
B = 1,82
V = 2,34
B = 44,1
V 600
B = 280
33
74,9216
0,121
75
G = 5,7
A = 2,03
814#
51
121,75
0,141
121*;123
G = 6,68
A = 5,3
631
83
208,98
0,146
209
9,8
612 Subl
1380
1560
2,2
2,0
1,9
944
832
703
Bi
271
A = amarillo
Propiedades qumicas.Las propiedades de este grupo difieren grandemente en los elementos de este grupo:
Hidruros: los elementos de este grupo forman una serie de hidruros, los formados por el
nitrgeno, fsforo, arsnico y antimonio tienen enlaces covalentes, mientras que el bismuto
forma uno de carcter intermedio. Entre los principales compuestos formados por estos
elementos con el hidrgeno tenemos:
Amoniaco: en condiciones normales es un gas incoloro, txico y de olor penetrante y
desagradable. Es muy soluble en agua, hasta 53 g NH3 en 100 g de agua, normalmente es
23
usado en solucin, las soluciones concentradas son entre 25% al 30% en volumen,
dependiendo de la presin y la temperatura; a temperaturas muy bajas, se han aislado
dos hidratos que son el monohidrato NH 3H2O punto fusin = 79C y el hemihidrato
2NH3H2O de punto fusin = 78,8C. es de suponer que el agua est ligada al amoniaco
por puentes de hidrgeno.
La molcula de amoniaco tiene una estructura piramidal, los ngulos de enlace son de
107, que es el que correspondera a los orbitales p que participan en la formacin del
enlace. La mayora de los autores atribuyen este hecho a la presencia de orbitales
hbridos sp3 en el nitrgeno y muy pocos autores lo atribuyen a la alta polaridad del
enlace NH.
En el amoniaco puro, tanto lquido como slido, las molculas se encuentran unidas por
puentes de hidrgeno, de ah que los puntos de fusin y ebullicin sean relativamente
ms altos en comparacin con los similares del grupo. (del amoniaco: -78C y -33C
respectivamente, del fosfato -132C y -87,4C respectivamente). El amoniaco se
descompone por calentamiento, sin embargo se necesitan temperaturas mayores a 450C.
El amoniaco no arde en el aire en condiciones normales, pero si lo hace en una
atmsfera de oxgeno, obtenindose N2 y agua. Si esta reaccin se realiza en presencia
de un catalizador de platino incandescente, el producto que se obtiene es NO, reaccin
de gran importancia en la obtencin industrial de HNO3
El NH3 al disolverse en e agua forma NH4OH, segn algunos autores, probablemente un
hidrato, en todo caso existe una disociacin parcial, lo que da lugar a la formacin de
cationes amonio y aniones oxidrilo, lo que da a la solucin un carcter bsico, por eso se
considera el hidrxido de amonio una base dbil. El catin amonio tiene estructura
tetradrica y los cuatro enlaces tienen enlaces iguales, lo que refuerza la teora de que
existen enlaces hbridos sp3 en el amoniaco. El amoniaco reacciona con los cidos
formando sales, las cuales presentan similitudes con la de los metales alcalinos
especialmente los de potasio y rubidio; se diferencian de estas sales porque los
hidrxidos alcalinos desplazan a las sales de amonio liberando amoniaco. Algunas sales
de amonio subliman por calentamiento, mientras que otras se descomponen liberando
amoniaco y el cido correspondiente.
Fosfamina: El fosfato o fosfatina PH3, es el similar del amoniaco, tambin es llamado
fosfina; se obtiene calentando fsforo blanco con una solucin concentrada de hidrxido
de sodio en ausencia total de oxgeno, el aire se elimina inyectando al reactor un gas
inerte (nitrgeno o un gas noble). Durante este proceso se obtiene tambin una pequea
cantidad de difosfano P2H4 que se separa del fosfato por enfriamiento debido a que
presentan puntos de fusin bastante diferentes.
Al igual que el amoniaco, el fosfato es un gas txico, de olor penetrante y repelente. Sus
puntos de fusin y de ebullicin son ms bajos que los del amoniaco por no presentar
como aquel, puentes de hidrgeno. La solubilidad en agua es mucho menor que el
amoniaco, probablemente a la imposibilidad del fsforo de formar puentes de hidrgeno.
Las molculas de fosfatina son piramidales, pero los ngulos HPH son de 93 lo que
indica que no existen orbitales hbridos como los del amoniaco.
En comparacin del amoniaco, el fosfano es trmicamente menos estable y reacciona
con el oxgeno ya a temperatura ambiente, siendo esta reaccin a los 150C explosiva. El
fosfano es un agente reductor ms fuerte que el amoniaco y muchsimo menos bsico,
sus soluciones son casi neutras, forma sales iguales al amonio llamados fosfonios PH 4+,
las que son muy inestables siendo la ms estable el ioduro de fosfonio PH 4I que se
descompone en solucin acuosa.
24
NH3
- 77,5
- 33,42
25
PH3
- 133,81
- 87,78
0,001
N N
H
P
H
P
H
Se diferencian del etano, porque uno de los enlaces CH est sustituido por los pares de
electrones que presentan los tomos de nitrgeno fsforo, adems a diferencia del etano,
son lquidos y se descomponen por calentamiento; ambos son excelentes reductores y se
encienden solos en presencia del aire, la hidracina suele utilizarse como combustible en
cohetera.
La hidracina es soluble en agua mientras que el difosfano no lo es. La hidracina en
solucin acuosa tiene carcter bsico y se comporta como base dbil, forma dos tipos de
sales N2H5+ y N2H6+2; el difosfano no es de carcter bsico ni forma sales.
Acido azoico: Finalmente, se conoce otro hidruro que solo se presenta en el nitrogeno,
que es el cido azoico HN3, es un hidruro covalente pero de carcter cido, en
condiciones normales es un lquido incoloro, txico y explosivo, con los metales forma
sales llamadas azidas, la ms importante es la azida de sodio NaN 3. El cido azoico es
interesante desde el punto de vista estructural, los tres tomos de nitrgeno estn unidos
formando una cadena lineal, sin embargo sus enlaces son diferentes entre s y con el
hidrgeno se enlaza uno de los tomos de N formando un ngulo:
N
H
La longitud del enlace a es mayor que el b, esta situacin ya no se presenta en las sales
donde los enlaces son iguales, es un cido dbil y sus sales presentan propiedades
similares a la de los halogenuros, sus sales alcalinas son solubles en agua y a diferencia
del cido libre, no son explosivas, aunque tambin se descomponen por calentamiento.
Derivados del amoniaco: Existe un gran nmero de derivados inorgnicos del amoniaco
resultantes de la sustitucin de uno, dos o tres tomos de hidrogeno por tomos
metlicos, estos compuestos amidas, imidas y nitruros respectivamente. Adems de estos
derivados, se encuentran otros derivados de carcter orgnico, en las que se tiene
radicales orgnicos que sustituyen a los hidrgenos generando las aminas y las amidas
dependiendo del tipo de radical, por ltimo se conoce la hidroxilamina.
Las amidas alcalinas se obtienen por sntesis directa, debiendo trabajarse en medio de
amoniaco lquido:
25
2Na + 2 NH3
2 NaNH2 + H2
A partir de las amida alcalinas, se obtienen todas las dems hacindolas reaccionar con
las sales respectivas, tambin en medio de amoniaco lquido. No se puede trabajar en
medio acuoso debido al efecto nivelador, ya que el anin amida es ms bsico que el
anin oxidrilo del agua, reacciona violentamente con el agua y producen el hidrxido
alcalino y amoniaco.
Las imidas han sido estudiadas muy poco en comparacin con las amidas y los nitruros,
las ms importantes son las de litio y las de plomo.
Se conocen un gran nmero de nitruros, tanto de metales como de no metales. Sus
propiedades estn determinadas por el tipo de enlace que existe entre el nitrgeno y el
elemento que los acompaa; los hay inicos, covalentes e intersticiarios, entre los
nitruros inicos se tienen los de litio y probablemente los dems alcalinos, los de los
alcalinotrreos, los de cobre (I) y los de torio. Todos son cristalinos de puntos de fusin
elevados, hidrolizan por accin del agua. Todos se obtienen por sntesis directa o por
desamonacin a temperaturas elevadas de las amidas correspondientes:
3(NH2)2Ba
N2Ba3 + NH3
Los nitruros covalentes estn formados por el nitrogeno y elementos no metlicos como
el boro, silicio, flor, fsforo, cloro, pero tambin de aluminio y otros, muchos de ellos
son voltiles. En este grupo tambin se encuentra el ciangeno (CN)2; el enlace
caracterstico de estos compuestos es el covalente, aunque puede ser polar.
Los nitruros intersticiarios los forma el nitrgeno con la mayora de los metales de
transicin, como el titanio, tungsteno, circonio y otros; en su mayora presentan puntos
de fusin extremadamente altos y una dureza extraordinaria, algunos presentan brillo
metlico y conducen la corriente elctrica. En ellos, los pequeos tomos de nitrogeno
ocupan los espacios intersticiarios de las redes metlicas.
De todos los nitruros mencionados, solo los inicos sufren hidrlisis, es decir,
reaccionan con el agua, reaccin que en algunos casos puede ser violenta debido al
carcter fuertemente bsico de algunas amidas que se forman como subproductos.
La hidroxilamina NH2OH, tambin es considerada un derivado del amoniaco, es slida
en condiciones normales, muy inestable, ya a 15C se inicia su descomposicin, dando
lugar a la formacin de nitrgeno, agua, amoniaco y una serie de diferentes xidos entre
los que domina el N2O. si la temperatura aumenta la descomposicin puede ser
explosiva, es de carcter bsico aunque mucho menor al amoniaco, puede formar sales
en los que predomina el catin hidroxilamonio NH3OH+, estables solo en solucin
acuosa. La hidroxilamina es un buen agente reductor en medio alcalino, aunque
manifiesta tambin, leves propiedades oxidantes. Forma igual que el amoniaco,
compuestos de coordinacin.
Compuestos con el oxgeno: Todos los elementos del quinto grupo forman xidos que
corresponden a la frmula global M2O3, en tanto que los de forma global M 2O5 se conocen
solo en el nitrogeno, fsforo y arsnico; en el caso del antimonio y bismuto, solo se
conocen estos xidos hidratados. Adems de estos xidos, el nitrgeno forma una serie de
otros xidos, que responden a los otros nmeros de oxidacin entre +1 y +5; estos pueden
ser xidos cidos N2O3 y N2O5, xidos inertes como N2O y NO e incluso un xido mixto
NO2.
Oxidos inertes: Entre estos tenemos al monxido de dinitrgeno N 2O o tambin xido
nitroso y al monxido de nitrgeno NO.
26
El N2O formado es gaseoso e insoluble en agua caliente, por lo que es recibido sobre
ella, es un gas incoloro, de olor dulzn, estable a temperatura ambiente y mayores, se
descompone recin a los 600C dando nitrgeno y oxgeno, de ah que algunos
elementos como el carbono o el cobre, arden en su presencia cuando se encuentra sobre
esta temperatura. Su estructura es lineal y los tomos de N se encuentran unidos entre s
presentando hbridos de resonancia:
N
Siendo la longitud del enlace NN menor a la de un enlace doble pero mayor a un triple,
el enlace NO menor a un enlace sencillo pero mayor a un doble algunos autores
consideran al cido hiponitroso como un derivado del monxido de dinitrgeno, pero
ste no es soluble en agua fra y no reacciona con ella ni con lcalis, su solucin es
neutra, por tanto se dice que es un xido inerte. El N2O presenta propiedades anestsicas,
aunque muy suaves, por lo que se usa en intervenciones quirrgicas menores,
actualmente est siendo reemplazado por otros productos, produce euforia cuando es
administrado en pequeas dosis, recibe el nombre de gas hilarante y en la actualidad
es suministrado para disminuir las depresiones debidas a la anestesia en cirugas
mayores.
El NO es el principal producto de la reaccin entre el cobre y el cido ntrico de mediana
concentracin:
3Cu + 8HNO3
Durante esta reaccin se obtienen tambin otros xidos de nitrgeno, que a diferencia
del NO son solubles en agua o reaccionan con ella, por lo que se los puede separar
haciendo burbujear los vapores obtenidos a travs de agua. Industrialmente se lo prepara
por oxidacin cataltica del amoniaco usando malla de platino incandescente como
catalizador:
4NH3
52
500C
Cat.
6 H2O + 4NO
Tambin se puede preparar por sntesis directa, pero esto requiere temperaturas de
3000C, lo que implica el uso de arco voltaico y el consiguiente elevado consumo de
energa. Es un gas incoloro, inodoro e insoluble en agua, condensa produciendo un
lquido de color azul intenso; a temperatura ambiente reacciona con facilidad con el
oxgeno, transformndose en NO2 lo que hace dificultoso su manejo. Es trmicamente
estable y se descompone en sus elementos recin a 1000C, esto nos indica que
elementos como el fsforo o el magnesio arden en l, cuando se encuentran sobre esta
temperatura. Reacciona con soluciones de sales ferrosas formando un complejo de color
caf verdoso caracterstico Fe[(H2O)6-x(NO)x], la formacin de este complejo se usa para
reacciones de identificacin de nitritos y nitratos. La molcula de NO es paramagntica,
lo que implica la presencia de electrones no apareados.
Oxidos cidos: El Nitrgeno forma dos xidos cidos: el trixido de dinitrgeno N2O5 y
el pentxido de dinitrgeno N2O5.
El trixido de dinitrgeno es el anhdrido del cido nitroso, se prepara por enfriamiento
de una mezcla equimolar de NO y NO2. existe solo al estado slido y lquido y a
temperaturas por debajo de 25C, por encima de esta temperatura comienza a
27
3N2O5 + 2H3PO4
3N2O5 O2
P4O6
P4O10
xP4O6 + y P4O10
28
Caliente
fro
4H3PO3
3H3PO4 + PH3
P4O10
P4O10
El P4O10 reacciona violentamente con el agua para formar una mezcla de cidos entre los
que predomina el fosfrico, debido a esta propiedad se lo utiliza como deshidratante.
Tanto el P4O6 como el P4O10 son tetradricas.
29
cidos oxcidos del nitrgeno: Entre estos tenemos al cido nitroso HNO 2 y al ntrico
HNO3, siendo este ltimo el ms importante, existe adems el cido hiponitroso H 2N2O2
que es un cido hipottico y del que solo se conocen sus sale.
Acido ntrico: Se prepara industrialmente por oxidacin cataltica del amoniaco,
obtenindose cido concentrado o fumante (68,5%) que es el cido ntrico que tiene
disuelto adems NO2 en su seno. No es posible obtener cido ms concentrado porque
esta concentracin corresponde a la de una mezcla azeotrpica y la concentracin
posterior del cido se realiza por destilacin.
El cido ntrico puro o absoluto, es en condiciones normales un lquido incoloro de
punto de fusin de 41,5C y punto de ebullicin de 86C. forma una mezcla azeotrpica
con el agua, cuyo punto de ebullicin es de 122C . se descompone por la accin de la
luz o por calentamiento, descomposicin a la que se debe el color amarillo de las
soluciones concentradas.
El cido ntrico puro conduce muy poco la corriente elctrica pues su disociacin es muy
baja, esta situacin cambia radicalmente en presencia de un solvente protnico o
protoflico como el agua, donde se comporta como un cido fuerte. En presencia de
solventes protognicos (dadores de protones por excelencia) como el cido sulfrico
concentrado o el cido perclrico concentrado, el cido ntrico se comporta como una
base dbil.
El HNO3 en solucin acuosa se comporta como un cido fuerte pero es tambin un
excelente agente oxidante. Por esta situacin, las reacciones del HNO3 principalmente
cuando est concentrado, se complican porque el carcter oxidante predomina sobre las
caractersticas del cido. En cambio en las soluciones diluidas predomina el carcter
oxidante de las mismas.
Las reacciones del HNO3 con los metales se resumen en el siguiente cuadro; en l se
indica en cada caso cuales son los metales que reaccionan, la concentracin del cido y
los productos de reduccin del mismo, los metales se oxidan a su nmero mximo de
oxidacin, salvo el caso del plomo.
N
1
2
3
4
5
Productos de
reduccin del cido
NO2
NO
N2O o NH4+
NH2OH, NH4+
H2
Es necesario recalcar que si el cido es muy diluido y los metales son muy reactivos,
solo se da una reaccin de desplazamiento, produciendo hidrgeno, pues solo se
comporta como agente cido.
En el siguiente cuadro se indican las semireacciones correspondientes al cido ntrico en
cada caso y en los casos en que es posible ms de una reaccin, tambin son indicadas.
N de reaccin cuadro anterior
1
2
3
3y4
4
5
NO3 + 4H3O + 3e
NO + 6H2O
2NO3 + 10H3O+ + 8e
N2O + 15H2O
NO3 + 10H3O+ + 8e
NH4+ + 13H2O
NO3 + 7H3O + 6e
NH2OH2 + 9H2O
2HNO3 + 2e
2NO3 + H2
30
Es interesante el fenmeno de pasivacin que hace que algunos metales no sean atacados
por el cido, porque se recubren de una capa de xido impermeable que protege al metal
de un posterior ataque; los metales que se pasivan frente al ataque del cido ntrico son
el aluminio, hierro, nquel, cromo, etc.
El HNO3 no solo acta como agente oxidante frente a los metales, sino tambin frente a
los no metales, mayormente hasta susu mximos nmeros de oxidacin formando los
xidos o los oxocidos respectivos:
3P4 + 8H2O + 20HNO3
12H3PO4 + 20NO
El cido ntrico en mezcla equimolar con cido sulfrico forma una mezcla llamada
nitrante o para nitracin, utilizada para sustituir el hidrgeno por el grupo NO 2. el
HNO3 concentrado mezclado con HCl concentrado en relacin molar 1:3 forma el agua
regia, solucin que ataca a los metales nobles incluyendo al oro al que debe su nombre,
su poder fuertemente oxidante se debe al cloro naciente y el cloruro de nitrosilo
formados:
HNO3 + 3HCl
La molcula de HNO3 es plana y tambin los aniones nitrato que forma. Las sales del
HNO3 reciben el nombre de nitratos, son solubles en agua en su gran mayora y al igual
que el cido presentan propiedades oxidantes aunque mucho ms leves.
Acido nitroso: el HNO2 se obtiene por acidulacin de una solucin de nitritos metlicos
o por reaccin del xido nitroso con agua a temperaturas alrededor de 0C. el cido
nitroso no se conoce libre, solo se conocen sus soluciones acuosas diluidas y fras, ya
que se descompone a temperaturas por encima los 15C; es un cido dbil y
monoprtico, presenta caractersticas oxidantes pero tambin reductoras, aunque
ninguna de ellas es marcada; sus sales son los nitritos cuya solubilidad es un poco menor
a los nitratos, estas sales son ms estables que el cido y se conocen en estado puro.
Acido hiponitroso: el H2N2O2 no se conoce puro, solo se conocen sus sales entre ellas el
hiponitrito de sodio Na2N2O2, no es un derivado del monxido de dinitrgeno ya que te
no es soluble en agua ni tiene caractersticas de xido cido.
Acidos oxcidos del fsforo: Se conoce el cido ortofosfrico H 3PO4, el pirofosfrico
H4P2O7 y el metafosfrico (HPO3)n.
Acido ortofosfrico: Llamado comnmente cido fosfrico, se prepara por reaccin del
xido fosfrico con agua caliente, por oxidacin del fsforo con cido ntrico
concentrado o por calentamiento de la fosforita con cido sulfrico:
P4O10 + 6H2O
3P4 + H2O + 20HNO3
Ca3(PO4)2 + H2SO4
4H3PO4
12H3PO4 + 20NO
3CaSO4 + 2H3PO4
El cido fosfrico puro es un slido incoloro, fcilmente soluble en agua, las molculas
son tetradricas y parecera que en el estado slido se presentan espordicos puentes de
hidrgeno, que tambin se presentan en soluciones acuosas concentradas y que le dan la
consistencia siroposa.
Es un cido triprtico que forma tres tipos de sales, las primarias, secundarias y
terciarias. De sus sales son solubles en agua todas las primarias, la mayora de las
secundarias y solo las alcalinas y de amonio de las terciarias. El cido fosfrico tiene un
punto de fusin de 42C, un calentamiento superior a esta temperatura produce
deshidratacin y condensacin, con formacin de cido pirofosfrico:
31
H3PO4
H4P2O7 + H2O
Acido pirofosfrico: Puede obtenerse tambin a partir de los fosfatos monocidos por
calcinacin y posterior accin de cidos minerales:
2Na2HPO4
Na4P2O7 + 4H+
Na4P2O7 + H2O
H4P2O7 + 4Na+
La estructura de este cido es tetradrica, pero doble, estando unidos los dos tetraedros
por un tomo de oxgeno. Forma dos tipos de sales, la cidas H 2P2O7= y las normales
P2O74, siendo simtricas, es decir en el caso de las sales cidas se sustituye un hidrgeno
en cada tetraedro. Un calentamiento mayor y ms prolongado del cido fosfrico origina
cido metafosfrico que en realidad es un policido:
nH4P2O7
2(HPO3)n + nH2O
3Ba(H2PO2)2 + 2PH3
2H3PO2 + BaSO4
4H3PO3
H3PO3 + 3HCl
32
normales HPO3=. Tanto el cido como las sales son excelente agentes reductores, no es
estable trmicamente y se descompone por leve calentamiento.
Compuestos oxihidrogenados del arsnico, antimonio y bismuto: Cuando los xidos de
estos elementos reaccionan con agua, se obtienen compuestos oxihidrogenados que tiene
carcter cido o bsico, de acuerdo a las condiciones del medio, esto debido al carcter
anftero de los xidos.
El cido ortoarsenioso H3AsO3 llamado tambin ortoarsenioso, a diferencia del fsforo
es triprtico y muy dbil, presenta algunas caractersticas de base cuando se encuentra
frente a cidos minerales fuertes y concentrados, en este caso forman los cationes
complejos hidratados [As(OH)2(H2O)]+, [As(OH)(H2O)2]2+,[As(H2O)3]3+ y no se conocen
los cationes sencillos.
En el caso del antimonio, las reacciones son similares, sin embargo, predomina el
carcter bsico sobre el cido mientras que en el arsnico ocurre lo contrario. El
compuesto que forma el bismuto Bi(OH)3, es prcticamente un hidrxido que es
insoluble en agua y otros hidrxidos, pero reacciona con los cidos proporcionando las
sales respectivas. En exceso de hidrxido de sodio concentrado forma el bismutato de
sodio Na3BiO3.
Compuestos similares con nmero de oxidacin +5 , solo se conocen en el arsnico que
forma el cido ortoarsnico o simplemente arsnico H 3AsO4 que es triprtico y ms
dbil que el fosfrico, a diferencia de l presenta propiedades oxidantes en medio cido.
Prcticamente no presenta propiedades bsicas, a pesar de ello se conocen algunos
cloruros y sulfuros de arsnico +5 en los que este no se presenta como catin
independiente, pero s como catin complejo.
En el caso del antimonio, se tiene situaciones similares, aunque no se conoce el cido
libre. Las sales presentan aniones SbO43 o cationes complejos hidroxi-hidratados. El
bismuto no presenta complejos oxihidrogenados con nmero de oxidacin +5.
Otros compuestos representativos. Compuestos con halgenos: Se conocen dos tipos de haluros, los trihaluros y los
pentahaluros; los primeros los forman todos los elementos de este grupo y en el caso del
nitrogeno, se tienen diferentes derivados del amoniaco. Los pentahaluro no los forma el
nitrgeno por no presentar orbitale d en su ltima capa de valencia, pero s los restantes
elementos del grupo.
Trihaluros: Tienen una forma piramidal y los forman todos los elementos del grupo. En
el caso del nitrgeno, se conocen puros o amoniacazos de los mismos, entre los primeros
tenemos al cloruro de nitrgeno NC3 y al fluoruro de nitrgeno NF 3; entre los
amoniacazos tenemos al bromuro de nitrgeno hexaamoniacal NBr 36NH3 y al yoduro
de nitrgeno amoniacal NI3NH3, se conocen adems las diferentes aminas NH 2X y
NHX2 en las que X representa cualquier halgeno.
Los trihaluros de nitrgeno son trmicamente inestables, en cambio los restantes son
estables. Qumicamente los halogenuros de nitrgeno presentan propiedades muy
variadas, as el NF3 es muy inactivo, en cambio el NCl3 es altamente reactivo.
Los triahaluros de fsforo presentan en su estructura un par de electrones libre, que
pueden ponerlo a disposicin, lo que le da un carcter de base de Lewis; reaccionan
fcilmente con el oxgeno y con el agua.
El arsnico, antimonio y bismuto forman tambin los trihaluros, sin embargo estos
tienen carcter de sales, se obtienen cuando los trixidos respectivos son atacados por
33
34
El oxgeno es sin lugar a dudas el elemento ms frecuente del grupo, despus le sigue el
azufre. Exceptuando al oxgeno, el azufre es el nico elemento de este grupo que se
encuentra libre en la corteza terrestre formando yacimientos, que en algunos casos son
bastante ricos como los de Texas y Luisiana en Estados Unidos; mayormente son de origen
volcnico y muy rara vez de origen orgnico.
El azufre se encuentra tambin en forma combinada, como los restantes elementos de este
grupo, formando una serie de minerales; entre ellos tenemos a los diferentes sulfuros que a
menudo son llamados en forma general, piritas, pero los mineralogistas les dan diferentes
nombres como pirita, FeS2, galenita PbS, Blenda ZnS, calcopirita CuFeS. Adems, se
tienen los diferentes sulfatos, entre los ms importantes estn el yeso CaSO 42H2O, la
anhidrita CaSO4, la baritina BaSO4.
El selenio y el telurio son mucho mas escasos, el selenio mayormente acompaa al azufre
en sus minerales sulfatados y no presenta un mineral propio. El telurio en cambio, si bien es
mucho menos frecuente que el selenio presenta algunos minerales propios como la hessita
Ag2Te y la calaverita AuTe2.
El polonio no presenta un mineral propio, se encuentra como istopo radiactivo en los
minerales de uranio, como ser la pechblenda, que por tonelada contiene 0,1 mg de Polonio.
Enlaces que forman.Como se ha indicado ya, para alcanzar una estructura estable, a los elementos de este grupo
le hacen falta dos electrones. Todos los elementos de este grupo forman enlaces inicos, en
los que se presentan como anin divalente Y=, que se forma cuando el elemento gana dos
electrones de un elemento ms electropositivo. Estos aniones tienen 8 electrones en su
ltimo nivel, son por lo tanto, estables y se encuentran en las redes cristalinas de las sales
de dichos aniones, compuestos con enlaces inicos, en los que los elementos de este grupo
se presenten como cationes libres son muy escasos y solo puede darse en los elementos ms
pesados el grupo; as el telurio muy rara vez forma cationes de Te+2 y el polonio Po+2 y
Po+4.
Los calcgenos pueden formar tambin enlaces covalentes, ms o menos polares con
elementos de similar electronegatividad. Este tipo de enlace es ms comn en los dos
primeros elementos de este grupo, aunque tambien forman estos enlaces los restantes
elementos, pero menos frecuentemente. Todos forman solo enlaces sencillos, aunque el
oxgeno puede formar espordicamente enlaces dobles. El nmero ms comn de enlaces
es cuatro y con menor frecuencia es posible encontrar compuestos en los que forman seis
enlaces, pero esto solo a partir del azufre. En el primer caso se da un reordenamiento de los
electrones de valencia, ya sea a sp3 o a p3d, que dara lugar a formar cuatro enlaces
idnticos. En el segundo caso, la hibridacin que se presenta es sp 3d2; en el primer caso se
tienen estructuras tetradricas y en el segundo caso octadricas. Existen sin embargo,
compuestos en los que los elementos de este grupo son divalentes, en este caso no se da
ninguna reorganizacin en las estructuras electrnicas y no se forman hbridos.
Istopos.Todos los elementos de este grupo presentan varios istopos naturales y estables. El azufre
se presenta en forma de cuatro istopos, el 32S, 33S, 34S y 36S, siendo el primero el ms
abundante, el selenio presenta seis istopos naturales, siendo los ms abundantes el 78Se y
80
Se; el telurio se presenta con 8 istopos, todos estables, y el polonio no presenta istopo
estable, pero se conocen alrededor de unos 15 istopos naturales, todos radiactivos,
integrantes de las diferentes series de desintegracin. Fuera de estos istopos naturales, se
han preparado varios istopos en forma artificial, tanto en el selenio como en el telurio,
tambin en el polonio, siendo todos radiactivos.
35
Formas alotrpicas.Tanto el azufre como el selenio y el telurio se presentan en diversas formas alotrpicas. Si
bien el azufre se presenta en un gran nmero de modificaciones alotrpicas en sus tres
estados de agregacin molecular, no todas han sido estudiadas con la misma profundidad,
mencionaremos y describiremos solo las ms importantes y mejor estudiadas.
La modificacin ms estable en condiciones ambientales es la rmbica o S que es
insoluble en agua, soluble en disulfuro de carbono, estable a temperaturas por debajo de
95,6C, sus cristales son de color amarillo y como su nombre lo indica son ortormbicos. A
temperaturas superiores a la mencionada, sufre una transformacin enantiotrpica, pasando
a azufre monoclnico S la transformacin entre ambas es levemente endotrmica; el azufre
monoclnico tambin es de color amarillo pero de cristales monoclnicos, es ms soluble
que el S en disulfuro de carbono y se disuelve tambin en otros solventes orgnicos. En
ambas modificaciones se presentan molculas formadas por anillos de ocho tomos de
azufre S8; los puntos de fusin son, para cada modificacin pura 112,8C y 119,0C
respectivamente. Sin embargo el azufre funde normalmente alrededor de 115C,
dependiendo la temperatura real de fusin, de la relacin en la que estn mezcladas ambas
formas. La modificacin S se obtiene a partir de una solucin de azufre en disulfuro de
carbono o cloruro de azufre a temperaturas por debajo de 95,6C, en cambio los cristales de
S se forman al enfriar lentamente azufre fundido a temperaturas por encima de 95,6C o
tambin a partir de una solucin caliente de azufre en trementina.
El azufre lquido, a temperaturas inmediatamente sobre su punto de fusin, es un lquido
amarillo, transparente y mvil. Al aumentar la temperatura, la viscosidad de este lquido
aumenta siendo este un comportamiento anmalo; al llegar a los 160C se vuelve pardo y
altamente viscoso, si se sigue calentando la viscosidad va en aumento hasta alcanzar a los
200C su valor mximo. En las cercanas del punto de fusin tenemos el S y sobre los
200C tenemos el S; antes probablemente se presente una tercer forma de azufre lquido
que es el S que es muy poco estable y presenta ya molculas tetraatmicas. El primero es
soluble en disulfuro de carbono y si bien presenta an anillos de ocho tomos de azufre,
algunos de ellos se abren y quedan cadenas de ocho tomos de azufre que se enredan entre
s y causan la elevacin de la viscosidad. El segundo es insoluble en disulfuro de carbono y
si bien presenta molculas octoatmicas, estas no forman anillos solo cadenas abiertas, la
mayora de los autores indican que el azufre lquido es una mezcla de las tres
modificaciones y que sus verdaderas propiedades dependen de las proporciones en que se
encuentran cada uno en la mezcla. El punto de ebullicin del azufre es de 444,6C, que es a
su vez el punto de ebullicin de la ltima modificacin. En el estado gaseoso, se ha
demostrado an la presencia de molculas octoatmicas, existiendo ya molculas con
menor nmero de tomos (6, 4 y 2), las molculas biatmicas de azufre, que se presentan
recin a 1000C, son al igual que las del oxgeno, paramagnticas, estas disocian recin a
temperaturas por encima de 2000C. Adems de estas modificaciones alotrpicas, se
conocen otras formas de azufre que no son verdaderas modificaciones, entre ellas tenemos
el azufre plstico y la flor de azufre. El primero se obtiene al gotear azufre fundido
calentado a 200C en agua fra, es una forma inestable y rpidamente se transforma en
azufre rmbico, es soluble en disulfuro de carbono; la segunda modificacin se forma
durante las reacciones qumicas de los sulfuros o por reaccin de los polisulfuros o
tiosulfatos con cidos, es en realidad una microforma del azufre rmbico.
El selenio al igual que el azufre, existe en una serie de modificaciones, siendo las ms
importantes la gris y la roja; el selenio gris o metlico es de tipo hexagonal, es la
modificacin ms estable a temperaturas ordinarias, posee brillo metlico y se comporta
como semiconductor, es decir que su conductivita elctrica que es baja, aumenta al estar
iluminado. El selenio rojo, llamado tambin no metlico, es de tipo monoclnico, a
diferencia del anterior es soluble en disulfuro de carbono, probablemente formado por
molculas octoatmicas, en tanto que el metlico probablemente presente cadenas mucho
ms largas. Se cita adems, un selenio negro vtreo en el que se evidencia tambin una
36
estructura octoatmica y el selenio rojo amorfo, sin embargo, estas dos ltimas
modificaciones no son estables.
El telurio presenta dos modificaciones, una amorfa similar al selenio rojo amorfo y otra
cristalina similar al selenio metlico, que tambin presenta propiedades de semiconductor.
Obtencin.En caso de tenerse buenas vetas de azufre, como las de Texas o Luisiana, el azufre solo se
purifica mediante fusin o destilacin; el mtodo de Frasch permite obtener azufre de alta
pureza y a bajo costo, consiste en hacer perforaciones con taladro a travs del suelo y
colocar en estas un tubo triple, por el primer tubo se inyecta vapor sobrecalentado para que
el azufre se funda, inyectando aire comprimido por el segundo tubo, se obliga al azufre
fundido a salir por el tercero. Sin embargo, cuando no se tienen vetas de azufre, se obtiene
mediante reacciones qumicas a partir de otros minerales, asi tenemos a partir de la pirita
con cido clorhdrico, quemando sulfuro de hidrgeno en atmsfera rica en oxgeno y
posterior reduccin cataltica que puede realizarse a elevadas temperaturas con carbono al
rojo:
FeS2 + 2HCl
2H2S + 3O2
2H2S + SO2
SO2 + 2C
H2S + FeCl2 + S
2SO2 + 2H2O
3S + 2H2O
2CO + S
Se + 2H2SO4
TeO2 + 2C
Te + 2CO
Propiedades fsicas.Como se ha dicho anteriormente, todos los elementos de este grupo, a excepcin del
oxgeno, se encuentran en estado slido en condiciones ambientales, algunas de las
propiedades fsicas se detallan a continuacin.
Propiedad/elemento
Nmero atmico
Peso atmico
Radio atmico (nm)
Istopos naturales
Densidad (g/ml)
Se
Te
Po
8
15,994
0,066
16#; 17, 18
16
32,064
0,104
32#, 33, 34,
36
34
78,96
0,117
74, 76, 77,
78, 80#, 82
1,33 g/l ##
0,808
- 218
- 183
3,5
2,08*
1,96**
119
444
2,6
4,81
52
127,60
0,140
120,122, 123,
124, 126, 128,
130#
6,24
84
(210)
0,165
210#o, 211o,
212o, 214o, 215o,
216o, 218o
9,20
217
685
2,5
450
990
2,1
254
962
2,0
1000
941
869
812
Punto de fusin C
Punto de eb. C
Electronegatividad
segn Pauling
1314
Pot. ionizac. (kJ/mol)
* Rmbico ** Monoclnico
## gaseoso
lquido
# istopo ms abundante
Istopo radiactivo
37
Propiedades qumicas.El azufre libre es sumamente reactivo, principalmente a temperaturas por encima de su
punto de fusin, en estas condiciones se combina en forma directa con la mayora de los
elementos. A temperaturas ordinarias, solo se combina con el flor y en pequeas
proporciones con el cloro. Mayormente acta como agente oxidante pero tambin puede ser
oxidado, de acuerdo con las siguientes reacciones:
Fe + S
2HNO3 + S
FeS
H2SO4 + 2NO
H2S
En forma general el hidruro de azufre, llamado mas bien sulfuro de hidrgeno, el de selenio
o seleniuro de hidrgeno y el del telurio o telururo de hidrgeno, se obtienen por accin de
un cido mineral sobre los sulfuros, seleniuros o telururos metlicos:
FeY + 2HCl
H2Y + FeCl2
Sin embargo, adems de estos hidruros comunes, se conocen otros que pueden ser
denominados policompuestos, como ser H2S2, H2S3, etc., probablemente tambin el H2Se2,
del que existen solo algunos reportes sobre la existencia de sus sales, pero son sumamente
inestables.
Sulfatos: los hidruros del azufre re ciben el nombre genrico de sulfatos, tienen la frmula
global H2Sx, donde x puede asumir valores de 1 hasta 6, la mayora no son estables y se
descomponen con facilidad:
H2Sx
H2S + (x1)S
38
2H2S + O2
2H2S + 3O2
2H2O + 2S
2H2O + 2SO2
H2Se
3H2Se + 2AlCl3
H2Te + 2NaCl3
400C
Ambos se oxidan con facilidad, loo que hacen de ellos excelentes agentes reductores,
ambos arden en presencia de oxgeno o aire produciendo los xidos correspondientes. En
cuanto a los poliseleniuros, existen algunos informes sobre su existencia, sin embargo no se
conocen los cidos libres.
Hidruro de polonio: El polonio tambin forma un hidruro que es del tipo de los
intermedios, altamente inestable y con propiedades reductoras manifiestas.
Compuestos con oxgeno.Los elementos de este grupo reaccionan con el oxgeno en forma directa, aunque en
diferentes condiciones, para dar siempre un dixido de frmula global YO2, los trixidos
los forman el azufre, selenio y telurio. Se obtienen por mtodos diversos y ms
complicados que para los dixidos y en ningn caso en forma directa. Adems de estos, se
conocen tambin otros xidos en el caso del azufre como el S 2O, S2O3, S2O7 y otros, todos
son altamente inestables y son solo de inters cientfico para la investigacin estructural.
El telurio y el polonio forman adems monxidos TeO y PoO, los cuales son muy
inestables.
Dixidos.- Los dixidos pueden prepararse por simple combustin de los elementos en una
corriente de aire; las reacciones son fuertemente exotrmicas.
39
4SO2 + 2Fe2O3
3H2SeO3 + 4NO
H2O + SeO2
Cataliz.
2SO3
Como catalizador se utiliza una mezcla de xidos metlicos (Vanadio (V) y sodio) que van
soportados por una esponja de platino. Si la temperatura excede los 500C el equilibrio se
40
revierte y el SO3 se descompone. Tambin puede obtenerse SO3 por deshidratacin del
H2SO4.
En el estado gaseoso, el SO3 se presenta como monmero, su molcula es plana y los
oxgenos estn unidos al azufre formando un tringulo equiltero, la longitud de los enlaces
SO es mayor a un enlace doble pero menor a un enlace sencillo, presentando varias
estructuras resonantes. Por enfriamiento del SO 3 gaseoso, se obtiene un lquido que es una
mezcla entre monmeros y trmeros cclicos de trixido. En el estado slido, se presenta en
tres modificaciones, entre las que existen relaciones muy complicadas. Si los vapores de
SO3 se condensan a temperaturas por debajo de 80C se forman cristales anlogos al del
hielo, es la modificacin , se trata de un trmero de estructura cclica, su punto de fusin es
de 16,8C, es bastante inestable, ante la presencia de cloruro de carbono u otros inhibidores
se evita su polimerizacin y por lo tanto la transformacin en otras modificaciones.
Si la modificacin se conserva a temperaturas por debajo de 25C se transforma
lentamente en la modificacin que es un slido, que por su aspecto recuerda al asbesto,
pero su estructura no es cclica sino formada por largas cadenas de SO 3 enlazadas por
algunos trmeros cclicos. Los cristales tienen aspecto de asbesto acicular, es decir de largas
agujas, esta modificacin tambin se presenta cuando condensan los vapores de SO 3 a
temperaturas por debajo de 80C, funde a 32,5C. Finalmente, la modificacin ms estable
es la , que tambin recuerda al asbesto en cuanto a su estructura, ya que en esta
modificacin las cadenas estn unidas entre s y forman estratos. Se obtiene condensando
los vapores de SO3 a la temperatura del aire lquido, su punto de fusin es 62m5C. el
producto comercial es una mezcla de estas formas (, y ) y tiene un punto de fusin
alrededor de 40C, dependiendo esto de la proporcin de cada forma presente en la mezcla.
El SO3 es un xido cido fuertemente reactivo; reacciona violentamente con el agua para
formar cido sulfrico y con los xidos bsicos para dar los sulfatos respectivos:
SO3 + H2O
H2SO4 + 21,3 kcal.
SO3 + MO
MSO4
El SO3 es un excelente oxidante, particularmente, particularmente a temperaturas elevadas,
reacciona con muchos haluros metlicos y no metlicos, produciendo los halgenos libres,
esta reaccin no la presenta frente al flor. Con el HCl proporciona el cido clorosulfnico
HSO3Cl. Tambin es un excelente agente deshidratante. Con los compuestos orgnicos
reacciona formando cidos sulfnicos o elimina agua de los mismos y libera carbono.
Trixido de selenio y telurio: el SeO3 no se puede obtener por sntesis directa, si se procede
a la reaccin entre el selenio y el oxgeno, en presencia de una descarga silenciosa de alta
frecuencia se obtiene una mezcla de dixido y trixido, estando en mayor proporcin el
dixido. Se obtiene por deshidratacin del cido selnico con xido fosfrico, pero a
temperaturas por debajo de los 100C y a presiones bajas, para evitar la sublimacin y
descomposicin del producto. El TeO3 se obtiene por deshidratacin del supuesto cido
telrico H6TeO6 a 300C.
El SeO3 y el TeO3 son productos slidos en condiciones normales, menos voltiles que el
SO3 aunque son ms inestables que este, a temperaturas de 200C se descomponen en los
dixidos correspondientes y liberan oxgeno, tambin son excelentes agentes oxidantes. El
SeO3 es un xido cido e higroscpico, proporcionando con agua el cido selnico. En
cambio el TeO3 es prcticamente insoluble en agua, pero reacciona con lcalis, en especial
cuando estn calientes, proporcionando los teluratos correspondientes, lo que indica el
carcter cido.
41
S2O5= + H2O
SO3= + H2O
Los sulfitos alcalinos y los de amonio son los nicos solubles en agua.
Acido disulfuroso H2S2O5: No se conoce libre ni en solucin acuosa, solo se conocen sus
sales, se los llama tambin pirosulfitos; el cido disulfuroso est catalogado entre los cidos
condensados. Entre los pirosulfitos ms importantes estn el de potasio K 2S2O5 y el de sodio
Na2S2O5; el primero se utiliza en la industria de las pinturas y en fotografa como
estabilizador; el segundo como blanqueador y decolorante en la industria de fibras (textiles,
plumas, papel, etc.), pero tambin como reductor en la industria de las pinturas. Tambin es
importante el sulfito cido de calcio que se utiliza en la industria del papel para eliminar la
lignina y liberar as la celulosa de la pulpa de la madera.
Acido selenioso H2SeO3: A diferencia del sulfuroso, es mucho ms estable y puede
obtenerse en estado puro en forma de cristales blancos, higroscpicos. En una atmsfera
seca, el cido selenioso pierde agua y libera dixido de selenio. Como cido, es ms dbil
que el sulfuroso y forma al igual que este, dos tipos de sales. Tambin al igual que los
aniones sulfitos, los selenitos fcilmente forman iones complejos con los iones metlicos,
sin embargo, a diferencia de los sulfitos, el selenito solo es monodentado. En cuanto al
poder oxidante, ste es ms pronunciado en el cido selenioso que en el sulfuroso, por lo
tanto, los selenitos se reducen ms fcilmente, en cambio como reductores son
extremadamente dbiles, lo que implica que difcilmente se oxidan a seleniatos, esto solo es
posible frente a agentes oxidantes poderosos. No se conocen ni los cidos condensados ni
sus derivados. Es capaz de formar dos tipos de sales, los selenitos cidos, solubles todos y
los selenitos que son en su mayora insolubles, a excepcin de los alcalinos y los de
amonio.
Acido teluroso H2TeO5: Como ya se indic, no se conoce ni libre ni en solucin acuosa,
solo se conocen sus sales que se producen por reaccin del dixido de telurio con los
hidrxidos correspondientes, cuando los teluritos en solucin son atacados por cidos, se
descomponen y forman el dixido de telurio; los teluritos presentan similares propiedades
que los selenitos. Forma sales cidas y neutras; las sales cidas son solubles en agua, en
cambio las sales neutras solo son solubles las de los alcalinos y las de amonio, las restantes
son poco solubles o son insolubles.
Acido H2YO4: Son derivados de los trixidos. Sin lugar a dudas, el ms importante es el
cido sulfrico, que es el reactivo ms usado en la industria. A fines de la dcada de 1950,
su produccin era aproximadamente de 60x106 ton/ao y se estima que en la actualidad
sobrepasa los 200x106 ton/ao. El selenio forma un cido similar y el telurio, si bien forma
un compuesto que es un derivado del trixido de telurio, es mas bien un pseudo ortocido
H6TeO6.
Acido sulfrico H2SO4: Se prepara industrialmente por dos mtodos: el de contacto y el de
cmaras de plomo.
En el primer mtodo, el dixido de azufre es oxidado catalticamente a trixido en
presencia de una corriente de aire enriquecido con oxgeno y caliente y el trixido obtenido
se recibe en una solucin de cido sulfrico al 98% el que se va concentrando hasta el
42
99,5%, por este mtodo se obtiene tambin cido sulfrico fumante, llamado tambin
oleum, el cual es cido sulfrico concentrado que en su seno tiene disuelto un exceso de
trixido. Si no se quiere obtener este ltimo, se va agregando al sistema pequesimas
cantidades de agua para mantener la concentracin del cido en 98%.
En el segundo mtodo, el dixido de azufre se combina con oxgeno, vapor de agua y
dixido de nitrgeno, dando una solucin que contiene entre un 62% y 75% de cido
sulfrico. Las reacciones que tienen lugar son bastante complicadas, siendo el NO 2 en parte
un portador de oxgeno pero tambin un catalizador. La temperatura de reaccin es bastante
baja (120C) y se trabaja a presin ambiente. A diferencia del mtodo de contacto, no se
puede obtener cido sulfrico de mayor concentracin y el dixido de azufre no tiene que
ser necesariamente puro, lo que es imprescindible en el mtodo de contacto ya que el
catalizador se desactiva con las impurezas.
El cido sulfrico anhidro es un lquido incoloro, oleoso, de alta densidad, de punto de
fusin de 10,37C y punto de ebullicin de 317C, sin embargo, a esta temperatura se
descompone con formacin de trixido; tiene una gran afinidad con el agua y forma una
serie de hidratos. El cido sulfrico concentrado contiene aproximadamente 98% de cido y
2% de agua, esta mezcla es una solucin azeotrpica, cuyo punto de fusin es de 338C. El
hecho de que el cido sulfrico forme esta mezcla azeotrpica, impide que pueda obtenerse
puro por destilacin de sus soluciones, ni an si se parte de cido sulfrico fumante de
diversas concentraciones, ya que primero escapa el trixido en exceso y luego destila la
mezcla azeotrpica.
El cido sulfrico fumante, contiene diversas cantidades de trixido de azufre y sus
propiedades varan de acuerdo a su porcentaje. As, si el contenido es hasta un 20% o con
60%, se trata de mezclas lquidas, en tanto que si el contenido est alrededor de 40% se
trata de mezclas slidas. En el cido sulfrico fumante existe un equilibrio entre el trixido
de azufre, el cido sulfrico y el cido disulfrico:
H2SO4 + SO3
H2S2O7
CuSO4(s) + 5H2O(l)
Ac.sulf. conc.
Ac.sulf. conc.
CO(g) + H2O(l)
El cido sulfrico es un cido fuerte y diprtico, sin embargo es menos fuerte que el
clorhdrico o el perclrico. En soluciones diluidas se comporta como un cido tpico, y
como quiera que su obtencin industrial es una de las ms econmicas, hace que se
convierta en uno de los cidos ms usados.
Forma dos tipos de sales, las cidas o primarias y las secundarias. Las primarias son todas
solubles en agua, en cambio los sulfatos no son todas solubles; as los de plomo, los de los
43
M2S2O7 + H2O
M2SO4 + SO3
NaHSO4 + HNO3
Frente a los metales ms activos, como el Zn, puede formarse azufre e inclusive sulfuros:
4H2SO4 + 3Zn
4H2SO4 + 4Zn
3ZnSO4 + S + 4H2O
3ZnSO4 + ZnS + 4H2O
Oxida a bromuros y yoduros, pero a los fluoruros y a los cloruros no los oxida ni en
caliente:
2KI + 2H2SO4
44
Para separar el cido selnico de la solucin final, se lo precipita como sal de bario y de la
sal formada se libera el cido por accin de cido sulfrico:
H2SeO4 + BaCl2
BaSeO4 + H2SO4
BaSeO4 + 2HCl
BaSO4 + H2SeO4
El cido selnico es muy parecido al sulfrico, se diferencia de el por ser menos estable, y
presentar propiedades oxidantes mucho ms marcadas. As, se descompone por
calentamiento:
2H2SeO4
2H2O + 2SeO2 + O2
Fro
HOSO2Cl + H2O2
H2SO5 + H2O
H2SO5 + HCl
Sin embargo, si en esta ltima reaccin hay exceso de clorosulfnico, el producto es cido
persulfrico. Tambin se forma por hidrlisis parcial en fro del cido persulfrico:
H2S2O8 + H2O
Fro
H2SO5 + H2SO4
45
H O S O O H
O
Acido persulfrico: se obtiene por electrlisis de una solucin de cido sulfrico al 40% a
50% en fro, para ello es necesario refrigerar el nodo, donde se deposita el cido
persulfrico:
2HSO4(ac)
H2S2O8 + 2e
Fro
H O S O O S O H
O
Tioderivados: Los tioderivados de los cidos del azufre se deben a la marcada capacidad
que presenta el azufre de formar enlaces SS; esta propiedad no se observa en el selenio ni
en el telurio. Entre los tiooxcidos que han sido identificados, ya sea libres o en solucin
acuosa o solo sus sales tenemos: ditionoso H2S2O4; el ditinico H2S2O6; una serie de cidos
politinicos H2SxO6 (x = 3 a 6) y finalmente el cido tiosulfrico H2S2O3.
Acido ditionoso H2S2O4: No se conoce libre ni en solucin acuosa, solo se conocen sus sales
las que se preparan por reduccin de soluciones cidas de sulfitos; la reduccin se lleva a
cabo con Zinc. Tambin puede obtenerse al hacer reaccionar una amalgama de sodio o de
potasio con dixido de azufre seco:
Zn + 2H2SO3
2Na/Hg + 2SO2
ZnS2O4 + 2H2O
Na2S2O4 + 2Hg
S2O3= + 2HSO3
En cambio las sales solubles son relativamente estables. En medio alcalino son excelentes
agentes reductores, que pueden actuar violentamente; los ditionitos alcalinos se utilizan
para eliminar el oxgeno de las mezclas gaseosas en diferentes mtodos de anlisis de
gases, ya que reacciona estequiomtricamente con l:
2Na2S2O4 + O2 + 2H2O
4NaHSO3
Las sales se comportan como derivados de un cido de mediana fuerza, es decir por
hidrlisis del anin se produce una pequea concentracin de aniones OH . La estructura
del anin ditionito es:
46
O
S
Presenta un enlace sencillo entre los dos tomos de azufre, siendo los enlaces SO ms
cortos que un enlace sencillo y ms largos que un enlace doble.
Acido ditinico H2S2O6: No se conoce libre, existe solo en soluciones acuosas diluidas, pero
estas no son estables y se descomponen por calentamiento:
H2S2O6
H2SO4 + SO2
Por primera vez se ha obtenido como sal de manganeso (II) por oxidacin del dixido de
azufre con dixido de manganeso:
MnO2 + 2SO2
MnS2O6
La sal sdica se obtiene tratando el tiosulfato de sodio con agua oxigenada; de sus sales se
desplaza con cidos minerales diluidos. Es un cido ms fuerte que el cido ditionoso. Sus
sales son ms estables en solucin acuosa que el cido, su descomposicin se da recin a
temperaturas sobre los 250C. Tanto el cido como sus sales no reaccionan con agentes
oxidantes, as, a temperatura ambiente resisten a las soluciones de permanganato de potasio
sin embargo, a temperaturas mayores se produce la reaccin debido a la descomposicin
que hemos sealado anteriormente. Tampoco reaccionan frente a agentes reductores como
las sales estannosas.
Su estructura es similar a la del cido ditionoso, sin embargo cada azufre se encuentra
ligado a tres tomos de oxgeno:
O
O
O
S
O
O
Acidos politionicos H2SxO6: en estos compuestos, x puede asumir valores desde 3 hasta 6,
son compuestos hipotticos, es decir no existen libres ni en soluciones acuosas, solo se
conocen sus sales llamadas politionatos (SxO6=), los ms conocidos son los de sodio y de
potasio.
Los politionatos difieren de los ditionatos en muchos aspectos, aunque podra suponerse
que los ditionatos son los primeros componentes de esta serie, as podemos indicar que la
preparacin de los politionatos es por reduccin de los sulfuros y no por oxidacin como
ocurre en el caso de los ditionatos; los politionatos son atacados por agentes oxidantes, lo
que no ocurre en el caso de los ditionatos, sin embargo, en los politionatos, en lugar de
cadenas de dos tomos de azufre existen cadenas de 3 hasta 6 tomos de azufre:
O
O
O
O
S
O
O
47
Acido tiosulfurico H2S2O3: tampoco existe libre ni en solucin acuosa y solo se conocen sus
sales; tampoco se conocen sales cidas debido a la gran inestabilidad del in tiosulfato en
medio cido:
S2O3= + H3O+
SO2 + H2O + S
S2O3=
OH
Los dos tomos de azufre en el anin tiosulfato no son equivalentes. Esto se demuestra al
preparar tiosulfato a partir de sulfito comn y azufre radiactivo (S-35). Si posteriormente el
tiosulfato obtenido se descompone por acidulacin, se observa que todo el azufre radiactivo
precipita, en tanto que el dixido de azufre formado no presenta signos de radiactividad.
SO3= + S*
S*SO3 + H3O+
=
S*SO3=
SO2 + S* 3H2O
Por ello debe suponerse que los tiosulfatos derivan formalmente de los sulfatos, que
sustituyen un tomo de oxgeno por uno de azufre. Los agentes oxidantes atacan a los
tiosulfatos, si estos agentes son de accin lenta, los transforman en tetrationatos y si son de
accin rpida los oxidan a sulfatos:
2SO3= + I2
5SO3 + 8MnO4 + 14H3O+
S2O3= + 4Cl2 + 10OH
=
2I + S4O6=
8Mn2+ + 10SO4= + 21H2O
8Cl + 2SO4= + 5H2O
La primer reaccin se usa en las yodometras por ser de transcurso cuantitativo; la tercer
reaccin se usa para la eliminacin de cloro o bromo residual en aguas de deshecho
industrial u otros procesos industriales en los que se debe eliminar el halgeno, ya que estos
se reducen a halogenuros y los tiosulfatos se oxidan a sulfatos, siendo ambos solubles en
agua y mucho menos dainos que el halgeno libre.
El ion tiosulfato forma una serie de iones complejos con varios cationes de metales de
transicin, como ser el catin plata, cprico, cadmio y otros, en estos puede actuar como
ligando monodentado y bidentado. En el primer caso parece que el tomo donante es el
tomo de azufre, en tanto que en el caso de ser bidentado los tomos donantes son uno de
azufre y otro de oxgeno.
En la industria fotogrfica se hace uso de esta propiedad de los tiosulfatos y se usa
tiosulfato de sodio como fijador, eliminndose el exceso de bromuro de plata insoluble
como complejo de plata soluble:
AgBr + 2S2O3=
[Ag(S2O3)2]3 + Br
Compuestos binarios con los halgenos: Se conocen una serie de compuestos binarios del
azufre, selenio y telurio con los halgenos, siendo estos de propiedades muy variadas.
El azufre forma varios compuestos con el flor, cloro y bromo pero no con el yodo; estos
compuestos pueden prepararse ya sea por sntesis directa o por mtodos indirectos. En
todos los casos se trata de halogenuros de azufre, porque el flor, el cloro y el bromo son
ms electronegativos que el azufre. Interesante es el hexafluoruro de azufre SF 6 por ser casi
inerte, es incoloro e inodoro, el sodio lo ataca recin a los 600C. Tcnicamente son
importantes los cloruros de azufre, especialmente el bicloruro S 2Cl2 utilizado en la
vulcanizacin del caucho en fro, se prepara por sntesis directa de sus elementos.
48
Los halogenuros de selenio son muy parecidos a los de azufre en sus propiedades, en su
obtencin y sus aplicaciones, sin embargo, debe recordarse la mayor toxicidad de los
compuestos de selenio en comparacin con los de azufre. En cuanto a la inercia del
hexafluoruro de azufre, esta se observa en el hexafluoruro de selenio como tambin en el
hexafluoruro de telurio. Fuera de los halogenuros comunes, tambin se conocen
halogenuros complejos del selenio, telurio y polonio. Se forman cuando un tetrahalogenuro
reacciona con un exceso del halogenuro correspondiente, entre estos tenemos al
hexahalogenoseleniato (IV) [SeX6]=. Adems de estos compuestos, se conocen derivados
halogenados de los cidos oxcidos de los elementos de este grupo, estos compuestos son
de dos tipos YOX2 y YO2X2. Los ms frecuentes son los de azufre que los de selenio, en el
caso del telurio no se conocen compuestos de este tipo.
El azufre forma ambos tipos, en tanto que el selenio solo los del segundo tipo. Los ms
importantes son los que forma el azufre con el cloro, como ser el cloruro de tionilo o
dicloruro del cido sulfuroso SOCl2, el cloruro de sulfurilo SO2Cl2 y el cido clorosulfnico
HSO2Cl. Suelen usarse como agentes clorantes en qumica orgnica y los dos ltimos
tambin como agentes sulfonantes. Son lquidos incoloros, de puntos de fusin bajos,
resultan de la sustitucin de grupos oxhidrilos en las molculas de los cidos sulfuroso o
sulfrico por un halgeno.
Cl
Br
At
49
Nmero atmico
Peso atmico
Radio atmico (nm)
Densidad (g/ml)
Punto de fusin C
Punto de ebullicin
C
Electronegatividad
segn Pauling
Potencial de ionizac.
(kJ/mol)
Color del elemento
(kcal/mol)
9
18,999
0,072
1,81 (g/l)
- 220
- 188
17
35,453
0,099
3,21 (g/l)
- 101
-34,6
35
79,909
0,114
3,12
-7,3
58,8
53
126,904
0,133
4,94
114
184
85
208,98
4,0
3,0
2,8
2,5
2,2
401,7
300
273
241
Amarillo
plido
Amarillo
verdoso
Rojo
oscuro
negro
EL FLUOR.
Estado natural y preparacin.El compuesto ms abundante del flor es la fluorita o fluoruro de calcio CaF 2, la criolita
Na3AlF6 que es importante en la extraccin de aluminio. La nica forma de obtener flor es
por electrlisis y an as, los compuestos qumicos que se usan deben estar exentos de agua
ya que esta reacciona rpidamente con el halgeno libre. El electrolito es el fluoruro de
hidrgeno al que se adiciona fluoruro de potasio para incrementar la conductividad
elctrica. Un tipo de celda que opera alrededor de 250C emplea una mezcla equimolar de
HF KF; se usa carbn como nodo y un recipiente de acero sirve como ctodo. El proceso
global involucra la descarga del flor en el nodo y de hidrgeno al ctodo para mantener la
composicin correcta de la mezcla.
El flor descarga en el nodo:
2F
F2 + 2e
+
2NaF + Cl2
Desplaza al oxgeno del dixido de silicio y el agua (tambin se forman algo de perxido de
hidrgeno y ozono); con las soluciones diluidas fras de lcalis produce difluoruro de
oxgeno F2O, en caliente con lcalis concentradas se libera oxgeno:
SiO2
2H2O
2OH
4OH
+
+
+
+
2F2
2F2
2F2
2F2
SiF4 + O2
$HF + O2
F2O + 2F + H2O
O2 +4F + 2H2O
50
Es conveniente discutir la extrema reactividad qumica del flor en dos partes, formacin
de fluoruros covalentes y formacin de fluoruros inicos.
Porqu el flor es un elemento tan reactivo?
Formacin de fluoruros covalentes: En comparacin con los otros halgenos, el flor
tiene una energa de enlace anormalmente baja (F2=155, Cl2=243, Br2=193, I2=151 kJ/mol).
Este bajo valor se ha distribuido de modo parcial a la repulsin entre los electrones no
enlazantes del tomo de flor (los otros halgenos tienen longitudes de enlace mayores y su
fuerza repulsiva es de poca importancia). En contraste con esta baja energa, los enlaces que
forma el flor con otros elementos es generalmente muy fuerte, por ejemplo el CF=439;
CCl=331; CBr=307 y CI=239 kJ/mol. Ambos efectos se refuerzan mutuamente y, por
ejemplo, la formacin del tetrafluorometano es mucho ms exotrmica que la del
tetraclorometano.
La razn por la cual muchos elementos alcanzan su estado mximo de valencia cuando se
combinan con el flor puede atribuirse a la baja energa de enlace de la molcula de flor y
a la elevada energa de enlace elementoflor
Formacin de fluoruros inicos: Cuando se consideran los cambios calorficos que
intervienen en la formacin de fluoruros inicos, la baja energa de los enlaces de la
molcula de flor es determinante; los cambios energticos involucrados en la formacin de
fluoruro de sodio y de cloruro de sodio indican que el calor de formacin total del fluoruro
de sodio es -750 kJ/mol, mientras que el calor de formacin total del cloruro de sodio es
aproximadamente -411 kJ/mol, lo que quiere decir que la formacin del fluoruro es ms
exotrmica que la formacin del cloruro en aproximadamente 150 kJ/mol. Aqu el factor
ms importante es la apreciable diferencia de las energas reticulares del fluoruro de sodio y
del cloruo de sodio; la energa reticular del fluoruro es ms negativa ya que el ion fluoruro,
por ser ms pequeo, atrae ms firmemente a los iones sodio que el ion cloruro de mayor
tamao.
Como la energa reticular de un fluoruro siempre es mayor que la de un cloruro para
estructuras cristalinas comparables, no es realmente sorprendente que algunos cloruros, por
factores energticos estn forzados a asumir estructuras covalentes inicos, por ejemplo, el
cloruro de estao (IV) es un lquido covalente voltil, en cambio el fluoruro es un slido
inico.
Fluoruro de hidrgeno HF; El fluoruro de hidrgeno puede prepararse por accin del cido
sulfrico concentrado sobre fluoruro de calcio:
CaF2 + H2SO4
CaSO4 + 2HF
Cuando est seco se conoce como cido fluorhdrico anhidroy se adquiere como un lquido
que se almacena en cilindros de acero dulce; su punto de ebullicin 19,5C es
considerablemente mayor que el del cloruro de hidrgeno (-84C) y esto se debe a que las
unidades individuales HF se asocian en grandes agregados mediante enlaces de hidrgeno.
Deben tenerse precauciones extremas en el manejo de esta sustancia, pues su vapor es
excesivamente txico y en contacto con la piel causa graves quemaduras, por lo que se debe
usar proteccin adecuada (protector facial y guantes de caucho grueso).
En marcado contraste con las soluciones acuosas de haluros de hidrgeno, que son
fuertemente cidas, la del HF se comporta como un cido dbil (la constante de disociacin
de una solucin 1M de HF es de 7x10 4 a 25C) es necesario considerar varios trminos
energticos individuales, al hacer esto, se advierte que la gran energa de enlace HF es la
razn principal a la que se atribuye la baja disociacin en iones del HF:
51
HF + H2O
H3O+ + F
Una solucin acuosa de cido fluorhdrico ataca a la mayora de los metales, formando el
fluoruro metlico respectivo, estas sales tambin pueden obtenerse por accin del cido
sobre el xido, el hidrxido o el carbonato metlicos.
El fluoruro de hidrgeno hmedo y las soluciones acuosas del cido atacan a la slice y al
vidrio, de modo que las soluciones deben almacenarse en recipientes de polietileno:
SiO2 + 4HF
SiF4 + 2HF
SiF4 + 2H2O
H2SiF6
(cido fluorosilcico)
A diferencia de los ems haluros de hidrgeno, forma sales cidas como hidrgenofluoruro
de potasio KHF2, que se obtiene al pasar fluoruro de hidrgeno sobre fluoruro de potasio.
Fluoruros.Los fluoruros son ms inicos que los correspondientes cloruros, los fluoruros inicos
tpicos corresponden alos grupos 1A y 2A. la mayora de los cloruros inicos son solubles
en agua, excepto aquellos que poseen una energa reticular muy elevada, y esto explica
porque el cloruro de calcio es insoluble en agua a diferencia de los otros haluros de calcio.
La fcil solubilidad del fluoruro de plata, en marcado contraste con la insolubilidad de sus
dems haluros, puede atribuirse a la naturaleza inica del fluoruro (los otros haluros,
apreciablemente covalentes).
Los fluoruros de los no metales son covalentes, pero el enlace elemento-flor est, en
general, apreciablemente polarizado, con frecuencia estos compuestos contienen al no
metal en su mximo estado de valencia, por ejemplo, el SF6 y el IF7.
Estado natural y extraccin del cloro, del bromo y el yodo.La fuente principal del cloro es el cloruro de sodio, el cual se encuentra en el agua de mar y
en los depsitos de sal, por ejemplo los del Mar Muerto y los depsitos de sal de roca de
Stassfurt y de Cheshire. La electrlisis de una solucin acuosa de cloruro de sodio produce
hidrxido de sodio, cloro e hidrgeno. En la produccin de cloruros orgnicos se consumen
grandes cantidades de cloro y en estos procesos, con frecuencia se forman volmenes
apreciables de cloruro de hidrgeno. Este subproducto, el cloruro de hidrgeno se
retrooxida catalticamente al cloro y en la actualidad este proceso es el de mayor
importancia industrial; el catalizador consiste en una mezcla de cloro con cloruros de tierras
raras y usando slice como soporte.
4HCl + O2
2H2O + 2Cl2
Los bromuros como los de potasio, sodio y magnesio, se encuentran en el agua de mar y en
depsitos salinos, pero no son ni cercanamente tan abundantes como los cloruros. El mayor
suministro mundial de bromo proviene del agua de mar (cuyos contenido de bromo es
aproximadamente de 1 parte en 15000). El agua de mar primero se acidula (para evitar una
apreciable hidrlisis del cloro y del bromo) y en seguida se trata con cloro. Los iones
bromuro se oxidan a bromo, que entonces se desprende como vapor mediante el paso de
aire por la mezcla lquida. El aire, que contiene una concentracin de bromo muy pequea,
se mezcla con dixido de azufre e inmediatamente se adiciona agua; el bromo se reduce de
nuevo a iones bromuro y el aire se recircula para recoger ms bromo, que a su vez se
reduce a bromuro y se adiciona a la solucin acuosa. Por este medio se obtiene una
solucin bastante concentrada en iones bromuro. El tratamiento de esta solucin con cloro
da lugar al desplazamiento de una gran concentracin de bromo, el cual puede destilarse
por calentamiento de la solucin. En el proceso se forma cido sulfrico diluido que se usa
para el tratamiento del agua de mar previo a la adicin de cloro.
52
Br2
2Br + Cl2
Del agua de mar
+ SO2 + 2H2O
2Cl + Br2
en baja conc.
4H+ + SO4= + Br
Conc. elevada
2Cl + Br2
Conc. elevada
2Br + Cl2
Los yoduros se encuentran en el agua de mar en concentraciones muy bajas, pero ciertas
especies de algas marinas pueden asimilar estas pequeas concentraciones de yodo en
forma de comnpuestos orgnicos. En esta fuente de los depsitos de salmuera de California
suministran una parte del yodo mundial, pero la principal fuente de este elemento proviene
del yodato de potasio, que se encuentra en los depsitos de nitrato de sodio de Chile.
El licor madre que contiene el yodato de sodio, esto es, el lquido remanente de la
cristalizacin del nitrato de sodio, se trata con hidrgenosulfito de sodio, con lo cual el
yodato se reduce a yodo:
2IO3 + 5HSO3
La reaccin involucra tres etapas, en la primera todo el yodato se reduce lentamente a yodo:
IO3 + 3HSO3
3HSO4
(reaccin lenta)
+ 6H+
3I2 + 3H2O
(reaccin rpida)
2I + HSO4 + 2H+
(reaccin lenta)
El iodo crudo puede estar contaminado con monocloruro de yodo ICl, y con monobromuro
de yodo IBr. Se purifica por sublimacin en presencia de ioduro de potasio, el cual elimina
estas impurezas:
KI + ICl
KCl + I2
Reaccin de oxidacin:
El cloro es un agente oxidante fuerte y elimina el hidrgeno de los hidrocarburos
depositando carbono, por ejemplo reacciona explosivamente con el etino.
H C C H + Cl2
2C + 2HCl
Cl2
H C C H
Cl Cl
Cl2
H C C H
Cl Cl
53
El bromo reacciona con los hidrocarburos en forma semejante, pero menos vigorosa, el
iodo en las mismas condiciones casi no reacciona. La disminucin del poder con el
incremento del nmero atmico del halgeno se demuestra de manera convincente
mediante una serie de reacciones de desplazamiento, el cloro desplaza al bromo y al yodo
de soluciones acuosas de bromuros y yoduros, respectivamente y el bromo desplaza al yodo
de una solucin acuosa de un yoduro:
2Br + Cl2
Br2 + 2Cl
2I + Br2
I2 + 2Br
2HX + S
Tambin son capaces de oxidar al dixido de azufre a cido sulfrico (de ion sulfito a ion
sulfato):
SO3= + H2O + X2
2H+ + 2X + SO4=
El cloro y el bromo oxidant al ion tiosulfato S 2O3= a ion sulfato, en cambio mediante un
agente oxidante, el yodo lo convierte en forma cuantitativa en ion tetrationato y esta
reaccin puede usarse para la determinacin de soluciones de yodo.
Usos del cloro, bromo y del yodo.El cloro se usa bastante en la fabricacin de compuestos orgnicos como el tricloroeteno y
el tetraclorometano, los cuales se emplean como disolventes y en el cloruro de vinilo, el
monmero que se utiliza para lafabricacin de plsticos PVC. Otros compuestos orgnicos
que contienen cloro, incluso el dettol, TCP y DDT. Otro uso en gran escala del cloro es
como agente blanqueador de algodn, del rayn y de la pulpa de madera para papel,
tambin se emplea para esterilizar aguas de aprovisionamiento.
El bromo se usa principalmente en la fabricacin de 1,2 dibromoetano, el cual se adiciona a
las gasolinas para eliminar el plomo como bromuro de plomo voltil y evitar as que ste
ensucie las bujas de encendido (el plomo proviene del tetraetilo de plomo, un aditivo
antidetonante de gasolinas). Otro uso es en la preparacin de bromuro de plata, el cual
forma la base de las placas fotogrficas.
El yodo se convierte en yoduro de plata, que tambin se usa en las placas fotogrficas; otros
usos incluyen la fabricacin de yoduro de alquilo y yodoformo, la preparacin de sal
yodada y tintura de yodo (una solucin de yodo en etanol) de uso medicinal y en la
preparacin de colorante que se usa en la fotografa a color.
Hidruros de cloro, bromo y yodo.Los hidruros de estos halgenos se pueden preparar por dos mtodos:
Por sntesis directa: en condiciones apropiadas, los tres halgenos se combinan con el
hidrgeno para dar el hidruro de halgeno, el cloro explota violentamente con el hidrgeno
cuando la mezcla se irradia con luz ultravioleta, pero una corriente de hidrgeno arde sin
peligro en atmsfera de cloro:
H2 + Cl2
2HCl
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2HBr
2HI
Por reaccin de un haluro inico con cido sulfrico concentrado: El cloruro de hidrgeno
puede obtenerse mediante la accin del cido sulfrico concentrado sobre un cloruro inico
como el cloruro de sodio (desplazamiento de un cido voltil por uno menos voltil). La
reaccin tiene lugar en dos etapas; la primera ocurre a temperatura ambiente y la segunda
por calentamiento fuerte:
NaCl + H2SO4
NaHSO4 + NaCl
NaHSO4 + HCl
Na2SO4 + HCl
(en fro)
(en caliente)
Para la obtencin del bromuro y del yoduro de hidrgeno, no puede utilizarse mtodos
semejantes, ya que estos dos hidruros son agentes reductores y se oxidaran fcilmente al
halgeno libre.
Por accin del agua sobre los trihaluros de fsforo: El tricloruro de fsforo se hidroliza
con facilidad para dar cido ortofosforoso y cloruro de hidrgeno:
PCl3 + 3H2O
H3PO3 + 3HCl
Este mtodo no se usa para la preparacin en el laboratorio del cloruro de hidrgeno, pues
se dispone de mtodos ms convenientes, sin embargo, se emplea un mtodo parecido para
obtener bromuro y yoduro de hidrgeno. El bromuro de hidrgeno se obtiene goteando
bromo sobre una mezcla de fsforo rojo y un poco de agua, inicialmente se forma
tribromuro de fsforo, el cualse hidroliza en seguida.
2P + 3Br2
PBr3 + 3H2O
2PBr3
H3PO3 + 3HBr
Los vapores de bromo residuales se eliminan pasando la mezcla gaseosa sobre una trampa
de fsforo rojo sostenido en lana de vidrio y el bromuro de hidrgeno se recoge en un
recipiente invertido.
Cuando el yodo es slido, es necesario hacer una variacin de este mtodo para obtener
yoduro de hidrgeno; se gotea agua sobre una mezcla de yodo y fsforo y el vapor residual
de yodo se elimina, como en el caso anterior, con una trampa de fsforo rojo. El gas se
recoge en un recipiente invertido:
2P + 3I2
PI3 + 3H2O
2PI3
H3PO3 + 3HI
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Los hidruros de cloro y de yodo son gases covalentes, incoloros, de olor penetrante; sus
puntos de ebullicin aumentan con el incremento del peso molecular. Estos se disuelven en
disolventes no ionizables tales como el tolueno y triclorometano, conservando su carcter
covalente; por ejemplo, una solucin de cloruro de hidrgeno en tolueno, no conduce la
electricidad ni afecta al papel tornasol azul.
Propiedades qumicas.Propiedades reductoras: el cloruro de hidrgeno al calentarse, muestra una ligera tendencia
a descomponerse en sus elementos constitutivos; por calentamiento fuerte, el bromuro de
hidrgeno produce un vapor caf, en tanto que al introducir una aguja de acero al rojo
dentro de un recipiente que contenga yoduro de hidrgeno, se obtiene humos violetas
densos. Por consiguiente la estabilidad trmica de los hidruros de hidrgeno decrece en el
orden HCl > HBr > HI, esto se debe a la disminucin progresiva de la fuerza de los enlaces
HX..
La eliminacin del hidrgeno del cloruro de hidrgeno (o del cido clorhdrico
concentrado) puede efectuarse con agentes oxidantes fuertes como el xido de manganeso
(IV) y el permanganato de potasio; estos agentes oxidantes tambin eliminan el hidrgeno
del bromuro y del yoduro de hidrgeno (o de sus soluciones acuosas concentradas).
El cido sulfrico concentrado no ataca al cloruro de hidrgeno, pero si al bromuro y al
yoduro, a los que oxida al halgeno libre. El bromuro de hidrgeno reduce al cido
sulfrico o dixido de azufre, en tanto que el agente muy reductor yoduro de hidrgeno lo
convierte principalmente en sulfuro de hidrgeno:
2HBr + H2SO4
SO2 + 2H2O + Br2
8HI + H2SO4
H2S + 4H2O + 4I2
Accin del agua sobre los haluros de hidrgeno, propiedades de las soluciones resultantes:
Los hidruros de cloro, bromo y yodo son demasiado solubles en agua y las soluciones
resultantes son fuertemente cidas, por ejemplo, las soluciones M/10 de los hidruros
halogenados en agua se ionizan completamente de acuerdo a:
HX + H2O
H3O+ + X
Estas soluciones poseen las propiedades usuales de los cidos, por ejemplo, reaccionan con
los metales de potenciales electroqumicos negativos para dar una sal e hidrgeno y con los
xidos, hidrxidos y carbonatos metlicos.
Una solucin concentrada de cido clorhdrico por destilacin, libera cloruro de hidrgeno
hasta que el lquido alcanza la composicin HCl 20% H 2O 80% y sigue destilando sin
cambios. En forma semejante, una solucin diluida de cido clorhdrico libera vapor de
agua por destilacin, hasta que nuevamente la composicin es HCl 20% y H 2O 80%,
composicin a la cual sigue destilando sin cambios.
La mezcla lquida que destila sin cambios se denomina mezcla de punto de fusin mximo
constante. El mismo fenmeno ocurre con los cidos bromhdrico y yodhdrico, al igual que
el bromuro y yoduro de hidrgeno, que se oscurecen debido a la formacin de hidrgeno
libre.
4H+ + 4Br + O2
4H+ + 4I + O2
2Br2 + H2O
2I2 + H2O
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2H3O+ + 2Br + S
2H3O+ + 2I + S
Prueba para la identificacin de iones cloruro, bromuro y yoduro.Accin del cido sulfrico concentrado: Los haluros inicos desprenden un gas de olor
penetrante que forma humos en aire hmedo (el hidruro de halgeno) cuando se trata con
un poco de cido concentrado, con los bromuros aparece un color caf de bromo y con los
yoduros un color prpura de yodo.
Reaccin con nitrato de plata: una solucin acuosa de un cloruro forma un precipitado
blanco de cloruro de plata al reaccionar con una solucin de nitrato de plata, en condiciones
semejantes, un bromuro forma un precipitado crema de bromuro de plata y un yoduro
forma un precipitado amarillo de yoduro de plata. El cloruro de plata se disuelve con
facilidad con una solucin diluida de amoniaco
Reacciones de desplazamiento: Cuando una solucin acuosa de bromuro se trata con agua
de cloro, se oxida a bromo libre; sise aade una pequea cantidad de tetraclorometano a la
mezcla, el bromo se disuelve en la capa orgnica, la cual adquiere una coloracin caf
bastante visible. Una reaccin semejante ocurre con una solucin acuosa de un yoduro, la
cual produce un color prpura de yodo libre en la capa orgnica.
Oxidos de los halgenos.Oxidos del cloro: los xidos de cloro que se conocen bien son el monxido de cloro Cl 2O )
un gas de color naranja), el dixido de cloro Cl 2O2 (un gas amarillo), el hexxido de cloro
Cl2O6 (un lquido rojo), el heptxido de cloro Cl2O7 (un lquido incoloro); los cuatro xidos
son inestables y peligrosamente explosivos.
Oxidos del bromo: estos no se han estudiado en detalle, debido a que se descomponen a
bajas temperaturas en bromo y oxgeno, por ejemplo a 40C o an ms bajas. Se han
reportado los xidos de frmulas Br2O, Br3O8, BrO2 y Br2O7.
Oxidos del yodo: El xido que mejor se conoce es el pentxido I 2O5, el cual es
trmicamente estable a temperaturas de hast 300C; ste es un slido blanco cristalino y
puede obtenerse por deshidratacin del cido ydico a 200C del cual es anhdrido:
2HIO3
I2O5 + H2O
El pentxido de yodo es un agente oxidante y libera yodo cuando reacciona con sulfuro de
hidrgeno o monxido de carbono:
I2O5 + 5H2S
I2O5 + 5CO
5H2O + 5S + I2
5CO2 + I2
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Acido hipocloroso
Acido cloroso
Acido clrico
Acido perclorico
HOCl
HOCLO
HOClO2
HOClO3
Las sales de los oxicidos del cloro son trmicamente ms estables que el propio cido en
solucin acuosa, el incremento del contenido de oxgeno causa una disminucin de su
poder oxidante (las sales son menos eficaces como agentes oxidantes que los cidos de los
que se derivan).
Acidos hipohaloso HOXs: El cido hipocloroso se forma al pasar una corriente de cloro por
agua; la reaccin anloga con bromo y yodo produce concentraciones cada vez menores en
los cidos hipobromoso HOBr e hipoyodoso HOI respectivamente:
X2 + 2H2O
H3O+ + X + HOX
Cl + OCl + H2O
Esto se expende en el mercado como una solucin acuosa diluida (que tambin contiene
cloruro de sodio) y se emplea como desinfectante moderado y como agente blanqueador.
El hipoclorito de sodio en solucin es alcalino debido a la hidrlisis que tiene lugr, esto es,
el ion OCl es una base fuerte:
OCl + H2O
HOCl + OH
El cido hipocloroso y el ion hipoclorito son agentes oxidantes fuertes, el primero ms que
el ltimo. Por esta razn, en solucin cida los iones yoduro se oxidan a yodo y los iones
hierro (II) a iones hierro (III):
2I + H+ + HOCl
2Fe2+ + H+ + HOCl
I2 + H2O + Cl
2Fe3+ + H2O + Cl
2Cl + O2
2Cl + ClO3
El polvo blanqueador, que consiste en una mezcla de varias sustancias, contiene hipoclorito
de calico. Este se obtiene pasando una corriente de cloro sobre cal apagada hmeda, como
su nombre lo indica se usa como blanqueador.
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Acidos halosos HOXO: El cido cloroso es ms fuerte que el hipocloroso y solo se conoce
en solucin , es de poca importancia y el ms importante es el clorito de sodio, que es
utilizado industrialmente como agente blanqueador de textiles. Se desconocen los anlogos
de bromo y yodo del cido cloroso.
cidos hlicos HOXO2: Pueden obtenerse soluciones acuosas de los cidos clrico HClO 3,
brmico HBrO3 y ydico HIO3 mediante la reaccin del cido sulfrico con el clorato, el
bromato y el yodato de bario insoluble, el sulfato de bario insoluble, se puede separar por
filtracin:
Ba(XO4)2 + H2SO4
BaSO4 + 2HXO3
Los cidos clrico y brmico no pueden obtenerse en estado puro, ya que se descomponen
si se evapora mucho agua de las soluciones diluidas; no obstante, por evaporacin
cuidadosa se puede ontener soluciones hasta de un 40% de estos cidos. El cido ydico es,
adems, trmicamente ms estable y puede separarse como slido puro.
Los cidos hlicos se disocian bastante en solucin acuosa, lo que quiere decir que son
cidos fuertes:
HXO3 + H2O
H3O+ + XO3
Tambin se comportan como agentes oxidantes fuertes, particularmente si estn
concentrados; as, una solucin concentrada de cido clrico y el cido ydico slido,
carbonizan muchos compuestos orgnicos como el azcar. Reacciones de oxidacin tpicas
son:
2H
ClO3 + 3SO3=
+ 2BrO3 + 5H2S
2H+ + IO3 + 5I
Cl + SO4=
Br2 + 6H2O + 5S
3I2 + 3H2O
Los halatos de los metales alcalinos se obtienen cuando el halgeno reacciona con una
solucin concentrada caliente del lcali:
3X2 + 6OH
XO3 + 5X + 3H2O
Al igual que los cidos de los que derivan, estos son agentes oxidantes. El clorato de sodio
NaClO3 se fabrica por electrlisis de una solucin concentrada de cloruro de sodio a una
temperatura aproximada de 70C, los productos de la electrlisis son hidrxido de sodio
acuoso y cloro, a los cuales se les deja que se mezclen libremente, posteriormente, el
clorato se separa del cloruro de sodio por cristalizacin fraccionada. El clorato de potasio se
prepara de una forma parecida, a partir de una solucin de cloruro de potasio. Mientras que
el clorato sdico se usa como herbicida, el clorato potsico, que es mucho menos soluble en
agua, es el agente oxidante de las cerillas y de algunos materiales pirotcnicos.
El bromato potsico KBrO3 reacciona con los iones bromuro en medio cido para producir
cuantitativamente bromo, esta reaccin se usa algunas veces en anlisis volumtrico:
BrO3 + 5Br + 6H+
3Br2 + 3H2O
3I2 + 3H2O
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Donde el yodo liberado puede titularse con una solucin de tiosulfato sdico para valorar
este ltimo.
El clorato de potasio se descompone por calentamiento para dar cloruro y oxgeno, la
reaccin procede va el perclorato:
4KClO3
3KClO4 + KCl
3KClO4
3KCl + 6O2
(a 400C)
(a temp. ms elevada)
2KBr + 3O2
2KI + 3O2