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Tema 6
Los halogenos
17 Tema 6. Los halógenos. Propiedades generales, preparación y usos de los halógenos. Haluros de hidrógeno. Oxiácidos de los halógenos. Usos de los halogenuros. Cloro
1774
Karl Wilhelm Scheele .
Iodo
1811
Bernard Courtois
Bromo 1825
Antoine J. Balard
Fluor
Henri Moissan.
1886
Propiedades Energía de ionización, kJ/mol Afinidad electrónica, kJ/mol Electronegatividad, Pauling Energía de enlace (kJ/mol) Punto fusión, ºC Punto ebullición, ºC Potencial normal de reducción, V (medio básico) X2 2X∆Hvap ∆Hdis ∆E ∆Hhid ∆Hr
Flúor
Cloro
Bromo Yodo
1680 -333 43 155 -219 -188 +2.87
1251 -348 2.8 240 -101 -34 +1.36
1143 -324 2.5 190 -7 60 +1.07
1009 -295 2.2 149 114 185 +0.54
0 79 -333 -460 -714
0 122 -349 -385 -612
15 96 -340 -351 -580
30 76 -297 -3051 -496
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Halogenos
Generadores de sales
En el estado elemental forman moléculas diatómicas, X2. En la naturaleza, sin embargo, debido a su alta reactividad, los halógenos se encuentran siempre combinados con otros elementos. Forman un gran número de compuestos. El cloro, el bromo y el yodo se encuentran como halogenuros en el agua de mar, y el flúor se encuentra en minerales como fluorita (CaF2) y criolita (Na3AlF6).
El Yodo también se encuentra como iodato en el nitrato de chile
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Preparación y propiedades generales de los halógenos ¾ Como el flúor y el cloro son agentes oxidantes fuertes, deben prepararse por oxidación (electroquímica)de los iones fluoruro y cloruro. ¾ La electrólisis de disoluciones acuosas de fluoruros es inadecuada porque el flúor es un agente oxidante más enérgico que el oxígeno. ¾ El flúor se prepara electrolizando fluoruro de hidrógeno líquido que contiene fluoruro de potasio para aumentar su conductividad, a 70°C aproximadamente
Ánodo
2F-
Cátodo
2H+ + 2e-
Reacción global
2HF(l)
F2(g) + 2eH2(g) H2(g) +F2(g)
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Preparación de C12(g). Electrólisis de NaCl fundido
Electrólisis de una disolución acuosa de NaCl concentrada (llamada salmuera). Método cloroalcali. : 2NaCl(ac) + 2H2O(l)
2NaOH(ac) + H2(g) + Cl2(g) 4
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Hay que separar los productos: 2NaOH(ac) + Cl2(g)
NaOCl(ac) + NaCl(ac) + H2O(l)
H2(g) + Cl2(g)
2HCl(g)
Bromo molecular y yodo se preparan a partir del agua de mar por oxidación con cloro.
Cl2
+ 2X-
X2 + 2ClX= Br ó I
En el laboratorio, el cloro, el bromo y el yodo se pueden preparar por reacción de cloruros alcalinos (NaCl, KBr o KI) con óxido de manganeso(IV) en medio ácido:
MnO2(s) + 2H2SO4(ac) +2NaCl(ac)
MnSO4(ac) + Na2SO4(ac)+ 2H2O(l)+Cl2(g) 5
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Reactividad ¾ Los números de oxidación de los halógenos pueden variar desde -1 hasta + 7. La única excepción es el flúor. Como
es
el
elemento
más
electronegativo, solo puede tener dos números de oxidación, (0) (como en F2) y -1 en sus compuestos. ¾ Los
halogenuros
ya
han
sido
comentados
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Singularidad del Fluor Debilidad del enlace F–F: el flúor fue el último de los halógenos en ser obtenido debido fundamentalmente a su gran reactividad. ¾ El Flúor es el más reactivo de entre los reactivos halógenos. Uno de los factores que explican esa elevada reactividad es la debilidad del enlace F–F.
Energía de enlace (kJ/mol)
Flúor
Cloro
Bromo Yodo
158
243
193
151
¾ Las moléculas X2 sitúa de 6 pares de electrones solitarios a muy corta distancia lo que origina repulsiones interelectrónicas se suavizan al aumentar la distancia internuclear hacerse más difusos los orbitales que los alojan. ¾ En el caso de sustancias iónicas, el pequeño tamaño del fluoruro da lugar a redes iónicas muy estables. Por ello las reacciones con los metales son muy favorables. NaF Energía reticular (kJ/mol) 915
NaCl
NaBr
NaI
781
743
699 7
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¾ En el caso de compuestos covalentes En. enlace (kJ/mol)
XX
HX
BX3
AlX3
CX4
NX3
158
574
645
582
456
272
Cl 243
428
444
427
327
201
Br 193
363
368
360
272
243
I
294
272
285
239
--
F
151
La reactividad del flúor se debe a la debilidad del enlace F-F y a la fortaleza del enlaces F-X. Otros factores Falta de electrones d accesibles energéticamente: Elevada electronegatividad: lo que permite por una parte que el F forme los enlaces por puentes de hidrógeno.
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Halogenuros de hidrógeno
ªSe pueden formar por la combinación directa de los elementos: H2(g) + X2(g)
2HX(g)
ªEl cloruro de hidrógeno se prepara en forma industrial como subproducto en la manufactura de hidrocarburos clorados: C2H6(g) + Cl2(g)
C2H5Cl(g) + HCl(g) 9
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ªEn el laboratorio, se pueden preparar por reacción de los
H2SO4(ac)
halogenuros metálicos con ácido sulfúrico concentrado: CaF2(s) + H2SO4(ac) 2NaCl(s) + H2SO4(ac)
2HF(g) + CaSO4(s)
HCl(g
2HCl(g) + Na2SO4(ac) NaCl
ªEl bromuro de hidrógeno y el yoduro de hidrógeno se oxidan a bromo y yodo elemental. Por ejemplo, la reacción entre NaBr y H2SO4 es: 2NaBr(s) + 2H2SO4(ac) ªYoduro y bromuro de hidrógeno
Br2(l) + SO2(g) + Na2SO4(ac) + 2H2O(l) se preparan por hidrólisis de halogenuros
covalentes: P4(s) + 6Br2(l) PBr3(l) + 3H2O(l)
4PBr3(l) 3HBr(g) + H3PO3(ac) 10
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¾ La alta reactividad del HF se demuestra por el hecho de que ataca la sílice y los silicatos: 6HF(ac) + SiO2(s)
H2[SiF6](ac) + 2H2O(l)
¾ Esta propiedad confiere al HF utilidad para marcar el vidrio y por esta razón el HF debe guardarse en recipientes de plástico o de metales inertes (por ejemplo, Pt). ¾ El fluoruro de hidrógeno se usa en la manufactura de los freones, por ejemplo: CCl4(l) + HF(g)
CFCl3(g) + HCl(g)
CFCl3(g) + HF(g)
CF2Cl2(g) + HCl(g)
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¾ El cloruro de hidrógeno se usa en la preparación de ácido clorhídrico, cloruros inorgánicos y en varios procesos metalúrgicos. ¾
Las disoluciones acuosas de los halogenuros de hidrógeno son ácidas. La fuerza de los hidroácidos aumenta como sigue: HF < HCl < HBr < Hl
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Oxoácidos de los halógenos Los halógenos forman una serie de oxoácidos con las siguientes fórmulas generales:
El ácido cloroso, HClO2, es el único ácido haloso conocido. Todos los halógenos excepto el flúor, forman ácidos hálico y perhálico. Las estructuras de Lewis de los oxoácidos son: H:O:X
H:O:X:O:
:O: H:O:X:O:
:O: H:O:X:O: :Ö:
HOX ácido hipohaloso, HXO2 ácido haloso, HXO3 ácido hálico y HXO4 ácido perhálico 13
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Para un halógeno dado, la fuerza del ácido disminuye del ácido perhálico al ácido hipohaloso Los ácidos del yodo en mayor estado de oxidación tienen estequiometria distinta debido al mayor volumen del yodo.
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Compuestos interhalógenos ªLos compuestos interhalógeno
son derivados formados entre dos diferentes
elementos halógeno
XY, XY3 XY5 y XY7, ªX y Y son dos halógenos diferentes y X es el átomo más grande de los dos. ªMuchos de estos compuestos se pueden preparar por combinación directa: Cl2(g) + F2(g)
2CIF(l)
Cl2(g) + 3F2(g)
2ClF3(g)
Br2(l) + 3F2(g)
2BrF3(g)
ªOtros requieren rutas indirectas KCl(s) + 3F2(g) KF(s) + CIF5(g) KI(s) + 4F2(g)
KF(s) + IF7(g)
Los compuestos interhalógeno son inestables y reaccionan violentamente con el agua. Todas las moléculas interhalógeno violan la regla del octeto
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Usos de los halógenos Flúor.
Los halógenos y sus compuestos encuentran muchas aplicaciones en la industria, en el cuidado de la salud y en otras áreas. (Adición de NaF al agua potable para reducir las caries dentales.
El hexafluoruro de uranio, UF6 que es esencial en el proceso de difusión gaseosa para la separación de los isótopos de uranio (U-235 y U-218).
El flúor se usa para producir politetrafluoroetileno, un polímero mejor conocido como Tetlón:
[CF2-CF2]n
El teflón se usa en aislantes eléctricos, plásticos de alta temperatura, utensilios de cocina, etc.
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Cloro.
El cloro se usa ampliamente en la industria como agente blanqueador de papeles y textiles. El blanqueador ordinario(lejía) que se emplea en el lavado doméstico contiene el ingrediente activo hipoclorito de sodio (un 5% en masa)
Cl2(g) + 2NaOH(ac)
NaCl(ac) + NaOCl(ac) + H2O(l)
El cloro también se usa para purificar agua y desinfectar piscinas. Cuando el cloro se disuelve en agua, se lleva a cabo la siguiente reacción: Cl2(g). + H2O(l)
HCl(ac) + HOCl(ac)
Los derivados orgánicos clorados, tetracloruro de carbono y el cloroformo, son útiles como disolventes orgánicos.
El cloro también se usa para producir polímeros como el cloruro de polivinilo PVC. 17
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Bromo.
Se usa para preparar dibromuro de etileno (BrCH2CH2Br), necesario para evitar el depósito del plomo en los motores de gasolina.
Bromuro de plata (AgBr), que se usa en las películas fotográficas.
Yodo.
Una disolución alcohólica al 50% de yodo (en masa). se conoce como tintura de yodo y se usa en medicina como antiséptico.
La sal de mesa yodada que se vende por lo general contiene 0.01% de KI o NaI, que es más que suficiente para satisfacer el requerimiento de 1mg de yodo p or semana para la formación de tiroxina en el cuerpo humano.
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Un compuesto de yodo que merece mención es el yoduro de plata, AgI. Un sólido amarillo pálido que se oscurece cuando se expone a la luz. Este comportamiento es similar al del bromuro de plata.
El yoduro de plata se puede usar en la siembra de nubes. La ventaja de usar el yoduro de plata es que se puede formar un enorme número de núcleos (esto es, pequeñas partículas sobre las que se pueden formar cristales de hielo).
Unos 1010 núcleos se producen a partir de 1g de AgI por la vaporización de una disolución de yoduro de plata en acetona en un lecho caliente.
Entonces los núcleos se dispersan en las nubes desde un aeroplano.
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