Quimica Inorganica

INTRODUCCION

Los elementos flúor, cloro, bromo, yodo, y en menor importancia el astuto, constituyen los elementos tipo del grupo de los halógenos en la tabla periódica.

Como la configuración tipo gas noble puede ser alcanzada mediante la adquisición de un electrón, éstos elementos pueden formar iones monovalentes; los compuestos iónicos que contienen estos aniones son sales, de aquí deriva el nombre del grupo, halógenos, que significa generadores de sales.

Desde el punto de vista químico, estos elementos poseen características esencialmente no metálicas. La mayoría de las propiedades de los elementos y de sus compuestos varía en forma regular a medida que disminuye la electronegatividad dentro del grupo. La gran tendencia de estos elementos a formar aniones ganando un electrón los sitúa dentro de los oxidantes, el flúor es un oxidante energético, mientras el yodo es débil.

Los halógenos son elementos altamente reactivos; forman moléculas covalentes y volátiles, que muestran un aumento en los puntos de fusión y ebullición, conforme aumenta el peso molecular. Tienen olores desagradables y son venenos irritantes y corrosivos. Debido a esta alta reactividad de los halógenos, ninguno de ellos existe en la naturaleza en forma elemental. Las moléculas diatómicas son homonucleares y por tanto no poseen una polaridad eléctrica permanente. Las fuerzas que existen entre estas moléculas en la fase condensada, son únicamente las débiles fuerzas de Van der Waals. La intensificación del color de los elementos y de sus compuestos covalentes a medida que aumenta el tamaño dentro del grupo, puede atribuirse al corrimiento progresivo de las bandas de transferencia de cargas hacia longitudes de onda menores en los distintos espectros de absorción.

El cloro a temperaturas ordinarias es un gas verde claro, se le encuentra en la naturaleza principalmente como cloruro de sodio. El cloro es moderamente soluble en agua, con la que reacciona. Los vapores irritantes del cloro inflaman las mucosas de la nariz y garganta, y respirado en cantidad congestiona los tejidos pulmonares, pudiendo producir la muerte.

HALOGENOS

(ELEMENTOS DEL BLOQUE P)

OBJETIVOS

• Demostrar y comparar la electronegatividad de los halógenos.

• Obtener e identificar los halógenos por medio de reacciones químicas de sustitución.

• Establecer las reacciones químicas ocurridas entre compuestos de los halógenos y el tetracloruro de carbono.

MATERIALES

• Tubos de ensayo con rosca

• Espátula

• Pipeta volumétrica

• Beacker

• Papel de filtro

• Embudo

• Frascos

• Gradilla para tubo de ensayo

• Escobilla para tubo de ensayo

• Pinzas para tubo de ensayo

REACTIVOS

• Agua de cloro

• Agua de bromo

• Agua de yodo

• Tetracloruro de carbono (CCl4)

• Bromuro de sodio (NaBr) 1M

• Yoduro de sodio (NaI) 1 M

• Cloruro de sodio (NaCl) 1 M

• Cloruro de sodio sólido (NaCl)

• Acido nítrico concentrado (HNO3)

• Acido sulfúrico concentrado (H2SO4)

• Agua (H2O)

MARCO TEORICO

Los halógenos son los elementos del grupo VIIA / 17 de la Tabla Periódica:

• Flúor (F)

• Cloro (Cl)

• Bromo (Br)

• Yodo (I)

• Astato (At)

En forma natural se encuentran como moléculas diatómicas, X2. Para llenar por completo su último nivel energético necesitan un electrón más, por lo que tienen tendencia a formar un ion mononegativo, X-. Este ion se denomina haluro; las sales que lo contienen se conocen como haluros.

Poseen una electronegatividad ≥ 2,5 según la escala de Pauling, presentando el flúor la mayor electronegatividad, y disminuyendo ésta al bajar en el grupo. Son elementos oxidantes (disminuyendo esta característica al bajar en el grupo), y el flúor es capaz de llevar a la mayor parte de los elementos al mayor estado de oxidación que presentan.

Muchos compuestos orgánicos sintéticos, y algunos naturales, contienen halógenos; a estos compuestos se les llama compuestos halogenados. La hormona tiroidea contiene átomos de yodo. Los cloruros tienen un papel importante en el funcionamiento del cerebro mediante la acción del neurotransmisor inhibidor de la transmisión GABA.

Algunos compuestos presentan propiedades similares a las de los halógenos, por lo que reciben el nombre de pseudohalógenos. Puede existir el pseudohalogenuro, pero no el pseudohalógeno correspondiente. Algunos pseudohalogenuros: cianuro (CN-), tiocianato (SCN-), fulminato (CNO-), etcétera.

Los fenicios y los griegos de la antigüedad utilizaron la sal común para la conservación de alimentos, especialmente en la salazón del pescado.

HISTORIA

Proviene del griego hals, 'sal' y genes, 'nacido'. Se trata de cinco elementos químicamente activos, estrechamente relacionados, siendo el principal de ellos el cloro; los otros cuatro son: el flúor, el bromo, el yodo y el astato, formando en conjunto el grupo 17 (o VIIA) de la tabla periódica de clasificación de los elementos químicos.

El nombre halógeno, o formador de sal, se refiere a la propiedad de cada uno de los halógenos de formar, con el sodio, una sal similar a la sal común (cloruro de sodio). Todos los miembros del grupo tienen una valencia de -1 y se combinan con los metales para formar halogenuros (también llamados haluros), así como con metales y no metales para formar iones complejos. Los cuatro primeros elementos del grupo reaccionan con facilidad con los hidrocarburos, obteniéndose los halogenuros de alquilo.

PROPIEDADES Y COMPUESTOS

La reactividad o capacidad de combinación con otros elementos es tan grande en los halógenos que rara vez aparecen libres en la naturaleza. Se encuentran principalmente en forma de sales disueltas en el agua de mar o en extensos depósitos salinos originados en épocas geológicas antiguas por evaporación de mares interiores. El último elemento del grupo, el astato, nombre que significa inestable, se obtiene al bombardear bismuto con partículas alfa (núcleos de helio), por lo que constituye un producto asociado a las distintas series radiactivas.

El estado físico de los halógenos en condiciones ambientales normales oscila entre el gaseoso del flúor y el cloro y el sólido del yodo y el astato; el bromo, por su parte, es líquido a temperatura ambiente.

Otras propiedades físicas, como los puntos de fusión y de ebullición, la densidad y el radio medio del átomo, varían en orden creciente del flúor al yodo. El calor específico -definido como cantidad de calor que ha de absorber 1 g de sustancia para aumentar 1 °C su temperatura- disminuye en la misma relación.

La característica química fundamental de los halógenos es su capacidad oxidante, por la que arrebatan electrones o unidades elementales de carga a otros elementos y moléculas de signo eléctrico negativo para formar iones también negativos denominados aniones haluro. La energía de oxidación de los halógenos es máxima en el flúor y se debilita hasta el yodo. El astato, por su naturaleza radiactiva, forma escasos e inestables compuestos. Los iones haluro, relativamente grandes e incoloros, poseen una alta estabilidad, en especial en el caso de los fluoruros y cloruros.

METODOLOGIA

1. En una gradilla se colocaron 3 tubos de ensayo, previamente rotulados, y a cada uno se le adicionó una sustancia, por ejemplo, agua de cloro al primer tubo de ensayo, agua de yodo al segundo y agua de bromo al tercero. A cada uno se le adicionó tetracloruro de carbono, agitando durante 15 segundos. Se anotaron los resultados.

2. En una gradilla se coloraron 6 tubos de ensayo rotulados y a cada tubo se le adicionó las siguientes sustancias:

Tubo 1: 1.5 ml de bromuro de sodio 0.1M mas 0.5 ml de CCl4 mas 0.5 ml de agua de cloro.

Tubo 2: 1.5 ml de yoduro de sodio 0.1M mas 0.5 ml de CCl4 mas 0.5 ml de agua de cloro

Tubo 3: 1.5 ml de cloruro de sodio 0.1M mas 0.5 ml de CCl4 mas 0.5 ml de agua de bromo.

Tubo 4: 1.5 ml de yoduro de sodio 0.1M mas 0.5 ml de CCl4 mas 0.5 ml de agua de bromo.

Tubo 5: 1.5 ml de cloruro de sodio 0.1M mas 0.5 ml de CCl4 mas 0.5 ml de agua de yodo.

Tubo 6: 1.5 ml de bromuro de sodio 0.1M mas 0.5 ml de CCl4 mas 0.5 ml de agua de yodo.

A cada uno de los tubos se procedió a agitar durante quince segundos y se anotaron los resultados.

3. En un tubo de ensayo se depositaron 5 ml de NaCl 0.1M con una pizca de cloruro de sodio sólido. Se el adicionaron varias gotas de nitrato de plata (AgNO3). Se procedió a filtrar y el filtrado se lavó con un poquito de agua. A el filtrado se le adicionaron algunas gotas de acido nítrico y luego se le adicionaron gotas de acido sulfúrico. Se anotaron los resultados.

RESULTADOS

REACCIONES DE HALÓGENOS CON TETRACLORURO DE CARBONO

SUSTANCIA CON CCl4 ILUSTRACION

AGUA DE CLORO

Color transparente Formó dos capas debido a la insolubilidad del CCl4 en agua.

AGUA DE YODO

Color vinotinto Formó dos capas (el CCl4 tiene momento bipolar nulo).

Tomó color vinotinto.

AGUA DE BROMO

Color amarillo Formó dos capas.

Hizo burbujas. Color anaranjado abajo y amarillo claro arriba.

REACCIONES DE SALES DE HALÓGENOS CON OTROS HALÓGENOS

COMPUESTO CON CCL4 ILUSTRACIÓN

Agua de cloro

Yoduro de sodio (NaI) Color amarillo pálido.

Forma dos capas: abajo es color blancuzco.

Bromuro de sodio (NaBr) Color transparente.

Forma dos capas.

Agua de yodo

Cloruro de sodio (NaCl) Forma tres capas: abajo color vinotinto, en el medio es amarillo y arriba marrón claro.

Bromuro de sodio (NaBr) Forma dos capas: la de abajo es vinotinto y arriba es color marrón oscuro.

Agua de bromo

Cloruro de sodio (NaCl) Forma 3 capas: abajo naranja fuerte e hizo burbujas; en el medio naranja claro; y arriba se torna color amarillo.

Yoduro de sodio (NaI) Forma tres capas: abajo color rojo vinotinto; en el medio marrón claro; arriba vinotinto amarilloso.

REACCION DE HALÓGENOS CON ACIDOS CONCENTRADOS

Compuesto Con nitrato de plata (AgNO3)

Dibujo Con acido nítrico (HNO3) Con acido sulfúrico (H2SO4)

Cloruro de sodio 0.1M Precipitado blanco Precipitado

Papel de filtro

No sucedió nada. Se quemó el papel de filtro. Residuo amarillo.

Bromuro de sodio 0.1M Precipitado color amarillo claro Precipitado

Papel de filtro

No se realizó.

No se realizó.

Yoduro de sodio 0.1M Precipitado amarillo intenso precipitado

Papel de filtro

No se realizó

No se realizó.

USOS Y APLICACIONES FARMACEUTICAS

FLUOR

Los derivados del flúor tienen una notable importancia en el ámbito de la industria. Entre ellos destacan los hidrocarburos fluorados, como el anticongelante freón y la resina teflón, lubricante de notables propiedades mecánicas. Los fluoruros son útiles como insecticidas. Además, pequeñísimas cantidades de flúor añadidas al agua potable previenen la caries dental, razón por la que además suele incluirse en la composición de los dentífricos.

Se utiliza para disolver vidrio y forma los fluorosilicatos correspondientes. Ayuda a endurecer el esmalte dental y protege de las caries. Sin embargo, el exceso produce la fluorosis, enfermedad de los dientes y huesos que se resquebrajan debido a la perdida de calcio.

CLORO

Se utiliza en los sistemas de tratamientos de aguas como desinfectante y bactericida. En forma de cloro gaseoso en los acueductos y como hipoclorito de sodio o calcio, en piscinas y para tratar volúmenes de agua menores. Es también usado en la industria para la obtención de diversos cloruros metálicos, para la preparación de los cloruros decolorantes y de numerosos disolventes orgánicos.

El cloro encuentra su principal aplicación como agente de blanqueo en las industrias papelera y textil. Así mismo, se emplea en la esterilización del agua potable y de las piscinas, y en las industrias de colorantes, medicamentos y desinfectantes.

El cloro se emplea principalmente en la desinfección de aguas, como blanqueante en la producción de papel y en la preparación de distintos compuestos clorados.

• El proceso de desinfección de aguas de consumo humano más ampliamente utilizado es la cloración. Se emplea ácido hipocloroso, HClO, que se produce disolviendo cloro en agua y regulando el pH.

• En la producción de papel se emplea cloro en el blanqueo de la pulpa, aunque tiende a ser sustituido por dióxido de cloro, ClO2.

• Una gran parte del cloro se emplea en la producción de cloruro de vinilo, compuesto orgánico que se emplea principalmente en la síntesis del poli(cloruro de vinilo), conocido como PVC.

• Se usa en la síntesis de numerosos compuestos orgánicos e inorgánicos, por ejemplo tetracloruro de carbono, CCl4, o cloroformo, CHCl3, y distintos halogenuros metálicos. También se emplea como agente oxidante.

• Preparación de cloruro de hidrógeno puro; se puede llevar a cabo por síntesis directa:

H2 + Cl2 → 2HCl

BROMO

Se emplea mucho en las industrias de colorantes, de productos farmacéuticos y fotográficos. Se utiliza esencialmente en la industria del tetraetiplomo, antidetonante que señala los carburantes.

Los bromuros actúan médicamente como sedantes, y el bromuro de plata se utiliza como un elemento fundamental en las placas fotográficas. El yodo, cuya presencia en el organismo humano resulta esencial y cuyo defecto produce bocio, se emplea como antiséptico en caso de heridas y quemaduras.

El bromo molecular se emplea en la fabricación de una amplia variedad de compuestos de bromo usados en la industria y en la agricultura. Tradicionalmente, la mayor aplicación del bromo ha sido para la producción de 1,2-dibromoetano, que se empleaba como aditivo en las gasolinas que tenían como antidetonante tetraetilo de plomo.

El bromo se emplea en la fabricación de productos de fumigación, agentes ininflamables, productos para la purificación de aguas, colorantes, bromuros empleados en fotografía (por ejemplo el bromuro de plata, AgBr), desinfectantes, insecticidas, etcétera.

YODO

Se utiliza para la preparación de yoduros de potasio y de mercurio, así como de la tintura de yodo, y para la síntesis de numerosos productos orgánicos.

El yodo es un elemento químico esencial. La glándula tiroides fabrica las hormonas tiroxina y triyodotironina, que contienen yodo. El déficit en yodo produce bocio y mixedema.

En el caso de que se produzca déficit de yodo durante la infancia se puede originar cretinismo, en donde se produce un retraso mental y físico. Es requerido como elemento traza para la mayoría de los organismos vivientes.

Las propiedades bactericidas del yodo apoyan sus usos principales para el tratamiento de heridas o la esterilización del agua potable. Asimismo los compuestos de yodo se utilizan para tratar ciertas condiciones de la tiroides y del corazón, como suplemento dietético (en la forma de sales yodatadas) y en los medios de contraste para los rayos X.

Los usos industriales principales se encuentran en la fotografía, en donde el yoduro de plata es uno de los constituyentes de las emulsiones para películas fotográficas rápidas, y en la industria de los tintes, en donde los tintes basado en yodo se producen para el procesamiento de alimentos y para la fotografía en colores.

TETRACLORURO DE CARBONO

El tetracloruro de carbono CCl4 es un compuesto químico sintético anteriormente utilizado como extintor de fuego y en refrigeración, pero actualmente abandonado debido a su toxicidad.

Usado para combatir incendios, en los fumigantes para cereales, en la limpieza en seco y pesticidas.

Se usó en la producción de líquido refrigerante y propulsor de aerosoles, como plaguicida, como agente para limpiar y desgrasar, en extinguidores de fuego y para remover manchas. Debido a sus efectos perjudiciales, estos usos están prohibidos y solamente se usa en ciertas aplicaciones industriales.

CLORURO DE SODIO

Alimentación Humana: la sal tiene un papel muy importante en la alimentación humana y también es usada en gran escala para la conservación de alimentos.

Industria Química: hace posible la fabricación de vidrio, jabón, plástico, papel, pinturas, hule sintético, cosméticos, medicamentos, pilas eléctricas, cloro sosa, tratamiento de aguas, petroquímica.

Salmuera (disolución de sal común en agua): suele emplearse en instalaciones frigoríficas, para transportar el frío desde el líquido -o gas frigorígeno- hasta las cámaras de refrigeración; esto se debe a la baja temperatura de congelación de la salmuera, que le permite transmitir el frío sin cristalizarse.

Conservación Peletera: después de pesar las pieles, se efectúa la salazón con objeto de permitir conservarlas durante el transporte y almacenamiento, hasta su curtido.

Esta sal es esencial para la vida en la Tierra. La mayoría de los tejidos biológicos y fluidos corporales contienen variadas concentraciones de cloruro de sodio. La cantidad de iones de sodio en la sangre está directamente relacionada con la regulación de los niveles de fluidos corporales. La propagación de los impulsos nerviosos mediante una transducción de señales es mediada por estos iones.

La llamada solución fisiológica, solución del 0,9% de cloruro de sodio, recibe su nombre porque es isotónica con el plasma sanguíneo. Esta solución fisiológica es el sostén principal de terapias médicas de reemplazo de fluidos, para la deshidratación o para prevenir shocks hipovolémicos (bajo volumen sanguíneo).

Los humanos presentan la particularidad entre los primates de eliminar grandes cantidades de sal cuando sudan.

YODURO DE SODIO

El yoduro de sodio se utiliza en la medicina para curar patologías de tipo tiroideas, es poco irritante en el estomago, es muy tolerado.

ACIDO SULFURICO

Fundamentalmente se emplea para la obtención de abonos, como sulfato amónico SO4 (NH4)2 y superfosfatos. Se utiliza también para la fabricación de colorantes y desinfectantes y para procesos de obtención de otros ácidos como el ácido nítrico

Sirve para la producción de superfosfato de calcio (fertilizantes), es un reactivo y medio disolvente para los procesos de síntesis orgánica. Disolvente de muestras tales como metales, óxidos metálicos y compuestos orgánicos. Desarrollo de leucotinas y neutralización de tratamientos alcalinos. Agente desecante, principalmente de sustancias gaseosas, en los laboratorios de síntesis, agente desatascador de tuberías de plástico de uso doméstico e industrial, por su capacidad para disolver impurezas de todo tipo.

En la fabricación de sulfatos; como oxidante acídico; como agente deshidratante y purificante; para la neutralización de soluciones alcalinas; como catalizador en síntesis orgánicas, se usa para fabricar productos orgánicos, pinturas y pigmentos, y rayón, así como para refinar petróleo y procesar.

ACIDO NITRICO

Se utiliza como base de fabricación de abonos y fertilizantes, explosivo y pinturas especialmente. También se emplea para la preparación de nitratos. Para la formación de agua regia.

Uno de los principales usos del ácido nítrico consiste en la fabricación de nitratos los cuales se emplean como abonos fertilizantes en los campos. Los abonos nitrogenados más importantes son el nitrato sódico NaNO3 y el nitrato potásico KNO3.

Se emplean grandes cantidades de ácido nítrico en la fabricación de explosivos como el TNT (trinitrotolueno), nitroglicerina y algodón pólvora (nitrocelulosa).

Otros usos industriales del ácido nítrico comprenden la fabricación de nitrocompuestos que se utilizan en la elaboración de muchos colorantes artificiales; y la fabricación de nitrato de plata AgNO3 requeridas en grandes cantidades por la industria fotográfica.

NITRATO DE PLATA

Se emplea para platear espejos y es un antiséptico. Aplicación médica: cauterización de hemorragias cuando no se detienen por otras vías, se emplea como caústico y cicatrizante. Disuelto en una solución al 1%, sirve como preventivo oftálmico para los recién nacidos y al 2% resulta útil para tratar el eccema húmedo. También se emplea tanto en la elaboración de la película fotosensible como en la composición de líquidos para revelar.

NOMENCLATURA QUIMICA.

COMPUESTO SISTEMATICA STOCK

Yoduro de sodio (NaI) Monoyoduro de sodio.

Yoduro de sodio (I)

Cloruro de sodio (NaCl) Monocloruro de sodio Cloruro de sodio (I)

Bromuro de sodio (NaBr) Monobromuro de sodio. Bromuro de sodio (I)

Tetracloruro de Carbono (CCl4) Tetracloruro de carbono Tetracloruro de carbono (IV)

Acido Sulfúrico (H2SO4)

Diácido sulfúrico Acido sulfúrico (VI)

Acido Nítrico (HNO3)

Monoácido nítrico

Acido nítrico (V)

Nitrato de plata (AgNO3)

Trinitrato de plata

Nitrato de plata (V)

CUESTIONARIO.

1. Escriba las reacciones equilibradas para los casos en los cuales tuvieron lugar reacciones de oxido-reducción entre los iones haluros y los halógenos elementales.

2. Ordene las semi-reacciones con haluro + elemento halógeno en una columna de orden decreciente de facilidad de oxidación.

• 2I- (ac) + Br2 (ac) = I2 (ac) + 2Br- (ac)

3. Establezca las reacciones químicas producidas entre un compuesto halógeno con ácidos concentrados. Escriba la estructura del producto final, haciendo claridad sobre el tipo de enlace.

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