LOSLOS HALÓGENOSHALÓGENOS

GRUPO 17GRUPO 17

Clase 34

Química General e InorgánicaQuímica General e Inorgánica

Primer cuatrimestre 2005Primer cuatrimestre 2005

Halógenos: Halógenos: “Formadores de sales”

Ganan electrones

Grupo

períodos

ns2np5

Configuración electrónica

Cuando los elementos del grupo 17 ganan electronesforman aniones

Configuración electrónicaConfiguración electrónica

Propiedades de los halógenosPropiedades de los halógenos

Diferentes estados de agregación

Reactivos

No metales

Tóxicos

Electronegativos

Energías de ionización altas

Oxidantes

Radio atómico y radio iónicoRadio atómico y radio iónico

El radio atómico aumenta al aumentar el número atómico Z

El radio iónico aumenta al aumentar el número atómico Z

El radio del anión es mayor al del átomo neutro de cada elemento

Propiedades periódicas de los halógenosPropiedades periódicas de los halógenos

La reactividad y la toxicidad de los halógenos disminuye con el aumento del número atómico

El flúor es el elemento más reactivo de los halógenos

Enlace F-F es débilEl radio atómico del flúor es pequeño

Los halógenos son reactivos

El flúor es muy reactivo

F

F

Mayor repulsión que en el resto de los halógenos

Energías de enlace de los HalógenosEnergías de enlace de los Halógenos

Los enlaces son más débiles a medida que aumenta el radio atómico

La fuerza de un enlace entre dos átomos se mide por la entalpía de enlace

F F

Molécula H (kJ/mol)

F2 158

142

Cl2 242

199

Br2 193

228

I2 151

268

Longitudes de enlace (pm)

Cuanto más fuerte es el enlace, más corta es su longitud.

Energía de ionizaciónEnergía de ionización

La energía de ionización de los halógenos es alta.

Disminuye al aumentar el número atómico de los elementos.

ElectronegatividadElectronegatividad

La electronegatividad decrece a medida que aumenta el Z

Los halógenos son electronegativos

La electronegatividad es una medida de la fuerza con la queun átomo atrae un par de electrones de enlace

Potencial de reducciónPotencial de reducción

El potencial de reducción estándar disminuye con el aumento del número atómico Z

Los halógenos son oxidantes

El flúor es el agente oxidante más fuerte

F2 + 2 Cl- 2 F - + Cl2

+ 2,87 V

+ 1,36 V

+ 1,09 V

+ 0,54 V

F

Cl

Br

I

F2 + 2 Br - 2 F - + Br2

Cl2 + 2 Br- 2 Cl - + Br2

Cl2 + 2I- 2 Cl - + I2

F2 + 2 I - 2 F - + I2

Br2 + 2I- 2 Br - + I2

El cloro es un agente oxidante

2 Br - (ac) + Cl2 (g) Br2 (l) + 2 Cl- (ac)

I2

F2

Cl2

Br2líquido

gases

sólido

Los halógenos son elementos coloreados

Los halógenos presentan diferentes estados de agregación

Se encuentran en forma libre como moléculas diatómicas

Propiedades químicas de los HalógenosPropiedades químicas de los Halógenos

Los halógenos muestran una variación paulatina de sus propoiedades químicas a medida que se baja en el grupo

El flúor presenta algunas propiedades anómalas, tales como su poder oxidante y las bajas solubilidades de algunos fluoruros.

El yodo se disuelve en solventes orgánicos dando soluciones de diferentes colores

Agua KITetraclorometano KI + almidón

Propiedades químicas de los HalógenosPropiedades químicas de los Halógenos

Las moléculas de halógenos son no polares

Propiedades del BrPropiedades del Br2 2 (líquido)(líquido)

+

Br2 (l) + 2 NaI (ac) 2 NaBr (ac) + I2 (s)

El iodo es soluble en solventes orgánicos (color púrpura del fondo)

Propiedades del IPropiedades del I22 (sólido) (sólido)

I2 (s) I2 (g) 183 °C

El vapor de I2 condensa y se obtienen cristales de I2

sólido

Reacciones químicas de los HalógenosReacciones químicas de los Halógenos

Cl2 (g) + H2O (l) H+ (ac) + Cl-(ac) + HOCl (ac)

Br2 (l) + H2O (l) H+ (ac) + Br- (ac) + HOBr (ac)

I2 (s) + H2O (l) H+ (ac) + I- (ac) + HOI (ac)

2 F2 (g) + 2 H2O (l) 4 H+ (ac) +4 F- (ac) + O2 (g)

E0 O2 = 1,23 V

E0 F2 = 2,87 V

Reacciones con el agua:Reacciones con el agua:

Reacciones con metales:Reacciones con metales:

n X2 + 2 M 2 MXn

F2, Cl2 con prácticamente todos los metales

Reacciones con Fe

3 F2 (g) + 2 Fe (s) 2 FeF3

3 Cl2 (g)(exceso) + 2 Fe (s) 2 FeCl3

Cl2 (g) (limitado) + Fe (s) FeCl2

I2 (s) + Fe (s) FeI2

Nº oxid Fe

+3

+3

+2

+2

Reacciones con otros halógenos: interhalógenosReacciones con otros halógenos: interhalógenos

X2 + 2 X’- X’2 + 2 X-

F2 > Cl2 > Br2 > I2

200 °C

Cl2 (g) + F2 (g) 2 ClF (g)

Se forman todos , excepto el IF

280 °C

Cl2 (g) + 3F2 (g) 2 ClF3 (g)

Reacciones con hidrógeno:Reacciones con hidrógeno:

Halogenuros de hidrógeno

X2 (g) + H2 (g) 2 HX (g)

F2 (g) + H2 (g) 2 HF (g)

Cl2 (g) + H2 (g) 2 HCl (g)

Br2 (g) + H2 (g) 2 HBr (g)

I2 (g) + H2 (g) 2 HI (g)

Peligrosa y explosiva

Fotoquímica, en cadena

Fotoquímica, en cadena

Lenta

Compuestos importantes de los HalógenosCompuestos importantes de los Halógenos

Oxoácidos

Compuesto F Cl Br I

Halogenuro de hidrógeno

Óxidos

HF (-1)

OF2 (+1)

HCl (-1) HBr (-1) HI (-1)

Cl2 O (+1)

ClO2 (+4)Cl2 O7 (+7)

HClO (+1)

HClO2 (+3)

HClO3 (+5)

HClO4 (+7)

Br2 O (+1)

BrO2 (+4)

HBrO (+1)

HBrO3 (+5)

HBrO4 (+7)

I2O5 (+5)

HIO (+1)

HIO3 (+5)

HIO4 (+7)

Compuestos importantes de los HalógenosCompuestos importantes de los Halógenos

a) Halogenuros de hidrógeno

b) Hidrácidos o ácidos halogenhídricos

c) Oxoácidos

d) Haluros

X2 (g) + H2 (g) 2 HX (g)

a) Halogenuros de hidrógenoa) Halogenuros de hidrógenoSon gases de olor penetrante e irritante

a) Reacción directa de sus elementos

b) Reacción de un halogenuro metálico con un ácido no volátil

2NaF (s) + H2SO4 (l) Na2SO4 (s) + 2HF (g)

2NaCl (s) + H2SO4 (l) Na2SO4 (s) + 2HCl (g)

NaI (s) + H3PO4 (l) NaH2PO4 (s) + HI (g)

NaBr (s) + H3PO4 (l) NaH2PO4 (s) + HBr (g)

Para preparar HBr y HI a partir de sus sales no se puede usar H2SO4, se emplea H3PO4 concentrado.

El H2SO4 concentrado oxida al HBr a Br2 y HI a I2.

El poder oxidante del H2SO4 no alcanza para oxidar el Cl- a Cl2 ni el F- a F2.

2 KBr (ac) + 2 H2SO4 (l) Br2 (l) + K2SO4 (ac) + SO2 (g) + 2 H2O (l)

6 KI (ac) + 4 H2SO4 (l) 3 I2 (s) + 3 K2SO4 (ac) + S (s) + 4H2O (l)

8 KI (ac) + 5 H2SO4 (l) 4 I2 (s) + 4 K2SO4 (ac) + SH2 (s) + 4H2O (l)

Br2 (l)

Propiedades físicas de los halogenuros de hidrógeno

Compuesto Masa PF (°C) PE (°C) pKa H (kJ/mol) L (pm)

H

F

H H H

ClBr

I

92 pm 127 pm 141 pm163 pm

Tamaño relativo de los halogenuros de hidrógeno

Las disoluciones acuosas de los halogenuros de hidrógeno son ácidas

b) Hidrácidos o ácidos halogenhb) Hidrácidos o ácidos halogenhíídricosdricos

H

H O••

• •

• ••• H F

• •

••

••

• •

+

H

H O••

• •

• •••

++

H + F

• •

••

••

• •--

HF (ac) + H2O (l) H3O+ (ac) + F – (ac)

Ka= 7,2 10 -4

El HF es un ácido débil

El HCl, HBr y el HI son ácidos fuertes

Cl

Enlace covalentefuerte

H Cl

Enlace intermolecular débil

H

Puentes de hidrógeno en solución acuosa de FHH

O FHH

Fuerza relativa de los hidrácidos

HF (ac) << HCl (ac) < HBr (ac) < HI (ac)

2990,5HI

3660,8HBr

4311,0HCl

5651,8HF

Energía de enlace

(kJ/mol)

Diferencia de electronegatividad

Acido

Fuerza de los hidrácidosFuerza de los hidrácidos

c) Oxoácidos de los Halógenosc) Oxoácidos de los Halógenos

Número de oxidación Fórmula pKaNombre Ejemplo

ácido perhálico

ácido hálico

ácido haloso

ácido hipohaloso

Los oxoácidos son oxidantes

Oxoácidos del cloroOxoácidos del cloro

Oxoácido EstructuraNúmero de

oxidación del cloro pKa

hipocloroso

cloroso

perclórico

clórico

fuerte

fuerte

El grado de acidez aumenta con: la electronegatividad, el número de oxidación y el número de oxígenos unidos al halógeno

Comparación de la acidez de los Comparación de la acidez de los oxoácidos del cloro, bromo , yodooxoácidos del cloro, bromo , yodocon menor número de oxidación con menor número de oxidación

Ácido hipoahaloso Estructura Electronegatividad pKa

HClOHBrOHIO

Los compuestos formados por cationes altamente polarizantes y aniones altamentes polarizables presentan enlaces con elevado carácter covalente

Los aniones ricos en electrones son muy polarizables

d) Halurosd) Haluros

Son halogenuros de otros elementos

Covalentes, bajos PF, poco solubles en agua

Iónicos, altos PF, solubles en agua

Carácter metálico del elemento

Metales No metales

Halogenuros metálicos:NaCl, KBr, CaCl2, NiBr2

Halogenuros no metálicos:BF3, PCl5, AsCl3

Haluros de plataHaluros de plata

AgCl AgBr AgI

Polarizabilidad de los iones halogenuros se incrementan en el siguiente orden:

Cl - < Br - < I -

Intensidad de los colores de los precipitados

Cl - < Br - < I-

SolubilidadCl - > Br - > I -