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J. Isasi
TEMA 11. Reactividad de elementos p. Tipos de compuestos
Pb
Sn
P
As
Sb
Bi Po
Te
Cl
Br
I
At Rn
Xe
C
ON LiF HeC
Ge
O
S
Se
He
Ne
Ar
Kr
B C
SiSi
Ge
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Tipos de compuestos que forman los elementos p:
➢ compuestos con enlace iónico y
➢ compuestos con enlace covalente
Reactividad de los elementos p:
➢ reacciones directas elemento-elemento y
➢ reacciones en disolución acuosa
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En general, la unión de dos átomos del mismo elemento
puede originar un enlace covalente
Del mismo modo, las combinaciones de átomos del bloque p con los distintos
elementos pueden generar compuestos en los que exista enlace iónico o
enlace covalente, aunque estos enlaces no van ser enlaces totalmente puros
Tipos de compuestos que
forman los elementos p:
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Reglas de Fajans
n+La capacidad de polarización de Mn+ aumenta
r+
n-La polarizabilidad de los Xn- aumenta
r- r+
o poder polarizante
Facilidad con la que un anión se deja deformar su propia nube electrónica
Capacidad de deformación de la nube electrónica
A mayor poder polarizante del catión y mayor polarizabilidad del anión
Mayor porcentaje de enlace covalente
r-
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De compuestos con enlace iónico a compuestos con enlace covalente
Los elementos del grupo p generan por lo general aniones
Para que en un compuesto exista enlace iónico
Y cuando Gºf <0 el compuesto es estable
el catión tiene que ser poco polarizante y
el anión poco polarizable
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Constituidos por átomos de pequeño tamaño que en su unión originan mayor energía de enlace
Suponiendo la formación de LiCl
Cl- : Anión poco polarizable
Li+ : Catión muy polarizante
Enlace covalente polar
En la formación de este enlace covalente polar van a existir importantesdiferencias entre el flúor y el resto de los halógenos
Halógenos
En los compuestos que se forman G < 0
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F: estado de oxidación -1
Los átomo de los restante halógenos pueden tener diferentes estados de oxidación: 1, 3, 5 y 7, debido a que tienen orbitales d
Cl: 3s23p5(3d) est oxid = 1
Cl*: 3s23p4(3d1) estado oxid = 3
Cl*: 3s23p3(3d2) estado oxid = 5
Cl*: 3s23p2(3d3) estado oxid = 7
La promoción tiene lugar si la formación de nuevos enlaces compensa el gasto energético
Diferencias entre el flúor y el resto de los halógenos
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Elementos del periodo 2: B, C, N, O, F
r
F B Z* EI
AE
El O puede formar un anión estable poco polarizable
El N es más polarizable que el O y tiene una carga negativa más
En el C y el B conducen a aniones muy polarizables por lo que no resultan estables
En este elemento está el límite para formar compuestos iónicos
Al ir de flúor al boro disminuye la probabilidad de crear aniones poco polarizablespero aumenta la posibilidad de formar cationes muy polarizantes.
Resulta bastante polarizable
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Los cabeza de grupo tendrán un estado de oxidación único, pero a medidaque se desciende en los grupos se incrementa el estado de oxidación
Grupo 16 Configuración Forma ion estable
O ns2np4 O2-
S S2-
Se
Te
Po
Tamaño
(+)
El azufre al ser más grande es mas polarizable
«Sulfuro de sodio posee mayor carácter covalente que el óxido de sodio»
No hay posibilidad de formar compuestos iónicos porque
Se2-
y Te2-
poseen gran tamaño y serían muy polarizables.
En sus combinaciones sólo existe química covalente.
Al aumentar el tamaño se incrementa la tendencia a
la formación de cationes y viceversa
Po4+
Elementos del grupo 16
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Grupo 15 Configuración Forma ion estable
N ns2np3 N3-
P
As
Sb
Bi
(+)
Carga negativa elevada.
Constituiría el caso límite de ion estable.
«El nitruro sódico es más
covalente que el óxido de sodio»
Gran tamaño. Química covalente No forman compuestos iónicos.
El bismuto forma el catión más estable al ser mas polarizante que el antimonio.
Con el anión menos polarizable, F- , forma el BiF3
Elementos del grupo 15
Tamaño
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Elementos del grupo 14
Grupo 14 Configuración
C ns2np2
SiGeSn Pb
(+)
Química covalente
Al aumentar el radio atómico disminuye la energía de enlacey existe menor probabilidad de formación de compuestos iónicos
Forman cationes que con aniones poco polarizablespueden originar compuestos bastante estables:
En resumen, la transición gradual de un metal a un no metal viene dada por la química de los elementos
Tamaño
SnCl2, PbCl2 (compuestos iónicos) SnCl4, PbCl4 (compuestos covalentes)
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Reactividad de los elementos p
Para conocer la reactividad se habrán de considerar:
1. Aspectos y termodinámicos Gof < 0
2. Aspectos cinéticos: velocidad de reacción(La etapa lenta va a proporcionar la velocidad limitante)
A menor energía de activación mayor velocidad
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Aspectos termodinámicos
G ???A + B → AB Gº1 = -1500 kJ/mol
A + C → AC Gº2 = -200 kJ/mol
B ó C serán más reactivos cuanto más estables sean los compuestos AB ó AC
Gº < 0
En reacciones directas con otro elementoGºf = Hºf - TSº
En reacciones en disoluciónGº= -nFEº
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Si los halógenos se combinan con el mismo elemento ¿cuál de ellos es el más reactivo?
Evaluación del valor de Hºf1/2X2 (g, l, s) + E (s) → X–E (s)
Hºf
Cuanto más reactivo es
X2
más estable es el
compuesto iónico
Hºf < 0
1/2X2 (g)
X(g)
1/2Hd
X-(g)
AE
Hv
E (g)
EI
E +(g)
Uo
+
Hºf = ½(Hs ó Hv)+ ½Hd + AE + Hv + EI + Uo
1/2Hv
1/2Hs
(solo para moléculas diatómicas)
>0 >0 <0 <0
Reacciones directas que originan compuestos en los que existe una elevada participación de enlace iónico
>0 >0
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(Hs ó Hv) valor muy pequeño, casi no afecta
Hd (X2) , valor >0
AE < 0
Uo< 0
Hºf <0
F Cl Br I - Reactividad
1Hd
+ Reactividad
AE2
Uo- Reactividad
3
- Reactividad
-r
En principio son los que
determinan la reactividad
al ser los dos < 0
F menor AE que Cl (-328/-349 kJmol-1)
pero mayor que los restantes
1 y 3 determinan la reactividad,
F es más reactivo que el ClF2 Cl2
Hd
158.2 243.5 // kJmol-1
Al tener más electrones
en un volumen muy pequeño
mayor repulsión
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1/2 X2 (g, l, s) + 1/2 H2 (g) → X-H (s)Hºf
1/2X2 (g)
X(g)
1/2Hd
1/2Hd
H (g)+
Hºf = ½(Hs ó Hv)+ ½Hd(X2) + E(X-H)+ Hd(H2)
valor muy pequeño > 0 Valor cte > 0
E(X-H)
Hd ó E (X-H) son los factores que más influyen
E(X-H) es un valor relacionado con el numero de enlaces formados
Halógenos con hidrógeno
1/2Hv
1/2Hs
< 0
Hºf < 0
Más reactividad del halógeno
Reacciones directas que originan compuestos en los que existe una elevada participación de enlace covalente
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Mayor
reactividadSi aumenta al valor de E(X-H) , valor < 0
Si disminuye el valor de Hd , valor > 0
Cl2 I2
El F es el más reactivo y produce reacciones explosivas.Se combina en general con casi todos los elementos de la tabla periódica en reacciones muy exotérmicas.
Hd > 0 Determina la reactividadHd E(X-H)
F2 Cl2
E(X-H) Hd
kJ/mol HE(X-H) Hd
F 570 158.2Cl 432 243.5Br 365 193.0I 298 151.0
Hºf < 0
Más reactividad del halógeno
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Reactividad en disolución acuosa /// Gº= -nFEº
Los halógenos en disolución acuosa son muy oxidantes, se reducen
(ganan es-)
Potenciales de los electrodos normales
1/2F2 + 1e- F- Eº = +2.85 V
1/2Cl2 + 1e- Cl- Eº = +1.36V
1/2Br2 + 1e- Br- Eº = +1.06 V
1/2I2 + 1e- I- Eº = +0.53 V (-)
El flúor es el oxidante más fuerte conocido
½ X2 (g, l, s) + 1e- → X- (ac)
El halógeno más oxidante es el que tiene mayor potencial de reducción
Poder oxidante