Grupo 15: Familia del Nitrógeno

Acevedo Domínguez Naray AlejandraAlvarado Salinas Guillermo Samuel

García Aragón CynthiaLeón Zárate María José

López Guadarrama AlejandroVillanueva Estrada Estefanía

• Configuración electrónica que termina en nS2 nP3. ó nS2 nd10 nP3. (Arsénico)

• 5 electrones en su capa de valencia.

• Los números de oxidación suelen ser o 5 o 3.

• Tienden a formar 3 o 5 enlaces cuando son el átomo central de una molécula.

• El carácter metálico aumenta con el aumento del número atómico.

• EL punto de ebullición y de fusión aumenta a medida que aumenta el número atómico.

Si el carácter metálico aumenta¿Qué propiedad disminuye?

Generalidades del Grupo 15 (Familia VA)

Fórmulas generales E2O3

E2O5

EH3

ECl5

EO3-

EO43-

Pirámide trigonalNH3 , PH3, BiCl3, PCl3,SbCl3 , etc.

Bipirámide trigonal:PF5 , AsF5, SbCl5, PCl5,BiF5 (polímero), etc.

El NF5 no es estable ya que el N no tiene el suficiente tamaño como para albergar 5 floruros.

Geometrías características

Oxoaniones conocidosTetraédrica:PO4

3-

AsO43-

SbO43-

Triangular Plana:NO3

-

BiO3-

PO3-

Mnemotecnia paraAprenderse el grupo 15

NITRÓGENO

• Del latín “nitrium” (Antiguamente = compuestos de sodio)

y “genes” = generar

• Descubierto por Daniel Rutherford en 1772

Gas diatómico (N2). Compone el 78 % del aire en la atmósfera Consta de 6 isótopos:-  Estables 14N y 15N - Radiactivos 12N, 13N, 16N y 17N

Características

Constituye un papel primordial al ser el constituyente de los aminoácidos, ácidos nucleicos y proteínas.

• El Ciclo del nitrógeno es uno de los procesos más importantes en los ecosistemas.

Compuestos binarios Clasificación: salinos, covalentes e

intersticiales. Su formación puede darse a partir de

N2 o NH3, o por descomposición térmica de una amida:

6 Li (s) + N2 → 2 Li3N(s)

3 Ca (s) + 2 NH3 (l) → Ca3N2 (s) + 3 H2 (g)

Nitruros

Gas incoloro Tóxico (en altos niveles de exposición) Líquido excelente disolvente. Producción de fertilizantes y fuente primaria

en la producción de sustancias químicas. Se obtiene a partir del proceso Haber:

N2 (g) + 3 H2 (g) → 2NH3 (g)

NH3

Líquido incoloro, corrosivo y tóxico ( puede causar quemaduras graves).

Producción de fertilizantes y explosivos. Tiene usos adicionales en metalurgia y

refinado.

HNO3

Gas color café. Olor fuerte y penetrante. Es uno de los contaminantes del aire más

prominentes Su dímero N2O4 (incoloro)

∆ + N2O4(g) 2NO2 (g)

NO2

Producción industrial del amoniaco NH3 y conversión en ácido nítrico (HNO3).

En estado líquido se utiliza como refrigerante. Hidrazina N2H4 y dimetilhidrazina N2H2(CH3)2 se utilizan

como combustibles de cohetes.

Usos

A partir del aire : Eliminación del oxígeno Aire líquido: Destilación fraccionada Descomposición de NH4NO2 :

NH4NO2(s) → 2H2O (g)+ N2 (g)

Oxidación de amoniaco con óxido de cobre (II):

2NH3 (g) + 3CuO (s) → 3 Cu (s) + 3H2O + N2 (g)

Obtención

Aplicaciones

FÓSFORO

•Descubierto en 1669 por Hennig

Brandt•Del griego

“portador de luz”.

Fósforo blanco Fósforo rojo Fósforo negro (el más estable)

El fósforo P4 se encuentra como una serie de alótropos.

Reducción de Fluoroapatita (Ca5(PO4)3F) e Hidroxiapatita (Ca5(PO4)3OH).

Obtención

Formación de ácido fosfórico

Ca5(PO4)3F(s) + 5H2SO4(l) → 3H3PO4(l) + 5CaSO4(s) + HF(g)

Fósforo elemental

2Ca3(PO4)2(s) + 6SiO2(s) + 10C(s) → 6CaSiO3(l) + 10CO(g) + P4(g)

Reacciones

Funciones biológicas

Pirotecnia, bombas de humo, fabricación de acero y aleaciones.

El 85% del ácido fosfórico se emplea en la producción de fertilizantes.

Usos

Aplicaciones

ARSÉNICO

Se conoce desde tiempos remotos, al igual que sus compuestos sulfurados.

Desde entonces se conocían sus propiedades toxicas, irritantes y corrosivas.

Roger Bacon y Alberto Magno se detuvieron en su estudio —se cree que este último fue el primero en aislar el elemento en el año 1250.

Historia

Sólido Metaloide Bloque 4, periodo P Masa atómica: 74.926 u Configuración electrónica: [Ar]4s2 3d10

4p3

Radio medio 115 pm Electronegatividad 2,18 (Pauling) Estado(s) de oxidación ±3,5

Datos generales del elemento

Gris metálico• Estructura cristalina: romboédrica• Densidad: 5,73 g/cm3

• Punto de fusión: 887 K (614 °C)• Punto de ebullición: 1090 K (817 °C) • Buen conductor térmico• Mal conductor eléctrico

Estados alotrópicos

Amarillo• Densidad: 1,97 g/cm3

• Extremadamente volátil • Más reactivo que el arsénico metálico• Presenta fosforescencia a temperatura

ambiente

Negro• Densidad: 4,7 g/cm3

• Estructura cristalina: hexagonal

Alacranita • Fórmula química: As8S9

• Densidad: 3.43 g/cm3

Arsenolita• Fórmula química: As2O3

• Densidad: 3,7 g/cm3

Getchellita• Fórmula química: SbAsS3

• Densidad: 3.98 g/cm3

Principales minerales

Oropimente• Fórmula química: As2S3

• Densidad: 3,53 g/cm3

Rejalgar• Fórmula química: As4S4

• Densidad: 3,56 g/cm3

Tennantita• Fórmula química: Cu12As4S13

• Densidad: 4.7 g/cm3

Ácido arsénico• Fórmula química: H3AsO4

• Masa molar: 141,94 g/mol • Punto de fusión; 308,65 K (36 °C) • Punto de ebullición: 433 K (160 °C)• Se usa en el tratamiento de madera, en la fabricación de

colorantes como herbicida, insecticida o raticida.

Ácido arsenioso• Fórmula química: H3AsO3 • Masa molar: 125,94 g/mol• Es una molécula piramidal • Es usado como un herbicida, pesticida, y raticida

Compuestos de arsénico

Trihidruro de arsénico III• Fórmula química: AsH3

• Punto de fusión: 157 K (-116 °C) • Punto de ebullición: 210 K (-63 °C)• Masa molar: 78.0 g/mol• Gas incoloro, inflamable y altamente tóxico• Se usa en síntesis orgánicas y en la formación de materiales

semiconductores.

Trióxido de arsénico• Fórmula química: As2O3

• Punto de fusión: 585 K (312 °C) • Punto de ebullición: 738 K (465 °C)• Masa molar: 197.8 g/mol• Se usa en la fabricación de pesticidas, tratamiento de la

leucemia, preservativos para madera y elaboración de semiconductores.

Lewisita• Nombre sistemático: 2-cloroetenildicloroarsina• Masa molar 207.32 g/mol • Punto de fusión: 255 K (-18 °C) • Punto de ebullición: 463 K (190 °C)• Aceite de color café.• Utilizado en la fabricación de armas químicas.

Cuadro clínico agudo

• Síntomas gastrointestinales: aliento con olor a ajo, náuseas, vómito, diarrea.

• Síntomas cardiovasculares: hipotensión arterial y shock.

• Síntomas cutáneo-mucosos: irritación, vesicación y desprendimiento de piel.

• Síntomas neurológicos: cefalea, letargo, convulsiones, disfunciones motoras y coma.

• Síntomas hematológicos: aplasia medular, desencadenante de anemia, leucopenia, y trombocitopenia.

Intoxicación con arsénico

Cuadro clínico crónico (arsenicosis)

• Es causado principalmente por el consumo continuado de agua contaminada o por el trabajo con dicha sustancia.

• La arsenicosis tiene relación directa con la aparición de varios tipos de cáncer.

• Síntomas digestivos: náuseas, vómitos, dolores abdominales.

• Síntomas cutáneos: aparición de vesículas, ulceras y verrugas.

• Lesiones degenerativas en el hígado, lesiones cardiacas, daño renal.

En las aguas tóxicas y salobres del Lago Mono, en California, una bacteria puede sustituir el fósforo (que hasta la fecha se consideraba indispensable para la vida) con arsénico, al punto de incorporar este elemento a su (ADN).

Este descubrimiento abre la puerta a la búsqueda de nuevas formas de vida en planetas que no contengan fósforo en su atmósfera.

Sin embargo, la bacteria es resistente al arsénico pero no puede sustituir por completo el fósforo.

Dato curioso

Del griego anti monos “no solo”

Símbolo del latín stibium “lápiz”, ya que el negro del antimonio se utilizaba antes para pintarse las cejas.

ANTIMONIO

Metaloide 4 formas alotrópicas

(blanco, amarillo, negro y explosivo)

Acidez media Estructura cristalina

Romboédrica Apariencia: sólido cristalino,

fundible, quebradizo, blanco plateado que presenta una conductividad eléctrica y térmica baja 

Características

Isótopos:31 isótopos de los cuales 2 son estables y se encuentran en la naturaleza. 121Sb (57.36%) 123Sb (42.62%)

AbundanciaCorteza terrestre: 0.2 ppmSistema Solar: 950 ppb

Características

Configuración Electrónica [Kr] 4d10 5s2 5p3

Número atómico 51

Peso atómico 121.76

Punto de Fusión 630.7 °C

Punto de Ebullición 1750 °C

Estado de agregación Sólido

Densidad 6.69 g/cm3

Dureza de Mohs 3.5

Niveles de oxidación -3, 3, 5

Electronegatividad 2.05

Radio Atómico 159 pm

%m en la corteza terrestre 6.5x10-5%

Isótopos (%) Sb-121 (57.21%)Sb-123 (42.79%)

Se puede encontrar en minerales como antimonita o estibina (Sb2S3) y valentinita (Sb2O3).

Reducción del óxido con coque2Sb2O3 + 3C → 4Sb + 3CO2

Reducción del sulfuro con hierroSb2S3 + 3Fe → 2Sb + 3FeS

Obtención

Estibina

Valentinita

Principales centros mineros en el mundo

Es muy quebradizo por lo que se usa en aleaciones con otros metales como el Sn y Pb.

Utilizado en semiconductores (diodos, detectores de infrarrojo).

En acumuladores eléctricos. Catalizador en la

polimerización del PET (Sb2O3). Sus compuestos son utilizados

en retardantes de llama(Sb2O3), pinturas, cerámica, esmaltes, pirotecnia (Sb2S3), entre otros.

Usos

Es tóxico. El envenenamiento con

este elemento es similar al causado por el As.

Una leve intoxicación puede ocasionar mareo, cefalea y depresión.

Una intoxicación grave produce vómitos frecuentes y la muerte.

Riesgos a la Salud

El bismuto se conocía desde la antigüedad, pero hasta a mediados del siglo XVIII se confundía con el plomo, estaño y cinc.

Fue aislado en 1753, en Francia, por C.F.Geoffroy.

De la palabra alemana "bisemutum" que significa "materia blanca", en alusión al color del elemento.

Historia

• En la clasificación geoquímica de los elementos pertenece a los calcófilos.

• Existe en la naturaleza como metal libre y en minerales.

• Los compuestos más estables son los del bismuto trivalente.

• El bismutato de sodio y el pentafluoruro de bismuto son quizá los compuestos más importantes de Bi(V).

Descripción del bismuto

Es opaco a los rayos X y en algunas aleaciones tiene un punto de fusión bajo.

Poco conductor del calor y la electricidad.

Es un sólido, duro y quebradizo.

Descripción del bismuto

Características y abundanciaNúmeros de oxidación:  +3, +5Estructura electrónica [Xe] 4f14 5d10 6s2 6p3

Punto de fusión 271 °CPunto de ebullición 1564 °CEstructura cristalina Romboédrica

Color Blanco amarillentoElectronegatividad 2.02

Estado de agregación SólidoTipo magnético Diamagnético

Abundancia

Universo 0.0007 ppm

Solar 0.01 ppm

Corteza terrestre 0.048 ppm

Bismutina (Bi2S3)

Bismutita Bi2(CO3)O2

Tetradimita (Bi2Te2S)

Eulinita Bi4(SiO4)3

Telurobismuto (Bi2Te3)

Minerales

Reacciones con agua

2Bi(s) + 3H2O(g) → Bi2O3(s) + 3H2(g)

Reacciones con aire

4Bi(s) + 3O2(g) → 2Bi2O3(s)

Reacciones con halógenos

2Bi(s) + 5F2(g) → 2BiF5(s)

 2Bi(s) + 3I2(g) → 2BiI3(s)

Reacciones

Bismuto se disuelve en ácido sulfúrico concentrado o ácido nítrico, soluciones de forma que contenga Bi(III). La reacción de ácido sulfúrico produce dióxido de azufre(IV). Con ácido clorhídrico en presencia de oxígeno, se produce cloruro de bismuto (III).

4Bi(s) + 3O2(g) + 12HCl(aq) 4BiCl3(aq) + 6H2O(l)

Reacciones

Parte del bismuto comercial se obtiene como subproducto en las metalurgias de otros metales como cobre, plomo y estaño , así como de los lodos anódicos formados en los procesos de refinado electrolítico de éstos.

Método de Betts

Obtención

Usos

(BiOCl)-cosméticos y fabricación de perlas artificiales

Producción mundial del Bismuto

Salicilato de Bismuto C7H5BiO4 “Metal verde”

http://eprints.uanl.mx/2660/1/S%C3%8DNTESIS_Y_CARACTERIZACI%C3%93N_DE__NANOPART%C3%8DCULAS_DE_BISMUTO_OBTENIDAS_MEDIANTE_IRRADIACI%C3%93N_DE_MICROO.pdf

Mirete Salvador, Catálogo-Glosario de especies minerales, ed. Ministerio de ciencia y tecnología, Madrid,1991,pp.166.

SHRIVER & ATKINS, Química Inorgánica 4ª Edición, Ed. McGraw Hill, México, 2008, p 347-375

BROWN, Theodore; Química. La Ciencia Central, Ed. Pearson Educación, México, 2009, p. 890-899.

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Bibliografía