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Tema 6 Los halogenos
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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 1886 Henri Moissan.
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Propiedades Flúor Cloro Bromo Yodo Energía de ionización, kJ/mol 1680 1251 1143 1009 Afinidad electrónica, kJ/mol -333 -348 -324 -295 Electronegatividad, Pauling 4 3 2.8 2.5 2.2 Energía de enlace (kJ/mol) 155 240 190 149 Punto fusión, ºC -219 -101 -7 114 Punto ebullición, ºC -188 -34 60 185 Potencial normal de reducción, V +2.87 +1.36 +1.07 +0.54 (medio básico) X2 2X- ∆Hvap 0 0 15 30 ∆Hdis 79 122 96 76 ∆E -333 -349 -340 -297 ∆Hhid -460 -385 -351 -305 ∆Hr -714 -612 -580 -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
Como el flúor y el cloro son agentes oxidantes fuertes, deben prepararse por oxidación
(electroquímica)de los iones fluoruro y cloruro.
La electrólisis de disoluciones acuosas de fluoruros es inadecuada porque el flúor es un
agente oxidante más enérgico que el oxígeno.
El flúor se prepara electrolizando fluoruro de hidrógeno
líquido que contiene fluoruro de potasio para aumentar su
conductividad, a 70°C aproximadamente
Ánodo 2F- F2(g) + 2e-
Cátodo 2H+ + 2e- H2(g)
Reacción global 2HF(l) 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 cloro-
alcali.
:
2NaCl(ac) + 2H2O(l) 2NaOH(ac) + H2(g) + Cl2(g)
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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 + 2Cl-
X= 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)
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Reactividad
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.
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.
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.
Flúor Cloro Bromo Yodo
Energía de enlace (kJ/mol) 158 243 193 151
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.
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 NaCl NaBr NaI
Energía reticular (kJ/mol) 915 781 743 699
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En el caso de compuestos covalentes
En. enlace (kJ/mol) XX HX BX3 AlX3 CX4 NX3
F 158 574 645 582 456 272
Cl 243 428 444 427 327 201
Br 193 363 368 360 272 243
I 151 294 272 285 239 --
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
Se pueden formar por la combinación directa de los elementos:
H2(g) + X2(g) 2HX(g)
El cloruro de hidrógeno se prepara en forma industrial como subproducto en la
manufactura de hidrocarburos clorados:
C2H6(g) + Cl2(g) C2H5Cl(g) + HCl(g)
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En el laboratorio, se pueden preparar por reacción de los
halogenuros metálicos con ácido sulfúrico concentrado:
CaF2(s) + H2SO4(ac) 2HF(g) + CaSO4(s)
2NaCl(s) + H2SO4(ac) 2HCl(g) + Na2SO4(ac)
El 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) Br2(l) + SO2(g) + Na2SO4(ac) + 2H2O(l)
Yoduro y bromuro de hidrógeno se preparan por hidrólisis de halogenuros
covalentes:
P4(s) + 6Br2(l) 4PBr3(l)
PBr3(l) + 3H2O(l) 3HBr(g) + H3PO3(ac)
NaCl
H2SO4(ac)
HCl(g
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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)
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).
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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El cloruro de hidrógeno se usa en la preparación de ácido clorhídrico, cloruros
inorgánicos y en varios procesos metalúrgicos.
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:
:O: :O: H:O:X H:O:X:O: H:O:X:O: H:O:X:O: :Ö:
HOX ácido hipohaloso, HXO2 ácido haloso, HXO3 ácido hálico y HXO4 ácido perhálico
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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
Los compuestos interhalógeno son derivados formados entre dos diferentes
elementos halógeno
XY, XY3 XY5 y XY7, X y Y son dos halógenos diferentes y X es el átomo más grande de los dos.
Muchos 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)
Otros 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.
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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.
