química inorgánica i -...

Los elementos del bloque p

Facultad de QumicaDepartamento de Qumica Inorgnica y Nuclear

Dr. Sigfrido Escalante Tovar

Qumica Inorgnica I

Sigfrido Escalante Tovarnov-2009



El grupo 13, el del Boro

1 18 1

H 2 13 14 15 16 17 2

He

3

Li 4

Be

5 B

6

C 7

N 8

O 9

F 10

Ne

11

Na 12

Mg 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Al 14

Si 15

P 16

S 17

Cl 18

Ar

19

K 20

Ca 21

Sc 22

Ti 23

V 24

Cr 25

Mn 26

Fe 27

Co 28

Ni 29

Cu 30

Zn 31

Ga 32

Ge 33

As 34

Se 35

Br 36

Kr K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr

37

Rb 38

Sr 39

Y 40

Zr 41

Nb 42

Mo 43

Tc 44

Ru 45

Rh 46

Pd 47

Ag 48

Cd 49

In 50

Sn 51

Sb 52

Te 53

I 54

Xe

55

Cs 56

Ba 57-71

72

Hf 73

Ta 74

W 75

Re 76

Os 77

Ir 78

Pt 79

Au 80

Hg 81

Tl 82

Pb 83

Bi 84

Po 85

At 86

Rn

87

Fr 88

Ra 89-

103 104

Rf 105

Db 106

Sg 107

Bh 108

Hs 109

Mt 110

Ds 111

Uuu 112

Uuu 113

Uuu 114

Uuu 115

Uuu 116

Uuu 117

Uuu 118

Uuu

57

La 58

Ce 59

Pr 60

Nd 61

Pm 62

Sm 63

Eu 64

Gd 65

Tb 66

Dy 67

Ho 68

Er 69

Tm 70

Yb 71

Lu

89

Ac 90

Th 91

Pa 92

U 93

Np 94

Pu 95

Am 96

Cm 97

Bk 98

Cf 99

Es 100

Fm 101

Md 102

No 103

Lr

Grupo 13: propiedades relevantes

Todos sus elementos son metlicos excepto el boro.

Boro es diferente a los dems, para empezar, el catin B3+ no es estable en



empezar, el catin B3+ no es estable en agua mientras que Al3+ s lo es.

Talio manifiesta el llamado efecto del par inerte. Sabes qu es?

De nuevo aqu, la reactividad y propiedades del boro, cabeza del grupo, son diferentes a las del resto del grupo.

Boro: propiedades relevantes

El boro ocupa un lugar especial dentro de la qumica covalente porque solamente tiene 3 electrones de valencia y no alcanza a completar el octeto en sus



alcanza a completar el octeto en sus compuestos.

Algunos de sus compuestos tienen importantes aplicaciones tanto tradicionales como novedosas.

Sabes que es el Pyrex?

El boro y sus hidruros, los boranos8BF3 + 6NaH 6NaBF4 + B2H6

El diborano es el hidruro ms simpleya que el borano BH3 es inestable ypresenta una constante de dimerizacinde 105.



B

HB

H

H Hde 10 .

2BH3 (g) B2H6 (g)

A los boranos se les menciona frecuentemente como compuestos deficientes en electrones En el diborano hay solamente 12 electrones para formar los 8 enlaces. Existen por lo tanto 4 enlaces de 2 centros y dos electrones y 2 enlaces, los centrales que se llaman enlaces de 3 centros y 2 electrones (banana bonds).

B

H

BH H

diborano

El boro y sus hidruros, los boranos8BF3 + 6NaH 6NaBF4 + B2H6

El diborano es el hidruro ms simpleya que el borano BH3 es inestable ypresenta una constante de dimerizacinde 105.



B

HB

H

H Hde 10 .

2BH3 (g) B2H6 (g)

A los boranos se les menciona frecuentemente como compuestos deficientes en electrones En el diborano hay solamente 12 electrones para formar los 8 enlaces. Existen por lo tanto 4 enlaces de 2 centros y dos electrones y 2 enlaces, los centrales que se llaman enlaces de 3 centros y 2 electrones (banana bonds).

Qu le pasa al diborano con el oxgeno y qu le pasa con el agua?

B

H

BH H

diborano

Algo sobre el aluminioFacultad de Qumica

Departamento de Qumica Inorgnica y NuclearDr. Sigfrido Escalante Tovar

Producto preferente en su reaccin con oxgenoBauxita, el xido: Al2O3nH2O

Presenta propiedades reductoras:El hidruro doble de litio y aluminio: LiAlH4 es un agente reductor muy empleado en sntesis orgnica.

Se le asocia a trastornos mentales como el mal de AlzheimerDosis mxima recomendada en UK en la dieta: 6 g/da

Qu le pasa al Al(s) en medios muy cidos o muy alcalinos?

Qu son las zeolitas y para que sirven?

Grupo 14 Una caracterstica general y notable de este grupo es la gradualidad

de las propiedades de sus elementos que a lo largo de ste van cambiando progresivamente de carcter, desde los dbilmente electronegativos hasta los dbilmente electropositivos.

Todos muestran una valencia de 4 pero, con el incremento progresivo en el carcter metlico, ocurre una reduccin de dos en su valencia. El grupo 13 presenta un comportamiento similar pues los elementos inferiores manifiestan preferentemente una valencia



los elementos inferiores manifiestan preferentemente una valencia de 1 en lugar de 3 como la que presentan los elementos superiores del grupo.

Todos los elementos del grupo forman los tetrahalogenuros MX4excepto el plomo que solamente forma el PbF4 y el PbCl4 como especies estables a temperatura ambiente.

La estabilidad de los halogenuros posee una variacin a lo largo del grupo que indica que sta es menor hacia los tetrahalogenuros de los elementos pesados.

Los elementos con estados de oxidacin, al menos formalmente hablando, altos tienden a formar enlaces covalentes ya



tienden a formar enlaces covalentes ya que polarizan demasiado los enlaces. Tal es el caso de C4+, S6+, etc.

Grupo 14: carbono C(diamante) C(grafito) Hf = -2.9 kJmol-1

Carbono, carburos, CO2, CH4, efecto invernadero.

ClorofluorocarbonoCFCl3 aunque inerte en condiciones normales en la alta atmsfera libera cloro que destruye al ozono.Cl + O3 O2 + ClOClO Cl + O



ClO Cl + OCl + O3 O2 + ClOClO + O Cl + O2 con lo cual se propaga su efecto.

Quin fabricaba los clorofluorocarbonos en 1974 y cundo y cmo se dejaron de producir masivamente?

Perfluorocarbonos. (sangre artificial) SiO2, vidrios, silicatos y zeolitas. Estao y plomo, tetraetilo de plomo y salud. Aspectos biolgicos.

El ciclo del carbonoFacultad de Qumica


Qu suceso, relacionado con el dixido de carbono, ocurri la noche del 21 de agosto de 1986 en la ribera del lago Nyos en Camern?

Grupo 14: tendencias



GeCl2 + Cl2 GeCl4 (reaccin incontrolablemente rpida)

SnCl2 + Cl2 SnCl4 (reaccin lenta)

PbCl2 + Cl2 PbCl4 (ocurre bajo condiciones drsticas)

Grupo 14: tendencias



temperatura deHidruro descomposicin (C)CH4 800SiH 450SiH4 450GeH4 285SnH4 150PbH4 0

El efecto del par inerte



Energa de ionizacin C Si Ge Sn Pb

I1: M(g) M+ (g) + e- 1086 786 760 707 715

I2: M+(g) M2+(g) + e- 2354 1573 1534 1409 1447

I3: M2+(g) M3+(g) + e- 4621 3232 3300 2943 3087

I4: M3+(g) M4+(g) + e- 6223 4351 4409 3821 4081

Como puede verse de la suma de las terceras (I3) y cuartas (I4) energas de ionizacin del plomo, ste cede sus electrones 6s an con ms facilidad que el germanio, el silicio o el carbono. No obstante, estos elementos no manifiestan el efecto de par inerte.

I3 + I4 10844 7583 7709 6764 7168

Efectos relativistas

Provocan contracciones del core y, por ende, alteran las distancias de enlace.



mm

v c=

0

2 21 /

mo= masa en reposov= velocidadc= velocidad de la luzv c 2 21 /

ah

Ze m0

02

2=

c= velocidad de la luz

La velocidad v de un electrn 1s en un tomo con carga nuclear +Ze est dada por:

v1s= Z a c a = 0.0073 (cte. de estructura fina, adimensional)

Por ejemplo: para un tomo como 82Pb: v1s= 0.0073 (82) c = 0.5986 c

ao= radio atmicom= masa0= permitividad en el vacoh= cte. de Planck


La contraccin del enlace es particularmente significativa en los enlaces de tomos pesados como Au y Pt donde llega a ser del orden de 0.2 .

An en compuestos de Cu llega a ser de 0.02-0.03 , es decir, superior a la incertidumbre de las distancias



decir, superior a la incertidumbre de las distancias experimentales.

Por ejemplo, la distancia de enlace M-H en AuH es menor que en AgH (1.52 vs 1.62 ). Se ha propuesto que otras importantes propiedades de los elementos pesados como la conductividad elctrica, el estado lquido del mercurio y el efecto del par inerte encuentran una componente importante en los efectos relativistas.


Los orbitales de valencia en tomos polielectrnicos tambin se vern afectados ya que al contraerse el coreel apantallamiento aumenta.

Esto provoca una contraccin de los penetrantes orbitales s y p que reduce la distancia de enlace, y una



Esto provoca una contraccin de los penetrantes orbitales s y p que reduce la distancia de enlace, y una expansin de los no penetrantes orbitales d y f aunque este efecto no es tan dramtico como el anterior.

Altropos de carbonoFacultad de Qumica


Grafito buen conductor elctrico

Diamante No conduce la electricidad pero es mejor conductor trmico que cobre

Fulereno



C60 otro miembro de la familia de altropos del carbono.Es de baja densidad, aislante elctrico, sublima con el calor.Su qumica es objeto de estudio intensivo en el presente.

GrafenosFacultad de Qumica


Nanoestructuras relacionadas al grafito con interesantes propiedades electrnicaspticas y electropticas.pticas y electropticas.

CH4 con simetra TdFacultad de Qumica


En 1874 vant Hoff y Le Bel propusieron que la geometra deltomo de carbono enlazado a 4 tomos deba ser tetradrica. La qumica orgnica se ha desarrollado con base en esto. Sinembargo, esa no es toda la historia.

CH4 con simetra D4hFacultad de Qumica


No parece muyestable pero

C52-, estructuras plausiblesFacultad de Qumica




Ms informacin en:Bader, R.F.W. Atoms in Molecules,

A Quantum Theory Oxford University Press

Oxford, 1990.

Puntos crticos de la

Grficas moleculares

Gabriel Merino*,Miguel A. Mndez-Rojas, Hiram I. Beltrn, Clemence Corminboeuf, Thomas Heine, and Alberto Vela*, J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 16160-16169.

Puntos crticos de la densidad electrnica.

El grupo 15Facultad de Qumica


Es un grupo que se resiste a la clasificacin fcil. Por lo tanto no es posible relacionar TODAS sus propiedades para distinguir

cules de sus elementos son metlicos y cuales no lo son.

Grupo 15 Peculiaridades del nitrgeno. Nitrgeno tiene una tendencia manifiesta

hacia la formacin de fuertes enlaces triples pero dbiles enlaces sencillos.



elemento E(A A) kJ/mol

E(A A) kJ/mol

diferencia

N 942 200 742

C 835 346 489

P 481 --- ---

Amoniaco: NH3(ac) + H2O(l) NH4+(ac) + OH-(ac)

Proceso Haber-Bosch:N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)

reaccin favorecida energticamente pero no cintica ni entrpicamente.

xidos de nitrgeno: NO, N2O, N2O3, NO2, N2O4, N2O5.

Sabes cmo es que algunos de ellos aparecen en la atmsfera?

P 481 --- ---

Grupo 15 Es un grupo que se resiste a la clasificacin fcil. Por lo tanto no es

tan fcil relacionar TODAS sus propiedades para distinguir cules son metlicos y cuales no lo son.

Altropos de fsforo: Blanco (muy reactivo y txico), Rojo (estable e inocuo)



P P P P

Fosfinas.

vs

Aspectos biolgicos. Toxicidad de P, As, slo son venenos?

P P

P

P

P

P P

P

P P

P

P

N

H HH

P

H HH

El grupo 16 CalcgenosFacultad de Qumica


VER SECCIN 4.5 DEL WOOLFSBERG (PAGS. 106-113)

De qu se trata?

Grupo 16 Dentro de este grupo, el oxgeno y el azufre son los que muestran el

comportamiento ms diverso y sobresaliente.

El oxgeno por su pequeo tamao y su ausencia de orbitales d, cumple con la regla del octeto. Por esto, oxgeno slo forma el OF2mientras que azufre puede formar SF2,SF4 y SF6 entre otros.

Al contrario del grupo 14, en los calcgenos la tendencia a formar cadenas aumenta hacia abajo en el grupo.



Enlace E (kJ/mol) E (kJ/mol)

Dioxgeno. Aunque el oxgeno es uno de los elementos ms abundantes en La Tierra, el O2 en la atmsfera apareci por causas biolgicas ms que geolgicas. Sabes cmo fue?

Ozono, Perxido de Hidrgeno, Agua. Qu sabes de estas especies oxigenadas y de las llamadas

especies reactivas de oxgeno?

Enlace E (kJ/mol) E (kJ/mol)

O O 142 350

S S 270 155

Se Se 210 125

O O

S

S

S

S

S

S

S

S

O2

S8

Grupo 16 A diferencia del oxgeno, el azufre presenta muchas formas

alotrpicas.

La qumica del azufre es extremadamente amplia y diversa.

Muchos de sus halogenuros son de gran importancia como el SF6.Qu tiene de bueno y de malo este compuesto?

Otros, no menos importantes son:



Otros, no menos importantes son: H2S: cido sulfhdrico H2SO4 : cido sulfrico. Sabes cunto y cmo se produce y en

qu se usa? SO2 y SO3:

Aspectos biolgicos. Sabes qu es lo que produce los rizos en el cabello de los que no son lacios?Qu importancia tiene el selenio en los sistemas biolgicos?

Grupo 17, los halgenos

1 18 1

H 2 13 14 15 16 17 2

He

3

Li 4

Be

5 B

6

C 7

N 8

O 9

F 10

Ne

11

Na 12

Mg 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Al 14

Si 15

P 16

S 17

Cl 18

Ar

19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36



19

K 20

Ca 21

Sc 22

Ti 23

V 24

Cr 25

Mn 26

Fe 27

Co 28

Ni 29

Cu 30

Zn 31

Ga 32

Ge 33

As 34

Se 35

Br 36

Kr

37

Rb 38

Sr 39

Y 40

Zr 41

Nb 42

Mo 43

Tc 44

Ru 45

Rh 46

Pd 47

Ag 48

Cd 49

In 50

Sn 51

Sb 52

Te 53

I 54

Xe

55

Cs 56

Ba 57-71

72

Hf 73

Ta 74

W 75

Re 76

Os 77

Ir 78

Pt 79

Au 80

Hg 81

Tl 82

Pb 83

Bi 84

Po 85

At 86

Rn

87

Fr 88

Ra 89-

103 104

Rf 105

Db 106

Sg 107

Bh 108

Hs 109

Mt 110

Ds 111

Uuu 112

Uuu 113

Uuu 114

Uuu 115

Uuu 116

Uuu 117

Uuu 118

Uuu

57

La 58

Ce 59

Pr 60

Nd 61

Pm 62

Sm 63

Eu 64

Gd 65

Tb 66

Dy 67

Ho 68

Er 69

Tm 70

Yb 71

Lu

89

Ac 90

Th 91

Pa 92

U 93

Np 94

Pu 95

Am 96

Cm 97

Bk 98

Cf 99

Es 100

Fm 101

Md 102

No 103

Lr

Los halgenos

Inertes o reactivos?Oxidantes o reductores?Escasos o abundantes?



Escasos o abundantes?Venenos o nutrientes?

Para qu se usan?etc.

Grupo 18, los gases nobles Debido a su baja o nula reactividad, todos se encuentran en forma

de gases monoatmicos. Son incoloros e inodoros.

Hasta hoy, slo se han aislado compuestos de Xe, Kr y Rn.

Son poco abundantes en la atmsfera y, exceptuando al argn, todos poseen abundancias menores a 0.002 % en volumen.



todos poseen abundancias menores a 0.002 % en volumen.

A pesar de su escasez, se produce un milln de toneladas anuales de argn por medio de destilacin fraccionada del aire.

Forman clatratos. Sabes qu es un clatrato?

Un clatrato es un compuesto qumico?

Grupo 18, los gases nobles A pesar de todo se han logrado obtener algunos compuestos,

principalmente del xenn.

Xe(g) + F2(g) XeF2(s)Xe(g) + 2F2(g) XeF4(s) Los 3 son slidos blancos estables. Xe(g) + 3F2(g) XeF6(s)



F

F

Por qu son estables estos compuestos?

Hay alguna relevancia biolgica de estos elementos?

F

Xe

F

Xe

F F

FF

Xe

F

F

F

F

F

Para saber ms:

Leer y estudiar en el Reyner-Canham.



Sera importante que sepan para cada grupo representativode la tabla peridica lo siguiente:

- Qu productos se dan con el hidrgeno?- Qu les pasa a sus elementos en agua?- Qu productos se dan con el oxgeno?

- Qu productos se dan con el halgenos?

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