COMPUESTOS y REACCIONES QUIMICAS IMPORTANTESCOMPUESTOS y REACCIONES QUIMICAS IMPORTANTES::Óxidos y oxoácidos

P4(s) + 3O2(g) ⇒ 2P4O6(s) + 6H2O ⇒ 4H3PO3(l) ácido fosforosoP4(s) + 5O2(g) ⇒ 2P4O10(s) + 6H2O ⇒ 4H3PO4(l) ácido fosfórico

• El ácido fosfórico es uno de los 10 productos químicos más fabricados• Tiende a sufrir reacciones de condensación al calentarlo (ácidos polifosfóricos y polifosfatos),por ejemplo:

• Obtención a partir del fluorapatito:3Ca3(PO4)2·CaF2(s) + 10H2SO4) + 20H2O ⇒ 6H3PO4(ac) + 10CaSO4·2H2O(s) + 2HF

APLICACIONES:APLICACIONES:• fósforo como elemento pocas aplicaciones• P4S3 cerillas• Ácido fosfórico y sus sales:

-Uso principal en fertilizantes. Problema medioambiental: eutrofización

3Ca3(PO4)2·CaF2(s) + 14H3PO4(ac) 10 H2O ⇒ 10 Ca(H2PO4)2·2H2O(s) + 2 HFsuperfosfato triple

- Tratamiento de metales- Industria alimentaría- Detergentes

FFÓÓSFOROSFORO

•configuración electrónica de la capa de valencia ns2np4

•Formación de iones 4+ no se observa (E ionización demasiado alta), tendencia a laformación de enlaces covalentes.• Las altas energías de enlace C-C y C-H (414 kJ/mol) puede explicar el papel centralde las moléculas orgánicas.• E enlace Si-O 464 kJ/mol, importancia silicatos y Si menor tendencia concatenación

Grupo 14. Carbono y Silicio

Propiedad C Si Ge Sn Pb

Radio átomico(Å) 0,77 1,17 1,22 1,40 1,46

Primera energía de ionización(KJ/mol) 1086 786 762 709 716

Electronegatividad 2,5 1,8 1,8 1,8 1,9

Enlace sencillo X-X(KJ/mol) 348 226 188 151 ----

EL CARBONOEL CARBONO

-Gran variedad de formas alotrópicas con propiedades muy diversas.•Grafito: estructura en capas, lubricante (minaslápices), resiste altas temperaturas (hornos ymoldes), conductor (electrodos), fibras de carbono-poliester

•Diamante: estructura tridimensional, todos loscarbonos unidos entre sí por enlaces covalentes.La sustancia más dura conocida, alta conductividadtérmica (maquinaria de corte)

EL CARBONOEL CARBONO

• Fulerenos y nanotubos: alta estabilidad, aplicaciones potenciales muy variadas:catálisis, medicina, componentes electrónicos etc..

Otras formas de carbono: negro de carbono, coque, carbón vegetal

COMPUESTOS INORGÁNICOS DE CARBONOCOMPUESTOS INORGÁNICOS DE CARBONO::Carburos metálicos, compuestos iónicos.

CaO + 3C CaC2(s) + CO(g)CaC2 + 2 H2O Ca(OH)2 + C2H2(g) (minería espeleológica)

Óxidos:CO2: esencial para la vida, producto combustión (efecto invernadero).CO: fuerte coordinación a algunos metales (coordinación a hemoglobina),

empleado en la producción de metanol y formaldehído.C + O2 CO2(g)2C + O2 2CO (g)

Haluros:CCl4: CH4 + 4Cl2 CCl4 + 4HCl (disolvente)CFC´s: CCl4 + HF CFCl3 + 4HCl,

enlace C-F y C-Cl muy fuerte (alta estabilidad)

EL SILICIOEL SILICIO

• Si segundo elemento más abundante después de O (silicatos)• Metaloide: sólido gris de aspecto metálico, semiconductor

OBTENCIÓN:OBTENCIÓN:El elemento se obtiene por reducción de sílice fundida con C a altas temperaturas.

SiO2 + 2C(s) ⇒ Si + 2 CO

Como elemento se emplea en células solares y componentes electrónicos (chips),sin embargo, para estás aplicaciones es necesario ultrapuro:

Si + 2Cl2 ⇒ SiCl4 SiCl4(g) + 2H2(g) ⇒ Si(s) + 4HCl(g)

Orbitales d

COMPUESTOS y REACCIONES QUIMICAS IMPORTANTESCOMPUESTOS y REACCIONES QUIMICAS IMPORTANTES::Óxidos y oxoácidosEl único oxido estable es SiO2 (la silice), no existe como molécula sencilla.Sólido de red covalente con estructura similar al diamante.

- red tridimensional: cuarzo (a)SILICATOS formados por unidades del tetraedro SiO4

2- (b)- Unión de tetraedros formando cadenas: familia de los asbestos minerales- Unión en capas: Micas (c)- Unión tridimensional: cuarzo y zeolitas (formación de cavidades)

O

O

O

OSi

O

O

O

OSi

El SiO2 es débilmente ácido

APLICACIONES SILICATOS:APLICACIONES SILICATOS:•Vidrio:Sílice mezclada con carbonato de sodio y calcio a 1500oC, formándose silicatos desodio y calcio. Se forma un sólido amorfo (sin orden)• Cerámicas: se pueden obtener cerámicas muy ligeras por deshidratación del ácidosilícico mediante procesos sol-gel (paso de dispersión coloidal a gel).•Zeolitas:

intercambiadores ionicos,absorción de moléculas, separación selectiva de gasescatálisis heterogénearuptura selectiva de hidrocarburos

Siliconas, polímeros inorgánicos:2 CH3Cl + Si (CH3)2SiCl2

.Polímeros muy versatiles: aceites o gomas, gran estabilidad térmica y química

+ H2O

•configuración electrónica de la capa de valencia ns2np3

•Muchos de sus compuestos son deficientes en electrones (no llegan a completarocteto), se comportan como ácidos de Lewis• Esta deficiencia electrónica conduce a un nuevo tipo de enlace: tres centros doselectronesEl diborano B2H6 puede considerarse resultado de un reacción ácido base de Lewis enla que un par de electrones enlazante B-H de cada molécula de BH3 es donado a laotra.

• Cierta relación con Si (relación diagonal):se comporta como semiconductor,

sus oxoaniones también forman redes covalentes.El ácido bórico B(OH)3 al igual que el silícico son ácidos muy débiles.Los derivados hidruro de ambos elementos son sustancias volátiles,

inflamables y agentes reductores.

Grupo 13. Boro

HB

H

HB

H

H

H

Grupo 13. Boro

OBTENCIÓN y COMPUESTOS:OBTENCIÓN y COMPUESTOS:La fuente principal de boro son las menas de borax Na2B4O7·10H2O, partiendo deesta sustancia se obtienen los compuestos más importantes derivados del boro tal ycomo muestra el esquema:

El único oxido importante es el B2O3Ácido bórico, un ácido débil monoprótico:

H3BO3 ó B(OH)3 + H2O ⇒ B(OH)4- + H+ Ka=5,8.10-10

APLICACIONES :APLICACIONES :•El óxido de boro B2O3 se emplea en la fabricación de vidrio borosilicato (Pyrex®)• las sales de borato y el borax se emplean como detergentes• El ácido bórico se emplea como desinfectante, insecticida• El diborano B2H6, se usa como reductor en síntesis orgánica.

3. Elementos metálicos de los grupos principales3. Elementos metálicos de los grupos principales

Grupo 1. Metales alcalinos

Li Na K Rb CsNúmero Atómico 3 11 19 37 55Configuración Electrónica 2s1 3s1 4s1 5s1 6s1

Radio átomico metálico(pm) 152 186 227 248 265

Radio Iónico (M+)pm 59 99 138 149 170Punto de fusión oC 180,54 97.81 63,65 39,05 28,4

Punto de ebullición oC 1347 883,0 773,9 687,9 678,5

Dureza 0,6 0,4 0,5 0,3 0,2Color de la llama Rojo Amarillo Violeta Rojo azulado Azul

Potencial de Electrodo(V) -3,040 -2,713 -2,924 -2,924 -2,923

Grupo 1. Metales alcalinos

• Un solo electrón en su capa de valenciaenlace metálico debil

bajo punto fusión y blandos• Elementos con mayor tamaño de su periodo (baja densidad)• Potenciales negativos y grandes (fácil oxidación), en la naturaleza no se encuentrancomo metales libres.• Colores de llama característicos, diferencias energéticas entre orbitales s y pcorresponden con λ del visible. Pirotecnia• “alcalinos”• Francio es radioactivo

OBTENCIÓN:OBTENCIÓN:Na y Li se obtienen a partir de sus cloruros fundidos por electrolisis. Adición de CaCl2

Potasio:

El Rb y Cs se obtienen de un modo similar utilizando Ca como agente reductor

2 NaCl(l) 2 Na(l) + Cl2(g)KCl(l) + Na(l) 2 NaCl(l) + K(g)

COMPUESTOS y REACCIONES QUIMICAS IMPORTANTESCOMPUESTOS y REACCIONES QUIMICAS IMPORTANTESHalurosHaluros:NaCl es el mineral más empleado en la industria química:

CarbonatosCarbonatos:Li2CO3, térmicamente inestable Relación diagonal con Mg.Na2CO3: método Solvay NaCl + NH3 + CO2 + H2O ⇒ NaHCO3 + NH4

+ + Cl-

2NaHCO3 ⇒ Na2CO3 + H2O + CO2

COMPUESTOS y REACCIONES QUIMICAS IMPORTANTESCOMPUESTOS y REACCIONES QUIMICAS IMPORTANTESOxidosOxidos e hidr e hidróóxidos:xidos: Los metales alcalinos reaccionan rápidamente con el oxígeno para dar varios óxidosionicos. En condiciones adecuadas generalmente en presencia de una cantidadlimitada de oxígeno el óxido M2O de todos los alcalinos. Na2O, Li2O, K2O ...El Li reacciona con un exceso de oxígeno para dar el peróxido Li2O2. El Na reaccionacon exceso de oxígeno dando una mezcla de Na2O y Na2O2.El K, Rb y Cs reaccionan formándose los superóxidos. MO2.Los metales alcalinos reaccionan violentamente con el agua, reduciéndola:

2E (s) + H2O 2EOH + H2

Los hidróxidos se obtienen por electrolisis de los cloruros en disolución acuosa.

APLICACIONES:APLICACIONES:Como metales se emplean como agentes reductores en la obtención de metales: Ti, Zr.

TiCl4 + 4Na Ti + 4NaClLi: baterias, aleaciones.Na fundido: como líquido refrigerante en reactores nuclearesNaOH y KOH: detergentes y jabones

Grupo 2. MetalesMetales Alcalinoterreos Alcalinoterreos

Be Mg Cs Sr Ba Número Atómico 4 12 20 38 56

Configuración Electrónica 2s2 3s2 4s2 5s2 6s2 Radio átomico metálico(pm*)

111 160 197 215 222

Radio Iónico (M+)pm 27 72 100 113 136 Punto de fusión oC 1278 648,8 839 769 729 Electronegatividad 1,5 1,2 1,0 1,0 0,9 Primer potencial de Ionización KJ/mol

899,4 737,7 589,7 549,5 502,8

Dureza 0,6 0,4 0,5 0,3 0,2 Color de la llama Incoloro Incoloro Rojo morado verde

Potencial de Electrodo(V) M2+ + 2e- ⇒ M

-1,85 -2,356 -2,84 -2,89 -2,92

• Cierta similitud con grupo 1:agentes reductores fuertesforman oxidos básicos

• Dos electrones en capa valencia:Más densos, más duros, mayor punto fusión que grupo 1Sales menos solubles, radio ionico más pequeño (alta E red)

• Be, pequeño tamaño, alta EI (enlace covalente) gran diferencia con resto grupo

EL BERILIOEL BERILIO

• Be inerte con agua o aire• BeO no se comporta como un óxido básico, no forma con agua Be(OH)2• Be y BeO reaccionan con bases formandose BeO2

2-

• BeF2 y BeCl2 son covalentes :

Gas

Sólido (sp3)

• El metal se obtienen a partir del mineral berilo Be3Al2Si6O18, se emplea enaleaciones ligeras y ventanas de R-X (trasparente)• Alta toxicidad

MgMg, , CaCa, , Sr Sr y y BaBa

OBTENCIÓN:OBTENCIÓN:* Ca, Sr y Ba se obtienen por reducción de sus oxidos con Al

Ej 3BaO + 2Al Al2O3 + 3Ba* Mg se obtiene por electrólisis del cloruro fundido, proceso Dow.

El electrólito es una mezcla de NaCl, CaCl2y MgCl2, esta mezcla tiene un punto defusión bajo y una conductividad eléctricamayor que la del cloruro de magnesio por sisolo. Controlando el voltaje solo se reduceel Mg2+

Estos metales se emplean como agentes reductores para obtener otros metales apartir de sus óxidos o fluoruros Ej Be, U, PuTambién en aleaciones ligerasPirotécnia

COMPUESTOS y REACCIONES QUIMICAS IMPORTANTESCOMPUESTOS y REACCIONES QUIMICAS IMPORTANTES::Haluros.Los metales alcalinoterreos reaccionan directamente con los halogenos para formarhaluros.

Los carbonatos y sulfatosEstán entre los compuestos más importantesLos carbonatos y sulfatos de Ca, Sr y Ba son insolubles en agua.El más conocido es el carbonato de calcio, principal componente de la roca caliza. Seemplea en cementos, es necesario purificar la caliza:A partir de la caliza el CaCO3 se obtiene en tres etapas_1.- Calcinación CaCO3 ⇒ CaO + CO2 proceso obtención de los óxidos2.- Apagado CaO + H2O ⇒ Ca(OH)2(s)3.-Carbonatación: Ca(OH)2 ⇒ CaCO3(s) + H2O(l)

Otro importante mineral que contiene calcio es el CaSO4.2H2O

CaSO4.2H2O(s) + ∆ ⇒ CaSO4.1/2H2O

COMPUESTOS y REACCIONES QUIMICAS IMPORTANTESCOMPUESTOS y REACCIONES QUIMICAS IMPORTANTES::Óxidos e Hidroxidos.A excepción del Be, los óxidos e hidroxidos del grupo 2 son todos básicos. CaO (cal viva)El hidróxido de calcio es la cal apagada, (mortero para unir ladrillos)El mortero fragua cuando el CO2 del aire reacciona con Ca(OH)2 formándose CaCO3

APLICACIONES:APLICACIONES:Derivados de Mg: esencial para la vida (clorofila), anjtiácidos estomacales MgO: material refractario (alto pto fusión)Derivados de Ca: Construcción (cal, cemento, mármoles)

Tratamiento de aguas, gases de chimeneasAguas durasComponente estructural de huesos y conchas

Ba: sulfatos son opacos a R-X (radiografías contraste)