he ne ar kr xe rn
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Ne
Ar
Kr
Xe
Rn
He
J. ISASI
• Generalidades.
• Propiedades físicas.
• Reactividad. Compuestos de Xenón. Enlace.
• Compuestos de otros gases nobles.
• Estado natural. Obtención. Aplicaciones.
Li
Na
K
BaCs
Rb Sr
Ca Ga
In
Pb
P Cl
Br
I
At
ON LiF
Tl
HeC O
S
Se
C
Y Zr Nb
Litófilo
He
Ne
Ar
Kr
Rn
Xe
Al
Cu Zn
Pd
Bi Po
B
Si
Ge
Sn Te
As
Sb
Mn Fe Co Ni
Mo Tc Ru Rh
W Re Os Ir Pt Au Hg
Ag Cd
AtmófiloCalcófiloSiderófilo
IA
H
Be
Mg
Sc Ti V Cr
La Hf Ta
Dy YbLa Ce LuEu Ho TbErPr Nd Pm Sm
Pa U Nu Pu
Gd Tb
Ac Th
Fr Ra Ac
IIA
Clasificación de Goldschmidt
IIIB IVB VB VIB VIIB VIIIB IB IIB
IIIA IVA VA VIA VIIA
VIIIA
GENERALIDADES
Víctor Goldschmidt (1888-1947)
Atmófilos: elementos volátiles (gases y líquidos)
Litófilos: afinidad por los líquidos silicatados
Siderófilos: afinidad por los líquidos metálicos
Calcófilos: afinidad por los líquidos sulfurosos
Li
Na
K
BaCs
Rb Sr
Ca Ga
In
Pb
P Cl
Br
I
At
ON LiF
Tl
HeC O
S
Se
C
Y Zr Nb
Litófilo
He
Ne
Ar
Kr
Rn
Xe
Al
Cu Zn
Pd
Bi Po
B
Si
Ge
Sn Te
As
Sb
Mn Fe Co Ni
Mo Tc Ru Rh
W Re Os Ir Pt Au Hg
Ag Cd
AtmófiloCalcófiloSiderófilo
IA
H
Be
Mg
Sc Ti V Cr
La Hf Ta
Dy YbLa Ce LuEu Ho TbErPr Nd Pm Sm
Pa U Nu Pu
Gd Tb
Ac Th
Fr Ra Ac
IIA
IIIB IVB VB VIB VIIB VIIIB IB IIB
IIIA IVA VA VIA VIIA
VIIIA
VOLÁTILES
- Son químicamente inertes y volátiles. No forman minerales
- Tienen radios iónicos grandes (excepto helio) y no se acomodan fácilmente en las redes cristalinas
En contraposición con los halógenos// grupo poco reactivo
Gases inertes Elementos del grupo 18
Hasta 1960 gases inertes, después gases nobles
Gran inercia debido fundamentalmente a su configuración electrónica:
ns2np6
Todos son gases en condiciones normales
Ne
Ar
Kr
Xe
Rn
He
Átomos que en general no se combinan
He, Ne y Ar se consideran todavía químicamente inertes.
Kr y, sobre todo, Xe forman lista de compuestos en continuo crecimiento.
REPULSIONES
Por ser estables y tener el octeto completo
Por ser pequeños con una mayor densidad electrónica en un
volumen pequeño
Símbolo He Ne Ar Kr Xe Rn
Nº Atómico (+)
Configuración electrónica
Radio covalente (Å) - - - 1.15 2.16 - (+)
Radio de van der Waals (Å) 1.40 1.54 1.88 2.02 2.16 - (+)
No establecido con precisión al no conocerse compuestos
1s2 [He]2s22p6 [Ne] 3s23p6 [Ar]3d104s24p6 [Kr]4d105s25p6 [Xe]4f145d10 6s26p6
Energía de ionización/EI (kJmol-1) 2373 2080 1521 1241 1167 - (-)
Energías de ionización excesivamente altas,debido a los altos valores de carga nuclear efectiva
a los que están sometidos los átomos de estos elementos
Al aumentar el tamaño atómico, EI disminuye.Se puede eliminar más fácilmente un electrón de los elementos más pesados
Estas tendencias jugaron un papel muy importante sobre las ideas que permitieron obtener los primeros compuestos de Xenón en 1962
Símbolo He Ne Ar Kr Xe Rn
AE (estimada) (kJmol-1) 21 29 35 39 40 - (+)
Ligeramente positivas Adición de electrones no proceso favorable
Aumentan al descender en el grupo pues los electrones están siendo añadidos a orbitales más grandes.
Símbolo He Ne Ar Kr Xe Rn
p.f. (K) 2.0 (33 atm) - 24 84 116 161 202
p.e. (K) 4.2 27.1 87.3 120.3 166.1 208.2 (+)
No se puede solidificar a la presión atmosférica. Elemento también singular
Aumentan al descender en el grupo.
Los gases nobles más pesados poseen mayor nº de electrones
Fuerzas intermoleculares de van der Waals más fuertes
PROPIEDADES FÍSICAS
Símbolo He Ne Ar Kr Xe Rn
Hvap(kJmol-1) 0.09 1.8 6.3 9.7 13.7 18.0
Paso de líquido a gas vencer fuerzas intermoleculares.
La fuerzas intermoleculares aumentan al descender aunque siguen siendo muy bajas
A 2.2 K transición
He normal (Helio I) Helio II (especie de superfluido de tensión superficial 0)
«Colocado en un vaso previamente enfriado ascenderá por las paredes internas y descenderá por las exteriores del vaso»
En estado líquido el helio es conductor metálico y presenta el fenómeno de la superconductividad (posee resistencia nula)
(+)
“Clatratos de gases inertes”
Se forman en sustancias que cristalizan en estructuras muy abiertas con grandes cavidades en las que pueden alojarse átomos o moléculas de otras sustancias
Compuestos sin enlace químico definido
Disoluciones de hidroquinona P- C6H4(OH)2/ agua o alcohol
atm de Kr (10-40 atm)
[C6H4(OH)2]3Kr Estables a temperatura ambiente pero al calentar o en disolución acuosa desprenden el gas inerte contenido
Las moléculas atrapadas durante la cristalización
no pueden salir (no se conocen clatratos de He)
No es una propiedad típica de los gases nobles
Se conocen clatratos de hidroquinona de Ar y Xe y de moléculas como O2, N2, CO, NO, CH4
El agua también forma clatratos con los gases inertes: Ar, Kr y Xe Hidratos de gases inertes
REACTIVIDAD
Consideraciones que abrían la posibilidad de obtener Xe (PtCl6)- (sólido amarillo)
Los gases inertes carecían de aptitud para formar compuestos
Reactividad nula por alta estabilidad de la config. ns2np6 de sus átomos
Durante mucho tiempo
1962 Bartlett
PtCl6 (alto poder oxidante) capacidad de reaccionar con el O2) O2+ (PtCl6)-
O2 O2+ + e- EI = 1177 kJmol-1
Xe Xe+ + e- EI = 1167 kJmol-1
Tamaños iónicos semejantes
Rojo Cristales de color naranja
Comienzo de la Química de los gases nobles
SE CONOCEN compuestos de gases inertes con elementos muy electronegativos: F y O
La capacidad para la formación de compuestos aumenta al reducirse el valor de EI
➢ La mayoría de los compuestos conocidos son fluoruros y óxidos de xenón.
➢ Radón probablemente reacciona con más facilidad, perosu investigación está limitada por su alta radiactividad.
➢ De kriptón se conocen menos compuestos que de xenón.
FLUORUROS DE Xe
Reacciones directas
Dependiendo de las condiciones de T, P y de la proporción de los gases reaccionantes:
Xe + F2 XeF2
XeF2 + F2 XeF4
XeF4 + F2 XeF6
Al aumentar la temperatura el equilibrio se desplaza hacia el compuesto más pobre en flúor
F
F Xe F F Xe F
180º F
2 Å
COMPUESTOS DE XENÓN. ENLACE
XeF2 XeF4 XeF6Geometrías lineal planocuadrada octaedro distorsionado
2 Å
Xe: [Kr4d105s25p6
Xe*: [Kr4d105s25p6-m5dm
F1: 2p5
Xe*
Capa completa pero orbitales 5d vacíos Promoción de electrones
sp3d Bipirámide
trigonal
Xe* sp3d2
Xe
F
F F
F
Teoría de enlace de valencia, TEV
XeF4
XeF2
FLUORUROS DE XENÓN Y ENLACE
F2: 2p5
F
F
XeF2 Molécula linealXe 180º
F
F
Al tener dos uniones, cada enlace Xe-F = 1/2
Enlazante2es-
AntienlazanteNo enlazante2es-
*
Tres orbitales de tres centros
pz F2
pz
pz F1no enlaz.
Por combinación lineal de 1 orbital 5p del Xe y 2 orbitales 2p de cada F (con un total de 4 electrones dos del Xe y uno de cada F)
Teoría de orbitales moleculares, TOM
XeF2
Xe F
FLUORUROS DE XENÓN Y ENLACE
Xe: [Kr]4d105s25p6
2F: 1s22s22p5
Con otro orbital 5p del Xe y otros dos de F se pueden formar
Duplicar lo descrito para el XeF2
(direcciones y ó z)
pz F2
pz
pz F1no enlaz.
px
px F3 px F4
o. e parcial por enlace Xe-F =2/4 = 1/2
Se usa también el eje z.Geometría octaédrica regular
F
F- Xe-F
F
90º
XeF4
XeF6
XeF4
Tres orbitales de tres centros en dirección perpendicular a los anteriores
Soluble en agua
XeF2 + 2H2O 2Xe + 4HF + O2
Se hidroliza lentamente en ácidos diluidos, pero rápidamente en solución salina
Se hidrolizan rápidamente en agua con formación de XeO3
Por evaporación puede aislarse.Es sólido blanco, explosivo, soluble en agua
XeF2
XeF4 y XeF6
COMPUESTOS OXIGENADOS DE XENÓN
Eº (XeF2 /Xe)= + 2.64 V
Agente fuertemente oxidante
XeF4 + 12H2O 2XeO3 + 4Xe +24HF + 3O2
XeF6 + 3H2O XeO3 + 6HF
XeF2 + 2H+ + 2e- Xe + 2HF
Enlace de tipo covalente coordinado dativo Par solitario cierra el ángulo de enlace a 103º
Por la fortaleza del enlace Xe-O, enlace de retrodonaciónentre orbitales d vacíos del Xe y orbitales p llenos del O
En medio alcalino se forma el ión xénico: XeO3 + OH- H XeO4 –
y de la disolución puede aislarse el xenato alcalino MHXeO4
XeO3
3x [O]
Xe*
Hibridación sp3
Xe
O103º
O
OOrbitales d
Hibridación sp3 del Xe
XeF6 + 3H2OXeOF4 + 2HF
Geometría de pirámide tetragonal hibridación sp3d2
sp3d2
Retrodonación π en el enlace para equilibrar las cargas
[O]
[F] [F] [F] [F]
4 [F]
[Xe]
dador
XeOF4
F
F
F
F
92ºo
COMPUESTOS DE OTROS GASES NOBLES
Kr + F2 KrF2
[HCN-EF+][AsF6-] E = Kr ó Xe
Descargas eléctricas T = -196ºC
Sólido blanco volátil que contiene unidades KrF2 en disposición lineal
El compuesto de Kr explota violentamente cuando se le somete a la acción de la luzblanca o a un flash
Rn + F RnF2
Espontánea a temperatura ambiente
XeF4
Xe XeF6 XeFO4 XeO3
XeF2 HXeO4-
XeO64-
Ba2XeO6
XeO4
2F2
F2
H2O
3F2
H2O H2O
OH-
OH-
Ba2+
H2SO4
Xe único gas noble con una química importante
Elemento en volumen en peso N2 780.9 755.10O2 209.5 231.50He 5.2 0.72Ne 18 12.5Ar 9.3 12.8Kr 1 2.9Xe 0.08 0.36
Baja proporción= alta v de escape
Proporción mayor= desintegración 40K
Atmosfera
Constituida en su totalidad por nitrógeno, oxígeno y argón y una minoría de los restantes gases inertes y compuestos químicos: CO2 NOx, H2O(v) y CH4.
ESTADO NATURAL
Se forman en la litosfera por procesos radiactivos y permanecen ocluidos en minerales de los elementos radiactivos originarios, pero en su mayor parte han pasado a la atmósfera.
Por destilación del aire //diferencia en el punto de ebullición
La fracción más volátil: He, Ne, N2
La menos volátil: Xe, Kr y O2
La intermedia: N2, Ar y O2
OBTENCIÓN
El helio se puede obtener a partir de los gases terrestres o de los minerales en los que se encuentra ocluido (monazita,bióxido de cerio, etc.)
Fabricación de tubos fluorescentes
✓ Ne Luz roja por excitación eléctrica
APLICACIONES
➢ Llenado de globos
➢ Sonda en observaciones meteorológicas
➢ Equipos de submarinistas (insolubilidad en agua)
➢ Termómetros de gases
Por su elevado poder ascensional, menor que el hidrógeno, pero sin riesgos de combustiones espontáneas.
Permite elevar la temperatura del hilo de wolframio aumentando el rendimiento luminoso y la posibilidad de construir lámparas más pequeñas.
El color puede modificarse por la presencia de pequeñas cantidades de otros gases.
He
Xe
Ne