REACCIONES Y COMPORTAMIENTO QUÍMICOS DE LOS ELEMENTOS DEL GRUPO 13 (IIIA)

ELYJALETH GONZALES BUSTAMANTEJESSICA MORÓN RADA

MAIRA FERANADEZ VANGRIEKENMILSON MULFORD

DOCENTEFABIAN TORREZ

UNIVERSIDAD POPULAR DEL CESARQUIMICA INORGANICAVALLEDUPAR - CESAR

2011

INTRODUCCIÓN

Los elementos del grupo 13 (boro, aluminio, galio, indio y talio) muestran una gran variedad en sus propiedades: B es un no metal; Al es un metal pero exhibe muchas similitudes químicas con el B y los últimos elementos se comportan esencialmente como metales. La relación diagonal entre Al y Be se ha estudiado en la Sección 11.10.Aunque el estado de oxidación M(III) es característico de los elementos del grupo 13, el estado M(I) se encuentra en todos los elementos excepto el B y para el Tl es el estado de oxidación más estable. El talio muestra semejanzas con elementos que no son del grupo 13 y puede compararse con los metales alcalinos, Ag, Hg y Pb, observación que llevó a Dumas a describirlo como el “ornitorrinco entre los elementos”.

A diferencia de los últimos elementos, el B forma un gran número de los denominados clúster deficientes en electrones, cuyo enlace plantea problemas a la teoría de enlace de valencia; estos compuestos de introducen en la Sección 12.11.

OBJETIVOS

Caracterizar cualitativamente algunos compuestos del boro.

Estudiar comparativamente el compuesto preparad

Diferencia entre el B y el resto del grupo

ELEMENTOS DEL GRUPO 13

Abundancia, extracción y usos

Abundancia

La abundancia relativa de los elementos del grupo 13 se muestra en la Figura. Las principales fuentes de boro son el bórax Na2[B4O5(OH)4].8H2O y la kernita Na2[B4O5(OH)4].2H2O cuyos extensos depósitos se explotan comercialmente en el desierto de Mojave, California. El aluminio es el metal más abundante de la corteza terrestre y se encuentra en aluminosilicatos (véase Sección 13.9) como arcillas, micas y feldespatos, en la bauxita (óxidos hidratados) y, en menor extensión, en la criolita, Na3[AlF6].Ga, In y Tl se encuentran en trazas como sulfatos en diversos mineralesa3[AlF6]. Ga, In y Tl se encuentran en trazas como sulfatos en diversos minerales.

Extracción

Entre los elementos del grupo 13, el Al es el de mayor importancia comercial y sus usos superan los de todos los metales excepto el Fe; la Figura muestra el espectacular aumento en la producción de Al en EEUU (el mayor productor del mundo) desde 1930.Su aislamiento a partir de minerales de aluminosilicato ampliamente disponible es extraordinariamente difícil; buxita y criolita son las principales menas y ambas se consumen en el proceso de extracción. La bauxita impura es una mezcla de óxidos (las impurezas incluyen Fe2O3, SiO2 y TiO2) y se purifica mediante el proceso Bayer. Después de la adición de la mena impura a una disolución acuosa caliente de NaOH a presión (que causa la separación de Fe2O3), la disolución se siembra con Al2O3.3H2O y se enfría o se trata con una corriente de CO2 para precipitar a-Al2O3 cristalino. El Al2O3anhidro (alúmina) se obtiene por calentamiento. La electrolisis de Al2O3 fundido da Al en el cátodo, pero el punto de fusión (2345 K) es elevado y resulta más práctico y económico utilizar una mezcla de criolita y alúmina como electrolito, con una temperatura de

operación para el fundido de 1220 K. La extracción es cara por la energía requerida y la producción de Al se asocia con frecuencia centrales hidroeléctricas.

Las primeras etapas en la extracción del boro a partir de bórax son su conversión en ácido bórico y después en óxido.

El boro de baja pureza se obtiene por reducción del óxido con Mg, seguido de lavado del producto con álcali, ácido clorhídrico y a continuación ácido fluorhídrico. El producto es un sólido negro, muy duro de baja conductividad eléctrica que es inerte frente a la mayor parte de los ácidos, pero es atacado lentamente por HNO3 concentrado o álcali fundido. El boro puro se prepara por reducción en fase vapor de BBr3 con H2 o por pirolisis de B2H6 o BI3. Pueden obtenerse al menos cuatro alótropos en diferentes condiciones pero las transiciones entre ellas son muy lentas. Para una discusión sobre la producción de fibras de boro.

Principales usos de los elementos del grupo 13 y sus compuestos

Las amplias aplicaciones del Al se resumen en la Figura (a); su resistencia puede aumentarse por aleación con Cu o Mg. El óxido de aluminio (véase Sección 12.7) tiene muchos usos importantes. El corindón (alúmina a) y el esmeril (corindón mezclado con los óxidos de hierro magnetita y hematites) son extraordinariamente duros y se utilizan como abrasivos; el diamante es el único mineral más duro que el corindón. Las piedras preciosas rubí, zafiro, topacio oriental, amatista oriental y esmeralda oriental son el resultado de la presencia de trazas de sales metálicas en el Al2O3, por ejemplo Cr(III) produce el color rojo del rubí. Pueden fabricarse cristales artificiales a partir de la bauxita en hornos y los

rubíes artificiales son componentes importantes en los láseres. La forma γ del Al2O3 se utiliza como catalizador y como fase estacionaría en cromatografía.

Los dos boratos más importantes comercialmente son Na2[B4O5(OH)4].8H2O (bórax) y Na2[B4O5(OH)4].2H2O (kernita). La Figura (b) ilustra las aplicaciones del boro (en términos de uso del óxido de boro). El vidrio de borosilicato tiene un índice de refracción alto y es adecuado para lentes ópticas. El bórax ha sido utilizado para vidriados en alfarería durante muchos siglos y todavía se utiliza en la industria cerámica. La reacción entre bórax fundido y óxidos metálicos es la base para la utilización del bórax como fundente en soldadura; cuando los metales se funden juntos, los recubrimientos de óxidos metálicos deben ser eliminados para asegurar un buen contacto metal-metal en el punto de fusión. El ácido bórico, B(OH)3, se utiliza a gran escala en la industria del vidrio, como retardador de llama, como componentes de disoluciones tampón y también es un agente antibacteriano. El boro elemental se utiliza en la producción de aceros resistentes al impacto y (debido a que B tiene una sección eficaz para la captura de neutrones) en barras de control para reactores nucleares. El B amorfo se utiliza en pirotecnia dando un color verde característico cuando se quema.

Propiedades físicasLa Tabla recoge propiedades físicas seleccionadas de los elementos del grupo 13. A pesar de la discusión que sigue sobre energía de ionización, no hay pruebas de la formación de iones libres M3+ en compuestos de los elementos del grupo 13 en condiciones normales aparte, tal vez, de algunos trifluoruros.

MATERIALES

Tubos de ensayo Elermeyer Pinza de bureta Pinza de madera Pipetas Trípode Rejilla Gradilla para tubos de ensayo Vasos de precipitación

REACTIVOS

Bórax Ácido borico Fluoruro de calcio H2SO4 concentrado Glicerol Nitrato de talio Ácido clorhídrico Hidróxido de sodio Aluminio virutas Aluminio papel Magnesio cinta Cloruro de mercurio Oxido de aluminio Oxido de magnesio Tricloruro de aluminio Cloruro de magnesio Cloruro de cobre

PROCEDIMIENTO

a) Reacción con HCL

1. Colocamos unas virutas de aluminio en un tubo de ensayo y añadimos unas gotas de HCL concentrado.

2. Repetimos de nuevo con magnesio en cinta en vez de virutas aluminio.

b) Reacción con una disolución de hidróxido sódico.

1. Colocamos unas virutas de aluminio en un tubo de ensayo y añadimos unas gotas de una disolución de 2 M de NaOH.

2. Repetimos de nuevo con magnesio en cinta en vez de virutas aluminio.

c) Reacciones con oxigeno

1. Cortamos tres trozos de papel de aluminio y los colocamos en un vaso de precipitación de 25 ml y los cubrimos con una disolución de 0.1 M de cloruro de cobre (II). Al cabo de dos minutos sacamos uno de los trozos de papel y lo lavamos con agua destilado y lo dejamos al aire libre. Con los otros se hizo lo mismo pero se colocaron en un tubo de ensayos diferentes, uno con 1 ml de disolución de NaOH 2m y al otro con 1 ml de disolución de HCL 2 M.

2. Colocamos una pieza de papel aluminio en un vaso de precipitado de 25 ml y lo cubrimos con una disolución de 0.1 M de cloruro de mercurio (II). Los dejamos dos minutos, luego lo sacamos con unas pinzas y lo lavamos con agua destila y lo dejamos secar por 5 minutos.

3. Repetimos el procedimiento pero ahora con papel de aluminio sintratar con las disoluciones de Cu (II) o Hg (II).

d) Comparación de la propiedades de cloruro de aluminio y magnesioTomamos con una punta de espátula una pequeña cantidad de cloruro de aluminio y lo colocamos en tubo de ensayo y luego calentamos la muestra, primero suavemente y después más fuertemente, colocamos en la boca de tubo de ensayo un papel de pH humedecido y repetimos la misma experiencia con el cloruro de magnesio. Luego colocamos una pequeña cantidad de cloruro de aluminio y le añadimos 1 ml de agua gota a gota, en donde repetimos la misma experiencia con el cloruro de magnesio.

e) Comparación de las propiedades ácidos/base de los óxidos de aluminio y magnesio.Colocamos una pequeña cantidad de óxido de aluminio en un tubo de ensayo y le añadimos 1 ml de agua destilada. Donde comprobamos lo que sucedió. Luego medimos el pH de la disolución resultante, entonces repetimos la misma experiencias con el óxido de magnesio y también con ambos óxidos utilizando un disolución de HCL 2 M, primero en frio y después calentando suavemente.Se repite la misma experiencia con ambos óxidos pero con una disolución de NaOH 2 M

OBSERVACIONES Y RESULTADOS

a) Reacción con HCL

b) Reacción con una disolución de hidróxido sódico.

c) Reacciones con oxigeno

d) Comparación de la propiedades de cloruro de aluminio y magnesio

e) Comparación de las propiedades ácidos/base de los óxidos de aluminio y magnesio.

ANÁLISIS DE RESULTADOS

CONCLUSIÓN

REACCIONES

BIBLIOGRAFÍA

www.joseluismesarueda.com/documents/PDF_011.pdf

http://es.wikipedia.org/wiki/Elementos_del_grupo_13

www.uam.es/personal_pdi/ciencias/fzamora/group/felix/material/T7.pd