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ANIONES
MONOATÓMICOS
• La Química Descriptiva de los elementos:
– Trata de su comportamiento como átomos, iones o
moléculas, en diferentes condiciones de temperatura,
presión y medio ambiente.
• Los aniones monoatómicos (AM):
– Partículas cargadas negativamente.
– Semejanzas en muchas propiedades químicas y físicas:
• Principalmente porque todos los AM presentan la estructura
electrónica simétrica de un átomo de gas noble.
– Presentan diferencias de comportamiento:
• Debido a las diferencias en otras carcaterísticas fundamentales,
tales como:
– Tamaño.
– Carga iónica.
Formación
• Los AM se forman por reducción de los no metales.
• La reducción está en términos de:
– Afinidad electrónica:
• Energía desprendida ó absorbida en el proceso.
– Electronegatividad:
• Cantidad empírica que representa la tendencia relativa de las
partículas a atraer electrones.
X(g) + e-  X-(g)
Formación
– Potencial de reducción normal:
• Describe un proceso que se presenta en solución acuosa y en
que intervienen en el cambio total de energía, tanto el calor de
hidratación del anión y otras energías, como la afinidad
elctrónica.
½ X2(g) + e-  X-(ac)
Propiedades
• Las propiedades de los AM se pueden relacionar
considerando:
– Tamaño.
– Carga.
– Electronegatividad.
– Polarizabilidad.
Propiedades
• Las propiedades anteriores están relacionadas entre sí:
– Tanto la
polarizabilidad
como la
electronegatividad
dependen del
tamaño del ion.
– El tamaño del ion
depende, en parte,
de la carga iónica.
Radios iónicos cristalinos
( en Å)
H2.08
C42.60
Si42.71
N31.71
O21.35
F1.34
P32.12
S21.84
Cl1.80
As32.22
Se21.98
Br1.90
Sb32.45
Te22.21
I2.16
Propiedades
• Iones con estructura electrónica común:
– Se observa un aumento en el radio iónico al aumentar la
carga iónica negativa.
– Sin embargo:
• El tamaño relativamente grande del ion hidruro, con una
relación entre electrones y protones de 2 a 1, ilustra el efecto
de la falta de equilibrio entre las cargas sobre el tamaño
iónico
Propiedades
• Polarizabilidad de un ion:
– Es una medida de la facilidad con la cual se puede distorsionar su
nube electrónica bajo la influencia de un campo eléctrico.
Polarización de un anión
+
NO POLARIZADO
+
d-
d+
POLARIZADO
• Para los AM, esta propiedad es directamente proporcional al
volumen iónico.
Propiedades
• Proceso de polarización:
– No se crea una nueva carga.
– El grado de polarización depende de:
• El campo eléctrico aplicado.
• Los cationes presentes:
– Mientras más pequeño sea el catión.
– Más grande sea su carga.
– Mayor será su fuerza de polarización
Propiedades
• Una vez polarizado:
– El centro de la carga negativa de un anión no
coincide con el centro de carga positiva del mismo.
– La nube electrónica se distorsiona hacia el catión.
– El núcleo se distorsiona en contra de el catión.
Soluciónes acuosas
• Solo 7 aniones monoatómicos pueden existir en
solución acuosa:
Soluciónes acuosas
• Los otros iones separan los protones del agua formando
uno o más enlaces covalentes con ellos, y dejando al
ion oxhidrilo de agua, según la Ec. General:
An- + nH2O  AHn + nOH• Aplicando el concepto ácido-base de Brönsted-Lowry:
– Se concluye que estos iones que reaccionan frente al
agua son bases más fuertes que el ion oxhidrilo.
Soluciónes acuosas
• En solución ácida:
– También
se
debe
considerar
la
reactividad de estos
iones frente al ion
hidronio H3O+
• Las reacciones de los
AM con agua y con el
ion
hidronio
son
funciones del acomodo
periódico de los no
metales.
Soluciónes acuosas
•
Los no metales de la tabla periódica:
Estan divididos de acuerdo con los 3 tipos de
comportamiento de los aniones monoatómicos, cuyas
reacciones son:
1.
Los que atacan al agua quitándole un protón; no pueden
existir en concentración medible en solución acuosa.
2.
No reaccionan apreciablemente con el agua en solución
básica, pero atacan al ion hidronio por eliminación de
protones. En soluciones básicas existen como iones libres y
en soluciones ácidas casi totalmente como ácidos no
disociados.
3.
No reaccionan notablemente con el agua o con el ion
hidronio.
Soluciónes acuosas
Período
Tipo 2
1
2
H
B
C
N
O
F
3
Si
P
S
Cl
4
Ge
As
Se
Br
Sb
Te
I
5
Tipo 1
Tipo 3
Fuerza de los ácidos
formados por AM
• La fuerza de un ácido protónico se mide según el grado
hasta el cual la reacción
HnA + H2O  H3O+ + Hn-1A-
se lleva a cabo hacia la derecha o según la facilidad
con la cual se transfiere un protón hacia el agua.
Fuerza de los ácidos
formados por AM
• La facilidad con la cual las moléculas del tipo HnA
pierden sus protones es directamente proporcinal a dos
factores:
– El carácter iónico del enlace H – A
– El tamaño del no metal A
• Como medida del tamaño se deben usar los radios
covalentes en lugar de los iónicos, ya que se trata de
moléculas HnA.
Fuerza de los ácidos
formados por AM
• En una serie horizontal dentro de un periódo, en donde
las diferencias entre los radios covalentes son pequeñas,
el factor predominante es la electronegatividad.
Radios Covalentes (Å)
Preparación de los AM
• Si los AM representan los estados de oxidación mínimos
de sus respectivos elementos, se pueden preparar por
reducción de los elementos a partir de su estado libre o
de algún estado de oxidación positivo.
• Se usa comúnmente la reacción de combinación de un
metal y un no metal.
Preparación de los AM
• Metales
activos
como
agentes reductores frente a
todos los no metales:
– Grupo alcalino (1)
– Grupo alcalinotérreo (2)
(1)
(2)
Preparación de los AM
• Ejemplos:
• Todas las reacciones citadas son exotérmicas.
Preparación de los AM
• Formación de óxidos y peróxidos:
(Peróxido de potasio)
(Peróxido de bario)
(Superóxido de cesio)
Preparación de los
ácidos de los AM
•
Para los AM de fórmula general HnA, se tienen los
siguientes métodos de preparación:
–
Combinación directa del hidrógeno gaseoso con el
elemento no metálico.
n H2
–
+ 2A (ó A2)  2 HnA
Reacción del anión de una sal con alguna fuente de
protones.
+
nH
+ An-  HnA
Preparación de los
ácidos de los AM
• Método 1.
– El sulfuro de hidrógeni producido se solatiliza fácilmente.
– Otros ejemplos son:
Preparación de los
ácidos de los AM
• Todos estos aniones son de los que quitan protones a los
iones hidronio, pero no a las moléculas de agua.
• Cuando el producto es muy soluble en agua se debe
usar ácido sulfúrico concentrado.
• Ejemplo:
– Al preparar HCl el ácido sulfúrico debe estar casi libre de
agua para obtener un buen rendimiento de HCl (la
solubilidad del HCl gaseoso en ácido sulfúrico concentrado
es muy baja).
Preparación de los
ácidos de los AM
• La ausencia casi completa de agua en el H2SO4 concentrado
(96%) reduce la cantidad de HCl que permanece en solución
y, en consecuencia, este se desprende como gas.
• Para la preparación de HBr y HI también se requiere un reactivo
no acuoso. En estos csos el H2SO4 no es satisfactorio porque al
mismo tiempo oxida a los iones bromuro y yoduro a los
correspondientes elementos libres.
Preparación de los
ácidos de los AM
• Método 2.
Preparación de los
ácidos de los AM
• De los hidruros del grupo V solamente el
amoniaco se puede preparar
directamente a partir de los elementos:
Oxidación de los AM
• Los aniones monoatómicos se pueden oxidar a:
– Elementos libres.
– Estados de oxidación positivos.
• En soluciones acuosas ácidas:
– Sólo existen como iones libres:
• El cloruro.
• El bromuro.
• El yoduro.
– En este medio los otros aniones se hidrolizan a los
correspondientes hidruros.
Oxidación de los AM
• No metales muy activos:
• Flúor.
• Cloro.
• Oxígeno.
– Su oxidación electrolítica sirve efectivamente para la
obtención de los elementos a partir de:
• Los aniones.
• Sus hidruros.
Oxidación de los AM
•
Obtención de flúor:
•
Obtención de cloro: