QUÍMICA INORGÁNICA Unidad VI: GRUPO DEL NITROGENO

Transcripción

1 QUÍMICA INORGÁNICA Unidad VI: GRUPO DEL NITROGENO

2 UNIDAD VI GRUPO DEL NITROGENO. Propiedades generales. Estudio comparativo. Ocurrencia y obtención. NITROGENO. Estados de oxidación. Compuestos binarios. Hidruros, en especial amoníaco. Oxidos. Estructuras. Oxoácidos. Características. FOSFORO, ARSENICO Y BISMUTO. Formas elementales. Reacciones de los elementos. Hidruros. Haluros. Oxidos y oxoácidos, en especial del fósforo.

3 BIBLIOGRAFIA GENERAL Atkins, P. ; Jones, L. (2006). Principios de Química. Los caminos del descubrimiento. Editorial Médica PANAMERICANA S. A. Argentina. Atkins, P. ; Jones, L. (1998). Química. Moléculas. Materia. Cambio. Omega S.A. Barcelona. España. Brown, T.; LeMay, H.; Bursten, B. (1998) Química la Ciencia Central. Prentice Hall Hispanoamericana S.A. México. Geoff Rayner-Canham.(2000) Química Inorgánica Descriptiva. Prentice-Hall. Caterine E. Housecroft, A. G. Sharpe. (2006)., Química Inorgánica, Prentice -Hall, 2ª ed. Petrucci, R. Harwood, W.(1999) Química General. Principios y Aplicaciones Modernas. Editorial Prentice Hall Iberia. Whitten, K.W.; Gailey, K.D.; Davis, R.E.(1992) Química General. 3ra. Edición. México. Mc Graw-Hill Interamericana. Shriver, D.F.; Atkins P.W.; Langford C.H. (1998) Química Inorgánica.Volumen I. Editorial Reverté S.A. /

4 UCLM: universidad de Castilla-La Mancha

5 N 2s 2 2p 3 P, As, Sb, Bi ns 2 np 3 nd 0

6 Evolución del carácter metálico Estados de oxidación Efecto del par inerte : a medida que descendemos en el grupo disminuye la tendencia a formar compuestos con su mayor estado de oxidación

7 NITROGENO

8 Características físicas El elemento nitrógeno se presenta libre en la naturaleza en forma molecular: el dinitrógeno, gas incoloro e inodoro. Es el elemento libre más abundante en la Tierra. Su abundante presencia en la atmósfera (80%) actúa como diluyente inerte del altamente reactivo oxígeno. Es un gas inerte. No es muy soluble en el agua.

9 Presencia en la naturaleza Justamente debido a su inercia química, el nitrógeno existe en la atmósfera en estado elemental y en gran cantidad (80%). En la Litosfera se encuentra combinado formando sales oxigenadas: NaNO 3, KNO 3 (nitrato de Chile)

10 Estados de oxidación del nitrógeno

11 Diagrama de Frost del N Cualquier especie situada por encima de la línea que une dos especies contiguas DISMUTA Cualquier especie situada por debajo de la línea que une dos especies contiguas es ESTABLE

12

13 Estructura electrónica: TEV s 2 s 2p 2p 2p x y z

14 Reactividad muy inerte químicamente, causas energía de enlace triple, 942 kj mol -1. la ausencia de orbitales d la molécula es apolar. reacciona con los metales ligeros electropositivos formando nitruros iónicos: N 2 (g) + Mg (s) Mg 3 N 2 (s)

15

16 Compuestos binarios HIDRUROS los hidruros se preparan con mayor dificultad su estabilidad disminuye su carácter reductor aumenta su capacidad de actuar como bases de Lewis disminuye

17 Compuesto T C fusión T ebullición C NH PH AsH SbH

18 AMONIACO Estructura de Lewis GE :tetraédrica GM : piramidal

19 Características físicas: - gas incoloro de un fuerte y característico olor menos denso que el aire. -muy soluble en agua NH 3 (g) NH 3 (ac) NH 3 (ac) + H 2 O ( ) NH 4+ (ac) + OH (ac)

20 OBTENCION DE AMONIACO

21 Reactividad Redox - con el oxígeno del aire iniciador NH 3 O 2 N 6 H O Pt ( C) NH 5 O 4 NO 6 H O - con Cl 2 2 NH 3 Cl N 6 HCl HCl NH NH Cl 3 4 con exceso de NH 3 2 NH 3 3 Cl 2 3 HCl NCl3 con exceso de Cl 2

22 base débil, de Bronsted Lowry : base de Lewis con el HCl b 4 NH H O NH OH K 1,8. 10 iones complejos : NH BF F B : NH HCl (g) NH 3 (g) NH4Cl (s) Cu (ac) 4 NH (ac) Cu NH (ac) 3 3

23 Otros hidruros de nitrógeno Hidracina H 2 NNH 2 El estado de oxidación del N es (-2) Hidroxilamina, NH 2 OH El estado de oxidación del nitrógeno es (-1)

24 Azida de hidrógeno HN 3 También conocido con el nombre de ácido hidrazoico. Su sal derivada más importante es la azida de sodio: Na(HN 3 ) Uso actual: construcción de los air-bags de los automóviles

25 Ejercicio: Realizar las estructuras de Lewis correspondientes.

26 Óxidos del nitrógeno

27

28

29

30

31

32

33 OXOÁCIDOS Y OXOSALES DE NITRÓGENO

34 Ejercicio: Realizar las estructuras de Lewis correspondientes de todos los oxoácidos.

35

36 HNO 3 El ácido nítrico fumante es HNO 3 + NO 2 El orden de enlace N-O es intermedio entre sencillo y doble.

37 Propiedades ácidas HNO 3 m=2 es un ácido fuerte según Regla de Pauling K 10 3 a

38

39 Propiedades redox: Es un agente oxidante enérgico. Disuelve a la mayor parte de los metales. Cuando reacciona con ellos se puede reducir a N(+IV): NO 2, N(+III): HNO 2, N(+II): NO o incluso N(-III): NH 4+ según se emplee diluido o concentrado y cuál sea el agente reductor.

40 Con Cu Acido nítrico diluido 3 Cu(s) +8 HNO 3 (ac) 2 NO(g) + 4H 2 O + 3Cu(NO 3 ) 2 (ac) Incoloro azul Con Zn Acido nítrico concentrado Cu(s) +4 HNO 3 (ac) 2 NO 2 (g) + 2H 2 O + Cu(NO 3 ) 2 (ac) pardo azul Acido nítrico diluido 4 Zn(s) +10 HNO 3 (ac) NH 4 NO 3 (g) + 3H 2 O + 4 Zn(NO 3 ) 2 (ac) Incoloro

41 Acción del HNO 3 diluido sobre el Cu

42 Dispositivo al finalizar el ensayo

43 FÓSFORO

44 Alotropía en el fósforo 300 C P (blanco) C P (rojo) P(negro) 4

45

46

47

48 Hidruros del P Fosfina

49

50 Halogenuros de fósforo

51

52 Oxoácidos del P

53

54 (P O ) 4 6

55 (P O ) 4 10

56

57

58 Ejercicio: Realizar las estructuras de Lewis correspondientes al ácido fosfórico, ácido fosforoso y ácido hipofosforoso

59

60

61

62 Neutralización y titulación del H3PO4

63

64 Realizar el mismo ensayo en tres erlenmeyers

65 Calculo de la N como ácido monoprótico Calculo de la N como ácido diprótico

66 Oxoácidos condensados sencillos I) Los ácidos fosfóricos condensados o ácidos polifosfóricos (no existen al estado libre) Polifosfatos n = 2 se tiene el anión P 2 O 7 4- difosfato n = 3 Tienen estructura lineal P 3 O trifosfato

67 n = 4 ion tetrafosfato (P O )

68 II) Los ácidos metapolifosfóricos (HPO 3 ) n n = 3 a 7 n = 3 ; (HPO 3 ) 3 = H 3 P 3 O 9 ácido metatrifosfórico n = 4 ; (HPO 3 ) 4 = H 4 P 4 O 12 ácido metatetrafosfórico Los aniones metapolifosfatos tienen la característica de poseer estructuras cíclicas, es decir cerradas en las cuales siguen existiendo enlaces P O P.

69 (P 3 O 9 ) 3- : anión metatrifosfato