TEMA 11. Reactividad de elementos p. Tipos de compuestos. He B C N O FLi Ne He C Si P S Cl Ar Ge Ge As Se Br Kr Sn Sb Te I Xe Pb Bi Po At Rn J. Isasi
Tipos de compuestos que forman los elementos p: compuestos iónicos y compuestos covalentes. Reactividad de los elementos p: reacciones directas elemento-elemento y reacciones en disolución acuosa.
Tipos de compuestos que forman los elementos p: compuestos iónicos y compuestos covalentes En general la unión de dos átomos del mismo elemento puede originar un enlace covalente Del mismo modo, las combinaciones de átomos del bloque p con los distintos elementos pueden generar compuestos en los que exista enlace iónico o enlace covalente, aunque estos enlaces no van ser enlaces totalmente puros
Reglas de Fajans La capacidad de polarización de M n+ aumenta o poder polarizante n+ r + Capacidad de deformación de la nube electrónica La polarizabilidad de los X n- aumenta r - r + Facilidad con la que un anión se deja deformar su propia nube electrónica n- r - A mayor poder polarizante del catión y mayor polarizabilidad del anión Mayor porcentaje de enlace covalente
De compuestos con enlace iónico a compuestos con enlace covalente Los elementos del grupo p generan por lo general aniones Para que en un compuesto exista enlace iónico: el catión tiene que ser poco polarizante y el anión poco polarizable Y cuando G fo <0 el compuesto es estable
Halógenos Constituidos por átomos de pequeño tamaño que en su unión originan mayor energía de enlace En los compuestos que se forman G<0 p.ej. Suponiendo la formación de LiCl Enlace covalente polar Cl - : Anión poco polarizable Li + : Catión muy polarizante En la formación de este enlace covalente polar van a existir importantes diferencias entre el flúor y el resto de los halógenos
Diferencias entre el flúor y el resto de los halógenos F: estado de oxidación -1 Los átomo de los restante halógenos pueden tener diferentes estados de oxidación: 1, 3, 5 y 7, debido a que tienen orbitales d Cl: 3s 2 3p 5 (3d) est oxid = 1 Cl*: 3s 2 3p 4 (3d 1 ) est oxid = 3 Cl*: 3s 2 3p 3 (3d 2 ) est oxid = 5 Cl*: 3s 2 3p 2 (3d 3 ) est oxid = 7 La promoción tiene lugar si la formación de nuevos enlaces compensa el gasto energético
Elementos del periodo 2: B, C, N, O, F F B Z* r H EI H AE El O puede formar un anión estable poco polarizable El N es más polarizable que el O y tiene una carga negativa más Resulta bastante polarizable En este elemento está el límite para formar compuestos iónicos En el C y el B conducen a aniones muy polarizables por lo que no resultan estables Al ir de flúor al boro disminuye la probabilidad de crear aniones poco polarizables pero aumenta la posibilidad de formar cationes muy polarizantes
Los cabeza de grupo tendrán un estado de oxidación único, pero a medida que se desciende en los grupos se incrementa el estado de oxidación Elementos del grupo 16 Grupo 16 Configuración Forma ion estable O ns 2 np 4 O 2- S S 2- Se Te Po (+) Tamaño El azufre al ser más grande es mas polarizable «Sulfuro de sodio posee mayor carácter covalente que el óxido de sodio» Po 4+ No hay posibilidad de formar compuestos iónicos porque Se 2- y Te 2- poseen gran tamaño y serían muy polarizables. En sus combinaciones sólo existe química covalente. Al aumentar el tamaño se incrementa la tendencia a la formación de cationes y viceversa
Elementos del grupo 15 Grupo 15 Configuración Forma ion estable N ns 2 np 3 N 3- P As Sb Bi Tamaño Carga negativa elevada. Constituiría el caso límite de ion estable. «El nitruro sódico es más covalente que el óxido de sodio» Gran tamaño. Química covalente No forman compuestos iónicos. (+) El bismuto forma el catión más estable al ser mas polarizante que el antimonio. Con el anión menos polarizable, F -, forma el BiF 3
Elementos del grupo 14 Grupo 14 Configuración C ns 2 np 2 Si Ge Sn Pb Química covalente (+) Tamaño Al aumentar el radio atómico disminuye la energía de enlace y existe menor probabilidad de formación de compuestos iónicos Forman cationes que con aniones poco polarizables pueden formar compuestos bastante estables: SnCl 2, PbCl 2 (compuestos iónicos) SnCl 4 y PbCl 4 (compuestos covalentes) En resumen, la transición gradual de un metal a un no metal viene dada por la química de los elementos
Reactividad de los elementos p: reacciones directas elemento-elemento y reacciones en disolución acuosa Para conocer la reactividad se habrán de considerar: 1. Aspectos y termodinámicos G o f< 0 2. Aspectos cinéticos: velocidad de reacción (La etapa lenta va a proporcionar la velocidad limitante) A menor energía de activación mayor velocidad
Reactividad de los elementos p: reacciones directas elemento-elemento y reacciones en disolución acuosa Aspectos termodinámicos G??? A + B AB Gº 1 = -1500 kj/mol A + C AC Gº 2 = -200 kj/mol B ó C serán más reactivos cuanto más estables sean los compuestos AB ó AC Gº <0 En reacciones directas con otro elemento Gº f = Hº f - T Sº En reacciones en disolución Gº= -nfeº
Reacciones directas que originan compuestos en los que existe una elevada participación de enlace iónico Si los halógenos se combinan con el mismo elemento cuál de ellos es el más reactivo? Hº f 1/2X 2 (g, l, s) + E (s) X E (s) 1/2 H s Evaluación del valor de Hº f 1/2 H v (sólo para moléculas diatómicas) H v 1/2X 2 (g) E (g) H M U o 1/2 H d X(g) AE X - (g) + EI E + (g) Cuanto más reactivo es X 2 más estable es el compuesto iónico Hº f = ½( H s ó H v )+ ½ H d + AE + H M + U o >0 >0 <0 <0 Hº f <0
( H s ó H v ) valor muy pequeño, casi no afecta Hº f <0 H d (X 2 ), valor >0 AE<0 U o <0 En principio son los que determinan la reactividad al ser los dos <0 1 2 3 - Reactividad F Cl Br I H d AE U o + Reactividad - Reactividad - Reactividad -r F menor AE que Cl (-328/-349 kjmol -1 ) pero mayor que los restantes 1 y 3 determinan la reactividad, F es más reactivo que el Cl 158.2 243.5 // kjmol -1 F 2 Cl 2 H d Al tener más electrones en un volumen muy pequeño mayor repulsión
Reacciones directas que dan origen a compuestos en los que existe elevada participación de enlace covalente Halógenos con hidrógeno Hº f 1/2 X 2 (g, l, s) + 1/2 H 2 (g) X-H (s) 1/2 H s 1/2 H v H E (X-H) 1/2X 2 (g) 1/2 H d X(g) 1/2 H d + H (g) Hº f = ½( H s ó H v )+ ½ H d (X 2 ) + H E (X-H)+ H d (H 2 ) valor muy pequeño >0 <0 cte >0 H d ó H E (X-H) son los factores que más influyen H E (X-H) es un valor relacionado con el numero enlaces formados Más reactividad del halógeno Hº f < 0
Más reactividad del halógeno H f º < 0 Si disminuye el valor de H d, valor > 0 Si aumenta al valor de H E (X-H), valor <0 Mayor reactividad Cl 2 I 2 H d H E (X-H) H d > 0 Determina la reactividad F 2 Cl 2 H E (X-H) H d kjmol -1 H E (X-H) H d F 570 158.2 Cl 432 243.5 Br 365 193.0 I 298 151.0 El F es el más reactivo y produce reacciones explosivas. Se combina en general con casi todos los elementos de la tabla periódica en reacciones muy exotérmicas.
Reactividad en disolución acuosa /// Gº= -nfeº Los halógenos en disolución acuosa son muy oxidantes, se reducen (ganan es - ) ½ X 2 (g, l, s) + 1e - X - (ac) El halógeno más oxidante es el que tiene mayor potencial de reducción Potenciales de los electrodos normales 1/2F 2 + 1e F - Eº = +2.85 V 1/2Cl 2 + 1e Cl - Eº = +1.36V poder oxidante 1/2Br 2 + 1e Br - Eº = +1.06 V 1/2I 2 + 1e I - Eº = +0.53 V (-) El flúor es el oxidante más fuerte conocido