GRUPO 17: HALÓGENOS

1. GRUPO 17: HALÓGENOS

2. Henri Moissan • Karl Wilhelm Scheele • 1825 Antoine J. Balard • Bernard Courtois • 1940 Dale R. Corson, K. R. MacKenzie y Emilio Segrè

4. CARACTERÍSTICAS Todos los elementos del grupo XVII son monovalentes. En su estado elemental forman moléculas biatómicas, X2. En la naturaleza, por su gran reactividad, rara vez aparecen libres. Se encuentran principalmente en forma de sales disueltas en el agua de mar o en extensos depósitos marinos. En propiedades físicas como el punto de fusión, de ebullición, la densidad y el radio; varían en orden creciente del flúor al yodo. Mientras que el calor específico disminuye en la misma relación. La característica química fundamental de los halógenos es su capacidad oxidante.

5. APLICACIONES GENERALES • Derivados del flúor • Cloro • Bromuros • Yodo • Astato

6. HALOGENACIONES Proceso por el cual se introduce en un compuesto orgánico uno o más átomos de halógeno. 1. ADICIÓN HC=CH+2Cl2 FeCl2 Cl2HC-CHCl2 2. SUSTITUCIÓN DE HIDRÓGENO CH3COH+Cl2P(rojo) CH2ClCOOH+HCl 3. SUSTITUCIÓN DE GRUPOS COMO EL HIDROXILO O EL ÁC. SULFÚRICO C2H5-OH+HCl AnCl2 C2H5Cl+H20

7. HALOGENACIONES FLUORACIÓN CLORACIÓN BROMACIÓN YODACIÓN

8. FLÚOR

9. Características Generales • Símbolo: F • Número Atómico: 9 • Periodo: 2 • Peso molecular: 18.9984032 g/mol • Configuración electrónica: [He]2s2 2p5 • Estado de oxidación: -1 • Forma molecular: F2 (moléculas diatómicas) • Apariencia: gas amarillo pálido • Densidad: 1,696 Kg/m3 • Isótopos más estables: 19F • Descubrimiento 1529,Georgius Agricola

10. Es el miembro más ligero y pequeño del grupo. • Es el elemento más reactivo del grupo (Eº= 2,866 V) • Es el que muestra mayor tendencia a ganar electrones, y por consiguiente, el que se reduce más fácilmente. • En la naturaleza aparece en combinación con otros elementos, ysolamente en disolución acuosa, el flúor se presenta en forma de iónfluoruro, F-.

11. Es que el que tiene menor radio atómico de los halógenos (42 pm) • El punto de fusión (-220ºC) y el de ebullición (-188ºC) es más pequeño que el resto de los elementos del grupo. • Es el más electronegativo de todos los elementos.

12. Obtención y Abundancia ABUNDANCIA: El flúor es el Halógeno más abundante en la corteza terrestre, con una concentración de 950 ppm. Constituye el 0,065% de la corteza terrestre En el medioambiente, los fluoruros están presentes de forma natural (por ejemplo debido a la erosión de rocas o a emisiones volcánicas) y como consecuencia de actividades humanas (como la extracción y el uso de rocas fosfatadas, la fabricación de aluminio y la fluoración de agua de bebida)

13. Los fluoruros pueden estar presentes: - en el aire: en forma de gases o partículas; - en el agua: principalmente como iones fluoruro o combinados con aluminio. En el agua de mar esta se encuentra en una proporción de aproximadamente 1,3 ppm. -en el suelo: principalmente combinados con calcio o aluminio. - en organismos vivos.

14. Los minerales más importantes en los que está presente son: - la fluorita, CaF2 - el fluorapatito, Ca5(PO4)3F - la criolita, Na3AlF6

15. OBTENCIÓN: • Aunque se conocía la existencia del flúor, nadie había sido capaz de idear una reacción química para extraer el elemento de sus compuestos. • La dificultad que presenta la obtención del flúor radica en que, debido a su gran reactividad, nada mas formarse se combina con lo que encuentra a su alrededor. • En 1886, Henry Moissan obtuvo F2, medianteunareacción de electrólisis de una mezcla de HF y KF:

16. 2HF (electrolisis KF 2HF) → H2 (g) + F2 (g) Consistente en las reacciones de electrodos: - Ánodo: 2F→ F2 (g) + 2 e- - Cátodo: 2 H+ + 2 e-→ H2 (g) • Se produce la oxidación de los fluoruros. • En el cátodo se descarga hidrógeno, por lo que es necesario evitar que entren en contacto estos dos gases para que no haya riesgo de explosión.

17. El éxito de Moissan fue consecuencia de utilizar platino, un metal muy inerte, y trabajar a bajas temperaturas reduciendo de esta manera la actividad del flúor. • Un siglo después se consigue la síntesis química del flúor

18. Compuestos principales El flúor al ser un elemento tan electronegativo tiene tendencia a captar electrones y a formar compuesto con casi todo, incluyendo los gases nobles como el radón y el xenón (XeF2), para tener la configuración de gas noble. Los enlaces iónicos entre el flúor y los iones metálicos y la mayor parte de los enlaces covalentes entre el flúor y otros átomos no metálicos son fuertes.

19. Los compuestos principales que forma son: • CaF2 : con el que se obtiene el HF • HF: con el se obtiene otros compuestos importantes como: • F2 • AlF3, • Na3AlF6 (criolita) • fluorocarbonos • BF3 ,LiF ,SF6 ,SnF2 UF6,CFCs, NaF • politetrafluoroetileno (PTFE)

20. Compuestos interhalogenados (átomo central el halógeno más grande y menos electronegativo y como átomos terminales los átomos de halógeno mas pequeños): • En el IF7 hay siete pares de electrones distribuidos en torno al atomo I según la bipirámide pentagonal. • ClF3, BrF3, que reaccionan de forma explosiva con el agua. • ClF(g) , ClF5 (g), BrF (g), BrF5 (l)I, F5 (l).

21. Oxoácidos: • Forma el HOF, el cual no tiene cargas formales , pero solo existen en los estados sólido y líquido. En agua, el HOF se descompone en HF, H2 O2 y O2 (g) • Óxidos: • OF2 : es muy inestable • O2F2 : es muy inestable

22. APLICACIONES Y UTILIDADES • Los CFCs como refrigerantes, propelentes, agentes espumantes, aislantes, etc., pero debido a que contribuyen a la destrucción de la capa de ozono se han ido sustituyendo por otros compuestos químicos, como los HCFs.

23. El politetrafluoroetileno (PTFE), es un polímero denominado comúnmente teflón. Material aislante muy resistente al calor y a la corrosión, usado para articulaciones y revestimientos así como en la fabricación de ollas y sartenes.

24. El hexafluoruro de uranio, UF6, que se emplea para la separación de isótopos de uranio por difusión gaseosa , en el enriquecimiento en 235U y en procesos nucleares. UO2 + HF =UF4 + H2O UF4 + F2 =UF6 • La criolita natural, Na3AlF6, es un mineral que contiene flúoruros. Se obtiene sintéticamente para ser empleada en la obtención de aluminio

25. En la pasta de dientes, pero en forma de sal de flúor, normalmente fluoruro sódico. El fluoruro de sodio ayuda a formar fluoroapatita en los dientes, un constituyente del esmalte dental. Si la concentración de flúor es entre 0.7 -1.0 ppm, se utiliza para combatir la caries; pero a concentraciones superiores a 4.0 ppm, es tóxico.

26. Catalizador, formando el compuesto BF3 como catalizador en reacciones de alquilación y acilación Friedel-Crafts • Fluorante de aguas (NaF), como sustitutivo del ClF.

27. Aislante eléctrico y térmico (SF6 ). Industrialmente se obtiene así: S2F10 + 400ºC =SF4 + SF6 • Las sales MBF4 son sólidos iónicos de Pf bajos que se utilizan en las celdas galvánicas. H3BO3 + 3 HF =BF3 + H2O H3BO3 + 4 HF =HBF4 + H2O HBF4 + MOH =MBF4

28. Oxidante poderoso en diversas reacciones redox. • El flúor tiene un único isótopo natural, el 19F. EL cual se puede emplear en espectroscopia de resonancia magnética nuclear • obtención de cerámica, soldadura (LiF) • componentes ópticos, fundente metalúrgico (CaF2) • Grabar y disolver vidrio (HF)

29. Un exceso de flúor puede producir fluorosis : • se pierde parte del calcio • debilita la placa dental, se hace mas quebradiza pudiéndose romper con más facilidad • más expuesta a los ataques bacterianos como la caries.

30. CLORO

31. Características generales Símbolo: Cl Nº atómico: 17 Periodo: 3 Peso molecular: 35,45u Configuración electrónica: [Ne]3s2 3p5 Estados de oxidación: ±1, +3, +5, +7 Forma molecular: Cl2

32. Características generales Apariencia: amarillo verdoso

33. Características generales Densidad: 3,214 kg/m3 Isótopos más estables : El 35Cl, estable y con una abundancia del 75,77%. El 37Cl, también estable y con una abundancia del 24,23%. El isótopo radiactivo 36Cl.

34. Características generales Descubrimiento: Autor: Carl Wilhelm Scheele Fecha:1774

35. Compuestos Principales Algunos cloruros metálicos se emplean como catalizadores. Por ejemplo, FeCl2, FeCl3, AlCl3. Ácido hipocloroso, HClO. Se emplea en la depuración de aguas y alguna de sus sales como agente blanqueante. Ácido cloroso, HClO2. La sal de sodio correspondiente, NaClO2, se emplea para producir dióxido de cloro, ClO2, el cual se usa como desinfectante.

36. Compuestos Principales Ácido clórico(HClO3). El clorato de sodio, NaClO3, también se puede emplear para producir dióxido de cloro, empleado en el blanqueo de papel, así como para obtener perclorato. Ácido perclórico (HClO4). Es un ácido oxidante y se emplea en la industria de explosivos. El perclorato de sodio, NaClO4, se emplea como oxidante y en la industria textil y papelera.

37. Compuestos Principales Algunos compuestos orgánicos de cloro se emplean como pesticidas. Por ejemplo, el hexaclorobenceno (HCB), el para-diclorodifeniltricloroetano (DDT), el toxafeno, etcétera. Muchos compuestos organoclorados presentan problemas ambientales debido a su toxicidad, por ejemplo los pesticidas anteriores, los bifenilos policlorados (PCBs), o las dioxinas.

38. Compuestos Principales Compuestos de cloro como los clorofluorocarburos (CFCs) contribuyen a la destrucción de la capa de ozono.

39. Obtención y abundancia Principalmente el cloro se encuentra, en la naturaleza, en forma de NaCl, como Silvina, KCl, o la karnalita, KMgCl3x6H2O. Es el halógeno más abundante en el agua marina con una concentración de unos 18000 ppm. Es prácticamente imposible encontrarlo sin combinar con otros elementos, debido a su alta reactividad.

40. Obtención y abundancia El cloro se obtiene principalmente (más del 95% de la producción) mediante la electrólisis de cloruro de sodio, NaCl, en disolución acuosa, denominado proceso del cloro-álcali. Se emplean tres métodos: electrolisis con celda de amalgama de mercurio, electrolisis con celda de diafragma y electrolisis con celda de membrana.

41. Electrolisis con celda de amalgama de mercurio Se emplea un cátodo de mercurio y un ánodo de titanio recubierto de platino u óxido de platino. El cátodo está depositado en el fondo de la celda de electrolisis y el ánodo sobre éste, a poca distancia. La celda se alimenta con cloruro de sodio y, con la diferencia de potencial adecuada, se produce la electrolisis: 2Cl– – 2e- → Cl2 Hg + 2Na+ + 2e– → NaHg

42. Electrolisis con celda de amalgama de mercurio A continuación se procede a la descomposición de la amalgama formada para recuperar el mercurio. La base sobre la que está la amalgama está ligeramente inclinada y de esta forma va saliendo de la celda de electrolisis y se pasa a una torre en donde se añade agua a contracorriente, produciéndose las reacciones: H2O + 1e– → 1/2H2 + OH– NaHg – 1e– → Na+ + Hg De esta forma el mercurio se reutiliza.

43. Electrolisis con celda de amalgama de mercurio Con este método se consigue una sosa (NaOH) muy concentrada y un cloro muy puro, sin embargo consume más energía que otros métodos y existe el problema de contaminación por mercurio.

44. Electrolisis con celda de amalgama de mercurio

45. Electrolisis con celda de diafragma Se emplea un cátodo perforado de acero o hierro y un ánodo de titanio recubierto de platino u óxido de platino. Al cátodo se el adhiere un diafragma poroso de fibras de asbesto y mezclado con otras fibras (por ejemplo con politetrafluoroetileno). Este diafragma separa al ánodo del cátodo evitando la recombinación de los gases generados en estos.

46. Electrolisis con celda de diafragma Se alimenta el sistema continuamente con salmuera que circula desde el ánodo hasta el cátodo. Las reacciones que se producen son las siguientes: 2Cl– – 2e– → Cl2 (en el ánodo) 2H+ + 2e– → H2 (en el cátodo)

47. Electrolisis con celda de diafragma En la disolución queda una mezcla de NaOH y NaCl. El NaCl se reutiliza y el NaOH tiene interés comercial. Este método tiene la ventaja de consumir menos energía que el que emplea amalgama de mercurio, pero el inconveniente de que el NaOH obtenido es de menor pureza, por lo que generalmente se concentra. También existe un riesgo asociado al uso de asbestos.

48. Electrolisis con celda de diafragma

49. Electrolisis con celda de membrana Este método es el que se suele implantar en las nuevas plantas de producción de cloro. Supone aproximadamente el 30% de la producción mundial de cloro. Es similar al método que emplea celda de diafragma: se sustituye el diafragma por una membrana sintética selectiva que deja pasar iones Na+, pero no iones OH– o Cl–.

50. Electrolisis con celda de membrana El NaOH que se obtiene es más puro y más concentrado que el obtenido con el método de celda de diafragma, y al igual que ese método se consume menos energía que en las de amalgama mercurio, aunque la concentración de NaOH sigue siendo inferior, se obtienen concentraciones del 32% a 35%, y es necesario concentrarlo. Por otra parte, el cloro obtenido por el método de amalgama de mercurio es algo más puro. La tercera generación de membranas ya supera en pureza de cloro a las celdas de mercurio.