familias_elementos.ppt

GRUPO 13 FAMILIA DEL BOROPresencia en la naturaleza

BORO ALUMINIO GALIO INDIO TALIO

Es escaso en la naturalezaBóraxNa2B4O5(OH)4*8H2OKernitaNa2B4O5(OH)4*2H2O

ArcillasAluminosilicatosBauxita

Oxido de galio impureza de la bauxita

Subproducto de la extracción plomo y zinc

Polvo de chimenea

GRUPO 13Propiedades fisicoquímicas

BORO• Comportamiento no metálico• Se clasifica como semimetal• Tiene 4 alótropos; cada agrupamiento tiene

geometría de icosaedro• Favorece la formación de enlaces covalentes


ALUMINIO• Estructura cúbica centrada en las caras• Tendencia a formar enlaces covalentes• Para la formación de enlaces iónicos es necesario

hidratar al ión metálico• Tiene un gran potencial de reducción estándar

que le permite ser muy reactivo• Resistencia a la corrosión• Baja densidad (2.7g/cm3)


ALUMINIO• Excelente conductor del calor, pero no tan

bueno como el cobre• Excepcional conductor de la electricidadGALIO INDIO TALIO• Tienen estados de oxidación de +1 y +3

GRUPO 13Tendendencias periódicas

BORO ALUMINIO GALIO INDIO TALIORadio covalente/pm

80 125 125 150 155

Radio metálico/pm 143 141 166 171Radio iónico, r(M3+)/pm

20 50 62 81 95

Punto de fusión/ºC 2300 660 30 157 304Punto de ebullición/ºC

3930 2470 2400 2000 1460

Afinidad electrónica

26.7 42.5 28.9 28.9

Electronegatividad 2.0 1.5 1.6 1.7 1.8

GRUPO 13Tendendencias periódicas

BORO ALUMINIO GALIO INDIO TALIO1ª Energía de ionización

799 577 577 556 590

2ª Energía de ionización

2427 1817 1979 1821 1971

3ª Energía de ionización

3660 2745 1963 2704 2878

GRUPO 13Compuestos respectivos

BORO• Hidruros simples del boro• Trihalogenuros del boro• Compuestos de boro-oxígeno• Compuestos de boro –nitrógeno• Boruros metálicos• Boranos y borohidruros superiores• Metaboranos• Carboranos

GRUPO 13Compuestos respectivos

Compuestos del aluminio al talio• Hidruros de aluminio y galio• Halogenuros• Trihalogenuros• Compuestos oxo• Sales de oxoácidos• Sulfuros• Compuestos con elementos del grupo 15

GRUPO 13Usos e interés industrial

BORO• Vidrios borosilicatos• Ablandador de agua• Limpiador y pesticida blando• Antiséptico blandoALUMINIO• Latería• Papel metálico• Utensilios


ALUMINIO• En la construcción• Aleaciones para aeronavesGALIO e INDIO• Pirómetros (galio)• Dispositivo de seguridad en sistema de aspersión

(aleación de ambos)• Espejos resistentes a la corrosión• Cubierta transparente y conductora para

pantallas electrónicas


GALIO E INDIO• Cubierta reflectora del calor para bombillas

luminosasTALIO• Alguna vez como:Tratamiento de tiña, raticida y hormiguicida• Hoy en día:En medicina nuclear como agente de imagenología

GRUPO 14 FAMILIA DEL CARBONO (CARBENOS)

Presencia en la naturaleza

CARBONO SILICIO GERMANIO ESTAÑO PLOMODiamanteGrafitoFullerenos

ArenaCuarzoCristal de rocaSílexÁgataSilicatos minerales

Trazas en menas de zinc

Caseterita(SnO2)

Galena(PbS)Anglesita(PbSO4)Cerusita(PbCO3)


• Los tres primeros tienen puntos de fusión muy altos (característicos de los enlaces de red covalente

• Todos los elementos forman compuestos en los cuales forman cadenas de átomos consigo mismos (catenación)

• Estados de oxidación múltiples (+4,-4,+2)• En C y Ge +4 es termodinámicamente más estable que +2• Sn y Pb +2 es más estable,+4 en Pb es fuertemente oxidante• Si es mucho más reactivo que el C• A temperaturas elevadas el Si reacciona con: O2, F2, Cl2, Br2, I2, S8, N2, P4, C

y B; originando compuestos binarios• El Si es insoluble en ácidos (mezcla de HNO3 y HF concentrado)

• Ge tiene un comportamiento similar al si , pero reacciona con HNO3

concentrado (GeO2)y no reacciona con álcalis acuosos

• Para la formación SnO2 se necesitan temperaturas elevadas

• Sn reacciona fácilmente con los halógenos• Sn se ve poco afectado por HCl o H2SO4 diluidos, pero si reacciona con

HNO3 diluido.

• Pb finamente divido es pirofórico• Pb reacciona lentamente con ácidos minerales diluidos• Desprende H2 a partir de HCl concentrado en caliente

• Reacciona con HNO3 concentrado (Pb(NO3)2 y óxidos de nitrógeno

GRUPO 14Tendencias periódicas

CARBONO SILICIO GERMANIO ESTAÑO PLOMO

Punto de fusión/ºC

3730(el grafito sublima)

1410 937 232 327

Radio atómico /pm

77 117 122 162 175

Radio iónico, rMn+/pm

93(+2)53 (+4)

112 (+2)71 (+4)

120 (+2)84(+4)

Primera energía de ionización, l/(kj mol-1)

1090 786 762 707 716

GRUPO 14Tendencias periódicas

CARBONO SILICIO GERMANIO ESTAÑO PLOMO

Afinidad electrónica, Ea/ (kj mol-1)

122 134 116 116

Electronegatividad

2.5 1.8 1.8 1.8 1.8

GRUPO 14Compuestos Respectivos

HIDRUROS• El CH4 se clora con alguna facilidad relativa

mientras que el SiH4 reacciona violentamente con el Cl2

• El SiH4 se inflama espontáneamente en el aire• Al bajar en el grupo 14 los hidruros se vuelven

termodinámicamente menos estables y la barrera cinética a reacciones tales como la hidrólisis de los enlaces E-H se hace menor


HALÓGENOSForman tetrahalogenuros, el Pb también puede

forman dihalogenuros estables.• Halogenuros de carbonoVarían del altamente estable y volátil CF4 al CCl4

sólido y térmicamente inestableEstos tetrahalometanos y los alcanos análogos

parcialmente halogenados proporcionan una ruta a una amplia variedad de derivados principalmente por el desplazamiento nucleofílico de o más átomos de halógeno


• Halogenuros de carbonoLos halogenuros de carbonilo poseen moléculas

planas y son útiles intermediarios químicosLa utilidad del fosgeno (OCCl2) reside en la

facilidad del desplazamiento nucleofílico del cloro para producir compuestos corbonílicos e isocianatos


• Halogenuros de silicio y germanioCompuestos moleculares volátilesEl Ge también forma dihalogenuros volátilesSon ácidos de Lewis suavesHalogenuros de estaño y plomoForman tetrahalogenuros y dihalogenuros

siendo estos últimos los más estable para el Pb


OXIGENO Y AZUFRECO es un agente reductor para la producción de

hierro y un ligante común en la química de los metales del bloque d

CO2 y OCCCO (subóxido de carbono)

CS y CS tienen estructuras similares a las de sus análogos de oxígeno


OXIGENO Y AZUFRELa unión Si-O, tiene gran afinidad y esta

presente en el sílice, una amplia gama de silicatos minerales metálicos y en polímeros de silicón.

Ge, Sn y Pb el óxido +2 se vuelve más estable al descender en el grupo.


NITRÓGENO

• Con carbono forma el CN- , forma complejos con muchos iones metálicos d.

• El HCN se utiliza como intermediario en la síntesis de muchos polímeros comunes como el poli(metacrilato de metilo) y el poliacrilonitrilo

• El Si3N4 es una sustancia muy dura e inerte y se emplea en materiales de cerámica de alta temperatura

• Trisilamina (H3Si)3N es un análogo de la trimetilamina


CARBUROS• CARBUROS SALINOS• CARBUROS METÁLICOS• SILICIUROSCOMPUESTOS EXTENDIDIOS DE SILICIO-OXÍGENOEl aluminio puede reemplazar algunos átomos e Si en una

estructura de silicato para formar alumniosilicatos• Aluminiosilicatos en capas y tridimensionales• Malla moleculares (zeolitas)


COMPUESTOS DE ORGANOSILICIOLos metilclorosilanos son importantes en la fabricación de

polímeros de silicónLas propiedades de estos están determinadas por el grado de

cruzamiento y pueden ser líquidos, geles o resinasCOMPUESTOS DE ORGANOMETÁLICOSEl Sn y el Pb forman organocompuestos tetravalentesLos compuestos de organoestaño ae utilizan para estabilizar el

PVC


CARBON• Carbono elemental en forma de carbón o coque se usa como combustible• Como agente reductor par recuperar metales de sus minerales• Por sus propiedades de adsorción como carbón activado.• Como grafito en : lubricantes, lápices, material refractario, baterías y

células de combustible• Como diamante en piedras preciosas en herramientas industriales de

corte y abrasión.• Reforzar materiales como los plásticos


CARBON• Los materiales compuestos de carbono están

reforzados con fibra y son materiales químicamente inertes que poseen elevado resistencia, rigidez, estabilidad térmica, elevada resistencia al choque térmico y retienen sus propiedades mecánicas a altas temperaturas, dichas propiedades le han conducido al uso en partes exteriores de la lanzadera espacial


SILICIO• Industria del acero• Industria electrónica• Industria de semiconductores• Elaboración de vidrio de cuarzo• Gel de sílice como agente desecante• Fase estacionaría en cromatografía• Catalizador heterogéneo

• Circuitos integrados• Chips de computadora• Celdas solares• Dispositivos electrónicos de estado sólido• Fabricación de vidrio


GERMANIO• Transistores• Semiconductor• Fibra óptica de infrarrojoESTAÑO• Chapar acero• Envases de hojalata• En aleación con cobre forma el bronce, en la mayor proporción para fabricar

campanas• Soldadura de plomería Sn-Pb• El metal es blando y las aleaciones de estaño tales como peltre, metal de

soldadura, bronce y la aleación para el vaciado a presión tienen mayor valor comercial que el Sn puro

• Proceso Pilkington• Compuestos de trialquil y triarilestaño como fungicidas y biocidas• El dióxido de estaño en esmaltes y pinturas para dar opacidad• En sensores de gas• Como retardadores de llama


PLOMO• Plomería• Soldadura• Municiones• Protección de la radiación ionizante• El óxido de plomo se agrega al vidrio para hacerlo

refractario• Y formar vidrio de “plomo” o “cristalino”

• Pb3O4 como pigmento y recubrimiento resistente a la corrosión para acero y hierro

• Baterías plomo-ácido

GRUPO IIA METALES ALCALINOTÉRREOS

METALES ALCALINOSPresencia en la naturaleza

BERILIO MAGNESIO CALCIO•BeriloBe3Al2(SiO3)6

•DolomitaCaCO3*MgCO3

•MagnesitaMgCO3

•Piedra calizaCaCO3

Propiedades fisicoquímicas

Metales plateados Conductividades eléctricas y térmicas elevadasMayor dureza que los alcalinosPuntos de fusión más altos que los alcalinosDensidades relativamente bajasReaccionan con muchos no metales

METALES ALCALINOSPropiedades fisicoquímicas

CARÁCTER IONICO HIDRATACION DE IONES SOLUBILIDAD

•Tienen número de oxidación de +2.•En su mayor parte sólidos iónicos estables.•Los compuestos son incoloros.•Enlaces de carácter iónico.• El Mg tienen un comportamiento covalente en algunos compuestos.•La covalencia predomina en el Be

•Las sales casi siempre están hidratadas•A medida que disminuye la densidad de carga también lo hace el número de hidratación.

•Muchas de sales son insolubles•Con aniones mononegativos(Cl-,NO3

-) con solubles•Con los tiene más de una carga negativa son insolubles

METALES ALCALINOSTendencias periódicas

Be Mg Ca Sr Ba

Radio metálico/pm 112 160 197 215 217

Radio iónico/pm 31 65 99 113 135Energía de ionización/(kJ mol-1) 900 736 590 548 502

Densidad(g cm-3) 1.85 1.74 1.54 2.62 3.51

Punto de fusión /ºC 1280 650 850 768 714

Compuestos respectivos

HIDRUROS HALOGENUROS ÓXIDOS

•Son iónicos excepto el Be es covalente.•Contienen al ión H-.•Los hidruros de los elementos más pesados reaccionan violentamente con el agua

•Los halogenuros de Be son covalentes•Todos los fluoruros son insolubles en agua (Excepto el BeF2)•Los demás halogenuros son solubles

• Arden en el aire para dar los óxidos normales.•El Ba forma peróxidos•Estructura de sal gema

METALES ALCALINOSCompuestos respectivos

HIDRÓXIDOS OXOÁCIDOS

•Los óxidos reaccionan con el agua para formar los hidróxidos •La basicidad y solubilidad de los hidróxidos se incrementa al descender en el grupo

•CARBONATOSSon poco solubles en agua.Se descomponen en el óxido cuando se calientan•HIDROGENOCARBONATOSMas solubles que los carbonatosA los de Mg y Ca se les atribuye la dureza del agua

METALES ALCALINOSUsos e interés industrial

GRUPO 15 FAMILIA DEL NITRÓGENO

PNITÓGENOS PRESENCIA EN LA NATURALEZA

NITRÓGENO FÓSFORO ARSÉNICO ANTIMONIO BISMUTO

N2 Apatatito (roca fosfórica)CaX(PO4)3•Fluoroapatito•Cloroapatito•Hidroxiapatito

•Se encuentra en forma elemental•Mispickel(arsenopirita FeAsS)•Realgar As4S4•OropimenteAs2S3

EstibinitaSb2S3

•Se encuentra en forma elemental•Bismutinita Bi24S3•BismitaBi2O3

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GRUPO 15PROPIEDADES FISICOQUÍMICAS

NITRÓGENO Es gas incoloro e inodoro Tiene un solo alótropo El N2 no es muy soluble en agua Hierve -196 ºC Punto de ebullición -183ºC Es inerte, no arde ni sustenta la combustión Desde el punto de vista termodinámico es muy

estable Tiene estados de oxidación de que van de desde +5 a

-3 Lo encontramos en los huesos , en el ADN, en plantas. Los estados de oxidación más altos del nitrógeno son

fuertemente oxidantes en sol. Ácida El N2 esta unido por un triple enlace

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FÓSFORO Es sólido en condiciones normales Presenta 11 alótropos, de los cuales al menos

5 son cristalinas (fósoforo blanco, fósforo rojo, fósforo negro)

Al igual que el N2 el P2 presenta un enlace triple

Los estados de oxidación más altos del fósforo son muy estables, así como el más estable termodinámicamente y el más bajo es el menos estable

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ARSÉNICO, ANTOMONIO Y BISMUTO Son sólidos grises con estructuras de red Se queman en el aire Ninguno reacciona con álcalis acuosos No son atacados por ácidos no oxidantes

pero reaccionan con HNO3 para dar:H3AsO4, Sb2O5 hidratado y Bi(No3)3 y con H2SO4 concentrado para producir As4O6, Sb2(SO4)2 y Bi2(SO4)3

Se construyen a partir decapas hexagonales plegadas en las que cada átomo tiene 3 vecinos más próximos

El bismuto es radioactivo.39

GRUPO 15TENDENCIAS PERIÓDICAS

N P As Sb Bi

Punto de fusión/ºC -210 44(blanco)590(rojo)

613(sublima)

630 271

Radio átomico/pm 74 110 121 141 170

Primera energía de ionización / (kj mol-1)

1400 1060 966 833 774

Electronegatividad 3.0 2.1 2.0 1.9 1.9

Afinidad electrónica/(kj mol-1)

-3.0 -70.0 78 103 91

Conductividad eléctrica /(10-10Sm-1)

10 3.33 2.5 0.77

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GRUPO 15COMPUESTOS RESPECTIVOS

NITRÓGENOReacciona con H para formar NH3 Ión amonio N2H4 HN3Reacciona con O para formar N2O NO N2O3 NO2 N2O4 N2O5 Radical Nitrato y Nitrito

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Reacciona con Halogenuros para formar NCl3NF3Otros compuestos:Nitruros


FÓSFOROReacciona con H para formar PH3 PH4+

Reacciona con O para formar P4O6 P5O10Reacciona con Halógenos para formar PCl3 PCL5Oxoácidos comunes del fósforo H3PO4 H3PO3 H3PO2

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Otros compuestosFosfatosFosfurosFosfazenos


ARSÉNICO. ANTIMONIO Y BISMUTO Arsenuros, antimonuros y bismuturos AsH3,SbH3,BiH3 AsCl3, SbCl3 As2O3, Sb2O3, Bi2O3

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GRUPO 15USOS E INTERÉS INDUSTRIAL

NITRÓGENO El N2 como atmósfera inerte, así como

refrigerante Producción de fertilizantes nitrogenados Explosivos (sales de nitrato)FÓSFORO Fosfatos como fertilizantes H3PO4, fertilizantes, detergentes y aditivos

alimentarios

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FÓSFORO Tricloruro de fósoforo Fósforo rojoARSÉNICO Herbicidas Baños desinfectantes para ganado En la industria de semiconductores En aleaciones En baterías

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ANTIMONIOComo Sb2O3 Pinturas Adhesivos Plásticos Retardador de llamasComo Sb2S3 Dispositivos fotoeléctricos Materiales de grabaciónelectrofotográficos

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BISMUTOComo BiOClCosméticosComo Bi2O3Industria del vidrioIndustria de la cerámicaCatalizadoresImanesOtros usos:En aleacionesSustitución del plomo.


BISMUTOComo BiOCl Cosméticos

Como Bi2O3 Industria del vidrio Industria de la cerámica Catalizadores Imanes

Otros usos: En aleaciones Sustitución del plomo.

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