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Grupo 15QUIMICA INORGANICA 2012QF JOSE AVILA PARCO
MetalesMetaloidesNo MetalesTabla peridica modernaGrupo
15NPAsSbBiNo metalNo metalMetaloideMetaloideMetalGas incoloroNo
metal blancoMetal blanco-rosadoMetaloide brillante blanco-azulado
Metaloide GRUPO DEL NITROGENO
NitrgenoFsforoArsnicoAntimonioBismutoGrupo 15
Propiedades fsicasZNombreSmboloPeso MolecularPunto de fusin
(C)Punto de ebullicin (C)Densidad
(g/mL)7NitrgenoN14,01-210-1961,0415FsforoP30,97442801,8233ArsnicoAs74,92613Sublima5,7851AntimonioSb121,7563117506,6983BismutoBi208,9827116508,90No
existen iones 5+.Se puede esperar la formacin de iones
trinegativos. El nitrgeno forma el ion nitruro, N3- y el fsforo el
ion fosfuro, P3- con menos rapidez.La mayora de los compuestos en
los que aparece el estado de oxidacin +3 son covalentes.
El Sb y el Bi pueden formar iones +3 por el efecto par
inerte.
El N, P y As no forman cationes simples.Configuracin electrnica:
ns2 np3 Compuestos del nitrgeno-3NH3, NH4+, Mg3N2 -2N2H4 -1NH2OH
-1/3NaN3, HN3 0N2 +1N2O +2NO +3N2O3, HNO2+4NO2, N2O4 +5N2O5,,HNO3
Nmero de oxidacinCompuestoNitrgeno lquido (pe 77 K, - 196 C)El N2
lquido es usado en el laboratorio y en la industria para
crio-preservacin.Se prepara por licuefaccin del aire.La licuefaccin
es posible por las uniones intermoleculares de London (dipolos
espontneos e inducidos). -+dipolo espontneo-+-+N2 lquido N278 % de
la atmsferaH = 945 kJ/mol
Diagrama de orbitales molecularesE(NN) ~ 6 E(N-N)E(CC) ~ 2.5
E(C-C)N2(g) 2 N(g) K25 C=10-120Azote-No polar-Electroafinidad muy
negativa -Energa de ionizacin ~ Ar N2=15.58 ev Ar=15.75 evLiMetales
de transicinBacteriasdN N = 1.0975 (dN-N = 1.460 )OBTENCION DE
N2DESTILACION DE AIRE
Proceso Haber-Bosch (1914)N2 (g) + 3 H2 (g) 2 NH3 (g)Ho = -46.2
kJ/mol So = -99 J/K.mol(15%)cat.P, T
Catalizador: FeACTIVACION DE NITROGENOT: 450-650 CP:200-600
atm170x106 ton/aoK25=103 atm-2N2 (g) + 3H2 (g) 2NH3 (g) H = -92
kJH2NH3N2ConcentracinVariaciones de la Kp de la reaccinN2 + 3H2 2
NH3con la temperatura y la presinTemperatura (K) a 1 atm Kp298 6.8
x 105400 41500 0.036 673 0.0058
2. Presin (atm) a 673 K Kp10 0.006650 0.0069 100 0.0073 600
0.0129Los problemas qumicos de la sntesis de amonaco son:La reaccin
es muy lenta a temperatura ambiente y requiere temperaturas altas
para velocidades tiles.La reaccin es exotrmica y el aumento de la
temperatura desplaza el equilibrio hacia los reactivos.La reaccin
implica una disminucin del numero de molculas en la fase gaseosa y
la presin desplaza el equilibrio hacia los productosLa solucin dada
por F. Haber y C. Bosch, 1918) fue alta temperatura (400-450 C),
alta presin (200 atm), catalizadores metlicos (Fe/Mo), y
condensacin del NH3 (35 C a 14 atm; PE a 1 atm, -33 C) con
desplazamiento del equilibrio en la fase gaseosa.
Fabricacin industrial moderna de amonaco
AMONIACOFrmula: NH3
Peso molecular: 17'032
Punto de ebullicin: -33'35C
Punto de congelacin: -777C
Temperatura crtica: 132'4C
Presin crtica : 111,5 atm
Densidad absoluta en CN: 0'7710 gr./l
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El amonaco es un compuesto qumico cuya molcula consiste en un
tomo de nitrgeno (N) y tres tomos de hidrgeno (H) de acuerdo a la
frmula NH3.
El amonaco, a temperatura ambiente, es un gas incoloro de olor
muy penetrante y nauseabundo.
Se produce naturalmente por descomposicin de la materia orgnica
y tambin se fabrica industrialmente.
Se disuelve fcilmente en el agua y se evapora rpidamente.
Generalmente se vende en forma lquida.
La cantidad de amonaco producido industrialmente cada ao es casi
igual a la producida por la naturaleza.
El amonaco es producido naturalmente en el suelo por bacterias,
por plantas y animales en descomposicin y por desechos
animales.
El amonaco es esencial para muchos procesos biolgicos.2020
Aplicaciones del amoniaco
La disolucin del amoniaco se emplea en usos domsticos. Como
elimina la dureza temporal del agua, se emplea para limpiar y
lavar, con el ahorro consiguiente de jabn.
Mquinas frigorficas
Vulcanizacin del caucho
Fabricacin de numerosos productos qumicos y siderrgicos
En la industria textil
En la industria farmacutica.
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Obtencin:
Mtodo del laboratorio:
El amoniaco se obtiene generalmente en el laboratorio calentando
una sal amnica con cal apagada o con hidrxido sdico. La ecuacin
inica correspondiente a la reaccin es:
NH4+ + OH NH3+ H2O.
b) Amoniaco sinttico
El amoniaco se prepara por unin directa de los elementos, segn
el proceso haber
N2 + 3 H2 2 NH3 + 21.880 cal
Propiedades del amoniaco:
Fsicas: El amoniaco es un gas incoloro, picante, que se reconoce
y percibe fcilmente por su olor familiar.
Puede licuarse a temperaturas ordinarias:a 10C necesita una
presin de 6'02 atm.a 20C necesita una presin de 8'5 atm.Al
disolverse en agua el volumen del lquido aumenta notablemente.
Qumicas:
a) Estabilidad: Aunque es estable a T ordinarias el NH3
principia a descomponerse en sus elementos a 500 C
2NH3 N2 + 3H2
b) Accin sobre no metales : El NH3 No es combustible en el aire
pero con el oxigeno arde con una llama amarilla formando vapor de
H2O y N .
4NH3 + 5 O2 4 NO + 6 H2O
c) Accin de los metales: Ciertos metales como el litio y el
magnesio reaccionan con NH3 a altas T para formar nitruros.
2 NH3 + 3 Mg Mg3N2 + 3 H2.
Aplicaciones del amonaco
(NH2)2CO
Efectos nocivos en el organismoInhalacin*Severas a concentracin
superior a 100 ppm:irritacin de garganta *Edema pulmonar*Inflamacin
pulmonar, dao vas respiratorias, y ojos. *En concentraciones
elevadas puede causar la muerte pulmonar
Contacto con la piel *El amonaco gaseoso puede producir
irritacin de la piel, sobre todo si la piel se encuentra hmeda *Se
puede llegar a producir quemaduras y ampollas en la piel al cabo de
unos pocos segundos de exposicin con concentraciones atmosfricas
superiores a 300 ppm
Ingestin*Este compuesto es gaseoso en condiciones atmosfricas
normales siendo poco probable su ingestin. Sin embargo; de ocurrir
sta, puede causar destruccin de la mucosa gstrica, provocando
severas patologas digestivas; pudiendo causar inclusive la
muerte
NitrgenoNNO::::NNO::::xido de dinitrgenoNO:::.NO::.:xido de
nitrgeno (xido ntrico)NitrgenoNOO:::::.Dixido de
nitrgenoNOO::.:::NOO::.:::NOO:::::.NOO:::::NOO:::::Tetraxido de
dinitrgenoN2O4 (g) 2 NO2 (g)H = + 58 kJ/ molK298 = 0,98 [NO22Kc =
[N2O4
pNO22Kp = pN2O4
TS = + 53 kJ/ molG = + 5 kJ/ mol
2 NO (g) + O2 (g) 2 NO2 (g) UVluz
Lluvia cidaNitrgenoNOO:::::NOO:::::Pentaxido de
dinitrgenoO::NOHOOcido ntricoNOOHcido nitrosoN2O3 (s) + H2O (l) 2
HNO2 (ac)N2O5 (s) + H2O (l) 2 HNO3 (ac)Oxocidos del nitrgeno
35Interconversin de especies importantes de nitrgeno
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OXIDOS DEL NITROGENOLos nitratos han sido parte de los
explosivos desde que el monje Roger Bacon, en 1245, mezcl salitre,
azufre y carbn e invent la plvora. 16 KNO3(s) + S8(s) + 24 C(s) 8
K2S(s) + 24 CO2(g) + 8 N2(g) DH = 572 kJ/mol N2El nitrato de amonio
se produce en cantidades planetarias (1.5 x 1010 kg/ao para su uso
como fertilizante). Tambin se usa como explosivo, por s solo:2
NH4NO3(s) 2 N2(g) + O2(g) + 4 H2O(g) DH = 118 kJ/mol N2o mezclado
con gas oil (ANFO in English; NAGA en argentino)3 NH4NO3(s) + 1
(CH2)n(l) 1 CO2(g) + 7 H2O(g) + 3 N2(g) DH = 102 kJ/mol N2El
ANFO-NAGA produjo las explosiones de la AMIA (1994), del Edifico
Federal de Oklahoma (1996) y de la estacin de trenes de Atocha
(Madrid) (2004).Nitratos y explosivos1998: Premio Nobel de
Fisiologa o Medicina(Robert F. Furchgott, Louis J. Ignarro y Ferid
Murad)
el xido ntrico como una molcula transductora de seales en el
sistema cardiovascular. 1992: Molcula del aoCulotta, E.; Koshland
Jr., D. E. Science, 1992, 258, 1862-1865.El xido ntrico(NO)
MolculaNmero de oxidacin del NLongitud de enlace () Frecuencia IR
de estiramiento (cm-1)Nitrosonio (NO+)3+0.952300Oxido ntrico
(NO)2+1.151840Nitroxilo (NO-)1+1.26129043Bioqumica del NO relajacin
vascular y no vascular neurotransmisin regulacin inmune ereccin
peneana
Los mecanismos en estos procesos tienen caractersticas comunes:
la activacin de la guanilato ciclasa (complejo Fe-NO) la sntesis
enzimtica del NO por oxidacin de L-arginina
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CICLO DEL NITROGENO
Proceso NaturalN2 + 8 e- + 8 H+ + 16 Mg-ATP 2 NH3 + H2 + 16
Mg-ADP + 16 PiMedioEjemplosPlantas leguminosas (alfalfa, trbol,
soja, etc.)RhizobiumOtras plantasCianobacteria (Anabena azollae, A.
variabilis)No simbiticos (suelo)Clostridium (Cl. Pasteurianum1,2),
Desulfovibrio (anaerobios), Klebsiella pneumoniae3 (anaerobio
facultativo) Azotobacter (A. vinelandii1-3) (aerbico)1Proteina-FeFe
2Proteina-FeV 3Proteina-FeMoenz.ACTIVACION DE N2Cmo hace la
naturaleza?H2O + CO2 + Luz C6H12O6 + O2BacteriaATP, NAPDH, NADH
NADPH + H+ + 2Fdox NADP+ + 2Fdred + 2H+N2 + 8 e- + 8 H+ + 16 Mg-ATP
2 NH3 + H2 + 16 Mg-ADP + 16 PO4-4H2O + N2 + Luz 2NH3 + 2 O2 +
H2Reductores celularesEnergaNitrogenasa3 N2/ s / enz
!!LeghemoglobinO2plantaBacteriaN2 , H2OLuzNH3Ezaa, NH4+Eficiencia:
75%SimbiosisNitrogenasa
Una de las 4 subunidades de la nitrogenasa de Azotobacter
VinelandiiSitios activos de S (amarillo), Mo (celeste) y Fe
Violeta)Caracterizacin de la Enzima NITROGENASARibbe, M. Chem. Rev.
2004, 104, 1159
Rees, D. Science, 1993, 260 792
Durrant, M. C. Biochemistry 2004, 43, 6030
[Fe3+Fe2+6Mo4+] [Fe3+3Fe2+4Mo4+] 50
OXOANIONES DEL NITROGENO
