- describir los colores y la tendencia en la volatilidad del cloro, el bromo y el yodo
- describir y explicar la tendencia en la fuerza del enlace de las moléculas halógenas
- interpretar la volatilidad de los elementos en términos de fuerzas dipolo instantáneo-dipolo inducido
Grupo 17
A-Level Química · Tema 11
7:28
Grupo 17
Aquí hay tres soluciones incoloras. Parecen exactamente iguales. Una es cloruro, otra bromuro, otra yoduro —pero no puedes distinguir cuál es cuál por…
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11.1
Propiedades físicas de los halógenos
Syllabus
Fuente: Plan de estudios Cambridge International
Los halógenos son los elementos del Grupo 17. Existen como moléculas diatómicas ($\text{Cl}_2$, $\text{Br}_2$, $\text{I}_2$). Al descender por el grupo:
| Elemento | Color y estado a temperatura ambiente |
|---|---|
| cloro | gas verde pálido |
| bromo | líquido rojo-marrón |
| yodo | sólido gris-negro (vapor morado) |
La volatilidad (la facilidad con la que una sustancia se convierte en vapor) disminuye al descender por el grupo: el cloro es un gas, pero el yodo es un sólido. Esto ocurre porque las moléculas se hacen más grandes y tienen más electrones, por lo que las fuerzas entre ellas de dipolo instantáneo y dipolo inducido se vuelven más fuertes. Las fuerzas más fuertes son más difíciles de romper, por lo que aumenta el punto de ebullición y disminuye la volatilidad.
La energía de enlace (fuerza del enlace) de las moléculas $\text{X}\text{–}\text{X}$ generalmente disminuye desde $\text{Cl}_2$ hasta $\text{I}_2$, porque los electrones compartidos están más lejos de los núcleos en los átomos más grandes.
Explorar
Laboratorio de tendencias físicas de los halógenos
Siga a los halógenos hacia abajo en el grupo y relacione estado, color y volatilidad.
Vocabulario
Entrenar
| Inglés | Chino | Pinyin |
|---|---|---|
| halogen/ˈhælədʒn/ | 卤素 | lǔ sù |
| group/ɡruːp/ | 族 | zú |
| volatility/ˌvɒləˈtɪlɪti/ | 挥发性 | huī fā xìng |
| instantaneous dipole/ˌɪnstənˈteɪnɪəs ˈdaɪpəʊl/ | 瞬时偶极 | shùn shí ǒu jí |
| induced dipole/ɪnˈdjuːst ˈdaɪpəʊl/ | 诱导偶极 | yòu dǎo ǒu jí |
| bond energy/bɒnd ˈenədʒi/ | 键能 | jiàn néng |
| oxidising agent/ˈɒksɪdaɪzɪŋ ˈeɪdʒənt/ | 氧化剂 | yǎng huà jì |
| hydrogen halide/ˈhaɪdrədʒn ˈhælaɪd/ | 卤化氢 | lǔ huà qīng |
| thermal stability/ˈθɜːml stəˈbɪlɪti/ | 热稳定性 | rè wěn dìng xìng |
| halide ion/ˈhælaɪd ˈaɪɒn/ | 卤离子 | lǔ lí zi |
| reducing agent/rɪˈdjuːsɪŋ ˈeɪdʒənt/ | 还原剂 | huán yuán jì |
| ammonia/æˈməʊnɪə/ | 氨 | ān |
11.2
Propiedades químicas de los halógenos y los haluros de hidrógeno
Syllabus
- describir la reactividad relativa de los elementos como agentes oxidantes
- describir las reacciones de los elementos con el hidrógeno y explicar su reactividad relativa en estas reacciones
- describir las estabilidades térmicas relativas de los hidruros halogénicos y explicarlas en términos de fuerzas de enlace
Fuente: Plan de estudios Cambridge International
Los halógenos como agentes oxidantes
Cada halógeno reacciona ganando un electrón para formar un ion $1-$, actuando así como un agente oxidante. Este poder disminuye al descender por el grupo, porque los átomos más grandes atraen un electrón extra con menos fuerza. Un halógeno más reactivo puede desplazar a uno menos reactivo de su sal:
$$\text{Cl}_2 + 2\text{KBr} \rightarrow 2\text{KCl} + \text{Br}_2$$
Reacciones con el hidrógeno
Cada halógeno reacciona con el hidrógeno para formar un haluro de hidrógeno:
$$\text{H}_2 + \text{Cl}_2 \rightarrow 2\text{HCl}$$
La reacción se vuelve menos vigorosa al descender por el grupo: el cloro reacciona explosivamente a la luz, el bromo necesita calor, y el yodo reacciona lentamente y solo parcialmente.
Estabilidad térmica de los haluros de hidrógeno
La estabilidad térmica de los haluros de hidrógeno disminuye al descender por el grupo. El enlace H–X se debilita a medida que el átomo de halógeno se hace más grande, por lo que el HI se descompone con un ligero calentamiento mientras que el HCl es muy estable.
Explorar
Laboratorio de halógenos y haluros de hidrógeno
Clasificar la química de los halógenos según su fuerza oxidante y reductora.
11.3
Reacciones de los iones haluro
Syllabus
- describir la reactividad relativa de los iones haluro como agentes reductores
- describir y explicar las reacciones de los iones haluro con: (a) iones de plata en disolución acuosa seguidos de amoníaco acuoso (no se requiere la formación ni la fórmula del complejo $[\text{Ag}(\text{NH}_3)_2]^+$) (b) ácido sulfúrico concentrado, incluyendo ecuaciones químicas balanceadas
Fuente: Plan de estudios Cambridge International
Iones haluro como agentes reductores
Un ion haluro (como $\text{Cl}^-$) puede ceder un electrón, actuando como un agente reductor. Este poder aumenta al descender por el grupo, porque un ion más grande mantiene su electrón externo con menos firmeza.
Reacción con iones plateados acuosos
Añada nitrato de plata acuoso, seguido de amoníaco acuoso, para identificar el haluro según el color del precipitado de haluro de plata:
| Haluro | Precipitado con $\text{Ag}^+$ | Solubilidad en amoníaco |
|---|---|---|
| $\text{Cl}^-$ | blanco | se disuelve en amoníaco diluido |
| $\text{Br}^-$ | crema | se disuelve solo en amoníaco concentrado |
| $\text{I}^-$ | amarillo | insoluble en amoníaco |
Reacción con ácido sulfúrico concentrado
Todos los haluros producen primero el haluro de hidrógeno. Los haluros inferiores son luego oxidados por el ácido, ya que son agentes reductores más fuertes:
$$\text{NaCl} + \text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{NaHSO}_4 + \text{HCl}$$
- El cloruro produce solo $\text{HCl}$ (sin redox).
- El bromuro también produce algo de $\text{Br}_2$ marrón y $\text{SO}_2$.
- El yoduro produce $\text{I}_2$ y gases malolientes como $\text{H}_2\text{S}$ y $\text{SO}_2$, porque $\text{I}^-$ es el agente reductor más fuerte.
Explorar
Laboratorio de prueba de ion haluro
Relacionar la evidencia del ion haluro con el ion presente.
Vocabulario
Entrenar
| Inglés | Chino | Pinyin |
|---|---|---|
| precipitate/prɪˈsɪpɪteɪt/ | 沉淀 | chén diàn |
| oxidation number/ˌɒksɪˈdeɪʃn ˈnʌmbə/ | 氧化数 | yǎng huà shù |
| disproportionation/ˌdɪsprəˈpɔːʃəneɪʃn/ | 歧化 | qí huà |
| water purification/ˈwɔːtə ˌpjʊərɪfɪˈkeɪʃn/ | 水净化 | shuǐ jìng huà |
11.4
Reacciones del cloro
Syllabus
- Describir e interpretar, en términos de cambios en el número de oxidación, la reacción del cloro con hidróxido sódico acuoso frío y caliente, y reconocerlas como reacciones de dismutación
- Explicar, incluyendo mediante una ecuación, el uso del cloro en la purificación del agua, para incluir la producción de las especies activas $\text{HOCl}$ y $\text{ClO}^-$ que matan a las bacterias
Fuente: Plan de estudios Cambridge International
Con hidróxido de sodio
Con hidróxido de sodio frío y diluido, el cloro reacciona para formar cloruro y hipoclorito(I):
$$\text{Cl}_2 + 2\text{NaOH} \rightarrow \text{NaCl} + \text{NaClO} + \text{H}_2\text{O}$$
Con hidróxido de sodio caliente y concentrado, forma cloruro y clorato(V):
$$3\text{Cl}_2 + 6\text{NaOH} \rightarrow 5\text{NaCl} + \text{NaClO}_3 + 3\text{H}_2\text{O}$$
En ambos casos, el número de oxidación del cloro sube y baja (desde $0$), por lo que ambas son reacciones de disproporción.
Cloro en la purificación del agua
Se añade un poco de cloro al agua para la purificación del agua. Reacciona con el agua:
$$\text{Cl}_2 + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{HOCl} + \text{HCl}$$
La especie activa $\text{HOCl}$ y $\text{ClO}^-$ matan las bacterias, haciendo que el agua sea segura para beber.
Ejercicio resuelto. Se calienta ligeramente sólido $\text{NaCl}$, $\text{NaBr}$ y $\text{NaI}$ por separado con $\text{H}_2\text{SO}_4$ concentrado. Prediga los productos. El poder reductor aumenta al descender por el grupo, por lo que el grado en que cada haluro reduce al ácido sulfúrico varía. El $\text{Cl}^{-}$ es demasiado débil para reducirlo, por lo que solo obtiene $\text{HCl}$ vaporoso —una reacción ácido-base. El $\text{Br}^{-}$ lo reduce un poco: $\text{HBr}$ más $\text{Br}_2$ marrón y $\text{SO}_2$. El $\text{I}^{-}$ es el agente reductor más fuerte: $\text{HI}$ más $\text{I}_2$, y empuja todo el azufre hasta el $\text{H}_2\text{S}$, con su olor a huevo podrido. Todo haluro produce primero el haluro de hidrógeno; los productos adicionales aparecen solo donde el haluro es un agente reductor lo suficientemente fuerte como para atacar al azufre.
Explorar
Ruta de reacción del cloro
Seguir al cloro desde el tratamiento de agua hasta las reacciones redox.
Vocabulario
Entrenar
| Inglés | Chino | Pinyin |
|---|---|---|
| bacteria/bækˈtɪərɪə/ | 细菌 | xì jūn |
11.4
Consejos para el examen
- Los halógenos se vuelven menos reactivos al descender por el grupo (más difícil ganar un electrón); disminuye el poder oxidante.
- Desplazamiento: un halógeno más reactivo desplaza a un haluro menos reactivo —indique el cambio de color.
- Pruebe los iones haluro con $\text{AgNO}_3$: blanco ($\text{Cl}^-$), crema ($\text{Br}^-$), amarillo ($\text{I}^-$), y luego confirme con amoníaco diluido/concentrado.
- La reacción del cloro con agua y con $\text{NaOH}$ frío son de disproporción —muestre los cambios en los números de oxidación.
Lecciones interactivas sobre este tema
Trátalo paso a paso, con ejercicios de verificación instantánea.