Oxido de paladioso

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Tema 8. Metales de los grupos principales


METALES ALCALINOS (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr)


Los Metales alcalinos nunca se encuentran en la naturaleza en forma Elemental, debido a su radiactividad, su bajo potencial de ionización y Su potencial de reducción negativo.

Se encuentran combinados con iones halogenuros, sulfatos, carbonatos y silicatos.

Estudiaremos La química del litio, sodio y potasio. La química del rubidio y el Cesio es menos importantes; todos los isótopos des francio son Radiactivos.

Todos tienen su configuración electrónica acabada en ns1.

Tienen Un potencial de ionización bajo, se les puede quitar fácilmente un Electrón. Pero quitarles dos electrones es casi imposible, ya que cuando Les quitas un electrón pasan a tener un alto potencial de ionización.

Tienden a oxidarse reduciendo ellos a otro, esto se debe a su negativo potencial de reducción.

Forman un enlace metálico débil porque solo tienen un electrón para formarlo, por lo que los puntos de fusión son bajos.

El Carácter iónico aumenta al ascender en el grupo, ya que aumenta el Tamaño y por tanto disminuye la relación q/r (carácter polarizante). Cuanto mayor sea, mas covalente, y cuanto menor más iónico. El litio es El de mayor carácter polarizante.

* Litio

Aproximadamente 0.006% en masa de la corteza terrestre de litio.

El elemento también se encuentra presente en el agua de mar.

El espodumeno es el mineral más importante que tiene el litio.

La única forma de obtener litio es por electrólisis a partir de cloruro de Litio fundido a una temperatura relativamente alta. Los enlaces que va a Formar el litio siempre van a tener cierto carácter covalente debido a Su pequeño tamaño.

La química del litio es diferente a la del Resto del grupo. Los siguientes ejemplos muestran las diferencias del Litio con los demás alcalino:

- Por combustión, el litio forma el óxido (que contiene el ión O2-):

Mientras que el sodio forma el peróxido )(que contiene el ión O22-) y El potasio tanto el peróxido como el súperóxido (que contiene el ión O2-).

- El nitruro de litio se forma por combinación directa del metal con el nitrógeno molecular. Los nitruros de los otros metales Alcalinos se forman de modo menos directo.

- Es un metal muy Reactivo por lo que se almacena en atmósfera inerte, pero no nos vale Cualquier gas inerte, por lo que se almacena en argón. No podríamos Almacenarlo en nitrógeno porque reaccionaria, sin embargo el resto de Alcalinos sí.

-El carbonato y el fosfato de litio son mucho menos solubles que los carbonatos y fosfatos de los otros metales alcalinos.

-El Li2O es básico y reacciona con agua para formar el correspondiente hidróxido:

-Las sales del litio son menos iónicas que las del resto de metales, Por lo que serán menos solubles en disolventes polares como el agua.

-Esta reacción es la hidrólisis del ión óxido, que es una base fuerte de Brönsted:

- El hidróxido de litio reacciona con dióxido de carbono formando el carbonato.

-El litio se combina con hidrógeno molecular a altas temperaturas para formar hidruro de litio:

- El hidruro de litio reacciona fácilmente con agua:

-LiAlH4 se puede preparar por reacción del hidruro de litio con cloruro de aluminio.

-El cloruro y el bromuro de litio son sumamente higroscópicos. Por esta Razón se usan algunas ves como deshumificadores y acondicionadores de Aire.

- Algunas sales de litio, en particular el carbonato, son Muy valiosas como fármacos en el tratamiento de pacientes Maníaco-depresivos.

* Sodio y Potasio

Se presenta en forma de silicatos como la albita y la ortoclasa.

Otros Minerales que contienen sodio y potasio son la halita, el nitro de Chile y silvita. El cloruro de sodio también se obtiene de la sal de Roca.

La forma más conveniente de obtener el sodio metálico es Por electrólisis del cloruro de sodio fundido en la celda Down. NaCl PF(801ºC).

El potasio se obtiene por destilación de KCl fundido en presencia de vapor de sodio a 892ºC.

El potasio tiene un punto de ebullición de 770ºC menor que el del sodio 892ºC, de modo que destila más fácilmente.

Tanto el sodio como el potasio son muy activos:

El sodio y el potasio reacciona con el oxígeno pero no con el nitrógeno.

El Sodio y el potasio metálicos se disuelven en amoniaco líquido para Producir una hermosa disolución azul. Los electrones solvatados son los Responsables del color azul carácterístico.

Las disoluciones Metal-amoniaco son poderosos agentes reductores (porque contienen Electrones libres), que son útiles en la síntesis de compuestos Orgánicos e inorgánicos.

Esto significa que la disolución amoniacal de un metal alcalino contiene pares iónicos tales como Na+Na- y K+K-

El Sodio y el potasio son elementos esenciales para la materia viviente. Los iones socio y potasio están presentes en los fluidos intra y Extracelulares, y son esenciales para el balance osmótico y las Funciones enzimáticas.

Carbonato de sodio Na2(CO3)


(Sosa solvay) El carbonato de sodio es un importante compuesto que se usa en toda Clase de procesos industriales, incluyendo el tratamiento de aguas y la Fabricación de jabones, detergentes, medicinas, en la industria del Vidrio y aditivos alimentarios.

En los últimos años se ha Descubierto grandes depósitos de trona Na3(HCO3)(CO3)-2H2O, cuya mena Es una mezcla de bicarbonato sódico y carbonato sódico. Esta se calienta Y se produce la reacción.

Hidróxido de sodio e hidróxido De potasio


Las propiedades de los dos hidróxidos son muy similares. Ambos se preparan por electrólisis de las disoluciones acuosas de los Cloruros respectivos NaCl y KCl, en la celda electrolítica de la Obtención del cloro.

Nitrato de socio y nitrato de potasio


En Chile s encuentran grandes depósitos de nitrato de sodio (salitre). A 500ºC aproximadamente se descompone con desprendimiento de oxígeno :

Preparación del nitrato de potasio:


La pólvora está constituida por nitrato de potasio, carbón de madera y azufre en las proporciones 6:1:1 en masa.

La reacción que se lleva a cabo cuando la pólvora se calienta es:

METALES ALCALINOTERREOS (Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra)


Los Metales alcalinotérreos son un poco menos electropositivos y menos Reactivos que los metales alcalinos. El estado de oxidación de los Metales alcalinotérreos en las formas combinadas es casi siempre 2+.

El magnesio y el calcio son los elementos más abundantes de este grupo, y los que más aplicaciones industriales tienen.

Al Aumentar el número de electrones de Valencia, aumenta la fuerza del Enlace metálico y por tanto los puntos de fusión son mayores que los del Grupo uno.

La energía reticular (o la de red) va a ser muy Grande y va a compensar al valor tan elevado de la segunda energía de Ionización. El valor de la energía de red es muy alta porque es Inversamente proporcional a la carga e inversamente proporcional al Radio(pequeño).

No existen en la naturaleza en estado fundamental.

Son especies reductoras.

La solubilidad y el carácter iónico aumenta conforme bajamos en el grupo.

* Berilio

El berilo es la única mena importante del berilio.

El Berilio puro se obtiene transformando la mena en el óxido de berilio .Entonces el óxido se convierte en el cloruro o fluoruro. El fluoruro de Berilio se calienta a 1000ºC en presencia de magnesio para producir Berilio metálico:

El berilio es muy tóxico. Su toxicidad Proviene de la capacidad del ion Be2+ para competir con el Mg2- en Muchos sitios enzimáticos.

El berilio es muy pequeño, por lo Tanto tiene un elevado carácter polarizante, es más insoluble en agua. Sus propiedades se parecen más a los de otros grupos como a las del Aluminio que a los de su propio grupo como a las del magnesio.

El berilio forma numeroso compuestos simples covalentes gaseosos, tales como el BeH2, BeCl2 y BeBr2.

En Muchos de sus compuestos el berilio forma cuatro enlaces tetraédricos, Con el Be en el centro, por ejemplo en lo complejos BeF42- o BeCl42- .Tienen un comportamiento muy covalente, utilizan los orbitales s y p.

Como Ejemplo de relaciones diagonales, el berilio se parece al aluminio en Numerosos aspectos. La razón es por su pequeño tamaño que le hace ser Muy polarizante.

* Magnesio

El magnesio se encuentra en la brucita, la dolomita y l aepsomita.

El agua de mar es una buena fuente de magnesio, hay casi un 1.3g de magnesio por cada kilo de agua de mar.

La Química del magnesio es intermedia entre la del berilio y la de los Elementos más pesados del grupo 2. Es más parecida a la química del Ca, Ba, Ra...

Como en el caso de la mayoría de los metales alcalinos y Alcalinotérreos, el magnesio metálico se obtiene por electrólisis de su Cloruro fundido, MgCl2 (obtenido del agua de mar por un proceso Electrolítico). El magnesio no reacciona con agua líquida pero lo hace Lentamente con vapor :

Arde brillantemente en el aire para producir el óxido y el nitruro:

El óxido de magnesio reacciona muy lento con agua para formar hidróxido de Magnesio, la leche de magnesia que se usa para tratar la indigestión ácida:

El magnesio encuentra sus principales usos en las Aleaciones, como metal estructural ligero, en la protección catódica, en Síntesis orgánicas y en las baterías.

El magnesio es esencial Para la vida animal y vegetal, los iones Mg2+ no son tóxicos. Se calcula Que un adulto consume 0.3g de magnesio diario.

Los iones magnesio son esenciales para el funcionamiento correcto de numerosas enzimas.

El Magnesio también está presente en el pigmento verde de las plantas, la Clorofila, que participa de manera relevante en la fotosíntesis.

* Calcio

El Calcio se encuentra en la piedra caliza, la calcita, el gis y el mármol Como CaCO3, en el yeso como CaSO4 2H2O y en la fluorita como CaF2.

La mejor forma de preparar calcio es por la electrólisis de su cloruro CaCl2 fundido.

Reacciona Con agua fría para dar el correspondiente hidróxido; sin embargo, la Velocidad de reacción es mucho menor que las implicadas en el caso de Los metales alcalinos:

-Cal viva y óxido de calcio CaO para los cementos.

Síntesis de la cal viva:

- Cal apagada o hidróxido de calcio Ca(OH)2.

La cal apagada de produce por la reacción entre cal viva y agua:

La cal viva se utiliza en la metalurgia, en la eliminación de óxidos ácidos como el SO2 cuando se queman combustibles fósiles. La cal apagada Se usa en el tratamiento de aguas.

El calcio juega un papel Importante en la acción del corazón, la coagulación de la sangre, la Contracción muscular y la transmisión nerviosa.

* Estroncio y Bario

El Estroncio se encuentra como carbonato SrCO3 y como sulfato SrSO4. No Tiene usos a gran escala; se extrae por electrólisis de su cloruro Fundido(SrCl2).

El bario se encuentra en forma de carbonato BaCO3 Y como sulfato BaSO4. El bario metálico se puede preparar por Electrólisis de su cloruro fundido o por reducción de su óxido de Aluminio:

Los sitios expuestos a rayos X suelen estar pintados con sulfato de bario ya que absorbe los rayos X.

* Aluminio

Es el más abundante en la corteza terrestre.

El Aluminio no se encuentra en la tierra en forma elemental en la Naturaleza; su mineral principal es la bauxita (óxido de aluminio Hidratado Al2O3.2H2O).

El alumino se prepara a partir de la bauxita :

1.Preparación del aluminato (soluble) y luego lo filtramos

2.Para recuperar el aluminio añadimos un ácido

El óxido de aluminio por el proceso Hall.

El aluminio no se puede atacar con ácidos oxidantes porque si no formaría óxidos de aluminio.

Se usa la criolita como disolvente de óxido de aluminio.

El aluminio reacciona con ácido clorhídrico y con bases fuertes:

El aluminio forma rápidamente el óxido Al2O3 cuando se expone al aire:

El óxido de aluminio tiene un entalpía de formación exotérmica muy grande. Se usa para la obtención de metales. Como el aluminio tiene una gran Tendencia a reaccionar con el oxígeno lo utilizamos para la obtención Del hierro por ejemplo:

El cloruro de aluminio existe como dímero y se hidroliza de la siguiente manera:

El hidróxido de aluminio es un hidróxido anfótero:

KAl(SO4)2.12H2O Es el primer compuesto de una serie que se obtiene si se sustituye el K+ por Na+ o NH4 y el Cr3+ o Fe3+ por el Al 3+.Estos compuestos se Llaman alumbre.

* Estaño

La principal mena del estaño es El óxido de estaño (IV) o casiterita. El estaño metálico se prepara por Reducción del SnO2 con carbono a temperaturas elevadas:

Hay tres formas alotrópicas del estaño, a las cuales correspondes las siguientes temperaturas de transición:

estaño alfa estaño beta estaño gamma

El Estaño alfa tiene una estructura como la del diamante, es menos denso y Tiene más volumen. A temperaturas bajas se rompe y se hacen grietas Debido a un cambio en la estructuras, esto se conoce como peste de Estaño.

El estaño beta tiene estructura metálica cúbica compacta.

El Estaño forma compuestos con números de oxidación +2 y +4. Los Compuestos de Sn(II) (denominados compuestos estañosos) son generalmente Más iónicos y reductores, mientras que los del Sn (IV) (llamados Compuestos estánnicos) son más covalentes y oxidantes.

El estaño reacciona con ácido clorhídrico para dar cloruro de estaño (II),

y con ácidos oxidantes como el nítrico para dar compuestos de estaño (IV):

El Estaño también reacciona con disoluciones acuosas concentradas Calientes de hidróxido de sodio o de potasio para formar el ión Estannato (SnO32-).

Es estaño se usa sobre todo para hacer aleaciones :

-Bronce: 20% estaño y 80% cobre.

-La soldadura suave: 33% estaño y 67% plomo

-Peltre es 85% estaño, 6.8% cobre, 6% bismuto y 1.7% antimonio.

-El estaño se usa también en la manufactura de las latas de hojalata.

* Plomo

La Mena principal del plomo es la galena, PbS. El plomo metálico se Obtiene tostando en primer lugar el sulfato en aire y después se reduce Con coque:

El óxido de plomo(II) es conocido como Litargirio, se usa para vidriar vasijas de cerámica pero debido a su Toxicidad, su uso ha sido prohibido.

El óxido de plomo (IV) es un Compuesto covalente y un poderoso agente oxidante, Puede oxidar al ácido clorhídrico a cloro molecular:

El uso principal del plomo se encuentra en los acumuladores plomo/ácido.

Como el plomo es relativamente impenetrable a la alta radiante, rayos X etc.

METALES DEL GRUPO 12 (Zn, Cd y Hg)


Estos elementos nos los vamos a encontrar en estado de oxidación +2 y +1.

En estos elementos se encuentran especies donde tenemos la unidad M22+ +M M+

* Zinc y Cadmio


El zinc se presenta sobre todo como esfalerita, ZnS, (blenda de zinc).

El Zinc metálico se obtiene por tostación del sulfuro en aire para Convertirlo en óxido y después recubrirlo con carbón finamente dividido:

El cadmio se presenta en pequeñas cantidades en la mayoría de las menas de zinc como CdS.

El Cadmio se obtiene del polvo emitiendo durante la purificación del zinc Por destilación. Como el cadmio es más volátil (p.Eb. 7671C) que el zinc (p. Eb. 907ºC), se evapora primero.

Ambos metales son plateados. El zinc es duro y quebradizo, pero el cadmio es lo suficientemente Suave para ser cortado con una navaja.

Ambos reaccionan con ácidos fuertes para producir hidrógeno gaseoso:

Además de reaccionar con ácidos fuertes, el zinc también reacciona con bases fuertes:

Los óxidos de zinc y cadmio se forman por combinación directa de estos metales con oxígeno

y por descomposición térmica del nitrato o del carbonato de zinc:

El óxido de zinc anfótero:

El zinc metálico se usa para formar aleaciones.

El latón 20% de zinc y 80% de cobre.

Como El zinc se oxida con facilidad, se usa para dar protección catódica a Metales menos electropositivos. El hierro protegido en esta forma, Llamado hierro.

El sulfuro de zinc se usa en el pigmento blanco (litopón), que contiene una mezcla más o menos equimolar de ZnS y BaSO4.

El Sulfuro de zinc emite luz cuando chocan con él rayos X o rayos de Electrones. Por lo tanto se usa en pantallas de aparatos de televisión, Osciloscopios y fluoroscopios de rayos X.

A pesar de que el Cadmio no tiene importancia biológica, hay una corriente preocupación Sobre su efecto como contaminante ambiental. Como los compuesto de la Mayoría de los elementos pesados, los de cadmio son extremadamente Tóxicos. Los síntomas comunes de envenenamiento por cadmio son Hipertensión (alta presión sanguínea), anemia e insuficiencia renal.

* Mercurio

Es El único metal líquido a temperatura ambiente. La mena principal del Mercurio es el sulfuro de Mercurio(II), HgS, llamado cinabrio.

El cinabrio se tuesta en aire para producir óxido de Mercurio(II).

Que se descompone para dar vapor de Mercurio

El Mercurio metálico es un líquido denso, que se congela a -38.9ºC y hierve a 357ºC.

El Mercurio líquido disuelve muchos metales como el cobre, la plata, el oro y los metales alcalinos.

A Diferencia del cadmio y el zinc, el Mercurio presenta en sus compuestos Los números de oxidación +1 (mercurioso) y +2 (mercúrico).

El Potencial normal de reducción del Mercurio es positivo, no reacciona con El agua ni descompone los ácidos no -oxidantes como el HCl.

De acuerdo con lo predicho por el modelo RPEVC, el cloruro de Mercurio(II) tiene una estructura lineal:

Por otra parte, el fluoruro de Mercurio (II), HgF2, es esencialmente iónico.

El ion Hg2+ también tiene tendencia a formar iones complejos muy estables, tales como HgCl4-2.

Si El ion Mercurio(I) existiera como Hg+ sería paramagnético (configuración electrónica 6s1), pero no hay evidencia experimental que Avale esta estructura. En vez de ello, el ion está constituido por [Hg-Hg]+2.

Este fue uno de los primeros enlaces metal-metal conocidos en un compuesto.

Hg2Cl2 Sólido blanco insoluble, llamado calomel. El calomel se usó en medicina Como purgante. Sin embargo, muestra tendencia a desproporcionarse en Hg Y Hg2Cl2 que es bastante venenoso.

El Mercurio tiene un Coeficiente de dilatación cúbica grande y homogéneo (con la temperatura) Y por lo tanto es útil para los termómetros.

El líquido tiene una densidad muy alta (13.6g/cm3 ) y se usa en los barómetros.

A Pesar de que la conductividad del Mercurio sólo alcanza aproximadamente 2% de la del cobre, las ventajas de su fluidez son tan grandes que se Usa el metal para hacer contactos eléctricos.

El Mercurio también se usa para la producción electrolítica de muchos elemento, como por ejemplo el cloro.

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