Propiedades, Reacciones y Aplicaciones de Nitrógeno, Fósforo, Elementos Alcalinos y Halógenos
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Práctica 5: El Nitrógeno y sus Propiedades
El nitrógeno, en estado gaseoso, debe su estabilidad a la capacidad de sus átomos para formar enlaces múltiples entre sí. Posee tres electrones desapareados en su capa de valencia. Se presenta como una molécula diatómica (N2) cuyos átomos están unidos por un enlace triple fuerte, lo que resulta en una energía de disociación muy alta. Puede formar compuestos con estados de oxidación que varían desde -3 hasta +5, exhibiendo tanto capacidad oxidante como reductora.
Síntesis y Reacciones del Óxido de Nitrógeno
El óxido de nitrógeno (N2O3) se sintetiza mediante una mezcla muy fría de monóxido de nitrógeno (NO) y dióxido de nitrógeno (NO2):
NO2 + NO → N2O3
Dimerización del NO2
Al aumentar la temperatura, se perturba el equilibrio del sistema, favoreciendo la formación de NO2. Esto se observa por un color más intenso en la parte superior del tubo (caliente), donde la reacción es exotérmica:
2NO2 ⇌ N2O4 (ΔH = exotérmica)
Solubilidad del NO2 en Agua
La reacción del NO2 con agua produce una mezcla de ácido nítrico (HNO3) y ácido nitroso (HNO2):
2NO2 + H2O → HNO3 + HNO2
El NO2 tiene un electrón localizado en el nitrógeno, mientras que el NO tiene el electrón deslocalizado. Los enlaces se forman con mayor facilidad cuando el electrón está localizado, lo que facilita la dimerización.
Práctica 6: El Fósforo y las Soluciones Tampón
En todos los oxoácidos del fósforo, el átomo central está tetracoordinado y contiene al menos una unidad P=O, una unidad P-OH (dadora de protones) y uno o más grupos P-H. La concatenación puede ocurrir a través de uniones P-O-P o P-P.
Disoluciones Tampón (Buffer)
En muchos procesos químicos, es crucial que el pH de la disolución permanezca constante. Una disolución tampón, o buffer, tiene la propiedad de mantener un pH prácticamente constante incluso cuando se añaden cantidades moderadas de ácidos o bases. Estas disoluciones contienen un ácido débil y una sal de ese ácido débil, o una base débil y una sal de esa base débil. Los componentes deben estar en proporciones similares.
Valoración Ácido-Base del Ácido Fosfórico
La estequiometría de la reacción entre el ácido fosfórico (H3PO4) e hidróxido de sodio (NaOH) es 1:1 para la primera desprotonación:
H3PO4 + NaOH → H2PO4- + H2O + Na+
En la curva de valoración, el volumen de equivalencia para la primera desprotonación se determinó como 10.5 mL. Se aplica la ecuación: MaVa = MbVb
Práctica 11: Elementos Alcalinos y Alcalinotérreos (Bloque s)
El bloque s de la tabla periódica está formado por dos grupos de elementos: los alcalinos y los alcalinotérreos. Los alcalinos forman cationes univalentes (carga +1), mientras que los alcalinotérreos forman cationes divalentes (carga +2). Los alcalinos son más reactivos que los alcalinotérreos, y la reactividad dentro de cada grupo aumenta al descender en el mismo.
Volúmenes de H2O2 y Estequiometría
El volumen que ocupa un mol de cualquier gas en condiciones estándar es 22.4 L. Un mol de peróxido de hidrógeno (H2O2) genera 11.2 L de O2 (22.4 L / 2). La concentración molar se puede calcular como: Volumenes / 11.2 = [ ] mol/L
Test de la Llama
El ensayo a la llama es una técnica analítica utilizada en química para detectar la presencia de ciertos elementos, principalmente iones metálicos. Se basa en el espectro de emisión característico de cada elemento. Algunos ejemplos de colores observados son:
- Ca2+: Rojo
- Ba2+: Amarillo
- Mg2+: Azul
- K+: Rosa
- Na+: Naranja
- Cr: Chispas naranjas
- Li+: Rojo intenso
- Sr2+: Rojo
Los cationes y aniones aumentan su tamaño al descender en un grupo de la tabla periódica.
Síntesis de Peróxido de Bario
La síntesis de peróxido de bario (BaO2) se lleva a cabo mediante la siguiente reacción:
BaCl2 + H2O2 + 2NH3 → BaO2 + 2NH4Cl
La reacción debe realizarse en un medio básico.
Práctica 10: Peryodatos
Los peryodatos pueden obtenerse por oxidación de I2 o IO3-. Generalmente, se forma el anión [(OH)3IO3]2-, que puede convertirse en otros oxoaniones peryodato modificando el pH y la temperatura.
Reacciones redox con yodo:
IO4- + I- (exceso) → I3- + IO3-
I3- + S2O32- → I- + S4O62-
Práctica 9: Espectroscopía y Solubilidad del Yodo
Frecuencias Máximas de Absorción
Se registraron las siguientes frecuencias máximas de absorción para diferentes sustancias:
- Tolueno: 511
- Hexano: 523
- CCl4: 517
- Etanol: 440
- H2O: 457
Solubilidad del Yodo
El yodo sólido (I2) aumenta su solubilidad en presencia de iones yoduro (I-) debido a la formación del ion triyoduro (I3-), que es soluble en agua.
Cuando el I2 entra en la estructura del almidón, se forma un complejo de color azul característico.