ELEMENTOS DO GRUPO 17 Grupo 17: Halogênios · No grupo dos metais alcalinos a reatividade aumenta...
Transcript of ELEMENTOS DO GRUPO 17 Grupo 17: Halogênios · No grupo dos metais alcalinos a reatividade aumenta...
1
Capítulo 22© 2005 by Pearson Education
INTRODUÇÃO
Os elementos do grupo 17 são denominadoshalogênios.
O nome halogênios significa formadores de sais.
A química dos halogênios (exceto o At) provavelmente émelhor compreendida do que a química de qualquer
outro grupo excetuando-se os metais alcalinos.
ELEMENTOS DO GRUPO 17
Capítulo 22© 2005 by Pearson Education
PROPRIEDADES GERAISComeçamos o estudo dos grupos com o estudo do
metais mais reativos – os metais alcalinos.
Em contraponto aos metais alcalinos o grupo doshalogênios contém os não metais mais reativos.
No grupo dos metais alcalinos a reatividade aumenta amedida que descemos no grupo, no grupo dos
halogênios o metal mais reativo fica no topo do grupo.
Grupo 17: Halogênios
2
Capítulo 22© 2005 by Pearson Education
PROPRIEDADES GERAIS
• Configuração eletrônica externa: ns2np5.• Todos os halogênios têm grandes afinidades
eletrônicas.• O estado de oxidação mais comum é -1, mas os
estados de oxidação +1, +3, +5 e +7 são possíveis.• Os halogênios são bons agentes de oxidação.• O flúor difere dos demais integrantes do grupo.
Grupo 17: Halogênios
Capítulo 22© 2005 by Pearson Education
PECULIARIDADES DO ASTATO
O astato não ocorre na natureza mais foramobtidos artificialmente mais de vinte isótopos.Os isótopos mais estáveis são o isótopos
210At com meia vida de 8,3 horas211At com meia vida de 7,5 horas
Em síntese todos os isótopos são radioativos.
Grupo 17: Halogênios
3
Capítulo 22© 2005 by Pearson Education
Propriedades e Preparação dos Halogênios
Grupo 17: Halogênios
TABELA 1 – ALGUMAS PROPRIEDADES DOS HALOGÊNIOS
Capítulo 22© 2005 by Pearson Education
Propriedades dos Halogênios
• As propriedades dos halogênios variamregularmente com o seu número atômico.
• Cada halogênio é o elemento mais eletronegativo emseu período.
• A entalpia de ligação do F2 é baixa.
• Conseqüentemente, o flúor é muito reativo.
• O potencial de redução do flúor é muito alto.
Grupo 17: Halogênios
4
Capítulo 22© 2005 by Pearson Education
• Propriedades do Halogênios : Raio Atômico
• Os raios atômicos aumentam com o aumento donúmero atômico.
Aumenta Z aumenta o nº de níveis aumentao raio.
Grupo 17: Halogênios
Capítulo 22© 2005 by Pearson Education
• Propriedades dos Halogênios : Raio Iônico
• O raio iônico do cloreto é 38% maior do que o dofluoreto, entretanto o raio iônico do brometo éapenas 6,5% maior que o do íon cloreto.
• A diferença de tamanho em questão deve-se apresença no íon brometo de 10 elétrons “d” que sãomaus blindadores.
Grupo 17: Halogênios
5
Capítulo 22© 2005 by Pearson Education
Propriedades dos Halogênios :Energia de Ionização
As energias de ionização dos halogênios mostram atendência usual. A medida que o tamanho dohalogênio aumenta a energia de ionização diminui.
Os valores são muito elevados, logo a tendência dosátomos perderem elétrons para formar cátions épequena.
Grupo 17: Halogênios
Capítulo 22© 2005 by Pearson Education
Propriedades dos Halogênios :Energia de Ionização
A energia de ionização do flúor é consideravelmentemaior que a dos demais elementos do grupo, devido aoseu pequeno tamanho.
Grupo 17: Halogênios
6
Capítulo 22© 2005 by Pearson Education
Propriedades dos Halogênios: Afinidade Eletrônica
As afinidades eletrônicas de todos os halogênios sãonegativas. Isso implica que há liberação de energiaquando um átomo de halogênio recebe um elétron.
Portanto todos os halogênios formam o íon haleto.
Grupo 17: Halogênios
Capítulo 22© 2005 by Pearson Education
Propriedades do Halogênios: Afinidade Eletrônica
O cloro tem a maior afinidade eletrônica do grupo.
O flúor tem maior dificuldade em receber o elétronque o cloro. A razão da dificuldade maior do flúor dereceber um elétron está relacionada ao seu pequenotamanho que dificulta a acomodação do elétronrecebido .
Grupo 17: Halogênios
7
Capítulo 22© 2005 by Pearson Education
• Propriedades dos Halogênios: Eletronegatividade
Na medida do possível evitamos fazer menção doconceito de eletronegatividade e basear a
sistematização da química inorgânica descritiva emgrandezas termodinâmicas de definição rígida e de
medição independente, tais como energia deionização, afinidade ao elétron , entalpias de
dissociação de ligação, energia de rede, energia dehidratação.
Grupo 17: Halogênios
Capítulo 22© 2005 by Pearson Education
Propriedades dos Halogênios: Eletronegatividade
A base científica dos três métodos empregados paracalcular a eletronegatividade (Eletronegatividade dePauling, χP , Eletronegatividade de Mulliken χM , e
Eletronegatividade de Allred –Rochow , χAR ) é algoduvidosa.
χ = Letra minúscula do alfabeto grego, pronuncia-se Khi.
Grupo 17: Halogênios
8
Capítulo 22© 2005 by Pearson Education
Propriedades dos Halogênios: Entalpia da Ligação Simples
Todos os halogênios formam moléculas diatômicas.
Espera-se um decréscimo da energia de ligação nasmoléculas dos halogênios à medida que o tamanho dos
átomos aumenta.
Grupo 17: Halogênios
Capítulo 22© 2005 by Pearson Education
Propriedades dos Halogênios: Entalpia da Ligação Simples
Um aumento do tamanho provoca uma diminuição daeficiência das interações entre os orbitais.
As moléculas de dicloro, dibromo e di-iodo seguem atendência esperada; a molécula de diflúor desvia-se
desse comportamento.
A energia de ligação da molécula de diflúor éextremamente baixa, sendo um dos principais motivos
de sua grande reatividade.
Grupo 17: Halogênios
9
Capítulo 22© 2005 by Pearson Education
Propriedades dos Halogênios: Entalpia da Ligação Simples
Há uma repulsão internuclear apreciável, visto que osátomos de flúor são pequenos e a distância F-F
também é pequena.
Em adição temos ainda intensas repulsões elétron-elétron dos pares não ligantes dos dois átomos de
flúor. A repulsão elétron-elétron enfraquece a ligaçãoF-F da molécula de diflúor.
Grupo 17: Halogênios
Capítulo 22© 2005 by Pearson Education
Propriedades dos Halogênios:Potencial de Redução
O potencial de redução da molécula de diflúor éexcepcionalmente alto.
A habilidade oxidante dos halogênios, indicada porseus potenciais padrão de redução diminui ao se
descer no grupo.
Em função disso o di-halogênio é capaz de oxidar osíons haletos abaixo dele no grupo.
Grupo 17: Halogênios
10
Capítulo 22© 2005 by Pearson Education
Propriedades dos Halogênios:Potencial de Redução
• Exemplo 1: A molécula de dicloro oxidará os íonsbrometo e iodeto, mas não oxidará o íon fluoreto.
• 2Br- (aq) + Cl2 (g) → Br2(l) + 2Cl- (aq)
• 2I- (aq) + Cl2 (g) → I2(s) + 2Cl- (aq)
• (Obviamente o fluoreto não será oxidado porque oflúor está acima do cloro na coluna 17).
Grupo 17: Halogênios
Capítulo 22© 2005 by Pearson Education
Propriedades dos Halogênios:Potencial de Redução
Exemplo 2 : A molécula de dibromo oxidará o ânioniodeto?
A resposta é afirmativa porque o íon haleto emquestão (I-) está abaixo do Bromo na tabelaperiódica.
Teremos a seguinte reação:
2I- (aq) + Br2(l) → I2 (s) + 2Br-(aq)
Grupo 17: Halogênios
11
Capítulo 22© 2005 by Pearson Education
Propriedades dos Halogênios:Potencial de Redução
• A água é oxidada mais facilmente do que o flúor,logo o F2 não pode ser preparado por eletrólise deuma solução de sal porque o flúor é um agenteoxidante tão forte que oxidará a água a oxigênio.
• Vide a seguir a reação:
F2(aq) + H2O(l) → 2HF(aq) + 1/2O2(g) o=1,80V
Grupo 17: Halogênios
Capítulo 22© 2005 by Pearson Education
Tabela 2:Estudo de Algumas Propriedades Selecionadasdos Elementos Estáveis do Grupo 17
Grupo 17: Halogênios
ELEMENTO APARÊNCIA SOBAS CONDIÇÕES –
PADRÃO DETEMP. E PRESSÃO
PONTO DE FUSÃO(°C)
PONTO DEEBULIÇÃO
(°C)
DIFLÚOR F2 Gás amarelo-claro -219 -188
DICLORO Cl2 Gás verde-claro -101 -34
DIBROMO Br2 Líquido castanhoavermelhado oleoso
-7 -60
DI-IODO I2 Sólido preto-arroxeado lustroso
+114 -185
12
Capítulo 22© 2005 by Pearson Education
Orbital Molecular Para a Molécula deDiflúor (F2 )- Explicação da Cor do Composto
HOMO
LUMO
Capítulo 22© 2005 by Pearson Education
• Propriedades dos Halogênios:Cor
No que concerne a cor, as cores observadas noshalogênios provêm de uma transição eletrônica doOM pi asterisco ocupado de mais alta energiapara o OM sigma asterisco de mais baixaenergia. O intervalo de energia HOMO-LUMOdecresce na ordem F2 > Cl2 > Br2 > I2
Grupo 17: Halogênios
13
Capítulo 22© 2005 by Pearson Education
Propriedades dos Halogênios:Pontos de Fusão eEbulição
• Quanto aos pontos de fusão e ebulição observamosum aumento regular dessas propriedades.
• Como os halogênios diatômicos possuem apenasforças de dispersão de London entre as moléculas,seus PF e PE dependem da polarizabilidade dasmoléculas uma propriedade que por sua vez édependente do número total de elétrons.
Grupo 17: Halogênios
Capítulo 22© 2005 by Pearson Education
Preparação dos Halogênios
• O flúor é produzido por oxidação eletrolítica de umasolução de KF em HF anidro
• KF(aq) + HF(g) → KHF2 (l)
• 2KHF2(l) → H2 (g) + KF(l) + F2(g)
Grupo 17: Halogênios
14
Capítulo 22© 2005 by Pearson Education
Preparação dos Halogênios
Obtenção Industrial do Cloro
O Cl2 é produzido pela eletrólise do NaCl fundido ouem solução aquosa.2Cl- + 2H2O Cl2 + H2 + 2OH-
• 0btenção Laboratorial do Cloro• MnO2(s) + 2Cl-(aq) + 4H+(aq) → Cl2(g) + Mn2+
(aq) + 2H2O(l)
•
Grupo 17: Halogênios
eletrólise
Capítulo 22© 2005 by Pearson Education
Preparação dos Halogênios
Obtenção Industrial do Bromo
• O bromo é obtido industrialmente pela oxidação emmeio ácido do íon brometo das águas do marutilizando-se cloro como agente oxidante
• Cl2(g) + 2Br- (aq) → 2Cl-(aq) + Br2(l)
Grupo 17: Halogênios
15
Capítulo 22© 2005 by Pearson Education
Preparação dos Halogênios
Obtenção Laboratorial do Bromo
MnO2(s) +2Br-(aq) + 4H+ (aq) → Br2(l) + Mn2+(aq) + 2H2O(l)
Grupo 17: Halogênios
Capítulo 22© 2005 by Pearson Education
Preparação dos Halogênios
Obtenção Laboratorial do Iodo
MnO2(s) + 2H2SO4(aq) + 2KI(aq) → MnSO4(aq) + 2H2O(l) + K2SO4(aq) + I2(s)
• Obtenção Industrial do Iodo
Oxidação do iodeto com cloro
• Cl2(g) + 2I- (aq) → 2Cl-(aq) + I2(s)
Grupo 17: Halogênios
16
Capítulo 22© 2005 by Pearson Education
Preparação dos Halogênios
Obtenção Laboratorial do Astato
• O At foi sintetizado pela primeira vez pelobombardeio de bismuto com partículas alfa de altaenergia
209 4 211 1
• 83 Bi + 2 He → 85 At + 2 o n
Grupo 17: Halogênios
Capítulo 22© 2005 by Pearson Education
OS HALETOS DE HIDROGÊNIO
• O HF tem um alto ponto de ebulição em virtude dasfortes ligações de H no líquido.
• A facilidade de oxidação aumenta F- > Cl- > Br- > I-.
• Os haletos de hidrogênio podem ser formados pelahidrólise de haletos moleculares:
SeBr4(s) + 3H2O(l) H2SeO3(aq) + 4HBr(aq).
Grupo 17: Halogênios
17
Capítulo 22© 2005 by Pearson Education
HALETOS DE HIDROGÊNIO• O HF reage com silicatos (e deve ser armazenado
em recipientes de plástico):
SiO2(s) + 6HF(aq) H2SiF6(aq) + 2H2O(l)
• O NaI e o NaBr podem ser oxidados pela adição deácido sulfúrico.
• Após a adição do ácido, o I2 violeta e o Br2 amarelopodem ser claramente vistos.
Grupo 17: Halogênios
Capítulo 22© 2005 by Pearson Education
OS HALETOS DE HIDROGÊNIOA maioria dos haletos de hidrogênio são preparados
pelo tratameto do sal com ácido sulfúrico:
CaF2(s) + H2SO4(l) 2HF(g) + CaSO4(s)NaCl(s) + H2SO4(l) HCl(g) + NaHSO4(s)
• Essas reações não podem ser usadas para o preparode HBr ou HI.
Grupo 17: Halogênios
18
Capítulo 22© 2005 by Pearson Education
COMPOSTOS INTER-HALOGÊNIOS
• Moléculas diatômicas contendo dois halogêniosdiferentes são chamadas de compostos inter-halogênios.
• Os compostos inter-halogênios têm o halogêniomais eletronegativo no estado de oxidação -1 e ooutro no estado de oxidação +1.
Grupo 17: Halogênios
Capítulo 22© 2005 by Pearson Education
COMPOSTOS INTER-HALOGÊNIOS
• Existem também compostos inter-halogêniospoliatômicos.
• A maioria dos inter-halogênios poliatômicos tem Cl,Br, ou I como o átomo central circundado por 3, 5ou 7 átomos de F.
Grupo 17: Halogênios
19
Capítulo 22© 2005 by Pearson Education
Tabela 4 Compostos Inter-halogênios: Fórmula dosCompostos, Cor e Estado Físico
AX AX3 AX5 AX7ClF
Gás incolorClF3
Gás incolorClF5
Gás incolor -----
BrFGás castanho-
pálido
BrF3
Líquidoamarelo-pálido
BrF5
Líquido incolor -----
BrClGás vermelho-
castanho---- ---- ----
IClSólido vermelho
I2Cl6
Sólido laranja ---- ----
IBrSólido preto ---- ---- ----
IFInstável
IF3
Sólido amareloIF5
Líquido incolorIF7
Gás Incolor Capítulo 22© 2005 by Pearson Education
COMPOSTOS INTER-HALOGÊNIOS
• Quanto maior é o halogênio, mais compostos inter-halogênios ele pode formar (por exemplo, o BrF7não é conhecido).
• Dentre os compostos inter-halogênios ICl3 é o únicoque tem a propriedade de formar dímeros. O dímeroformado o I2Cl6 é um sólido laranja.
Grupo 17: Halogênios
20
Capítulo 22© 2005 by Pearson Education
OXIÁCIDOS E OXIÂNIONS
• O flúor forma apenas um oxiácido: HOF ( ácidohipofluoroso).
• O oxigênio está no estado de oxidação zero.
• A força do ácido aumenta à medida que o estado deoxidação do halogênio aumenta.
• Todos são agentes de oxidação fortes.
• Todos são instáveis e se decompõem facilmente.
• Os oxiânions são mais estáveis do que os oxiácidos.
Grupo 17: Halogênios
Capítulo 22© 2005 by Pearson Education
Grupo 17: Halogênios
TABELA 3–OXIÁCIDOS DOS HALOGÊNIOSINCLUINDO O Nox A FÓRMULA DO ÁCIDO E O NOME DO ÁCIDO
21
Capítulo 22© 2005 by Pearson Education
Estabilidade e Acidez
HClO HClO2 HClO3 HClO4
Oxiácidos do Cloro
O ácido perclórico é o ácido mais forte e o mais estável dentre osoxiácidos do cloro apresentados.
Cresce a estabilidade
Cresce a força doácido
Capítulo 22© 2005 by Pearson Education
• OXIÁCIDOS E OXIÂNIONS
• Os percloratos são particularmente instáveis napresença de material orgânico.
• O perclorato de amônio é um potente oxidante.
Grupo 17: Halogênios
22
Capítulo 22© 2005 by Pearson Education
OXIÁCIDOS E OXIÂNIONS
• Os ácidos periódico (HIO4) e paraperiódico (H5IO6)têm o iodo no estado de oxidação +7.
• O ácido periódico é um ácido forte, o ácidoparaperiódico é um ácido fraco.
Grupo 17: Halogênios
Capítulo 22© 2005 by Pearson Education
OXIÁCIDOS E OXIÂNIONS
• O grande átomo de iodo permite 6 átomos deoxigênio à sua volta.
• Os halogênios menores não conseguem formar essetipo de composto.
Grupo 17: Halogênios
23
Capítulo 22© 2005 by Pearson Education
USOS
• Os CFCs são usados como refrigerantes.• Os fluorocarbonos são usados como lubrificantes e
plásticos (teflon).• O cloro é usado em plásticos (PVC), no dicloroetano
e em outros reagentes químicos orgânicos, naindústria têxtil e de papel.
• O NaOCl é o ingrediente ativo dos alvejantes.
• O NaBr é usado em fotografia.
Grupo 17: Halogênios
Capítulo 22© 2005 by Pearson Education
USOS
Os sais de hipoclorito são usados em alvejantes edesinfetantes.
• Na presença de alumínio em pó, o NH4ClO3 é usadopara o lançamento de ônibus espaciais.
• Cada lançamento utiliza 700 toneladas de clorato deamônio.
Grupo 17: Halogênios
24
Capítulo 22© 2005 by Pearson Education
USOS
• O cloro é o halogênio mais importantecomercialmente. São produzidas anualmente nosEUA cerca de 12 milhões de toneladas de cloro.Cerca da metade desse cloro é utilizadaeventualmente na fabricação de compostosorgânicos contendo cloro como o cloreto de vinila.O cloreto de vinila é usado na fabricação de plásticode cloreto de polivinila (PVC).
Grupo 17: Halogênios
Capítulo 22© 2005 by Pearson Education
USOS
• O cloro é usado também no tratamento de água paraoxidar e destruir bactérias.
• Um uso comum do iodo é como KI no sal decozinha.
• A falta de iodo na alimentação resulta nocrescimento da glândula tireóide (bócio)
Grupo 17: Halogênios
25
Capítulo 22© 2005 by Pearson Education
USOS
O íon fluoreto é usado na água potável para reduzir acárie dental.
O dióxido de cloro é um agente oxidante poderoso,usado como alvejante de polpa de papel.
(o processo de alvejamento consiste, geralmente, naoxidação de compostos orgânicos coloridosformando produtos incolores ou menos intensamentecoloridos).
Grupo 17: Halogênios
Capítulo 22© 2005 by Pearson Education
ÁCIDO PARAPERIÓDICO - H5IO6
Grupo 17: Halogênios – EstruturaMolecular de Alguns Compostos
O ácido paraperiódico (ortoperiódico) apresenta o átomo de iodo centraloctaédrico e a presença de 5 grupos O-H por molécula leva a umaextensa ligação hidrogênica intermolecular no estado sólido.
26
Capítulo 22© 2005 by Pearson Education
Estrutura do ácido HOFácido hipofluoroso
Grupo 17: Halogênios – EstruturaMolecular de Alguns Compostos
É um agente oxidante forte . É instável decompondo-se em HF e O2 Capítulo 22© 2005 by Pearson Education
Monóxido de dicloro - Cl2OReage com a água formando HOCl
Grupo 17: Halogênios – EstruturaMolecular de Alguns Compostos
Gás amarelo-castanho , muito solúvel em água e obtido pela reaçãodo dicloro com o óxido de mercúrio (II)