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Tema 2

Elementos del Grupo 18: Los Gases Nobles

Bibliografa recomendada: Housecroft, C.E. y Sharpe, A.G. Inorganic Chemistry 2.ed. Pearson Higher Education. Harlow, 2005 . Traducida: Qumica Inorgnica. 2.ed. PearsonPrentice Hall. 2006.

1. Introduccin

Configuracin electrnica:1s2 (He), ns2np6 Los tomos se comportan prcticamente como si estuviesen aislados: interac. Van de Waals: gases, incoloros e inodoros Poca tendencia a combinarse: especies monoatmicas Variacin gradual de Propiedades Forman parte del aire (1%)

2. Propiedades Puntos de Fusin y Ebullicin: muy bajos (interac. van der Waals) Energa de Ionizacin: 1er EI es muy elevado (configuracin electrnica estable). Disminuye al bajar en el grupo ya que en ese sentido cada vez los electrones se encuentran ms alejados del ncleo (no existen cationes). Las combinaciones Densidad: puesto que las fuerzas de van der qumicas de los gases nobles Waals que actan entre los tomos son requieren la promocin de un directamente proporcionales a la polarizabilidad electrn a un nivel superior de y por tanto al tamao de los tomos, la energa dejando as un electrn densidad crece al bajar en el grupo, dado que desapareado que se podra compartir los tomos se sitan ms cerca unos de otros. con otro elemento para formar un Volumen atmico: depende del enlace covalente (Eprom. disminuyen al empaquetamiento. Del Ne-Xe aumenta como bajar en el grupo). El Xe es el cabra esperar para empaquetamientos elemento que presenta mayor riqueza similares, He anormalmente alto (pequeo qumica del grupo. tamao-no interac.)

Mucho volum en vaco

2. Propiedades

Caractersticas singulares del Helio El He no tiene punto triple (Pto Triple equilibrio sol-liq-gas) slo es posible solidificarlo a altas presiones, no es posible solidificarlo por enfriamiento a presin atmosfrica. Esta anomala parece que se debe a que presenta fuerzas intermoleculares muy dbiles. El He presenta dos fases en estado lquido: el HeI que se forma al enfriar el gas y se transforma en otra fase HeII a temperatura prxima a 2.2 K, esta nueva fase tiene una viscosidad extremadamente baja y conductividad elctrica muy alta (superconductividad). Forma capas finas en superficies que contienen slo pocos tomos y pueden fluir casi sin resistencia de friccin (estado de superfluido). La termoconductividad del HeII es unas 3000 veces mayor que la del Cu. Superconductividad: sustancia que conduce la electricidad sin ofrecer resistencia.

2. Propiedades

Caractersticas Singulares del HelioNo tiene punto triple: fuerzas interatmicas excepcionalmente dbiles

3. Estado Natural, Obtencin y Aplicaciones Se encuentran en el aire (1%). Se extraen por destilacin fraccionada del aire lquido. El He se encuentra tambin en ciertos gases naturales (< 7 %) Aplicaciones Atmsferas inertes: el Ar se utiliza en metalurgia de metales activos (Ti, Zr, V, ...), en soldadura autgena de arco elctrico y para el llenado de lmparas incandescentes He y Ne: fines criognicos en multitud de procesos Todos en el llenado de lampars con fines especficos. He por su poder ascendente para el llenado de globos, en mezclas para gases de inmersin.

4. Combinaciones Qumicas Reactividad: baja capacidad de combinacin He, Ne y Ar aun no han podido ser combinados. Se conocen combinaciones de Kr (pocas), Xe y Rn (pocas) con fluor y oxgeno. La bsqueda de combinaciones ha permitido detectar sistemas con interaccin entre los tomos: Molculas y gases nobles: Molculas inonizadas de HHe,He2+,HHe+,... Heliuros con metales de transicin que son adsorbatos no estequiomtricos.HHe H He

1s1 1s2

OE=

4. Combinaciones Qumicas

Qumica del Xenn

Fluoruros de Xe: Su origen se encuentra en un estudio de N. Bartlett (1962)sobre la capacidad oxidante de hexafluoruros de metales de transicin. Comprob: PtF6 + O2 [PtF6]-O2+ - EI O2= 1176 kJ/mol - EI Xe= 1170 kJ/mol ? PtF6 + Xe XePtF6 [XeF+] [PtF6-]Neil Bartlett (1932-2008)

Hoy se conoce que ambos elementos pueden reaccionar en condiciones adecuadas para dar Xe en estados de oxidacin: II, IV y VI:s to es s p u te m len Co ova C

Xe + F2 XeIIF2 XeIVF4 XeVIF6

estos equilibrios slo tienen lugar a T > 250 C y alta presin. Son slidos incoloros que subliman con facilidad.


Qumica del Xenn: Geometras

or Te a VS EP R


Fluoruros de Xe XeF2: sntesis directa, soluble en BrF5, IF5 y acetonitrilo. Sufre hidrlisis parcial: XeF2 + H2O Xe + O2 + 2 HF Es un oxidante fuerte: XeF2 + 2 Cl- Xe + 2 F- + Cl2 Agente Fluorante de olefinas: XeF2 + CH2=CH2 CH2CH2F2 + Xe Reacciona con cidos de Lewis (dador F-): XeF2 + MF5 [XeF]+[MF6]- (M= Sb, As, Ru, Os, Pt, Ta, Nb) En funcin de condiciones: [XeF]+[MF6]-, [XeF]+[M2F11]-, [Xe2F3]+[MF6]-, que se pueden aislar en forma de slidos coloreados.d re ox

Los ligandos F- pueden intercambiarse por aniones fuertemente electronegativos de cidos protnicos (favorecido por la formacin de HF) : XeF2 + HL FXeL + HF FXeL + HL XeL2 + HF (L = OSOOF, OTeF5, OClO3)


Fluoruros de Xe XeF4: sntesis directa, es un fuerte agente oxidante y fluorante: XeF4 + 2 SIVF4 Xe + SVIF6 Peor dador de F- que XeF2 y XeF6 XeF6: Estructura contiene unidades tipo [XeF5+F-]4. El carcter inico se ve confirmado por el alto grado de ionizacin en HF: XeF6 + HF XeF5+ + HF2estequiometra Reacciona con SiO2 para dar: 2 XeF6 + SiO2 2 XeOF4 + SiF4 Acta tanto como dador / aceptor de fluoruro: Dador: XeF6 + RbF RbXeF7 Aceptor: XeF6 + MF5 [XeF5]+[MF6]- (M= As,Pt) OTROS HALUROS detectados: XeCl2, XeBr2 y XeCl4.


Oxoderivados de XeMuchos de ellos se obtienen por reac. de hidrlisis de los derivados fluorados Hidrlisis de Fluoruros de Xenn XeF4 transcurre con desproporcin: 3 XeIVF4 + 6 H2O XeVIOF4 + Xe0 + 3/2 O2 + 12 HF completa XeVIOF4 +2 H2O XeVIO3 + 4 HF La hidrlisis controlada produce: XeF4 + H2O (thf, -65C) XeIVOF2 + 2 HF

XeF6 Hidrlisis parcial: XeF6 + H2O XeVIOF4 + 2 HF Hidrlisis completa y violenta: XeF6 + 3 H2O XeO3 + 6 HF


XeO3 : Es un slido delicuescente y explosivo, no tiene carcter bsico, es un oxidante fuerte. Formacin: 6 XeF4+12 H2O 2XeO3+ 3O2 + 24HF + 4Xe XeF6 + 3H2O XeO3 + 6HF En medio bsico forma el anin xenato: XeVIO3 + OH- 2 XeVIO4H- (xenato) Que fcilmente desproporciona : XeVIO4H- + 2 OH- XeVIIIO64- (perxenato) + Xe0 +O2 + H2O Reacciona con halogenuros alcalinos dando sales muy estables (>200 C): XeO3 + MX MXeO3X Un nuevo oxofluoruro de Xe(VI) se puede obtener mediante el proceso: XeOF4 + XeO3 2 XeVIO2F2 XeO4 : es un gas incoloro y explosivo que se obtiene por reaccin violenta entre perxenatos metlicos y c. sulfrico a temperatura ambiente: Ba2XeO6 + 2 H2SO4 XeO4 + 2 BaSO4 + 2 H2O(perxenato)

XeF2 + H2O Xe + O2 + 2 HF

Resumen de la ReactividadXeF4 H2O XeF2 2F2 Xe F2H2O

3F2

XeF6

H2O

XeOF4

H2O

XeO3 OHHXeO4OH-

XeO4

H2SO4

Ba2XeO6

Ba2+ XeO64-


Clatratos Hasta la obtencin de los primeros compuestos en 1962 slo se conocan algunos clatratos de los GN Los clatratos o compuestos jaula, son compuestos en los que una molcula o tomo se encuentra encerrado en una caja formada por molculas de disolvente, generalmente de H2O, que se mantienen unidas por enlaces de hidrgeno. El trmino viene del griego clathratus (encerrado en rejas) Los tomos de Ar, Kr y Xe (He y Ne son demasiado pequeos) pueden ser adsorbidos dentro de una red cristalina (red jaula) que contenga huecos de volumen apropiado. El Xe forma un hidrato Xe(H2O)6 cuando se disuelve en H2O a presin y luego se enfra por debajo de 0C En los clatratos no hay interaccin entre el tomo del GN y las molculas de agua


Son especialmente adecuados como jaulas los compuestos que pueden formar enlaces de hidrgeno como el agua, hidroquinona, ... Los Hidratos de gases nobles, consisten en 8 tomos de gas noble por cada 46 molculas de agua, donde los gases llenan los huecos del agua. En estos compuestos los gases enlazan dbilmente en la jaula mediante fuerzas de van der Waals. Aplicaciones: almacenar gases nobles y manejarlos con facilidad (incluyendo aqu a los ispotos radiactivos de Kr y Xe).

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