GRUPO 17 HALOGENIOS

Prévia do material em texto

F2
Cl2
Br2
I2
Flúor – gás amarelo esverdeado; Cloro- gás verde; Bromo – líquido vermelho castanho; Iodo – sólido de brilho metálico
curso Química
disciplina Química Inorgânica I
prof. Cicero
01/16
Os halogênios –
formadores de sais
Os demais halogênios, além do estado de oxidação (-I), também apresentam compostos com estados de oxidações mais elevados, devido ao fato de poder utilizar os orbitais d vazios e estes serem de baixa energia, para que possam ser empregados na formação das ligações químicas. 
Propriedades Gerais
02/16
configuração eletrônica geral ns2np5 na sua camada de valência ou nível mais externo
Em temperatura de 25 oC, o flúor e o cloro são gasosos; o bromo é líquido e o iodo e o astato são sólidos
Todos os halogênios existem como moléculas diatômicas e são coloridos
As propriedades físicas, como ponto de fusão, ebulição e densidade variam em ordem crescente do flúor para o iodo.
Todos os halogênios são não-metálicos e, geralmente, as propriedades desses elementos e de seus compostos mudam progressivamente com aumento do tamanho.
Assim como em outros grupos, há uma grande diferença entre o primeiro elemento, flúor e o segundo, cloro, devido à grande variação do raio entre os dois primeiros elementos quando comparado com os demais do grupo.
O elemento iodo apresenta alguns aspectos curiosos: 
1º - mesmo sendo ele um não metal, conduz eletricidade, seja quando sólido ou quando em solução. Isto se deve ao fato da sua auto ionização,
 2º aspecto é o sólido do I2 apresentar brilho ligeiramente metálico, o que pode ser atribuído a transições eletrônicas, do tipo transferência de carga. 
Com exceção da molécula de F2, o elemento flúor sempre forma compostos no estado de oxidação (-I).
a) A variação de raios iônicos entre fluoreto (F–) e o cloreto (Cl–) é de aproximadamente 38%. 
b) Raios iônicos do cloreto e do brometo (Br–) são próximos e diferem em aproximadamente 6,5%, o explica o fato de muitas de suas propriedades serem semelhantes.
6
Tabela - Energia de ionização, afinidade eletrônicae Hidratação
1ªE.Ionização (kjmol-1)
A. Eletrônica (kjmol-1)
E. Hidratação X-(kjmol-1)
H
1.311
1090
F
1.681
-333
-515
Cl
1256
-349
-370
Br
1.143
-325
-339
I
1.009
-296
-274
At
-270
___
Uma das propriedades marcantes nos halogênios é a afinidade eletrônica, a qual é bastante elevada e associada ao seu poder como agente oxidante. Este aspecto confere aos elementos do grupo 17 serem bastante reativos. 
Para refletir...
Porque os elementos Cl, Br e I não formam íons X+ se suas energias de ionização são menores que o do hidrogênio?
Os íons H+ são formados porque a energia reticular e de hidratação são maiores que a energia de ionização. 
Ocorrência
Abundância
F
Fluorita– CaF2
Fluorapatita- [3(Ca(PO4)2,CaF2]
13º.
Cl
Sal gema -NaCl
20º.
Br
Água do mar
47º.
I
Algas marinhas, impurezas no salitre dochile(NaNO3)
62º.
At
Atualmente foram encontradas apenas 25g deAstatínionanatureza. É o elemento mais raro do mundo.83Bi209+24→85At211+ 20n1
-
t1/2= 8,3h
03/16
Preparação - Flúor
Obtenção do HF:
CaF2 + H2SO4(l)→ HF (aq) + CaSO4(aq)
Destilação do HF;
HF (aq) → HF(l)
Eletrólise do sal KHF2 em HF anidro:
HF + K[HF2] → H2 + F2
Por que o meio deve ser anidro para a produção do flúor?
Porque o hidrogênio deve ser separado do flúor na célula eletrolítica?
Por que não deve ser empregado eletrodo de grafite?
04/16
Preparação – Demais halogênios
 Os halogênios são preparados por oxidação química, ou eletroquímica, dos seus respectivos haletos. Diversos agentes oxidantes podem ser empregados.
MnO2 + 4 HCl → MnCl2 + 2H2O + Cl2 
Cl2(g) + 2 Br- (aq) → 2 Cl- (aq) + Br2(l)
Cl2(aq) + 2 I- (aq) → 2 Cl -(aq) + I2(s)
05/16
Reatividade dos elementos
2F2+ 2H2O → 4H++ 4F-+O2
Reação enérgica comFlúor
Cl2+ H2O →HCl+HOCl
Cl >Br> I
X2+ H2→ 2HX
Todos os halogênios
nX2+ 2M → 2MXn
A maioria dos metais formahaletos
X2+ CO → COX2
Cl eBrformamhaletosdecarbonila
3X2+2P→2PX3
Todos os halogênios forma trihaletos
5X2+2P→2PX5
F,Cl eBrformampentahaletosAsF5SbF5BiF5, SbCl5
X2+2S→S2X2
Cl eBr
2Cl2+S→SCl4
Somente o Cl
3F2+S→SF6
Somente o F
X2+H2S→2HX + S
Todos os halogênios oxidam S2-a S
X2+SO2→ SO2X2
F e Cl
3X2+8NH3→N2+6NH4X
F, Cl e Br
X2+X’2→2XX’
Compostosinterhalogenados
X2+XX’→X’X
Formam compostosinterhalogenadossuperiores
Na + 1/2Cl2 → NaCl
 ∆H = –410 kJ/mol
06/16
A afinidade eletrônica é máxima no cloro, no entanto, o cloro não é o agente oxidante mais forte; isto acontece devido à repulsão elétron-eletron dos pares eletrônicos não ligantes nos dois átomos de flúor, os quais seriam responsáveis pelo enfraquecimento da ligação FF, visto que no flúor apresenta pequeno raio
O flúor é muito reativo e forma compostos com todos os elementos da tabela periódica, exceto com He e Ne, mas em condições especiais, reage com Argônio. 
Na maioria dos compostos formados com flúor, o elemento que está ligado a ele, se encontra no estado de oxidação mais elevado, devido ao forte poder oxidante do flúor, por exemplo, SF6, PtF2 OsF6 e UF6, .
Isto acontece, inclusive com os outros elementos do seu grupo, por exemplo, IF7, BrF5, BrF3, e ClF3. Por ser um agente oxidante muito forte, o flúor oxida água a oxigênio gasoso.
F2 (g) + 3 H2O ( l )  2 H3O+(aq) + 2 F- + ½ O2 (g) 
Reatividade dos elementos
A elevada reatividade do flúor se deve a dois fatores:
1 – Pequena energia de dissociação da ligação F-F.
2 – Formar compostos com ligações muito fortes
OBS: Isto se deve ao fato do flúor apresentar pequeno raio, e da repulsão e- - e-.
Gás cloro em água se observa predominantemente a reação: 
Cloro e bromo reagem com muitos elementos da tabela periodica, mas com menor intensidade que o fluor. A reatividade dos halogênios diminui de cima para baixo no grupo da tabela periódica
O iodo é muito pouco solúvel na água, mas bastante solúvel em compostos como o dissulfeto de carbono, clorofórmio, aos quais confere coloração violeta
O I2 sublima em condições normais, formando um gás de coloração violeta e odor irritante. Ainda sendo o menos reativo do grupo, o iodo forma um grande número de compostos.
Reatividade dos elementos
Por que o flúor é o elemento mais eletronegativo e o mais oxidante e não é também o que possui maior afinidade eletrônica? 
Utilização dos halogênios
Flúor – na produção de fluoretos inorgânicos (AlF3, Na3[AlF6], etc)
Enriquecimento do Urânio :
U ou UO2 + HF → UF4
UF4 + F2 → UF6
Preparação de fluorocarbonetos (CFCs) - usados como refrigerantes, lubrificantes e plásticos (teflon).
Cloro – Alvejante, bactericida, na preparação de plásticos (PVC), etc.
Bromo - derivados orgânicos (herbicidas, nematicida), polímeros, e fibras (acrílicas e poliéster), fotografia, etc.
Iodo – medicamentos, antissépticos, filmes fotográficos, etc.
CF2=CF2
tetrafluoretileno
07/16
Haletos de hidrogênio x ácidos halogenídricos;
O HF tem um alto ponto de ebulição em virtude das fortes ligações de H no líquido.
CaF2(s) + H2SO4(l)  2HF(g) + CaSO4(s)
NaCl(s) + H2SO4(l)  HCl(g) + NaHSO4(s)
Essas reações não podem ser usadas para o preparo de HBr ou HI, os quais são oxidados a X2.
NaI(s) + H3PO4(l)  HI(g) + NaH2PO4(s)
NaBr(s) + H3PO4(l)  HBr(g) + NaH2PO4(s)
Podem ser formados pela hidrólise de haletos moleculares:
SeBr4(s) + 3H2O(l)  H2SeO3(aq) + 4HBr(aq).
Haletos de Hidrogênio - HX
08/16
HF é um ácido fraco, enquanto os demais são ácidos fortes:
 
 HX(g) → HX(aq) → H+(aq) + X-(aq)		
O HF sofre dissociação:
2HF(aq) → H+ (aq) + HF2- (aq)
O HF reage com silicatos (e deve ser armazenado em recipientes de plástico):
SiO2(s) + 6HF(aq)  H2SiF6(aq) + 2H2O(l)
Ácido
EL(kJ/mol)
pKa
HF
566
+3,2
HCl
431
-7,0
HBr
366
-9,0
HI
299
-10
09/16
Flúor
P.E.a
P.F.a
Cloro
P.E.a
P.F.a
Bromob
P.E.a
Iôdob
F2O
-145
-224
Cl2O
~4c
-116
Br2O
-18
I2O4
Cl2O3d
F2O2
ClO2
~10c
-5,9
BrO3
I4O9
Cl2O4
44,5
-117
Cl2O6
3,5
BrO2
I2O5Cl2O7
82c
-91,5
Br2O7(?)
I2O7
  a= ºC; b= decompõe-se quando aquecido; c= explode; d= explode abaixo de 0 ºC
 Sólidos iônicos, Compostos moleculares
Compostos com Oxigênio
10/16
Difluoreto de oxigênio, OF2 – Gás amarelo pálido preparado pela reação:
2F2(g) + 2NaOH(aq) → 2NaF(aq) + OF2(g) + H2O(l)
 É um oxidante forte, mas relativamente não reativo, podendo mesmo ser misturado a H2, CH4 ou CO sem reagir. Entretanto essas misturas causam uma forte explosão se sujeita a ignição provocada por uma faísca.
 Violenta explosão ocorre à temperatura ambiente se OF2 for misturado com metais, S8, P4, Cl2, Br2 ou I2.
 É facilmente hidrolizado por uma base: 
OF2 + 2OH- → O2 + 2F- + H2O
 Reage mais lentamente com a água formando oxigênio e HF, mas explode em contato com vapor dágua, com a formação dos mesmos produtos.
 Ele libera halogênios de seus ácidos ou sais: 
OF2 + 4 HX → 2 X2 + 2 HF + H2O
 Metais, não metais e até o xenônio (na presença de uma descarga elétrica) são oxidados, fluoretados e oxi-fluorados por ele. 
11/16
Dióxido de Cloro - ClO2 
 Gás amarelo e de elevada importância econômica devido ao seu poder oxidante e de cloração (branqueamento de papel e celulose, purificação de água, etc)
 Comercialmente, o gás é produzido pela ação do ácido sulfúrico sobre o clorato de sódio contendo traços de íons cloreto: 
 2 NaClO3 + SO2 +H2SO4 → 2 ClO2 + 2 NaHSO4 
 Molécula paramagnética, possui um elétron desemparelhado, mas não tem tendência de dimerizar-se, tal qual outras moléculas ímpares, como o NO2. 
12/16
Oxiácidos e oxiânions
13/16
Oxiácidos e oxiânions
O flúor forma apenas um oxiácido: HFO. O oxigênio está no estado de oxidação zero.
A força do ácido aumenta à medida que o estado de oxidação 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.
Os sais de hipoclorito são usados em alvejantes e desinfetantes.
Os percloratos são particularmente instáveis na presença de material orgânico.
O perclorato de amônio é um potente oxidante.
14/16
Interhalogênios
Moléculas contendo dois halogênios diferentes são chamadas de compostos interhalogênios.
São classificados em: AX, AX3, AX5 e AX7;
com exceção do BrCl, ICl, IBr e ICl3, todos os compostos são fluoretos;
 A maioria dos inter-halogênios poliatômicos tem Cl, Br, ou I como o átomo central circundado por 3, 5 ou 7 átomos de F.
Quanto maior é o halogênio, mais compostos inter-halogênios ele pode formar (por exemplo, ClF5 e BrF7 não são conhecidos).
Composto
P.E.(ºC)
estrutura
ClF
-100,1
BrF
20
IF*
ClF3
11,75
"T" distorcido plano
BrF3
126
"T" distorcido plano
IF3*
ClF5
-14
piramidal quadrado
BrF5
41
piramidal quadrado
IF5
101
piramidal quadrado
IF7
sublima a 4,77
Bipirâmidepentagonal
O composto ICl3 é único. Nenhum outro halogênio é grande o suficiente para acomodar 3 átomos de Cl.
15/16
Dióxido de cloro (ClO2)
O ClO2 é um gás amarelo castanho, o qual pode ser preparado, segundo à reação,
É bastante solúvel em água, forma o HOCl.
Na presença de NaOH produz hipoclorito de sódio, NaOCl , comumente conhecido como água sanitária.
Pentóxido de iodo (I2O5)
É o mais estável dentre os óxidos deste grupo da tabela periódica.
Sólido cristalino branco, e higroscópio;
Pode ser obtido pelo aquecimento ácido iódico, HIO3. 
É um agente oxidante e empregado para detectar e quantificar monóxido de carbono, CO. 
 Moléculas ou íons que apresentam comportamento semelhante aos halogênios ou haletos. 
 O pseudo-haleto contem N na sua estrutura;
 Em geral formam ácidos monopróticos, íons monovalentes e sais que se assemelham aos haletos;
 Formam sais solúveis (alcalinos/alcalinos terrosos) e insolúveis (Ag+, Pb2+);
 Reagem entre si formando compostos conhecidos como interhalogenados. Exemplo: FN3, ClCN, ClN3,
 Formam complexos metálicos: [Co(CN)6]3-,
[Cu(CN)4]2-
Pseudo-Halogênios/haletos
Ânion
Ácido
CN-
HCN
SCN-
HSCN
OCN-
HOSC
N3-
HN3
16/16
Descreva apenas um método de obtenção para um elemento do grupo 17 da tabela periódica.
2) Quais são as principais fontes de flúor, cloro, bromo e iodo?
 
3)Comente alguns aspectos curiosos referente ao iodo 
4)Complete a equação química: 
a) Cl2 + H2O  
b) F2 + H2O  
c) MnO2 + 4HCl →
d) Cl2O + H2O 
Exercícios
5) Comente sobre as características dos óxidos iônicos e covalentes, e dê exemplos.
6) Descreva um método de obtenção para o gás cloro. Inclua equações e um desenho esquemático do processo.
7) Cite as aplicações para o cloro e seus compostos.
8) Por que o flúor é o elemento mais eletronegativo e o mais oxidante e não é também o que possui maior afinidade eletrônica?