Apontamentos de Química Inorgânica: grupo 17 (halogénios) · ISPTEC

Apontamentos de Química Inorgânica, do curso de Engenharia Química no Instituto Superior Politécnico de Tecnologias e Ciências (ISPTEC), . Docente: Prof. Júlio Kuende.

Diapositivos de Química Inorgânica sobre os elementos do grupo 17 (halogénios), com propriedades, obtenção, reacções, compostos e aplicações. Baseia-se em material da Pearson Education.

Tipo

Apontamentos

Cadeira

Química Inorgânica

Curso

Engenharia Química

Universidade

Instituto Superior Politécnico de Tecnologias e Ciências

Docente

Prof. Júlio Kuende

Ficheiro

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INSTITUTO SUPERIOR POLITÉCNICO DE TECNOLOGIAS E CIÊNCIASQUÍMICA INORGÂNICAElementos do grupo 17Professor: Júlio KuendeCapítulo 22© 2005 by Pearson Education

ELEMENTOS DO GRUPO 17Capítulo 22© 2005 by Pearson Education

ELEMENTOS DO GRUPO 17➢ Os elementos dogrupo 17são denominados halogénios.➢ O nomehalogéniossignificaformadores desais.➢ A química dos halogénios (excepto o At) provavelmente émelhor compreendida do que a química de qualquer outrogrupoexceptuando-seos metais alcalinos.Capítulo 22© 2005 by Pearson Education

Grupo 17: HalogéniosPROPRIEDADES GERAIS➢ Começamos o estudo dos grupos com o estudo do metaismais reactivos– os metaisalcalinos.➢ Em contraponto aos metais alcalinos o grupo doshalogénioscontémosnãometais maisreactivos.➢ No grupo dos metais alcalinos a reatividade aumenta amedida que descemos no grupo, no grupo dos halogénios ometal mais reativoficano topo do grupo.Capítulo 22© 2005 by Pearson Education

Grupo 17: HalogéniosPROPRIEDADES GERAIS2 5➢Configuraçãoeletrónicaexterna:nsnp.➢ Todos os halogénios têm grandes afinidadeseletrônicas.➢ O estado de oxidação mais comum é -1, mas osestadosdeoxidação+1,+3,+5e +7são possíveis.➢ Os halogéniossão bonsagentesdeoxidação.➢ Oflúordiferedosdemaisintegrantesdogrupo.Capítulo 22© 2005 by Pearson Education

Grupo 17: HalogéniosPECULIARIDADES DO ASTATO➢ O astato não ocorre na natureza mais foram obtidosartificialmentemais devinteisótopos.➢ Os isótoposmais estáveissão o isótopos210At com meiavida de 8,3 horas211At commeia vidade 7,5 horas➢ Emsíntesetodososisótopossãoradioativos.Capítulo 22© 2005 by Pearson Education

Grupo 17: HalogêniosPropriedades e Preparação dos HalogéniosTABELA 1 –ALGUMAS PROPRIEDADES DOS HALOGÊNIOSCapítulo 22© 2005 by Pearson Education

Grupo 17: HalogéniosPropriedades dos Halogénios➢ As propriedades dos halogênios variamregularmentecomoseu númeroatômico.➢ Cada halogénio é o elemento mais eletronegativoemseuperíodo.➢ AentalpiadeligaçãodoF ébaixa.2➢ Conseqüentemente,oflúorémuitoreactivo.➢ Opotencialdereduçãodoflúoré muitoalto.Capítulo 22© 2005 by Pearson Education

Grupo 17: HalogéniosPropriedades doHalogénios:RaioAtómico➢ Os raiosatómicosaumentamcom o aumentodonúmeroatómico.AumentaZ aumentao nº de níveis aumentaoraio.Capítulo 22© 2005 by Pearson Education

Grupo 17: HalogéniosPropriedades dosHalogênios:RaioIónico➢ O raio iónico do cloreto é 38% maior do que o dofluoreto, entretanto o raio iónico do brometo éapenas6,5%maiorqueodoiãocloreto.➢ A diferença de tamanho em questão deve-se apresença no ião brometo de 10 electrões “d” quesão mausblindadores.Capítulo 22© 2005 by Pearson Education

Grupo 17: HalogéniosPropriedadesdosHalogénios:Energiade Ionização➢ As energias de ionização dos halogénios mostram atendência usual. A medida que o tamanho dohalogénioaumentaaenergiadeionizaçãodiminui.➢ Os valores são muito elevados, logo a tendência dosátomos perderem elétrons para formar cátions épequena.➢ A energia de ionização do flúor éconsideravelmente maior que a dos demaiselementos do grupo, devido ao seu pequenotamanho.Capítulo 22© 2005 by Pearson Education

Grupo 17: HalogéniosPropriedadesdosHalogénios:AfinidadeEletrónica➢ As afinidades eletrónicas de todos os halogéniossão negativas. Isso implica que há liberação deenergia quando um átomo de halogénio recebe umelectrão.➢ Portantotodososhalogéniosformamoiãohaleto.➢ Oclorotem amaiorafinidadeeletrónicadogrupo.➢ O flúor tem maiordificuldade em receber o electrãoque o cloro. A razão da dificuldade maior do flúorde receber um electrão está relacionada ao seupequeno tamanho que dificulta a acomodação doelectrãorecebido.Capítulo 22© 2005 by Pearson Education

Grupo 17: HalogéniosPropriedades dos Halogénios:EletronegatividadeNa medida do possível evitamos fazer menção doconceito de eletronegatividade e basear asistematização da química inorgânica descritiva emgrandezas termodinâmicas de definição rígida e demedição independente, tais como energia deionização, afinidade ao electrão, entalpias dedissociação de ligação, energia de rede, energia dehidratação.Capítulo 22© 2005 by Pearson Education

Grupo 17: HalogéniosPropriedades dos Halogénios:Entalpiada LigaçãoSimples➢ Todososhalogéniosformammoléculasdiatómicas.➢ Espera-se um decréscimo da energia de ligação nasmoléculas dos halogénios à medida que o tamanhodosátomosaumenta.➢ Um aumento do tamanho provoca uma diminuiçãodaeficiênciadasinteraçõesentreosorbitais.➢ As moléculas de dicloro, dibromo e di-iodo seguema tendência esperada; a molécula de diflúor desvia-se dessecomportamento.Capítulo 22© 2005 by Pearson Education

Grupo 17: HalogéniosPropriedades dos Halogénios:Entalpiada LigaçãoSimples➢ A energia de ligação da molécula de diflúor éextremamente baixa, sendo um dos principais motivos desuagrandereactividade.➢ Há uma repulsão internuclear apreciável, visto que osátomos de flúor são pequenos e a distância F-F também épequena.➢ Em adição temos ainda intensas repulsões electrão-electrãodos pares não ligantes dos dois átomos de flúor. Arepulsãoelectrão-electrão enfraquece a ligação F-F da molécula dediflúor.Capítulo 22© 2005 by Pearson Education

Grupo 17: HalogéniosPropriedades dos Halogénios:Potencialde Redução➢ O potencial de redução da molécula de diflúor éexcepcionalmentealto.➢ A habilidade oxidante dos halogénios, indicada porseus potenciais padrão de redução diminui ao sedescernogrupo.➢ Em função disso o di-halogénio é capaz de oxidarosiõeshaletosabaixodele nogrupo.Capítulo 22© 2005 by Pearson Education

Grupo 17: HalogéniosPropriedades dos Halogénios:Potencialde Redução➢ Exemplo 1: Amoléculade diclorooxidaráosiões brometoeiodeto, mas não oxidaráo ião fluoreto.- -➢2Br+Cl→Br+2Cl(aq) 2 (g) 2(l) (aq)- -➢2I+Cl→ I+2Cl(aq) 2 (g) 2(s) (aq)(Obviamente o fluoretonãoseráoxidadoporqueo flúorestáacima docloro nacoluna17).Capítulo 22© 2005 by Pearson Education

Grupo 17: HalogéniosPropriedades dos Halogénios:Potencialde Redução➢ Exemplo2:Amoléculadedibromooxidaráoaniãoiodeto?➢ A resposta é afirmativa porque o ião haleto em-questão(I) está abaixo do Bromo na tabelaperiódica.Teremosa seguintereacção:- -2I+Br→I+2Br(aq) 2(l) 2 (s) (aq)Capítulo 22© 2005 by Pearson Education

Grupo 17: HalogéniosPropriedades dos Halogénios:Potencialde Redução➢ Aágua é oxidada mais facilmente do que o flúor, logo o F2não pode ser preparado por eletrólise de uma solução de salporque o flúor é um agente oxidante tão forte que oxidará aágua a oxigénio como pode ser observado na reacçãoabaixodescrita:F + H O → 2HF + 1/2O Ɛ =1,80V2(aq)2(l)(aq)2(g)oCapítulo 22© 2005 by Pearson Education

Grupo 17: HalogéniosTabela 2:Estudo de Algumas Propriedades Selecionadasdos Elementos Estáveisdo Grupo 17ELEMENTO APARÊNCIA SOB PONTO DE FUSÃO PONTO DEAS CONDIÇÕES – (°C) EBULIÇÃOPADRÃO DE TEMP. (°C)E PRESSÃO-219 -188DIFLÚORF2Gás amarelo-claro-101 -34DICLOROCl2Gásverde-claro-7 -60DIBROMOBr2Líquido castanhoavermelhadooleoso+114 -185DI-IODOI2Sólido preto-arroxeado lustrosoCapítulo 22© 2005 by Pearson Education

Grupo 17: HalogéniosPropriedades dos Halogénios:Pontos de Fusão eEbulição➢ Quanto aos pontos de fusão e ebulição observamosumaumentoregulardessas propriedades.➢ Como os halogénios diatômicos possuem apenasforças de dispersão de London entre as moléculas,seus PF e PE dependem da polarizabilidade dasmoléculas uma propriedade que por sua vez édependentedo númerototaldeelectrões.Capítulo 22© 2005 by Pearson Education

Metódos de obtenção dos Halogénios➢ Oflúor é produzido por oxidação eletrolítica deuma solução de KF em HF anidro➢ KF + HF →KHF(aq)(g)2(l)➢ 2KHF → H + KF + F2(l)2(g)(l)2(g)Capítulo 22© 2005 by Pearson Education

Metódos de obtenção dos HalogéniosPreparação dos Halogénios➢ Obtenção Industrial do CloroO Cl é produzido pela eletrólise do NaCl fundido ou em2soluçãoaquosa.eletrólise- -2Cl+2HOCl+H+ 2OH2 2 2➢ Obtenção Laboratorial do Cloro- + 2+MnO+ 2Cl+ 4H→ Cl+Mn + 2H O2(s) (aq) (aq) 2(g) (aq) 2 (l)Capítulo 22© 2005 by Pearson Education

Metódos de obtenção dos HalogéniosPreparação dos HalogéniosObtenção Industrial do Bromo➢ O bromo é obtido industrialmente pela oxidação emmeio ácido do ião brometo das águas do marutilizando-seclorocomoagenteoxidante- -Cl+2Br→ 2Cl + Br2(g) (aq) (aq) 2(l)Capítulo 22© 2005 by Pearson Education

Metódos de obtenção dos HalogéniosPreparação dos HalogéniosObtenção Laboratorial do Bromo- + 2+MnO+2Br+ 4H(aq) → Br+Mn + 2H O2(s) (aq) 2(l) (aq) 2 (l)Capítulo 22© 2005 by Pearson Education

Metódos de obtenção dos HalogéniosPreparação dos Halogénios➢ Obtenção Laboratorial do IodoMnO + 2H SO + 2KI → MnSO + 2H O + K SO + I2(s)24(aq)(aq)4(aq)2(l)24(aq)2(s)➢ Obtenção Industrial do IodoOxidação do iodeto com cloro- -Cl+2I→ 2Cl + I2(g) (aq) (aq) 2(s)Capítulo 22© 2005 by Pearson Education

Metódos de obtenção dos HalogéniosPreparação dos HalogéniosObtenção Laboratorial doAstato➢ O At foi sintetizado pela primeira vez pelobombardeio de bismuto com partículas alfa de altaenergia209 4 211 1➢ 83Bi + 2He → 85At + 2 onCapítulo 22© 2005 by Pearson Education

Grupo 17: HalogêniosOS HALETOS DE HIDROGÊNIO➢ O HF tem um altopontodeebuliçãoemvirtudedasfortesligaçõesde H nolíquido.- - - -➢Afacilidadede oxidaçãoaumentaF> Cl> Br> I➢ Os haletosdehidrogéniopodemserformadospelahidrólisedehaletosmoleculares:SeBr (s) + 3H O(l) H SeO (aq) + 4HBr(aq).Capítulo 22© 2005 by Pearson Education4223

Grupo 17: HalogéniosHALETOS DE HIDROGÉNIO➢ O HF reage com silicatos (e deve ser armazenadoemrecipientesdeplástico):SiO (s) + 6HF(aq)H SiF (aq) + 2H O(l)2262➢ O NaI e o NaBr podem ser oxidados pela adição deácidosulfúrico.➢ Após a adição do ácido, o I violeta e o Br amarelo22podemserclaramentevistos. Capítulo 22© 2005 by Pearson Education

Grupo 17: HalogéniosOS HALETOS DE HIDROGÉNIO➢ Amaioria dos haletos de hidrogênio são preparadospelotratametodosal comácidosulfúrico:CaF (s) + H SO (l)2HF(g) + CaSO (s)2244NaCl(s) + H SO (l)HCl(g) + NaHSO (s)244➢ Essas reacções não podem ser usadas para opreparodeHBrouHI.Capítulo 22© 2005 by Pearson Education

Grupo 17: HalogêniosOXIÁCIDOS E OXIANIÕES➢ O flúor forma apenas um oxiácido: HOF ( ácidohipofluoroso).➢ Ooxigênioestá noestadodeoxidaçãozero.➢ Aforça do ácido aumenta à medida que o estado deoxidaçãodohalogênioaumenta.➢ Todossão agentesdeoxidaçãofortes.➢ Todossão instáveisese decompõemfacilmente.➢ Os oxiânionssãomaisestáveisdoqueos oxiácidos.Capítulo 22© 2005 by Pearson Education

Grupo 17: HalogéniosTABELA 3–OXIÁCIDOS DOS HALOGÊNIOSINCLUINDO O NoxA FÓRMULA DO ÁCIDO E O NOME DO ÁCIDOCapítulo 22© 2005 by Pearson Education

Oxiácidos do CloroEstabilidade e AcidezHClO HClO2 HClO3 HClO4Cresce a estabilidadeCresce a força doácidoO ácido perclórico é o ácido mais forte e o mais estável dentre osoxiácidosdocloroapresentados.Capítulo 22© 2005 by Pearson Education

Grupo 17: HalogéniosOXIÁCIDOS E OXIANIÕES➢ Os percloratos são particularmente instáveis napresençadematerialorgânico.➢ Opercloratodeamônioé umpotenteoxidante.Capítulo 22© 2005 by Pearson Education

Grupo 17: HalogéniosOXIÁCIDOS E OXIANIÕES➢ Os ácidos periódico (HIO) e paraperiódico (H IO)456têmoiodono estadodeoxidação+7.➢ O ácido periódico é um ácido forte, o ácidoparaperiódicoé umácidofraco.Capítulo 22© 2005 by Pearson Education

Grupo 17: HalogéniosOXIÁCIDOS E OXIANIÕES➢ O grande átomo de iodo permite 6 átomos deoxigênioàsua volta.➢ Os halogênios menores não conseguem formar essetipodecomposto.Capítulo 22© 2005 by Pearson Education

Grupo 17: HalogéniosAPLICAÇÕES➢ Os CFCs sãousadoscomorefrigerantes.➢ Os fluorocarbonos são usados como lubrificantes eplásticos(teflon).➢ O cloro é usado em plásticos (PVC), nodicloroetano e em outros reagentes químicosorgânicos,naindústriatêxtile depapel.➢ ONaOClé oingredienteativodosalvejantes.➢ ONaBré usadoemfotografia.Capítulo 22© 2005 by Pearson Education

Grupo 17: HalogéniosAPLICAÇÕES➢ Os sais de hipoclorito são usados em alvejantes edesinfetantes.➢ Na presença de alumínio em pó, o NH ClO é43usadoparaolançamentodeônibusespaciais.➢ Cada lançamento utiliza 700 toneladas de clorato deamônio.Capítulo 22© 2005 by Pearson Education

Grupo 17: HalogéniosAPLICAÇÕES➢ O cloro é o halogénio 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 deplásticodecloretodepolivinila(PVC). Capítulo 22© 2005 by Pearson Education

Grupo 17: HalogéniosAPLICAÇÕES➢ O cloro é usado também no tratamento de água paraoxidaredestruirbactérias.➢ Um uso comum do iodo é como KI no sal decozinha.➢ A falta de iodo na alimentação resulta nocrescimentodaglândulatireóide(bócio)Capítulo 22© 2005 by Pearson Education

Grupo 17: HalogéniosAPLICAÇÕES➢ O ião fluoreto é usado na água potável para reduziracáriedental.➢ O dióxido de cloro é um agente oxidante poderoso,usadocomoalvejantedepolpadepapel.(o processo de alvejamento consiste, geralmente, naoxidação de compostos orgânicos coloridos formandoprodutosincoloresoumenosintensamentecoloridos).Capítulo 22© 2005 by Pearson Education