Tema 4. Oxígeno y azufre. Propiedades del oxígeno diatómico. Óxidos y peróxidos. El ozono. Formas alotrópicas y métodos de obtención del azufre. Ácido sulfúrico. Sulfatos y sulfitos. Estructura electrónica y estados de oxidación de los elementos del grupo 16 Elemento Configuración Electrónica Estados de Oxidación(*) O [He] 2s 2 2p 4 -II (-I) No metal S [Ne] 3s 2 3p 4 -II (II) IV VI “ Se [Ar] 3d 10 4s 2 4p 4 (-II) II IV VI Semi-metal Te [Kr] 4d 10 5s 2 5p 4 II IV VI “ Po [Xe] 4f 14 4d 10 5s 2 5p 4 II IV Metal Tema 4. Oxígeno y azufre 1 Oxígeno Azufre Selenio Teluro Polonio (*) los estados de oxidación más estables están en negrita y los menos estables se ponen entre paréntesis.
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Tema 4. Oxígeno y azufre. Propiedades del oxígeno diatómico. Óxidos y peróxidos. El ozono. Formas alotrópicas y métodos de obtención del azufre. Ácido sulfúrico. Sulfatos y sulfitos.
Estructura electrónica y estados de oxidación de los elementos del grupo 16
Elemento Configuración Electrónica Estados de Oxidación(*)O [He] 2s22p4 -II (-I) No metalS [Ne] 3s23p4 -II (II) IV VI “Se [Ar] 3d104s24p4 (-II) II IV VI Semi-metalTe [Kr] 4d105s25p4 II IV VI “Po [Xe] 4f144d105s25p4 II IV Metal
Tema 4. Oxígeno y azufre 1Oxígeno Azufre Selenio Teluro Polonio
Po [Xe] 4f 4d 5s 5p II IV Metal
(*) los estados de oxidación más estables están en negrita y los menos estables se ponen entre paréntesis.
Oxígeno
•El oxígeno es con mucho el elemento más abundante de la corteza terrestre.
• Constituye casi el 46% de su masa. La atmósfera contiene aproximadamente 21% de oxígeno molecular en volumen (20% en masa).
•El oxígeno existe en estado libre como una molécula diatómica (O2).
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•El oxígeno gaseoso es incoloro e inodoro. En estado líquido es ligeramente azulado
Obtención
•El oxígeno gaseoso se puede obtener en el laboratorio por calentamiento de clorato de potasio.
2KClO 3(s) 2KCl(s) + 3O 2(g)
La reacción se cataliza con MnO2.
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•En forma industrial, el oxígeno gaseosose prepara por destilación fraccionada delaire líquido.
• El oxígeno elemental es una mezcla de tres isótopos16O ~99.76% 17O ~0.037% 18O ~0.204%
• El oxígeno constituye casi una cuarta parte de todos los átomos de la materia viviente, es el oxidante esencial en la ruptura metabólica de las moléculas de alimento.
• Sin él, un ser humano es incapaz de sobrevivir.
Propiedades del oxígeno diatómico .
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Propiedades del oxígeno diatómico .El oxígeno tiene dos alótropos, O2 y O3.
Cuando se habla de oxígeno molecular,se trata del O2. La molécula O3 sedenomina ozono.
La molécula O2 es paramagnética,contiene dos electrones desapareados
Diagramas de Latimer de Oxígeno
“Obtención” de Oxígeno
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Oxígeno
Usos
•El oxígeno molecular es un agente oxidante fuerte y es una de las sustancias más usadas en la industria.
Sus usos principales se encuentran en la industria del acero y en el tratamiento de aguas residuales.
El oxígeno también se usa como
agente blanqueador de la pulpa y
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del papel, en medicina para
superar dificultades respiratorias,
en los sopletes de oxiacetileno y
como agente oxidante en muchas
reacciones inorgánicas y orgánicas.
Óxidos, peróxidos y superóxidos.
El oxígeno forma tres tipos de óxidos: el óxido normal (o simplemente óxido). que contiene el ion O2-; el peróxido que contiene el ion O2
-2 y el superóxido, que contiene el ion O2
-
•La reacción del O-2 con el agua es una reacción de hidrólisis y ocurre inmediatamente por lo que se puede decir que no existe en disolución acuosa.
O-2 + H O 2OH-
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O-2 + H2O 2OH-
Óxidos iónicos básicos
•Las sustancias que contienen a O2- y O2
-2 reaccionan con aguamediante procesos redox liberando O2 en la mayoría de los casos.
La naturaleza iónica/covalente del enlace en los óxidos cambia a lo largo de cualquier periodo de la tabla periódica
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•Los óxidos de los elementos del lado izquierdo de la tabla periódica, (metalesalcalinos y los de los metales alcalinotérreos), son sólidos iónicos y tienen altospuntos de fusión.
•Los óxidos de los metaloides y de los metales hacia el centro de la tabla tambiénson sólidos, pero tienen mucho menor carácter iónico.
�Los óxidos de los no metales son compuestos covalentes que generalmente existen como líquidos o gases a temperatura ambiente.
�El carácter ácido de los óxidos aumenta de izquierda a derecha.
Na2O, MgO, Al 2O3 SiO2 SO3, Cl2O7
básicos anfótero ácidos
�El carácter básico de los óxidos aumenta a medida que se desciende en un grupo
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�MgO no reacciona con agua pero reacciona con los ácidos de la siguiente manera:
MgO(s) + 2H+(ac) Mg 2+(ac) + H2O(l)
•BaO, que es mucho más básico, se hidroliza inmediatamente para dar el correspondiente hidróxido:
BaO(s) + H2O(l) Ba(OH) 2(ac)
Peróxido de hidrógeno (H2O2).
�Es un líquido viscoso incoloro (p.f. -0.9°C), que se prepara en el laboratorio por la acción del ácido sulfúrico diluido frío sobre el peróxido de bario octahidratado:
BaO2 .8H2O(s) + H2SO4(ac) BaSO 4(s) + H2O2(ac) + 8H2O(l)
�La estructura del peróxido de hidrógeno es de libro abierto.
La repulsión par libre-par enlazante es mayor enH2O2 que en H2O, de modo que el ángulo HOO sóloes de 98.8° (en comparación con 104.5° para HOH
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es de 98.8° (en comparación con 104.5° para HOHen el H2O).
•El peróxido de hidrógeno es una molécula polar (µ = 2.16 D).
�El peróxido de hidrógeno se descompone fácilmente por calentamiento o en presencia de partículas de polvo o de ciertos metales, que actúan como catalizadores.
2H2O2(l) 2H2O(l) + O2(g) ∆∆∆∆H = -196.4 kJ
Es una reacción de desproporción
�Las disoluciones diluidas de peróxido de hidrógeno (3% en masa) que se consiguen en las farmacias, se usan como antisépticos suaves.
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antisépticos suaves.
�Disoluciones más concentradas de H2O2 se emplean comoagentes blanqueadores de textiles, pieles y pelo.
�El alto calor de descomposición del peróxido de hidrógeno leconfiere utilidad como componente de los combustibles de lasnaves espaciales.
�Es un agente oxidante fuerte; puede oxidar a los iones Fe2+ a iones Fe+3 en disoluciones ácidas:
También se puede obtener azufre (19%) por la tostación (en ausencia de
aire) de pirita
4 FeS2 (s) FeS (s) + S (g)
Existen numerosas formas alotrópicas del azufre
�El azufre rómbico y el monoclínico se encuentran en la
naturaleza.
�El azufre rómbico(p. f. 112°C) constituye termodinámicamente la
forma más estable; tiene una estructura anular S8 plegada. Por
calentamiento se transforma lentamente en azufre monoclínico (p.f.
119°C), el cual consta también de unidades S8.
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�Es un sólido amarillo, insípido e inodoro que es insoluble en
agua pero soluble en disulfuro de carbono.
�Cuando el azufre líquido se calienta se produce un rápido incremento en la viscosidad del fluido. Un mayor calentamiento produce que la viscosidad empiece a disminuir.
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PRINCIPALES USOS
•El azufre se presenta en el comercio en forma de cilindros gruesos (azufre en cañón) que
se obtienen por solidificación en moldes de madera.
•Por condensación del vapor sobre cámaras de mucha superficie, cerradas, se forma un
polvo muy fino llamado flor de azufre.
•También se puede encontrar en forma de barras finas llamadas pajuelas, provistas de
mecha de algodón para facilitar su combustión con producción de SO2, para la fumigación
de recipientes destinados a la fabricación y conservación de vinos y cervezas.
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•El 90% del S elemental se destina a la fabricación de SO2 que a su vez se destina
mayoritariamente a la síntesis de ácido sulfúrico para la elaboración de fertilizantes:
S SO2 SO3 H2SO4 Fertilizantes
•El resto (10%) del S elemental se destina a la:• Síntesis de CS2;• Vulcanización del
caucho;• Obtención de fungicidas, insecticidas; •pólvora y •productos farmacéuticos.
Reactividad Química
El azufre muestra una amplia variedad de números de oxidación en sus
compuestos.
El compuesto hidrogenado mejor conocido del azufre es el sulfuro de hidrógeno.
•El sulfuro de hidrógeno es un gas incoloro (p.
eb. -60.2°) con un olor ofensivo que se parece
al de los huevos podridos.
FeS(s) + H2SO4(ac) FeSO4(ac) + H2S(g)
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al de los huevos podridos.
•El sulfuro de hidrógeno es una sustancia
altamente tóxica que, al igual que el cianuro de
hidrógeno, ataca las enzimas respiratorias
•Es un ácido diprótico muy débil.
•En disolución básica, el H2S es un agente reductor fuerte. Por ejemplo, se oxida con