ANIONES MONOATÓMICOS

La Química Descriptiva de los elementos: Trata de su comportamiento como átomos, iones o moléculas, en diferentes condiciones de temperatura, presión y medio ambiente. Los aniones monoatómicos (AM): Partículas cargadas negativamente. Semejanzas en muchas propiedades químicas y físicas: Principalmente porque todos los AM presentan la estructura electrónica simétrica de un átomo de gas noble. Presentan diferencias de comportamiento: Debido a las diferencias en otras carcaterísticas fundamentales, tales como: Tamaño. Carga iónica.

Formación Los AM se forman por reducción de los no metales. La reducción está en términos de: Afinidad electrónica: Energía desprendida ó absorbida en el proceso. Electronegatividad: Cantidad empírica que representa la tendencia relativa de las partículas a atraer electrones. X(g) + e-  X-(g)

Formación ½ X2(g) + e-  X-(ac) Potencial de reducción normal: Describe un proceso que se presenta en solución acuosa y en que intervienen en el cambio total de energía, tanto el calor de hidratación del anión y otras energías, como la afinidad elctrónica. ½ X2(g) + e-  X-(ac)

Propiedades Las propiedades de los AM se pueden relacionar considerando: Tamaño. Carga. Electronegatividad. Polarizabilidad.

Propiedades Las propiedades anteriores están relacionadas entre sí: Tanto la polarizabilidad como la electronegatividad dependen del tamaño del ion. El tamaño del ion depende, en parte, de la carga iónica.

Radios iónicos cristalinos ( en Å) H- 2.08 F- 1.34 Cl- 1.80 Br- 1.90 I- 2.16 O2- 1.35 S2- 1.84 Se2- 1.98 Te2- 2.21 N3- 1.71 P3- 2.12 As3- 2.22 Sb3- 2.45 C4- 2.60 Si4- 2.71

Propiedades Iones con estructura electrónica común: Se observa un aumento en el radio iónico al aumentar la carga iónica negativa. Sin embargo: El tamaño relativamente grande del ion hidruro, con una relación entre electrones y protones de 2 a 1, ilustra el efecto de la falta de equilibrio entre las cargas sobre el tamaño iónico

Polarización de un anión Propiedades Polarizabilidad de un ion: Es una medida de la facilidad con la cual se puede distorsionar su nube electrónica bajo la influencia de un campo eléctrico. Para los AM, esta propiedad es directamente proporcional al volumen iónico. d- d+ + - NO POLARIZADO POLARIZADO Polarización de un anión

Propiedades Proceso de polarización: No se crea una nueva carga. El grado de polarización depende de: El campo eléctrico aplicado. Los cationes presentes: Mientras más pequeño sea el catión. Más grande sea su carga. Mayor será su fuerza de polarización

Propiedades Una vez polarizado: El centro de la carga negativa de un anión no coincide con el centro de carga positiva del mismo. La nube electrónica se distorsiona hacia el catión. El núcleo se distorsiona en contra de el catión.

Soluciónes acuosas Solo 7 aniones monoatómicos pueden existir en solución acuosa:

Soluciónes acuosas Los otros iones separan los protones del agua formando uno o más enlaces covalentes con ellos, y dejando al ion oxhidrilo de agua, según la Ec. General: An- + nH2O  AHn + nOH- Aplicando el concepto ácido-base de Brönsted-Lowry: Se concluye que estos iones que reaccionan frente al agua son bases más fuertes que el ion oxhidrilo.

Soluciónes acuosas En solución ácida: También se debe considerar la reactividad de estos iones frente al ion hidronio H3O+ Las reacciones de los AM con agua y con el ion hidronio son funciones del acomodo periódico de los no metales.

Soluciónes acuosas Los no metales de la tabla periódica: Estan divididos de acuerdo con los 3 tipos de comportamiento de los aniones monoatómicos, cuyas reacciones son: Los que atacan al agua quitándole un protón; no pueden existir en concentración medible en solución acuosa. No reaccionan apreciablemente con el agua en solución básica, pero atacan al ion hidronio por eliminación de protones. En soluciones básicas existen como iones libres y en soluciones ácidas casi totalmente como ácidos no disociados. No reaccionan notablemente con el agua o con el ion hidronio.

Soluciónes acuosas 1 H 2 B C N O F 3 Si P S Cl 4 Ge As Se Br 5 Sb Te I Período Tipo 2 1 H 2 B C N O F 3 Si P S Cl 4 Ge As Se Br 5 Sb Te I Tipo 3 Tipo 1

Fuerza de los ácidos formados por AM La fuerza de un ácido protónico se mide según el grado hasta el cual la reacción HnA + H2O  H3O+ + Hn-1A- se lleva a cabo hacia la derecha o según la facilidad con la cual se transfiere un protón hacia el agua.

Fuerza de los ácidos formados por AM La facilidad con la cual las moléculas del tipo HnA pierden sus protones es directamente proporcinal a dos factores: El carácter iónico del enlace H – A El tamaño del no metal A Como medida del tamaño se deben usar los radios covalentes en lugar de los iónicos, ya que se trata de moléculas HnA.

Fuerza de los ácidos formados por AM En una serie horizontal dentro de un periódo, en donde las diferencias entre los radios covalentes son pequeñas, el factor predominante es la electronegatividad. Radios Covalentes (Å)

Preparación de los AM Si los AM representan los estados de oxidación mínimos de sus respectivos elementos, se pueden preparar por reducción de los elementos a partir de su estado libre o de algún estado de oxidación positivo. Se usa comúnmente la reacción de combinación de un metal y un no metal.

Preparación de los AM Metales activos como agentes reductores frente a todos los no metales: Grupo alcalino (1) Grupo alcalinotérreo (2) (1) (2)

Preparación de los AM Ejemplos: Todas las reacciones citadas son exotérmicas.

Preparación de los AM Formación de óxidos y peróxidos: (Peróxido de potasio) (Peróxido de bario) (Superóxido de cesio)

Preparación de los ácidos de los AM Para los AM de fórmula general HnA, se tienen los siguientes métodos de preparación: Combinación directa del hidrógeno gaseoso con el elemento no metálico. nH2 + 2A (ó A2)  2 HnA Reacción del anión de una sal con alguna fuente de protones. nH+ + An-  HnA

Preparación de los ácidos de los AM Método 1. El sulfuro de hidrógeni producido se solatiliza fácilmente. Otros ejemplos son:

Preparación de los ácidos de los AM Todos estos aniones son de los que quitan protones a los iones hidronio, pero no a las moléculas de agua. Cuando el producto es muy soluble en agua se debe usar ácido sulfúrico concentrado. Ejemplo: Al preparar HCl el ácido sulfúrico debe estar casi libre de agua para obtener un buen rendimiento de HCl (la solubilidad del HCl gaseoso en ácido sulfúrico concentrado es muy baja).

Preparación de los ácidos de los AM La ausencia casi completa de agua en el H2SO4 concentrado (96%) reduce la cantidad de HCl que permanece en solución y, en consecuencia, este se desprende como gas. Para la preparación de HBr y HI también se requiere un reactivo no acuoso. En estos csos el H2SO4 no es satisfactorio porque al mismo tiempo oxida a los iones bromuro y yoduro a los correspondientes elementos libres.

Preparación de los ácidos de los AM Método 2.

Preparación de los ácidos de los AM De los hidruros del grupo V solamente el amoniaco se puede preparar directamente a partir de los elementos:

Oxidación de los AM Los aniones monoatómicos se pueden oxidar a: Elementos libres. Estados de oxidación positivos. En soluciones acuosas ácidas: Sólo existen como iones libres: El cloruro. El bromuro. El yoduro. En este medio los otros aniones se hidrolizan a los correspondientes hidruros.

Oxidación de los AM No metales muy activos: Flúor. Cloro. Oxígeno. Su oxidación electrolítica sirve efectivamente para la obtención de los elementos a partir de: Los aniones. Sus hidruros.

Oxidación de los AM Obtención de flúor: Obtención de cloro: