• Author / Uploaded
• LAVTOLO

Citation preview

lOMoARcPSD|1939338

Tema 11 grupo 13

Quimica (Universidad de Zaragoza)

Su distribución está prohibida | Descargado por Luis Vicente ([email protected])

lOMoARcPSD|1939338

Los elementos del grupo

M—dulo 12555- Qu’mica Inorg‡nica T’tulo: Ingenier’a Qu’mica Responsable: Juan JosŽ Borr‡s http://www.uv.es/~borrasj curso 2006-07

! Grupo 13: transici—n hacia el car‡cter met‡lico ¥ ¥

!

B: no metal o semimetal Al, Ga, In y Tl: metales

Los puntos de fusi—n var’an notablemente, de modo irregular ¥ B # 2030 ¼C | Ga # 29,6¼C ¥ El Ga tiene un intervalo en estado l’quido mayor conocido. Se utiliza en term—metros para altas temperaturas

! Estructuras cristalinas

Tema 11: Grupo 13: B, Al, Ga, In, Tl

¥ ¥

B: adopta estructuras cristalinas complejas basadas en estructuras icosaŽdricas con fuertes enlaces covalentes entre los B El resto adoptan empaquetamientos t’picos de metales

! Reactividad ¥

B: es inerte y no es atacado por los ‡cidos ni por las bases

¥

Los dem‡s elementos son bastante reactivos

Qu’mica Inorg‡nica _ Ingenieros

Los elementos del grupo

! Boro: poco abundante (38¼, 3 ppm) pero concentrado en

Al ¥ Elevada carga y peque–o radio de los cationes met‡licos ¥ El Boro solo forma compuestos binarios covalentes La œnica forma de estabilizar compuestos i—nicos es hidratar el cati—n met‡lico ¥ Entalp’a de hidrataci—n del Al: -4665 kJámol-1, casi suficiente para compensar

!

la suma de las 3 EI: +5137 kJámol-1.

" los compuestos i—nicos hidratados de Al(III) en realidad no contienen al cati—n Al+3 sino al ion hexaacuoaluminio [Al(OH2)6]3+.

¥ Estado de oxidaci—n esperable es el +3. ¥ En los elementos m‡s pesados disminuye la estabilidad de los compuestos

¥ la mena habitual es la bauxita, que es un —xido hidratado, Al2O3áH2O, impurificado con diversas cantidades de Fe2O3 y SiO2

con e.o. +3 aumentando la del e.o. +1.

! Ga (15 ppm), In (0,1 ppm) y Tl (0,3 ppm): no tienen unas menas

B y Al # +3 Ga, In # +3 y +1 Tl# +3 y +1 efecto del par inerte: el par electr—nico 6s2 no toma parte activa en la formaci—n de enlaces Qu’mica Inorg‡nica _ Ingenieros

14/1/07

dep—sitos de diferentes compuestos oxigenados ! boratos: ¥ kernita: Na2B4O7á4H2O ¥ borax: Na2B4O7á10H2O Aluminio: 7%. Tras O y Si, es el 3er elemento m‡s abundante en la corteza terrestre. Es el elemento met‡lico m‡s abundante. Muy disperso: ¥ silicatos: " feldespato: K[AlSi3O8] " caol’n Al2(OH)4Si2O5

! Estados de oxidaci—n. C.E.: ns2np1.

" " " "

T-2

Presencia en la naturaleza

! Los compuestos con car‡cter covalente son frecuentes en este grupo: B y

!

14/1/07

espec’ficas. Se encuentran asociados a menas de otros metales

T-3

Qu’mica Inorg‡nica _ Ingenieros

Su distribución está prohibida | Descargado por Luis Vicente ([email protected])

14/1/07

T-4

lOMoARcPSD|1939338

Boro ! Es el œnico elemento no met‡lico del grupo 13 ! Configuraci—n electr—nica B: [He]2s2 2p1 ¥ El B es el œnico no metal o semimetal que tiene 3 e- en su capa de valencia ¥ No puede completar su octeto por formaci—n de 3 enlaces covalentes ¥ El B forma enlaces muy peculiares ¥ Muchas de sus reacciones qu’micas son de tipo ‡cido-base

Qu’mica Inorg‡nica _ Ingenieros

Abundancia y usos del B

!

! Es un elemento bastante inerte qu’micamente.

concentrado en determinadas menas. Tiene una gran afinidad por el ox’geno raz—n por la cual en la Naturaleza se presenta asociado con Žl: ¥ b—rax (Na2B4O7á10H2O) ¥ kernita (Na2B4O7á4H2O) ¥ Grandes dep—sitos en California, USA Caracter’sticas del B: ¥ S—lido de gran dureza (cercana al diamante) y

¥ inatacable por HCl o HF ¥ en caliente y finamente dividido es atacado por ‡cidos oxidantes (HNO3)

! !

alto punto de fusi—n (2180¼C).

!

¥ Color muy oscuro y brillo met‡lico. ¥ Es mal conductor de la electricidad (5á10-5 Sám-1). Usos como elemento: ¥ endurecer aceros ¥ producir fibras inorg‡nicas que endurecen a los ¥ ¥

T-6

Reactividad del B

! Es un elemento poco abundante, aunque est‡ !

14/1/07

Boron, California. La mayor zona de extracci—n de B

!

¥ con hidr—xidos alcalinos forma boratos alcalinos: MH2BO3 Elevada afinidad por el ox’geno: a 700¼C arde con formaci—n de B2O3 En caliente reacciona con no metales. La facilidad de reacci—n depende mucho del grado de divisi—n, del tama–o de part’cula y la temperatura: ¥ Hal—genos formando haluros: BX3 ¥ Azufre formando sulfuros: B2S3 ¥ Nitr—geno formando nitruros: (BN)x Reacciona con algunos metales formando boruros met‡licos: MBn

pl‡sticos, el grafito o el wolframio. Muy importante se utiliza como abrasivo moderador en reactores nucleares. Por su capacidad para absorber neutrones Qu’mica Inorg‡nica _ Ingenieros

14/1/07

T-7

Qu’mica Inorg‡nica _ Ingenieros

Su distribución está prohibida | Descargado por Luis Vicente ([email protected])

14/1/07

T-8

lOMoARcPSD|1939338

MŽtodos de obtenci—n del B

Estructura del B elemental

! La estabilidad del enlace BÐO hace que sea costoso obtenerlo por

!

! En todas las modificaciones cristalinas los ‡tomos de B se colocan en una

reducci—n de compuestos oxigenados ¥ hay que utilizar reductores fuertes como el Na, Al o H2 ¥ altas temperaturas ¥ frecuentemente impurificado con restos de —xidos o boruros met‡licos Reducci—n por metales a alta temperatura

red extensa formada por icosaedros ¥ Poliedros formados por 12 ‡tomos de B con 20 caras ¥ La uni—n de los icosaedros se establece por enlaces covalentes entre dos ‡tomos de B situados en los vŽrtices o por enlaces tricŽntricos

! La marcada complejidad estructural que muestra el B tanto como

B2O3 + 3 Mg $ 2B + 3 MgO (95-98% de pureza)

! Reducci—n electrol’tica de boratos fundidos o de KBF4 en KCl/KF !

!

fundido a 800¼. El proceso es relativamente barato y se obtiene boro en polvo del 95%. Reducci—n de compuestos vol‡tiles de boro con H2, como por ejemplo la reducci—n de BBr3 sobre un filamento de titanio caliente Se obtiene boro de alta pureza (99.9%). BBr3 + 3/2 H2 (Ti, 1000-1200¼ C) $ B (>99.9%) + 3 HBr Descomposici—n tŽrmica de hidruros de boro o de haluros. Se obtiene boro amorfo: 2BI3(s) --> 2B(s) + 3 I2(g)

!

elemento como en los compuestos se debe a que tiene m‡s orbitales de valencia que electrones ¥ Esta es una situaci—n comœn entre los metales pero no entre los no metales La forma icosaŽdrica est‡ presente tambiŽn en muchos compuestos de B ÀPueden las lineas en la estructura icosaedrica representar enlaces convencionales sencillos B-B?

o Al Na 2B 4O7 !10H2O "‡cido "" # B(OH)3 "deshidratacion """"# B 2O 3 "Na "" #B

Qu’mica Inorg‡nica _ Ingenieros

14/1/07

T-9

Alotrop’a en el B

Papel biol—gico del B

! El B es uno de los elementos para los que se conocen un

14/1/07

T-10

1 n + 105 B ! 73 Li + 42 He 0

! El B es un elemento esencial para las plantas sobre todo para el

mayor numero de variantes alotr—picas. ¥ Se conocen tres modificaciones cristalinas adem‡s de B amorfo ¥

Qu’mica Inorg‡nica _ Ingenieros

crecimiento de las ra’ces.

(de aspecto v’treo y opaco) A pesar de que las unidades icosedricas estan unidas entre si, los electrones estan localizados en cada unidad y no pueden ser transferidos facilmente a icosaedros vecinos. Por eso no es conductor.

! El papel bioqu’mico del B no est‡ demasiado claro pero parece que est‡

!

implicado en una serie de procesos: ¥ s’ntesis de ‡cidos nucleicos ¥ metabolismo de los carbohidratos ¥ acci—n de ciertas hormonas ¥ la formaci—n de las membranas celulares El B tiene dos is—topos: 10B(20%) y 11B(80%). El 10B tiene una gran afinidad por los neutrones. Los compuestos de B se acumulan en los tumores cancer’genos (especialmente los cerebrales). ¥ Irradiando con neutrones (relativamente inocuos) los 10B absorben estos

¥

electrones liberando part’culas ! de alta energ’a que son las que destruyen localmente al tumor. Las part’culas ! no pueden desplazarse grandes distancias y por eso su efecto es muy localizado, no afectando a las cŽlulas sanas

! Esta capacidad para absorber neutrones lo hace muy utilizado en las centrales nucleares Qu’mica Inorg‡nica _ Ingenieros

14/1/07

T-11

Qu’mica Inorg‡nica _ Ingenieros

Su distribución está prohibida | Descargado por Luis Vicente ([email protected])

Secci—n eficaz del 10B=2835 11B= 0.005 Secci—n 14/1/07eficaz del

T-12

lOMoARcPSD|1939338

Compuestos de Boro

Hidruros de B: Borohidruros ! Los hidruros MH3 son inestables para a todos los elementos del G-13 ! Sin embargo todos pueden formar las especies ani—nicas: MH4-

! En muchos compuestos el B no se rodea de un octeto electr—nico lo que hace que sean deficientes en electrones. ¥ La deficiencia electr—nica de algunos compuestos de boro conduce a

(tetrahidrometalato) cuyas sales alcalinas tienen innumerables aplicaciones en s’ntesis org‡nica como reductores selectivos: ¥ LiAlH4

un tipo de enlace muy especial: 3c-2e

! Muchos de ellos, sobre todo los moleculares tipo BX3, son ‡cidos ! !

" tambiŽn se utiliza para la s’ntesis de silanos: SiCl4 --LiAlH4 -> SiH4

de Lewis fuertes El boro presenta una notable tendencia a la homocatenaci—n: enlaces ÐBÐBÐ extendidos formando estructuras no habituales en los no metales Compuestos ¥ BOROHIDRUROS y BORANOS ¥ BORUROS METçLICOS ¥ HALUROS ¥ îXIDOS Y OXOçCIDOS ¥ B-N: Borazinas

¥ NaBH4 " S—lido blanco que se obtiene por reacci—n entre el hidruro s—dico y el tricoloruro de boro en disolvente no acuoso: 4 NaH + BCl3 ---> NaBH4 + 3 NaCl " Es soluble en agua " Puede reducir el Ni+2 a Ni. Es la reacci—n que se utiliza para la deposici—n qu’mica de Ni. La ventaja sobre la electrodeposici—n es que el objeto sobre el que se deposita el metal no tiene que ser conductor elŽctrico. Muy practico para platear juguetes haciendo que parezcan met‡licos " Reduce a los aldeh’dos a alcoholes primarios y cetonas a alcoholes secundarios sin reducir otros grupos funcionales como los grupos carbox’licos (Reductor Selectivo). Ni2+(ac) + 2e- ---> Ni(s)

E¼= - 0.23 V

H2BO3-(ac) + 5 H2O(l) + 8 e- ---> BH4-(ac) + 8 OH-(ac) Qu’mica Inorg‡nica _ Ingenieros

14/1/07

T-13

Hidruros de B: Boranos

Qu’mica Inorg‡nica _ Ingenieros

! Se obtiene por reacci—n del borohidruro s—dico con trifluoruro de boro

con ciertas analog’as con los hidrocarburos

! Son muy reactivos, f‡cilmente oxidables, fuertemente

!

!

T-14

Diborano: B2H6

! Constituyen una extensa familia de compuestos de B e H

!

E¼= - 1.24 V

14/1/07

higrosc—picos y t—xicos Alfred Stock (1876-1946) los estudi— en profundidad a principios del S.XX. Con tal fin tuvo que desarrollar la l’nea de vac’o de vidrio y las tŽcnicas para obtenerlos y caracterizarlos. Aislo: B2H6, B4H10, B10H14 etc. Su posible utilizaci—n como combustibles de cohetes estimul— su estudio. La energ’a liberada en la combusti—n completa de los boranos es mucho mayor que la que desprenden hidrocarburos equivalentes. Forman una familia estructuralmente rica y compleja de compuestos; los dos ejemplos m‡s sencillos: ¥ El hidruro monomŽrico BH3 es una especie muy inestable ¥ El m‡s sencillo que se puede aislar es el diborano: B2H6.

3 BH4- + 3 BF3 ---> 3 BF4- + 2 B2H6(g) A. Stock

! Formula an‡loga al etano pero la geometr’a es muy diferente ! Propiedades del diborano: ¥ Gas incoloro, t—xico y sumamente reactivo. ¥ Se inflama en el aire (muy exotŽrmica). Explosivo en atm—sferas ricas en diox’geno. B2H6(g) + O2(g) --> B2O3(s) + 3 H2O(g) H = - 2030 kJámol-1

¥ Fuertemente higrosc—pico: se hidroliza con trazas de humedad formando el ‡cido b—rico: B2H6(g) + 6H2O(l) --> 2B(OH)3(ac) + 6 H2(g)

¥ Si se calienta a temperaturas >50¼C se descompone para dar lugar a otros boranos o incluso a los elementos: B2H6(g) ---"--> 2 B(s) + 3 H2(g) En general los boranos hay que obtenerlos en atm—sfera inerte

Qu’mica Inorg‡nica _ Ingenieros

14/1/07

T-15

Qu’mica Inorg‡nica _ Ingenieros

Su distribución está prohibida | Descargado por Luis Vicente ([email protected])

14/1/07

T-16

lOMoARcPSD|1939338

Enlace en el diborano: 3c-2e

Otros boranos

! Los boranos son compuestos deficientes en electrones: ¥ contienen m‡s enlaces covalentes que pares electr—nicos disponibles. Balance electr—nico en la molŽcula de B2H6: estructura incorrecta ¥ electrones disponibles para formar enlaces 3*2(B) + 1*6(H) =>12 e¥ electrones necesarios para dibujar formar los enlaces covalentes (formados

!

por pares de electrones):

14 e-

H

! Estructura aceptada para el diborano:

!

! A partir del diborano, por pirolisis, se pueden preparar otros muchos hidruros de B controlando cuidadosamente las condiciones de reacci—n. ¥ Por ejemplo: cuando se calienta a 100¼C se forma el decaborano B10H14 " S—lido " Estable en aire, se oxida lentamente por el agua

H

¥ 4 H y 2 B situados en un plano: 8e H B B ¥ hibridaci—n sp3 para el B (coordinaci—n local del B casi tetraŽdrica) ¥ 2H que actœan como puente entre 2B: 4e H H ¥ BÐHÐB: enlace 3 centros con 2 electrones La deficiencia electr—nica que muestra el diborano lo hace especialmente vulnerable frente a bases de Lewis capaces de ceder densidad electr—nica

H

Nidoborano

¥ Regla general: Conforme aumenta la masa molecular los boranos se hacen menos inflamables

! Sus estructuras est‡n basadas en poliedros regulares donde los B definen caras triangulares (estructuras deltaŽdricas): ¥ Enlaces directos: BÐB o BÐH ¥ Enlaces tricŽntricos: BÐHÐB, BÐBÐB H H

1.192•

H

B4H10 1.329• Qu’mica Inorg‡nica _ Ingenieros

T-17

H H

B

B H

H

B

H

Qu’mica Inorg‡nica _ Ingenieros

14/1/07

T-18

Boruros met‡licos

! Clasificaci—n:

! El boro se combina con gran cantidad de metales formando compuestos

¥ Closoboranos: cuando todos los

¥

B

H

14/1/07

Otros boranos

¥

H

vŽrtices de los poliedros est‡n ocupados por ‡tomos de B. Son estructuras cerradas, que adoptan œnicamente los boranos ani—nicos [BnHn]2Nidoboranos: boranos neutros de f—rmula BnHn+4 . Se derivan de los closo por eliminaci—n del ‡tomo de B de mayor ’ndice de coordinaci—n, dejando as’ una cara del poliedro abierta. Aracnoboranos: tambiŽn son neutros de f—rmula BnHn+6 Derivan de los nido por eliminaci—n de un ‡tomo de B de la cara abierta

¥

! Aparte de los boranos hay familias de compuestos derivadas: ¥ carboranos ¥ metal-carboranos

Qu’mica Inorg‡nica _ Ingenieros

14/1/07

T-19

s—lidos con estequiometr’as variadas que pasan desde las m‡s simples, como MB, MB2 y M2B, a las m‡s complejas como MB6, MB12 e incluso MB66. Estos compuestos se preparan por una gran variedad de mŽtodos: 1. Combinaci—n directa 2. Reducci—n del —xido o del cloruro met‡lico con boro 3. Reducci—n del —xido de boro con el metal 4. Electrolisis de sales fundidas Estos compuestos tienen una gran importancia pr‡ctica como materiales duros (superduros), estables a temperaturas altas (>3000¼C) y qu’micamente inertes adecuados para fabricar objetos sometidos a altas temperaturas y fricci—n como: ¥ aspas de turbinas ¥ toberas de cohetes ¥ crisoles ¥ pastillas de freno y embrague ¥ hornos de alta temperatura ¥ chalecos antibala ¥ electrodos industriales Qu’mica Inorg‡nica _ Ingenieros

Su distribución está prohibida | Descargado por Luis Vicente ([email protected])

14/1/07

T-20

lOMoARcPSD|1939338

CaB6

Boruros met‡licos

MgB2: superconductor

! Se clasifican en dos grandes grupos: !

! En 2001 se descubri— que el MgB2 es un material

¥ ricos en boro: de estequiometr’as MB4, MB6, MB12, etc. ¥ pobres en boro: de estequiometr’as M2B, MB y MB2, etc. Los ricos en boro contienen poliedros tridimensionales de B acoplados, situ‡ndose el metal en los amplios huecos disponibles ¥ En el caso del MB6 los ‡tomos de B forman una red cœbica simple de

superconductor por debajo de 39K ¥ esta es la temperatura critica mayor conocida para un elemento o compuesto binario

! Propiedades de un superconductor: ¥ Resistencia elŽctrica cero ¥ Diamagnetismo perfecto: las lineas de campo magnŽtico se ven

octaedros B6. Estructura comparable a la del CsCl ¥ Los hexaboruros son semiconductores ¥ Estos boruros ricos en B son muy resistentes al ataque qu’mico y a las variaciones de temperatura debido al red covalente tridimensional que mantienen los ‡tomos de B

repelidas por el material (efecto Meissner)

¥ Muchas aplicaciones tecnol—gicas

! Los boruros ricos en metal mantienen el empaquetamiento propio de la red met‡lica y los ‡tomos de B se sitœan en los huecos. ¥ Suelen ser conductores elŽctricos http://www.chemsoc.org/exemplarchem/entries/igrant/uses_noflash.html

Qu’mica Inorg‡nica _ Ingenieros

T-21

14/1/07

Compuestos con hal—genos: haluros

!

" Reacci—n directa: BCl3 y BBr3

! Los trihaluros de boro, BX3, son compuestos moleculares, vol‡tiles,

altamente reactivos, con enlaces BÐX covalentes: ¥ BF3 es un gas ¥ BCl3 y BBr3 son l’quidos ¥ BI3 es un s—lido blanco ¥ Recuerda que los puntos de fusi—n y ebullici—n aumentan con el peso

imposibilidad de formar el enlace pi en el [BF4]- hace que aumente la distancia de enlace

BI3

T.F.(¼C)

-127

-107

-46

50

T.E. (¼C)

-100

13

91

210

d(BÐF) /pm

gas incolor. gas incolor. liquido incolor.

solido blanco

130

210

175

Qu’mica Inorg‡nica _ Ingenieros

187 14/1/07

utiliza h’bridos sp2 para el enlace, dejando un orbital pz vac’o. Las distancias de enlace son m‡s cortas de lo que cabe esperar para una uni—n simple B-X y las energ’as de enlace algo m‡s elevadas, por lo que se ha propuesto que debe existir algœn tipo de interacci—n entre el orbital pz no enlazado y vac’o del B y los orbitales np llenos de los hal—genos. Contribucion al enlace

! d(BÐF): en el BF3=130 pm mientras que en el [BF4]- es 140 pm. La

molecular al aumentar las fuerzas de Van der Waals.

BBr3

T-22

! MolŽculas trigonales planas, apolares, en las que el ‡tomo de boro

¥ B2O3(S) + 3 CaF2(S) + 3 H2SO4(l) --> 2BF3(g) + 3 CaSO4(s) + 3 H2O(l) ¥ El B puede combinarse con los hal—genos para formar los trihaluros

BCl3

14/1/07

Estructura molecular de los haluros de B

! Obtenci—n:

BF3

Qu’mica Inorg‡nica _ Ingenieros

T-23

Qu’mica Inorg‡nica _ Ingenieros

Su distribución está prohibida | Descargado por Luis Vicente ([email protected])

14/1/07

T-24

lOMoARcPSD|1939338

Propiedades qu’micas de los trihaluros

Propiedades qu’micas de los trihaluros X

! Son ‡cidos de Lewis: BF3(g) + NH3(g) $ F3BNH3(s)

! La capacidad aceptora (su fuerza como ‡cidos de Lewis) var’a en el orden:

B X

BI3 > BBr3 > BCl3 > BF3

X

¥ Es justo el orden inverso al que cabr’a esperar teniendo en cuenta œnicamente la diferencia de electronegatividad y el tama–o de los haluros (impedimento estŽrico).

F

F

B

N

F

¥ Este comportamiento refuerza la idea del doble enlace por H

H

retrodonaci—n entre el orbital pz vac’o del B y los orbitales p llenos del hal—geno.

T-26

14/1/07

Qu’mica Inorg‡nica _ Ingenieros

" El muy electronegativo F deber’a hacer del BF3 el compuesto m‡s receptivo a recibir densidad electr—nica de un ligando potencial " Adem‡s, el peque–o F es el que menos impedimento estŽrico presenta respecto del acercamiento del potencial ligando.

H

Propiedades qu’micas de los trihaluros

Qu’mica Inorg‡nica _ Ingenieros

! El B puede formar compuestos con el ox’geno. Est‡n entre los

protones suaves como el agua (hidr—lisis) y los alcoholes: BCl3 (g) + 3 H2O (l) $ B(OH)3 (ac) + 3 HCl (ac) ¥ Es probable que el primer paso de esta reacci—n, que se produce con gran

m‡s importantes desde el punto de vista industrial

! Enlace B-O: ¥ En los compuestos oxigenados es predominante la hibridaci—n sp2

rapidez sea la formaci—n de la especie Cl3B-OH2 que elimina entonces HCl y sigue reaccionando con el agua.

quedando libre el orbital pz del B para un posible solapamiento con orbitales pz del O (llenos) form‡ndose un enlace p#-p# que refuerza el enlace sencillo $.

! Uso industrial: destaca el BF3 ¥ catalizador en muchas reacciones qu’micas (Friedel-Crafts) ¥ camaras de conteo de neutrones 10BF3

! Cl B Cl Cl

Cl

H

Cl

B

O H

Cl

H

Qu’mica Inorg‡nica _ Ingenieros

Cl

O

B

O H

Cl

H

14/1/07

B

H O

T-27

Compuestos oxigenados

! Los haluros de boro son susceptibles a la solvolisis por dadores de

Cl

14/1/07

¥ La entalp’a de formaci—n del B2O3 es muy alta H¼f=-1250 kJámol-1 ¥ La energ’a de disociaci—n D(BÐO) es elevada (536 kJámol-1) Compuestos oxigenados: ¥ îxido ¥ ÀHidr—xidos? ¥ Boratos

O H T-28

Qu’mica Inorg‡nica _ Ingenieros

Su distribución está prohibida | Descargado por Luis Vicente ([email protected])

14/1/07

T-29

lOMoARcPSD|1939338

îxido de Boro: B2O3

B2O3 y formaci—n de vidrio ! Se utiliza en la fabricaci—n de vidrios resistentes al choque

! El —xido mas relevante es el B2O3 ! El —xido de boro, B2O3, es —xido ‡cido, mientras que los —xidos de !

los elementos m‡s pesados del grupo evolucionan hacia un comportamiento anf—tero y finalmente b‡sico. El —xido de boro, por tanto, reacciona con el agua para dar ‡cido b—rico, B(OH)3 o H3BO3 (bastante higrosc—pico). Es por tanto el anh’drido del ‡cido b—rico:

!

tŽrmico (tipo Pyrex¨). La sustituci—n de sodio por boro en la estructura del vidrio hace que la expansi—n tŽrmica del mismo disminuya permitiendo soportar temperaturas m‡s elevadas El CaO y el B2O3 reaccionan para formar borato c‡lcico Ca3(BO3)2. ¥ Un ani—n —xido se transfiere a la red de B2O3 abriendo un enlace BÐOÐB y reemplaz‡ndolo por dos enlaces BÐO¥ Si se mezclan en cantidades estequiomŽtricas, la totalidad de la red bidimensional se abre y se forman aniones borato [BO3]3- discretos

B2O3 + 3 H2O $ 2 B(OH)3 ! Se prepara fundamentalmente por deshidrataci—n tŽrmica (al rojo) del ‡cido b—rico

O B

! Es muy estable desde el punto de vista qu’mico: ¥ El C s—lo lo reduce llev‡ndolo al rojo blanco ¥ S—lo se reduce a B elemental con metales muy electropositivos como el

[BO3]-3

Mg. ¥ Se disuelve en HF (especie muy reactiva) con formaci—n de BF3. T-30

14/1/07

Qu’mica Inorg‡nica _ Ingenieros

çcido b—rico: B(OH)3

Qu’mica Inorg‡nica _ Ingenieros

T-31

14/1/07

Estructura del ‡cido b—rico

! Usos principales

! Los cristales de ‡cido b—rico son blancos y trasparentes, de aspecto

¥ El ‡cido b—rico es un antisŽptico suave:

escamoso

" en disoluci—n se utiliza para desinfectar ojos y boca " en s—lido forma parte de los polvos que previenen infecciones en los pies

! En s—lido, las unidades B(OH)3 est‡n unidas mediante puentes de hidr—geno en una estructura plana, en capas unidas entre s’ por fuerzas de Van der Waals que explica la textura en escamas de este compuesto

¥ TambiŽn se utiliza para hacer menos inflamable el papel utilizado para empapelar paredes.

!

O

O

¥ El uso mayoritario es para obtener —xido b—rico Es un ‡cido monopr—tico dŽbil (pK1=9,2) ¥ La fortaleza de los oxo‡cidos aumenta con el nœmero de ox’genos

hibridaci—n sp2

d(BÐO)=137 pm

terminales y el a. b—rico no los tiene

! Su naturaleza ‡cida se explica mejor con la definici—n de Lewis que con la de Bršnsted-Lowry, ya que en su actuaci—n como ‡cido acepta un par de electrones de un OH- formando una entidad tetraŽdrica OH B(OH)3 + 2 H2O $ B(OH)4- + H3O+ (OH)3B + OH2 (OH)3B

OH2 + H2O

Qu’mica Inorg‡nica _ Ingenieros

OH2

(OH)3B +

B HO HO

OH

distancias de enlace BÐO sencillo: 154 doble: 131

-

H3O + [B(OH)4] 14/1/07

T-32

Qu’mica Inorg‡nica _ Ingenieros

Su distribución está prohibida | Descargado por Luis Vicente ([email protected])

14/1/07

T-33

lOMoARcPSD|1939338

Hidr—xidos del grupo

Boratos ! El B s—lo se encuentra en la

! El car‡cter met‡lico de los elementos aumenta conforme se desciende en el grupo y con Žl, la basicidad de los hidr—xidos:

!

¥ B(OH)3 como acabamos de decir es en realidad un ‡cido !

(‡cido b—rico) aunque convenga escribirlo como est‡ y no como H3BO3 ¥ Al(OH)3, Ga(OH)3 y In(OH)3 son compuestos anf—teros " La adici—n de disoluci—n b‡sica a las sales de Al o Ga da lugar al precipitado blanco del hidr—xido M(OH)3 que se disuelve para formar el ion M(OH)4-

naturaleza formando oxocompuestos. Se conoce un amplio rango de aniones (polianiones) con presencia de enlaces BÐO. Constan de unidades estructurales b‡sicas: [BO3]3-, y [BO4]4- que se combinan para formar desde entidades oligomŽricas hasta polimŽricas de carga variable ¥ El enlace BÐO es especial debido

¥ Tl(OH)3 no se ha podido aislar ¥

Qu’mica Inorg‡nica _ Ingenieros

Boratos

Unidades [BO3]3-

forman anillos, son pol’meros y tiene estructuras cristalinas en capas. Los orbitales h’bridos sp2 se distribuyen en una geometr’a trigonal plana que favorece la formaci—n de anillos simŽtricos de 6 miembros

Qu’mica Inorg‡nica _ Ingenieros

B

O

O

[BO3]-3 -3

C3V

-4

[BO4]-4

TD -2

Borax: [B4O 5(OH)4]-2 14/1/07

T-35

Boratos m‡s comunes

figura 7.6

! Muchos boratos

!

T-34

14/1/07

a la elevada energ’a de enlace (536 kJámol-1) justificada por la posibilidad de establecer un enlace de tipo p#-p#. La baja electronegatividad del B facilita que el ox’geno actœe como dador intermolecular formando puentes entre dos B

O

! Las sales m‡s importantes del ‡cido b—rico son el b—rax y el peroxoborato ! B—rax Na2B2O7á10H2O es una de las fuentes m‡s importantes de B ¥ En realidad contiene al ani—n [B4O5(OH)4]2- y por tanto se debe formular Na2B4O5(OH)4á8H2O

Unidades [BO4]4-

¥ Tiene una estructura en dos anillos de seis miembros que comparten tres ‡tomos ¥ Se utilizaba a principios del S.XX como un agente de limpieza. Actualmente se ha sustituido por el peroxoborato

! Peroxoborato NaBO3 (tambiŽn denominado perborato) ¥ De nuevo la f—rmula no indica la complejidad estructural del compuesto [B2(O2)2(OH)4]2¥ Se obtiene tratando el b—rax con H2O2: B4O5(OH)42- + 4 H2O2 + 2OH- $ 2[B2(O2)2(OH)4]2- + 3H2O

¥ Agente blanqueante en detergentes para lavadoras. Se hidroliza en H2O (T>60¼C) para dar H2O2 que es el que constituye el agente blanqueante

ambos son boratos tridimensionales Unidades [BO3]3-, y [BO4]4-

Qu’mica Inorg‡nica _ Ingenieros

14/1/07

T-36

Qu’mica Inorg‡nica _ Ingenieros

Su distribución está prohibida | Descargado por Luis Vicente ([email protected])

14/1/07

T-38

lOMoARcPSD|1939338

Combinaciones con el N

Enlace BÐN ! El enlace BÐN es muy fuerte debido a que tambiŽn aqu’ es

! La combinaci—n [BN] B(3e)ÐN(5e) es isoelectr—nica con el

un orbital pz vac’o del B y formar un enlace # que fortalece el enlace sencillo $. ¥ la mayor electronegatividad del N provoca la asimetr’a en la densidad electr—nica

carbono con esta combinaci—n de ‡tomos

! La mayor polaridad del enlace covalente en los derivados

Compuestos an‡logos a las cadenas carbonadas BN

Borazanos y Boracenos

Grafito

Alcanos y Alquenos

Qu’mica Inorg‡nica _ Ingenieros

C-N 335 B-N 446

posible el refuerzo del enlace sencillo por interacci—n # ¥ el par electr—nico libre del orbital pz del N puede solapar con

[CC] C(4e)ÐC(4e). Es posible establecer una comparaci—n de los compuestos de boro-nitr—geno con los compuestos de carbono ¥ Se han intentado obtener an‡logos de compuestos de

nitrogenados es la raz—n del diferente comportamiento qu’mico de respecto a los an‡logos de carbono

Interacci—n p#-p#

orbital lleno N

T-40

14/1/07

BN

Qu’mica Inorg‡nica _ Ingenieros

orbital vac’o B

14/1/07

T-41

14/1/07

T-45

Estructura del BN

! Analog’a estructural con el C y sus variantes alotr—picas. Se han aislado

! La estructura del BN recuerda a la

varias modificaciones estructurales: ¥ estructura en capas semejante al grafito. Mejora sus propiedades lubricantes ¥

¥

del grafito que consiste en una estructura de planos formados por hex‡gonos. En el BN los hex‡gonos estan formados por ‡tomos de B y N alternados y las capas est‡n dispuestas de modo alternado

permitiendo su uso a altas temperaturas si se aplican presiones elevadas se forma una estructura tridimensional como el diamante (BORAZON). Es casi tan duro como el diamante pero muy superior en cuanto a su inercia qu’mica a altas temperaturas. Se prefiere su utilizaci—n como agente abrasivo se han detectado nanotubos de B-N

BN

negro Grafito conductor no se hidroliza f‡cilmente inestable al calor

blanco (grafito blanco) aislante se hidroliza lentamente estable a altas temp.

La diferente electronegatividad de B y N impide la deslocalizaci—n de la nube # Qu’mica Inorg‡nica _ Ingenieros

14/1/07

T-44

Qu’mica Inorg‡nica _ Ingenieros

Su distribución está prohibida | Descargado por Luis Vicente ([email protected])

lOMoARcPSD|1939338

Boracinas

Relaci—n diagonal del B con el Si

! Las boracinas son an‡logos c’clicos de los sistemas anulares arom‡ticos. Uno de los m‡s importantes es la boracina (tambiŽn denominada boraceno por la similitud en cuanto a sus propiedades con el benceno o borazol) Boraceno o borazol

Propiedades del boraceno:

! El B formar un —xido ‡cido s—lido B2O3, parecido en sus !

P.e. = 55¼C estructura en anillo casi plano BÐN = 144 pm NÐH = 102 pm

!

Propiedades del benceno:

!

P.e. = 80.4¼C estructura en anillo plano CÐC = 142 pm CÐH =108 pm

Benceno

PŽrdida parcial de la aromaticidad

propiedades qu’micas al SiO2 pero diferente al Al2O3 que es anf—tero o al CO2 que es ‡cido pero gaseoso El ‡cido b—rico H3BO3 es un ‡cido dŽbil semejante al sil’cico H4SiO4 pero sin parecido con el hidr—xido de aluminio Al(OH)3 que es anf—tero Hay numerosos boratos y silicatos polimŽricos estructuralmente an‡logos con enlaces ÐEÐOÐEÐ extendidos donde se comparte los ox’genos El B forma hidruros gaseosos inflamables (boranos) lo mismo que el silicio (silanos). S—lo existe un hidruro de aluminio y es s—lido

Origen de la diferente reactividad: la boracina tiene una gran tendencia a participar en reacciones de adici—n mientras que el Bz no. Qu’mica Inorg‡nica _ Ingenieros

14/1/07

T-46

Qu’mica Inorg‡nica _ Ingenieros

14/1/07

T-47

Ese metal llamado aluminioÉ. ÓDebemos emplear un metal diferente del hierro." ÓÀCobre?" pregunt— Morgan. ÓNo! Ser’a demasiado pesado. Tengo otro mejor que ofrecerles." ÓÀCu‡l entonces?" pregunt— el mayor "Aluminio!" replic— Barbicane. ÓÀAluminio?" gritaron a coro sus tres colegas. ÓIncuestionablemente amigos m’os. Este valioso metal posee el brillo de la plata, la indestructibilidad del oro, la tenacidad del hierro, la fusibilidad del cobre y la ligereza del vidrio. Es f‡cilmente maleable, muy abundante al formar parte de la mayor parte de las rocas, es tres veces m‡s ligero que el hierro y parece haber sido creado para el expreso prop—sito de proporcionarnos el material ideal para construir nuestro proyectil Extracto de ÓDe la Tierra a la Luna", Julio Verne (1865) Cap’tulo 7 Deliberaci—n acerca del material con el cual construir la nave para alcanzar la Luna

http://www.eaa.net/material/history.asp

El aluminio fue el metal del siglo XX como el Fe fue el metal del s.XIX. Qu’mica Inorg‡nica _ Ingenieros

Su distribución está prohibida | Descargado por Luis Vicente ([email protected])

14/1/07

T-50

lOMoARcPSD|1939338

Propiedades del Aluminio

Propiedades del Aluminio ! El especial atractivo del Al como metal para la construcci—n de

! Es un metal de apariencia brillante ! Es un metal blando (como el Cu y el Sn). Es por tanto f‡cilmente !

! !

moldeable. Sin embargo, algunas de sus aleaciones son m‡s resistentes que el acero. El tercer elemento m‡s comœn en el planeta (tras el O y Si) y el metal m‡s abundante; constituye el 8% de la corteza. No existe en estado met‡lico en la naturaleza. Esta muy disperso en forma de arcillas (silicatos), debiendo ser extra’do de las menas de bauxita Funde a temperaturas m‡s elevadas (600¼C) que la mayor’a de los dem‡s metales. Sin funci—n biol—gica esencial. ¥ Las plantas lo absorben (especialmente la planta del te) y se acumula

!

contacto con Cu y ambientes hœmedos se forma una celda electroqu’mica que oxida al Al.

f‡cilmente en las grasas.

Qu’mica Inorg‡nica _ Ingenieros

14/1/07

estructuras es su baja densidad; es por tanto un metal muy ligero: ¥ Alcalinos son m‡s ligeros pero muy reactivos ¥ Mg d=1.7 gácm-3. Relativamente poco reactivo en estado masivo ¥ Al d=2.7 gácm-3. Ligero y poco reactivo (convenientemente pasivado) ¥ Fe d=7.9 gácm-3. Se oxida con facilidad. Pesado ¥ Au d=19.3 gácm-3. Inerte pero muy pesado Muy buen conductor de la electricidad (2/3 de la conductividad del Cu) pero con las siguientes ventajas ¥ Su ligereza (ideal para los tendidos de alta tensi—n aŽreos) ¥ Su econom’a (actualmente es mucho m‡s barato que el Cu) ¥ A pesar de esto, no se recomienda para los cableados domŽsticos. En

T-51

Propiedades del Aluminio

Qu’mica Inorg‡nica _ Ingenieros

14/1/07

T-52

Reactividad del Aluminio

! Buen conductor del calor

! El aluminio es un metal con potencial de reducci—n muy negativo (E¼=-

¥ Es dos veces mejor conductor del calor que el Cu y 9 veces mejor que el acero. Especialmente apto para fabricar utensilios de cocina.

! Por esta raz—n y por su ligereza se suele emplear en los disipador de

!

calor en los circuitos integrados

!

1.67V) y por tanto es de esperar que sea un elemento f‡cilmente oxidable El Al met‡lico no arde en presencia de O2, pero finamente dividido puede inflamarse bajo determinadas condiciones en una reacci—n muy exotŽrmica, form‡ndose un polvo blanco de alœmina. Explosivos: amonal 2 Al(s) + 3/2 O2(g) ---> Al2O3(s) H=-1676 kJ Apto para combustible de cohetes: ¥ Al: combustible ¥ Perclorato am—nico (NH4ClO4): oxidante ¥ Fe2O3 (catalizador) ¥ Resina para obtener un combustible de la consistencia de la mantequilla de cacahuete que poco a poco se endurece hasta adquirir una consistencia de una goma de borrar

Qu’mica Inorg‡nica _ Ingenieros

14/1/07

T-53

Qu’mica Inorg‡nica _ Ingenieros

Su distribución está prohibida | Descargado por Luis Vicente ([email protected])

14/1/07

T-54

lOMoARcPSD|1939338

Reactividad del Aluminio

Reactividad del Aluminio

! Es resistente a la corrosi—n no por su posici—n en

!

! El Al es tan reactivo que es capaz de reducir a los metales de sus —xidos ! Reacci—n termita que se puede utilizar para soldar in situ objetos

la serie electroqu’mica (muy reductor) sino por la r‡pida formaci—n de una capa de —xido (Al2O3) coherente e inerte que lo pasiva. Cualquier superficie de Al expuesta reacciona r‡pidamente con el diox’geno para formar el Al2O3 ¥ Este forma una capa impermeable de —xido

met‡licos grandes. Se consiguen temperaturas del orden de 3000¼C. Para que se inicie la reacci—n hay que calentarla a una temperatura suficientemente elevada (utilizando la llama de la cinta de Mg) Fe2O3(s) + 2Al(s) ---> Al2O3(s) + 2Fe(l)

(espesor=10-5 mm) que protege a las capas de aluminio subyacentes. El Al se pasiva por formaci—n del —xido de aluminio ¥ El car‡cter inoxidable del Al masivo se debe a motivos de indole cinŽtica ¥ El radio i—nico del ani—n —xido es muy semejante al del Al y por tanto no se modifica la estructura cristalina de la superficie en grado notable " R(O2-) = 126 pm " R(Al) = 143 pm Qu’mica Inorg‡nica _ Ingenieros

14/1/07

T-55

Reactividad del Al

Qu’mica Inorg‡nica _ Ingenieros

14/1/07

T-56

Resumen de reacciones del Al

! Como otros metales pulverizados (Mg) el polvo de Al !

arde con llama para dar una nube blanca de Al2O3: ¥ 4 Al(s) + 3 O2(g) --> 2 Al2O3 Reacciona con los hal—genos exotŽrmicamente ¥ 2 Al(s) + 2 Cl2(g) --> 2 AlCl3(s)

Qu’mica Inorg‡nica _ Ingenieros

14/1/07

T-57

Qu’mica Inorg‡nica _ Ingenieros

Su distribución está prohibida | Descargado por Luis Vicente ([email protected])

14/1/07

T-58

lOMoARcPSD|1939338

Reactividad ‡cido base del Al

Qu’mica acuosa del Al ! En disoluci—n acuosa, el cati—n Al+3 sufre reacciones de hidr—lisis:

! Como el Be es un metal anf—tero: reacciona tanto

[Al(OH2)6]3+(ac) + H2O(l) --> [Al(OH2)5(OH)]2+ (ac) + H3O+(ac) [Al(OH2)5(OH)]2+ (ac) + H2O(l) --> [Al(OH2)4(OH)2]+ (ac) + H3O+(ac)

con ‡cidos como con bases (con acidos oxidantes HNO3 se pasiva):

‡cido de Bršnsted

" Por esta raz—n las sales de Al(III) son ‡cidas (acidez semejante al acŽtico)

! Cuando basifican las disoluciones de Al(III) precipita el Al(OH)3

¥ 2 Al (s) + 6 H3O+ (ac) --> 2 [Al(OH2)6]3+ (ac) + 3 H2(g)

Al+3(ac) + 3OH-(ac) --> Al(OH)3(s)

¥ 2 Al (s) + 2 OH- (ac) + 6 H2O (l) ---> 2 [Al(OH)4]- (ac) + 3 H2(g)

¥ El Al(OH)3 es una base bastante insoluble que se utiliza como anti‡cido Al(OH)3 + 3H+(ac) --> Al3+(ac) + 3 H2O(l) ¥ De aspecto gelatinoso, se redisuelve a pH altos (pH>10) formando el aluminato

" reacci—n de interŽs en limpiadores de tuber’as atascada

dcha: HCl izqd: NaOH

tetrahidroxoaluminato(III): [Al(OH)4]-

hexaacuoaluminio(III): [Al(OH2)6]3+ Qu’mica Inorg‡nica _ Ingenieros

14/1/07

HCl

T-59 HNO 3

Formaci—n de aluminato

Qu’mica Inorg‡nica _ Ingenieros

14/1/07

T-61

Obtenci—n del Al ! El Al era considerado un metal

Al+3(ac) + OH-(ac) --> Al(OH)3 (s) + OH-(ac) --> [Al(OH)4]-(ac) Otras bases m‡s dŽbiles como el NH3 o NaCO3 no son capaces de redisolver el hidr—xido

!

semiprecioso extremadamente caro, hasta que en 1886 los j—venes Charles Martin Hall (21 a–os, EEUU) y Paul HŽroult (23 a–os, Francia) descubrieron, de forma independiente, un mŽtodo factible para obtenerlo electrolizando el Al2O3, . La producci—n industrial de Al consta de tres etapas ¥ Extracci—n del mineral bauxita ¥ Obtenci—n de alœmina pura mediante el proceso Bayer

¥ Electrolisis: proceso Hall-HŽroult (1886)

http://www.world-aluminium.org/production/ Qu’mica Inorg‡nica _ Ingenieros

14/1/07

T-62

Qu’mica Inorg‡nica _ Ingenieros

Su distribución está prohibida | Descargado por Luis Vicente ([email protected])

14/1/07

T-63

lOMoARcPSD|1939338

Purificaci—n de Al2O3

Purificaci—n de Al2O3

! El mineral bauxita contiene Al2O3 (—xido anf—tero que !

Disoluci—n del Al2O3 impuro: Al2O3áxH2O(s) + 2 OH-(ac) --->2[Al(OH)4]- (ac)

se disuelve en NaOH) y Fe2O3 (—xido b‡sico que no se disuelve en NaOH) La extracci—n del Al2O3 se realiza por digesti—n (calentamiento y reacci—n) de la bauxita finamente pulverizada con hidr—xido s—dico caliente para dar el aluminato soluble:

Precipitaci—n del hidr—xido: 2[Al(OH)4]- (ac) + H3O+ (ac) ---> Al(OH)3(s) + 2H2O(l) Sedimentaci—n del hidr—xido

Al2O3áxH2O(s) + 2 OH-(ac) --->2[Al(OH)4]- (ac)

¥ Los materiales insolubles, especialmente el Fe2O3, se eliminan por filtraci—n en forma de lodos rojos altamente contaminantes por su alta basicidad

! Cuando se enfr’a la disoluci—n y se acidifica un poco el medio, la reacci—n se desplaza hacia la formaci—n del —xido trihidratado (Al2O3á3H2O=Al(OH)3) 2[Al(OH)4]- (ac) + H3O+ (ac) ---> Al(OH)3(s) + 2H2O(l)

! Calcinaci—n del hidr—xido en un horno rotatorio para obtener el —xido anhidro 2 Al(OH)3(s) ---> Al2O3(s) + 3H2O(g) Qu’mica Inorg‡nica _ Ingenieros

14/1/07

T-64

Electrolisis de la alœmina Al2O3

!

T-65

! La celda electrol’tica Sšderberg trabaja a

elevado (2030¼C). Fundido conduce mal la electricidad. No es viable su electrolisis en estado fundido. La alœmina se disuelve (15%) en criolita (Na3AlF6) a 950¼C. Ese fundido si conduce la electricidad eficazmente. Fue el paso clave encontrado por Hall y HŽroult. Detalles de la cŽlula electrol’tica (Sšderberg): ¥ C‡todo es un recubrimiento de C en la cuba de acero ¥ Los ‡nodos tambiŽn son de C (se consumen). ¥ El Aluminio (l) es m‡s denso que el medio electrol’tico

bajo potencial (6V) pero a alta corriente (150.000 A). ¥ El consumo de electricidad es enorme: hacen

¥ salida de CO2

¥

falta unos 16 kWh para producir 1 kg de Al. (Obtener 1 kg de Cl2 a partir de la electrolisis del NaCl cuesta 3 kWh) La producci—n de Al se concentra en pa’ses como Canad‡ o Noruega productores de energ’a hidroelŽctrica a bajo coste. El consumo de electricidad ha ido disminuyendo progresivamente de forma acusada

! Es un metal que puede ser reciclado muchas

y se recoge en el fondo de la cuba

veces a un coste mucho menor que el que supone su obtenci—n. La energ’a necesaria para reciclar Al es solamente un 5% de la energ’a necesaria para producir el metal a partir de la bauxita. Por eso es tan interesante el reciclado. En USA el 50% del Al se produce por reciclado de Al de desecho.

Reacciones electrol’ticas Oxidaci—n: 3 C(s) + 3 O2 ---> 3 CO2(g) Reducci—n 2 Al2O3 ---> 4Al + 3 O2 Global 3C(s) + 2 Al2O3 ---> 4 Al(l) + 3 CO2(g) Qu’mica Inorg‡nica _ Ingenieros

14/1/07

Costes energŽticos. Reciclado de Al

! Proceso Hall-HŽroult (1886) ! El punto de fusi—n del Al2O3 es extremadamente

!

Qu’mica Inorg‡nica _ Ingenieros

14/1/07

T-66

Qu’mica Inorg‡nica _ Ingenieros

Su distribución está prohibida | Descargado por Luis Vicente ([email protected])

14/1/07

T-67

lOMoARcPSD|1939338

Aplicaciones del Al

Producci—n de Al: Problemas medioambientales

! Numeros’simas sus aplicaciones bien

! La producci—n de Al genera cuatro productos secundarios que

puro o sus aleaciones ¥ Veh’culos de transporte: autom—viles,

crean problemas medioambientales: ¥ Lodo rojo (con alto contenido Fe2O3) que se produce en la purificaci—n

aviones, barcos, trenes

¥ Construcci—n de edificios ¥ Cables de transporte elŽctrico ¥ Contenedores de productos

de la bauxita es fuertemente b‡sico ¥ Fluoruro de hidr—geno producido cuando la criolita reacciona con los restos de humedad de la alœmina ¥ Los —xidos de carbono producidos en el ‡nodo ¥ Los fluorocarbonos producidos por reacci—n del flœor con el ‡nodo de carbono

! Debido a que la extracci—n de Al consume tanta energ’a y a que su producci—n tiene tantas implicaciones ecol—gicas, el reciclaje del aluminio es especialmente conveniente.

Qu’mica Inorg‡nica _ Ingenieros

14/1/07

T-68

Aplicaciones de aleaciones de Al

¥ ¥ ¥ ¥

!

una resistencia mec‡nica limitada | reflectores, intercambiadores de calor, recubrimiento de edificios, etc. Serie 2000: Cu(5%) | buena tenacidad y maleabilidad | utilizada para ciertas partes de los aviones Serie 3000: Mn(1.2%) | moderada resistencia pero alta maleabilidad | utensilios de cocina, tanques de almacenamiento, muebles, se–ales de tr‡fico.. Serie 4000: Si( Al(OH)3(s) + 3 HCl(g) ¥ BCl3(s) + 3 H2O (l) ---> B(OH)3(s) + 3 HCl(g)

‡cido Lewis

base Lewis

microcristalina (polvo) y corind—n cuando esta en forma cristalina. ¥ El corind—n es una piedra preciosa ! zafiro blanco. Inclusiones de otros metales dan lugar a otras piedras preciosas

¥ (a) Rub’ es alœmina con Cr(III) sustituyendo a algunos Al(III) ¥ (b) Zafiro es alœmina con peque–as cantidades de Fe(III) y Ti(IV) ¥ (c) Topacio es alœmina con peque–as cantidades de Fe(III)

aducto

Qu’mica Inorg‡nica _ Ingenieros

el humo blanco es consecuencia de la reacci—n del HCl generado con NH3 formando el NH4Cl 14/1/07

T-72

îxido de Al

! !

14/1/07

T-73

Aluminio anodizado ! La oxidaci—n an—dica es un proceso por el cu‡l se utiliza una

! La estructura cristalina est‡ formada por Al+3 y O2- unidos por !

Qu’mica Inorg‡nica _ Ingenieros

enlaces i—nico fuertes. Por esto es una material muy duro utilizado como abrasivo. Tiene un alto punto de fusi—n (2020¼C) y se utiliza como recubrimiento en hornos y calderas y como soporte de catalizadores en procesos industriales. Material refractario Es una sustancia bastante inerte qu’micamente Es un —xido anf—tero

!

!

!

corriente elŽctrica para producir una capa de —xido Al2O3 (0.01mm) de forma controlada de modo que Žsta proteja la superficie de posteriores oxidaciones. El objeto a anodizar se utiliza como ‡nodo (oxidaci—n) con un c‡todo de grafito en un ba–o de H2SO4. La semirreacci—n an—dica es la siguiente: ¥ 2 Al(s) + 3H2O(l) ---> Al2O3(s) + 6 H+ + 6 eLa capa de —xido, de porosidad y espesor variables, tiene unas propiedades excepcionales: ¥ anticorrosivo ¥ colorizable manteniendo las propiedades met‡licas del Al ¥ mejores cualidades mec‡nicas El Al2O3 es m‡s duro que el acero y m‡s resistente a los golpes. Por eso al anodizar la superficie se puede utilizar el Al para fabricar utensilios de cocina de alta calidad. ¥ Los utensilios de cocina de Al normal son demasiado blandos para un uso profesional intensivo

! Durante el proceso de anodizado se puede a–adir color a la

superficie. El color forma parte de la estructura de la superficie y por tanto no se ve alterado por golpes o ralladuras.

Qu’mica Inorg‡nica _ Ingenieros

14/1/07

T-74

Qu’mica Inorg‡nica _ Ingenieros

Su distribución está prohibida | Descargado por Luis Vicente ([email protected])

14/1/07

T-75

lOMoARcPSD|1939338

Sulfato de Al y alumbres

Sulfato de Al y tratamiento de aguas

! El Al2(SO4)3á18H2O es el compuesto de Al m‡s ! !

! Se utilizan cantidades enormes de Al2(SO4)3 en el tratamiento de

importante desde el punto de vista comercial. En USA se obtienen mas de un mill—n de tn/a–o. Uso mayoritario: la purificaci—n de aguas como agente floculante (coagulante). ¥ Se ajusta el pH de modo que, al a–adir el sulfato,

precipite el AlOH3 arrastrando los s—lidos suspendidos en el agua.

!

! Alumbres: son una familia extensa de sales dobles de f—rmula general M(I)M(III)(SO4)2á12H2O donde M(I)= cati—n monovalente excepto Li+; M(III)= cati—n trivalente

aguas ya que permite precipitar finas part’culas en suspensi—n que de otro modo ser’an muy dif’ciles de filtrar. El agente floculante es el Al(OH)3 2 Al+3(ac) + 3 (CO3)2- + 3 H2O --> 2 Al(OH)3(s) + 3 CO2(g) 2 Al+3(ac) + 3 HCO3- --> 2 Al(OH)3(s) + 3 CO2(g) + 3H+ El Al+3(ac) es capaz de aglutinar las part’culas s—lidas en suspensi—n que normalmente est‡n cargadas negativamente y de este modo facilitar su agregaci—n

Al, Ga, In, Fe, É ¥ Forman unos cristales transparentes muy bellos ¥ El sulfato de potasio y aluminio (alumbre de potasa) se utilizan tambiŽn en la industria del tinte.

Qu’mica Inorg‡nica _ Ingenieros

14/1/07

T-76

Al(OH)3

14/1/07

T-77

Compuestos de Al como agentes espumantes

! Es un hidr—xido anf—tero:

! La reacci—n entre el

¥ reacciona con ‡cidos del mismo modo que lo hacen los hidr—xidos de los metales (de car‡cter b‡sico). Se utiliza como anti‡cido. " Al(OH)3(s) + 3H3O+(ac) ---> [Al(H2O)6]+3(ac)

¥ pero tambiŽn reacciona con las bases: " Al(OH)3(s) + OH-(ac) ---> [Al(OH)4]-(ac)

! El Al(OH)3 tiene la propiedad de fijar los colorantes que se utilizan !

Qu’mica Inorg‡nica _ Ingenieros

El Al(OH)3, forma un para te–ir los tejidos naturales: algod—n, lana, etc. Sin esta fijaci—n precipitado blanco de el color se perder’a con rapidez aspecto algodonoso. En estas condiciones puede La sustancia que se comercializa como mordiente es el sulfato de capturar impurezas s—lidas aluminio. La hidr—lisis del Al(III) en medio b‡sico forma el suspendidas en el agua precipit‡ndolas al fondo hidr—xido:

Al2(SO4)3 y el Na2CO3 produce el Al(OH)3 gelatinoso y CO2 que no puede escapar f‡cilmente produciŽndose unas burbujas que forman la espuma que a’sla el material del ox’geno que alimenta las llamas Al2(SO4)3(ac) + 3 Na2CO3(ac) + 3H2O --> 2 Al(OH)3(s) + 3 CO2(g) + 3 Na2SO4(ac)

Al2(SO4)3(ac) + 6 NH3(ac) + 6 H2O(l) ---> 2 Al(OH)3(s) + 3 (NH4)2SO4(ac)

! Los tejidos se sumergen en una disoluci—n de sulfato de aluminio y despuŽs en otra de amon’aco. De ese modo precipita el hidr—xido entre las fibras del tejido. Son las finas part’culas del hidr—xido las que fijan el colorante.

Qu’mica Inorg‡nica _ Ingenieros

14/1/07

T-78

Qu’mica Inorg‡nica _ Ingenieros

Su distribución está prohibida | Descargado por Luis Vicente ([email protected])

14/1/07

T-79

lOMoARcPSD|1939338

Aspectos biol—gicos del Al. Toxicidad

Tl: Efecto del par inerte

! En los lagos acidificados la concentraci—n de Al+3 suele ser !

! Los elementos del grupo tienen una c.e.: ns2np1. ! Conforme se baja en el grupo aumenta la dificulta para ionizar los

elevada. Est‡ demostrado que es causa de una elevada mortandad de peces. Problema del uso en tratamiento de aguas A pesar de su abundancia en la corteza terrestre, el aluminio no parece desempe–ar un papel esencial en los organismos vivos. Sin embargo parece que su efecto no es nada beneficioso ¥ Se ha propuesto una cierta relaci—n entre el Al y el s’ndrome de

electrones s y, por consiguiente, la valencia m‡xima del elemento disminuye en 2 respecto de la valencia m‡xima ¥ En este grupo se estabiliza la valencia +1 ¥ El efecto del par inerte se incrementa en los grupos siguientes: 14, 15 y 16

Alzheimer (1981). No est‡ demostrado cient’ficamente. ¥ El Al puede afectar a personas con problemas de ri–—n. En personas que sufren dialisis se identifica la denominada demencia de la di‡lisis:

! Los compuestos de Tl+ son muy venenosos ¥ El radio del Tl+ es muy semejante al del K+. Si se ingiere una sal de Tl+, interfiere en los roles biol—gicos del K+ al que sustituye

" s’ntomas: desorden verbal, perdida de memoria, convulsiones y muerte en un a–o " la gravedad de la enfermedad aumenta si las aguas utilizada en la di‡lisis tienen una elevada concentraci—n de Al " el Al es una potencial neurotoxina

! El tŽ contiene una elevada concentraci—n de Al(III). La adici—n de lim—n o leche permite la formaci—n de complejos que lo inactivan. Qu’mica Inorg‡nica _ Ingenieros

14/1/07

T-80

Qu’mica Inorg‡nica _ Ingenieros

Su distribución está prohibida | Descargado por Luis Vicente ([email protected])

14/1/07

T-81