INVESTIGACIÓN QUÍMICA

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  1. INVESTIGACION QUIMICA GRUPOS 4-5-6-7 DE LA TABLA PERIODICA Y SUS ELEMENTOS MARIANA VASQUEZ CASTIBLANCO INSTITUCION EDUCATIVA EXALUMNAS DE LA PRESENTACION IBAGUE 11 –…
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  • 1. INVESTIGACION QUIMICA GRUPOS 4-5-6-7 DE LA TABLA PERIODICA Y SUS ELEMENTOS MARIANA VASQUEZ CASTIBLANCO INSTITUCION EDUCATIVA EXALUMNAS DE LA PRESENTACION IBAGUE 11 – 1 2019
  • 2. INTRODUCCION En este trabajo se busca evidenciar como los distintos elementos de la tabla periodica reaccionan ante sus propiedades naturales y artifiales, asi mismo la manera en la que se enlazan y como convivien con otros compuestos. OBJETIVOS  Identificarcada uno de los grupos de la tabla periodica a estudiar ( 4 - 5 - 6 - 7 ) con su respectivo nombre.  Evidenciarlas caracteristicas de cada uno de los elementos segun su categoria.  Reconocer los riesgos de toxicidad de los elementos que puedan ser peligrosos para la salud humana en un nivel alarmante.  Analizar de manera critica cada uno de los aportes dados por la investigacio y/o consulta que se realiza.
  • 3. MARCO TEORICO En el trabajo propuestoporla docente, vemos una recoleccion de varios elementos que de manera muy basica tenemos conocimiento de ellos, uno de estos es la tabla periodica;Que segun la pagina web: wikipedia, Es una dispocicion ordenadade los elemtos quimicos en un formato de tabla,ordenadosporsu numero atomico (numero de protones),porsu configuracion genetica y sus propiedades quimicas. Este esta marcado porunas tendencias periodicas,como el comportamiento similaren la misma columna. “La tabla y la ley periódica, son el corazón de la química” - THEODOR BENFEY – Las filas de la tabla se denominan períodos ylas columnas grupos. Algunos grupos tienen nombres. Así porejemplo el grupo 17 es el de los halógenos y el grupo 18 el de los gases nobles. La tabla también se divide en cuatro bloques con algunas propiedades químicas similares. Debido a que las posiciones están ordenadas,se puede utilizarla tabla para obtener relaciones entre las propiedades de los elementos,o pronosticarpropiedadesde elementos nuevos todavía no descubiertos o sintetizados. La tabla periódica proporciona un marco útil para analizarel comportamiento químico yes ampliamente utilizada en química y otras ciencias.
  • 4. Dmitri Mendeléyev publicó en 1869 la primera versión de tabla periódica que fue ampliamente reconocida. La desarrolló para ilustrartendenciasperiódicas en las propiedadesde los elementos entonces conocidos,al ordenar los elementos basándose en sus propiedadesquímicas, si bien Julius Lothar Meyer, trabajando por separado,llevó a cabo un ordenamiento a partirde las propiedades físicas de los átomos. Mendeléyevtambién pronosticó algunaspropiedadesde elementos entonces desconocidos que anticipó que ocuparíanlos lugares vacíos en su tabla. Posteriormente se demostró que la mayoría de sus predicciones eran correctas cuando se descubrieron los elementos en cuestión. La tabla periódica de Mendeléyevha sido desde entonces ampliada y mejorada con el descubrimientoo síntesis de elementos nuevos y el desarrollo de modelos teóricos nuevos para explicarel comportamiento químico. La estructura actual fue diseñada por Alfred Werner a partirde la versión de Mendeléyev.
  • 5. DESARROLLO GRUPO IV: GRUPO DEL CARBONO El cuarto grupo de la seccion A de la tabla periodica le pertenece a el grupo del carbono,este es integrado porlos elemetos:  Carbono (C)  Silicio (Si)  Germanio (Ge)  Estaño (Sn)  Plomo (Pb) Aunque con las nuevas normas actualies ahora es reconocido como el grupo 14, en el campo de la fisica de los semiconductores yen algunos de la quimica sigue siendo el grupo IV. PROPIEDADES QUIMICAS Al igual que otros grupos,los elemetos de este grupo poseen similitudes en su configuración electrónica,ya que poseen la misma cantidad de electrones en el último nivel o subnivel de energía.Eso explica las similitudes en sus comportamientosquímicos. Z ELEMENTO DISTRIBUCION ELECTRONICA/VALENCIA 6 Carbono 2 , 4 14 Silicio 2 , 8 , 4 32 Germianio 2 , 8 , 18 , 4 50 Estaño 2 , 8 , 18 , 18 , 4 82 Plomo 2 , 8 , 18 , 32 , 18 , 4
  • 6. - REPRESENCION DE LOS NIVELES DE ENERGIA DE CADA ELEMENTO SEGUN EL ORDEN DE LA TABLA PERIODICA –
  • 7. Cada uno de estos elementos posee 4 electrones en su capa externa,En la mayoria de los casos, los elementos comparten sus electrones; la tendencia a perder electrones aumenta a medida que el tamaño del átomo aumenta..  El carbono es un no metal que forma iones negativos bajo forma de carburos (4-). El silicio y el germanio son metaloides con número de oxidación +4. o El carbono forma tetrahaluros con los halógenos. o El carbono se puede encontrarbajo la forma de tres óxidos:dióxido de carbono (CO2), monóxido de carbono (CO) y dióxido de tricarbono(C3O2). o El carbono forma disulfuros ydiselenios  El silicio forma dos hidruros:SiH4 y Si2H6. El silicio forma tetrahalurosde silicio con flúor,cloro e yodo.El silicio también forma un dióxido yun disulfuro.La fórmula química del nitruro de silicio es Si3N4.  El germanio forma dos hidruros:GeH4 y Ge2H6. El germanio también fomrma tetrahaluros con todos los halógenos,excepto con el astato y forma di dihaluros con todos los halógenos excepto con el bromo y el astato. o El Germanio también forma dióxidos,disulfuros ydiselenios.  El estaño forma dos hidruros:SnH4 y Sn2H6.El estaño forma tetrahalurosy dihaluros con todos los halógenos menos con el Astato.  El plomo forma hidruros bajo la forma de PbH4. Forma dihalurosy tetrahaluroscon el flúory con el cloro. También forma tetrabromuros ydihioduros. o El estaño y el plomo son metales que también tienen un estado de oxidación +2. PROPIEDADES FISICAS
  • 8. 1. Los puntos de ebullición en el grupo del carbono tienden a disminuir a medida que se desciende en el grupo. o El carbono es el más ligero del grupo, el mismo sublima a 3825°C. o El punto de ebullición del silicio es 3265°C, el del germanio es 2833°C, o El del estaño es 2602°C y el del plomo es 1749°C. 2. Los puntos de fusión tienen la misma tendencia que su punto de ebullición. o El punto de fusión del silicio es 1414°C, o El del germanio 939°C o El estaño es 232°C o El plomo 328°C.3 3. La estructura cristalina del carbono es hexagonal,a altas presiones y temperaturas se encuentra bajo la forma de diamante. 4. La densidad de los elementos del grupo del carbono tiende a aumentarcon el aumento del número atómico. o El carbono tiene una densidad de 2,26 g/cm3 o La densidad del silicio es de 2,33 g/cm3 o La densidad del germanio es de 5,32 g/cm3 o El estaño tiene una densidad de 7,26 g/cm3 o El plomo es de 11,3 g/cm3 .3 5. El radio atómico de los elementos del grupo del carbono tiende a aumentara medida que aumenta el número atómico. o El radio atómico del carbono es de 77 picometros o El del silicio es de 118 picómetros o El del germanio es de 123 picómetros o El del estaño es de 141 picómetros o El del plomo es de 175 picómetros
  • 9. ALOTROPOS El carbono posee varios alótropos.El más común es el grafito, que es el carbono en forma de hojas apiladas.Otra forma de carbono es el diamante. Una tercera forma alotrópica del carbono es el fullereno,que tiene la forma de láminas de átomos de carbono dobladas que forman una esfera. Un cuarto alótropo del carbono,descubierto en 2003, se llama grafeno, y está en forma de una capa de átomos de carbono dispuestos en forma similara la de un panal. El silicio tiene dos alótropos,el amorfo y el cristalino.El alótropo amorfo es un polvo marrón,mientras que el alótropo cristalino es gris y tiene un brillo metálico. El estaño tiene dos alótropos:α-estaño,también conocido como estaño gris, y β-estaño. El estaño se encuentra típicamente en la forma β-estaño.Sin embargo a presión normal el β-estaño se convierte a α-estaño,pasando de un metal plateado a un polvo gris, a temperaturas inferiores a los 56º Fahrenheit.Esto puede hacer que los objetos de estaño a temperaturas bajas se desmoronen en un proceso conocido como "la pudrición del estaño". NUMERO ATOMICO Al menos dos de los elementos del grupo IV (estaño y plomo) tienen núcleo mágicos, lo que significa que estos elementos son más comunes y más estables que los elementos metálicos que no tiene un núcleo mágico.
  • 10. ISOTOPOS Existen 15 isótopos conocidos de carbono.De ellos,tres son de origen natural. El más común de todos ellos es el carbono-12 estable, seguido porel carbono-13estable. El carbono-14es un isótopo radiactivo natural con una vida media de 5.730 años. Se han descubierto 23 isótopos de silicio,cinco de ellos son de origen natural. El más común es de silicio-28estable, seguido de silicio-29estable y estable de silicio-30.Silicio-32es un isótopo radiactivo que se produce naturalmente como un resultado de la desintegración radiactivade los actínidos. Silicio-34 también se produce de forma natural como resultado de la desintegración radiactivade los actínidos. Hasta el momento se han descubierto 32 isótopos de Germanio,cinco de ellos son de origen natural. El más común es el isótopo estable de germanio-74,seguido porel isótopo estable de germanio-72,el isótopo estable de germanio-70,y el isótopo estable de germanio-73. El isótopo de germanio-76es un radioisótopo. Se han descubierto 40 isótopos de estaño,14 de ellos se producen en la naturaleza. El más común es el isótopo estable estaño-120,seguido porel isótopo estable estaño-118,el isótopo estable estaño-116,el isótopo estable estaño-119,el isótopo estable estaño-117,el radioisótopo estaño-124, el isótopo estable estaño-122m el isótopo estable estaño-112y el isótopo estable estaño-114.
  • 11. El estaño también tiene cuatro radioisótopos que se producen como resultado de la desintegración radiactiva de uranio. Estos isótopos son el estaño-121, estaño-123,estaño-125,y el estaño- 126. Se han descubierto 38 isótopos de plomo,9 de ellos son de origen natural. El isótopo más común es el radioisótopo plomo-208,seguido porel plomo-206,el radioisótopo plomo-207,yel radioisótopo plomo-204. Cuatro isótopos de plomo se producen a partirde la desintegración radiactiva del uranio y el torio.Estos isótopos son el plomo-209,el plomo-210,el plomo-211 y plomo-212.
  • 12. GRUPO V: GRUPO DEL NITROGENO El grupo cinco de la seccion a le pertenece al grupo del nitrógeno que está compuesto porlos elementos químicos del grupo 15 de la tabla periódica,Estos elementos también reciben el nombre de pnicógenos o nitrogenoideos:  Nitrógeno (N)  Fósforo (P)  Arsénico (As)  Antimonio (Sb)  Bismuto (Bi) PROPIEDADES A alta temperatura son muy reactivos y a veces forman enlaces covalentes entre el N y el P y enlaces iónicos entre Sb y Bi y otros elementos. El nitrógeno reacciona con O2 y H2 a altas temperaturas. Ejemplo de reacción con H2: N2 + 3H2 → 2NH3 El bismuto reacciona con O2 y con halógenos,formando bismitay bismutina entre otros compuestos. Propiedad N P As Sb Bi Estructura electrónicaexterna 2s² 2p³ 3s² 3p³ 4s² 4p³ 5s² 5p³ 6s² 6p³ Densidad(kg/m³) 1'25 (1) 1.820 5.780 6.690 8.900 Puntode fusión(°C) -210 44 814 613 271 1ª Energía de ionización(kJ/mol) 1.402 1.012 947 834 703 Electronegatividad 3'0 2'1 2'1 1'9 1'8 Estadosde oxidacióncomunes -3, +5 ±3, +5 ±3, +5 ±3, +5 ±3, +5
  • 13. GRUPO VI: ANTIGENO El grupo cinco o el grupo de los anfígenos o calcógenos es también llamado familia del oxígeno,formado porlos siguientes elementos:  Oxígeno (O)  Azufre (S)  Selenio (Se)  Telurio (Te)  Polonio (Po) El nombre de anfígeno en español deriva de la propiedadde algunos de sus elementos de formar compuestos con carácter ácido o básico. - Aunque todosellos tienen seis electrones de valencia (última capa s2 p4 ) - Sus propiedades varíande no metálicas a metálicas en cierto grado, conforme aumenta su número atómico. - El oxígeno y el azufre se utilizan abiertamente en la industria yel telurio y el selenio en la fabricación de semiconductores. CARACTERISTICASIMPORTANTES Para adquirirla configuración electrónica de octeto típica de un gas noble,estos elementos deben aceptarun par de electrones,por lo que generalmente presentan estados de oxidaciónnegativo,aunque al descender en el grupo los potenciales de ionización son más pequeños y se presentan también estados de oxidaciónpositivos más típicos de los metales.
  • 14. El oxígeno existe abundantemente en la tierra,en el aire y combinado en el agua, formando óxidos,hidróxidos yalgunas sales. El azufre también se presenta en abundancia,tanto en estado elemental como combinado. El selenio y el telurio se encuentran libres y combinados,aunque con menos abundancia.Finalmente, el polonioes un elemento radiactivo que se encuentra escasamente presente en la naturaleza,en forma de sales.Este grupo de elementos también se combina con algunos metales formando calcogenuros. La reactividad de estos elementos varía desde el oxígeno no metálico y muy electronegativo,hasta el polonio metálico.El oxígeno presenta unas propiedadesmuydistintas de los otros elementos del grupo, pues su diferente reactividad nace del pequeño tamaño del oxígeno,que le hace muy oxidante y,por tanto,muy reactivo.
  • 15. GRUPO VII: HALOGENO El grupo siete o el grupo de Los halógenos (o formador de sales) son los elementos químicos que forman el grupo VII de la tabla periódica:  Flúor (F)  Cloro (Cl),  Bromo (Br)  Yodo (I)  Astato (At) CARACTERISTICASGENERALESY ESPECIFICAS DE ALGUNOS COMPUESTOS - En estado natural se encuentran como moléculas diatómicas químicamente activas [X2] - Para llenarporcompleto su último nivel energético (s2 p5 ) necesitan un electrón más, por lo que tienen tendencia a formar un ion mononegativo,X- Este ion se denomina haluro;las sales que lo contienen se conocen como haluros. - Poseen una electronegatividad ≥ 2.5 según la escala de Pauling, presentando el flúorla mayor electronegatividad,ydisminuyendo ésta al bajaren el grupo. - Son elementos oxidantes (disminuyendo esta característica al bajaren el grupo), y el flúor es capaz de llevar a la mayor parte de los elementos al mayor estado de oxidación. - Muchos compuestos orgánicos sintéticos,y algunos naturales, contienen halógenos;a estos compuestos se les llama compuestos halogenados.
  • 16. - La hormona tiroideacontiene átomos de yodo. - Los cloruros tienen un papel importante en el funcionamientodel cerebro mediante la acción del neurotransmisorinhibidorde la transmisiónGABA (ácido gamma-amino butírico). - Algunos compuestos presentanpropiedadessimilares a las de los halógenos,porlo que reciben el nombre de pseudohalógenos. - Puede existirel pseudohalogenuro,pero no el pseudohalógeno correspondiente.Algunos pseudohalogenuros: cianuro (CN- ), tiocianato(SCN- ),fulminato (CNO- ),etc. - Los fenicios y los griegos de la antigüedad utilizaronla sal común para la conservación de alimentos,especialmente en la salazón del pescado. CARACTERÍSTICAS Los halógenos muestran tendencias en su energía de enlace de arriba abajo en la tabla periódica con fluoruro mostrando una desviación mínima. Muestran tener una energía de enlace fuerte con otros átomos pero interacciones débiles con la molécula diatómica de F2. Lo cual significa que a medida en que se desciende en la tabla periódica la reactividad del elemento disminuye porel aumento en el tamaño del átomo. Los halógenos son altamente reactivos,porlo que pueden ser dañinos para organismos biológicos en suficientes cantidades. Su alta reactividad se debe a la alta electronegatividadque sus átomos presentan porsus cargas nucleares altamente efectivas.
  • 17. Los halógenos tienen 7 electrones de valencia en su capa de energía externa porlo que al reaccionarcon otro elemento satisfacen la regla del octeto.Fluoruro es el más reactivo de los elementos,ataca a materiales inertes como el vidrio y forma compuestos con los gases nobles inertes. Es un gas corrosivo y altamente tóxico. COMPUESTOS Los halógenos forman moléculas diatómicas homonucleares (no comprobado con ástato). Debido a sus fuerzas intermoleculares relativamente débiles el cloro y el fluórforman parte del grupo de “gases elementales”. Entre los compuestos formados porhalógenos se encuentran los haluros de hidrógeno,haluros metálicos,interhalógenos. HALUROS DE HIDRÓGENO. Todos los haluros de hidrógeno,HX, son gases a 298K y tienen un olor ácido intenso. La combinación directa de H2 y X2 para formar HX solo puede utilizarse en la síntesis de cloruro y bromuro.El fluoruro de hidrógeno se prepara tratando los fluoruros adecuados con H2SO4 concentrado y las reacciones análogas preparan HCl. Las reacciones análogas con bromuros y yoduros tienen como resultado la oxidación parcial de HBr o HI a Br2 o I2 y así la síntesis tiene lugarcon PX3 .
  • 18. HALUROS METÁLICOS Todos los haluros de metales alcalino tienen estructura NaCl o CsCl y su formación puede considerarse en términos del ciclo de Born- Haber. La reacción del sodio con cloruro es: 2Na + Cl2 → 2NaCl En ausencia de disolvente, el cambio de energía asociado con la reacción implica: La diferencia en términos de energía en enlace C-Cl y C-F (no depende de M) La diferencia entre la afinidad electrónica de F y Cl (no dependen de M) La diferencia de energía de red entre MF y MCl (que dependen de M) La mayorparte de los difluorenos metálicoscristalizancon estructura CaF2 o de rutilio y para la mayoría de ellos es adecuado un modelo iónico simple. Los tricloruros metálicos son cristalograficamente más complejos que los difluoruros,pero normalmente se presentan en estructuras tridimensionales simétricas ymuchos contienen centros metálicos octaédricos (a veces distorsionados). La mayorparte de los tetrahalurosmetálicos son o bien especies volátiles (SnCl4 ,TiCl4),o contienen anillos o cadenas con puentes M-F-M (SnF4); los puentes metal-halógenos son mas largos que los enlaces terminales. Los penta haluros metálicos pueden poseer estructuras de cadenas o anillos (NbF5)o estructuras moleculares (SbCl5),mientras que los hexaluros son moleculares yoctaedros (UF6, MoF6) .
  • 19. En general en aumento de oxidación tiene como resultado un cambio estructural a lo largo de la serie iónica tridimensional capas o polímero molecular. INTERHALÓGENO Un interhalógenoes un compuesto que contiene dos o más átomos de halógenos diferentes (flúor, cloro,bromo, yodo o ástato). La mayoría de los interhalógenos conocidos son binarios (compuestos de dos elementos distintos). Su fórmula general es XYn, donde n = 1, 3, 5 ó 7, y X es el halógeno menos electronegativo. Todos ellos son propensos a la hidrólisis, y se ionizan para dar lugar a iones polihalogenados. No hay compuestos interhalogenadosque contengan tres o más halógenos diferentes que sean definitivamente conocidos, aunque algunos libros reclaman que IFCl2 y IF2Cl han sido sintetizados456 7 y estudios teóricos indicanque algunos compuestos en la serie BrClFn son apenas estables. TIPOS DE INTERHALÓGENOS o Interhalógenos diatómicos: Los interhalógenos de la forma XY tiene propiedades físicas intermedias entre los dos halógenos que los componen.El enlace covalente entre los dos átomos tiene algo de carácter iónico. El halógeno menos electronegativo,X,está siendo oxidadoy tiene una carga parcial positiva.Todas las combinaciones de fluór,cloro,bromo y yodo que tiene la fórmula general mencionada arriba son conocidos, pero no todos son estables.
  • 20. Algunas combinaciones de ástato con otros halógenos ni siquiera son conocidas y las que lo son,son altamente inestables. Monofluoruro de cloro (CIF) es el compuesto interhalógenado más ligero. CIF es un gas incoloro con un punto de ebulliciónnormal de - 100ºC. Monofluoruro de bromo (BrF) no ha sido obtenido como un compuesto puro,se disocia en trifluoruro ybromo libre.Se sintetiza de acuerdo a la siguiente reacción Br2(l) + F2(g)→ 2BrF(g) Monofluoruro de yodo (IF) es inestable y se descompone a 0ºC, se desproporciona en yodo elemental y pentafluoruro de yodo. Monocloruro de bromo (BrCl) es un gas rojo-café con un punto de ebullición de 5ºC. Monocloruro de yodo (ICl) existe como cristales rojos transparentes que se derriten a 27
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