QUÍMICA CQU210

Instituto de Ciencias Naturales Facultad de Educación

INGENIERIA EN MINAS Y TECNICO EN OPERACIONES MINERAS.

DIURNO / VESPERTINO.

Semana 10

Elementos de los grupos V A y VI A.

2014 SEMESTRE 2

MATERIAL PROPIEDAD DE UDLA. AUTORIZADA SU UTILIZACIÓN SÓLO PARA FINES ACADÉMICOS.

Contenidos de la Clase

Elementos del grupo V A, principales compuestos de interés

químico, biológico e industrial.

Bibliografía asociada a la Clase

•Atkins Jones. Principios de Química .Quinta Edición , Octubre 2012

• Chang Raymond. Química. Novena Edición, 2009.

Webibiliografia.

http://www.lenntech.es/periodica/elementos/al.htm

Clase 19: Grupo V A

Objetivos de las Clase

• Conocer y comprender las características y propiedades

tanto fiscas como químicas de los elementos del grupo V A.

• Conocer los métodos de obtención de los principales

elementos del grupo V A.

• Conocer y comprender los principales usos y aplicaciones de

los elementos del grupo V A.

GRUPO V A “NITROGENOIDES”

NITROGENO

FOSFORO

ARSENICO

ANTIMONIO

BISMUTO

En este grupo las propiedades

físicas y químicas varían

bruscamente, desde el nitrógeno

que es un gas casi no reactivo, a

través del fosforo levemente no

metálico que se enciende en aire,

hasta los metaloides

semiconductores como el arsénico

y el antimonio, siendo el bismuto el

único elemento considerado

metálico.

NITROGENO • EL nitrógeno a temperatura ambiente,

es un gas incoloro, inodoro e insípido,

no combustible, diamagnético, en

estado líquido también es incoloro e

inodoro y se parece al agua.

El nitrógeno sólido es incoloro.

• El nitrógeno molecular es el principal constituyente de la atmósfera ( 78% en volumen).

• Es constituyente de todas las proteínas (vegetales y animales) y de los ácidos nucleícos.

• Su principal fuente mineral es el nitrato de sodio.

• Es muy poco reactivo debido al fuerte enlace triple que posee.

http://definicion.de/wp-

content/uploads/2009/11/nitrogeno.JPG

•Z: 7

•Configuración: [He] 2s22p3

•MM: 14,01 g/mol

•Punto de fusión: -210 °C

•Punto de ebullición: -196°C

•Densidad: 1,04 g/cc

•Electronegatividad: 3,0

http://www.lenntech.es/periodica/elementos/n.htm

METODOS DE OBTENCION DE NITROGENO.

• Se obtiene de la atmósfera (su fuente inagotable) por licuación y destilación fraccionada.

• Se obtiene, muy puro, mediante descomposición térmica a

(70 ºC) del nitrito amónico en disolución acuosa.

• Por descomposición de amoniaco (1000 ºC) en presencia de níquel en polvo.

APLICACIONES DEL NITROGENO. Manufactura de fertilizantes.

• Se utiliza en la industria del petróleo para incrementar la presión en los pozos y forzar la salida del crudo.

• Se usa como atmósfera inerte en tanques de explosivos líquidos.

• Producción de amoniaco, reacción con hidrógeno en presencia de un catalizador. (Proceso Haber-Bosch).

• El nitrógeno líquido se utiliza como refrigerante en la industria alimentaria

SINTESIS DEL AMONIACO (PROCESO HABER-BOSCH)

• El amoniaco es uno de los compuestos que se produce en

mayor cantidad (alrededor de 100 millones de toneladas).

APLICACIONES

• Fertilizantes.

• Productos quimicos (HNO3)

• Explosivos (NH4NO3)

• Fibras (NYLON).

SINTESIS DE AMONIACO

• ES UN PROCESO CATALÍTICO, CORRESPONDE A UNA REACCIÓN QUÍMICA MUY SIMPLE:

3H2 (g) + N2 (g) 2NH3 (g) ΔH= - 92,4 Kj/mol

• Proceso exotérmico.

• Favorecido termodinámicamente a altas presiones (100 a 300 bar) y bajas temperaturas (450°C).

http://www.textoscientificos.com/quimica/inorganica/nitrogeno/compuestos-nitrogeno

EFECTOS AMBIENTALES DEL NITROGENO

• Los humanos han cambiado radicalmente los suministros de nitratos y nitritos. La mayor causa de la adición de nitratos y nitritos es el uso intensivo de fertilizantes.

• El uso de nitratos y nitritos como agentes conservantes en las comidas, provoca elevadas concentraciones de nitrógeno en el agua subterránea y aguas superficiales y en la comida crece en gran medida.

EFECTOS DEL NITROGENO EN LA SALUD

Nitratos y nitritos son conocidos por causar varios efectos sobre la salud : • Reacciones con la hemoglobina en la sangre (nitritos). • Disminución del funcionamiento de la glándula tiroidea.

(nitrato) • Bajo almacenamiento de la vitamina A. (nitrato) • Producción de nitrosaminas, las cuales son conocidas como

una de las más común causa de cáncer. (nitratos y nitritos)

FOSFORO

• El fósforo desempeña un papel fundamental en varios aspectos de la bioquímica y la química ambiental.

• Se encuentra en la naturaleza en forma de minerales que contienen fosfatos.

▪ Z: 15

▪ MM: 30,97 g/mol

▪ Configuración: [Ne] 3s23p3

▪ Punto de fusión: 44,2°C

▪ Punto de ebullición: 280 °C

▪ Electronegatividad: 2,1

• Hay por lo menos 6 clases de fósforo (alótropos); los más

importantes son: blanco (o amarillo), rojo, negro y violeta.

• El fósforo blanco, extremadamente tóxico y se inflama espontáneamente si se expone al aire. Es un sólido blanco ceroso. Al ser calentado en ausencia de O2 se convierte en fósforo rojo (P2) mas estable no arde en presencia de aire, es insoluble, en agua, es menos venenosa que la forma blanca .

http://www.fotosimagenes.org/fosforo-rojo http://eltamiz.com/2008/03/22/conoce-tus-elementos-el-fosforo/

http://concurso.cnice.mec.es/cnice2005/93_iniciacion_interactiva_materia/curso/materiales/tabla_period/p.htm

http://descubrirlaquimica.wordpress.com/guia-de-los-elementos-quimicos/el-fosforo/

METODOS DE OBTENCION DE FOSFORO

• Se obtiene por métodos electroquímicos, en atmósfera seca, a partir del mineral (fosfato) molido mezclado con coque y arena. Calentado a 1400 ºC en un horno eléctrico o de fuel.

2Ca3(PO4)2 +10 C +6 SiO2 P4(g)+ 6CaSiO3 + 10CO

Calentando suavemente el fósforo blanco se transforma en

Fósforo rojo.

FUNCION BIOLOGICA

• Los compuestos de fósforo intervienen en funciones vitales para los seres vivos por lo que esta considerado como un elemento químico esencial, está presente en los grupos fosfato del RNA y del DNA Las células lo utilizan para almacenar y transportar la energía mediante el adenosin

trifosfato (ATP)

http://www.cienciahoy.org.ar/hoy27/atp.htm

APLICACIONES DEL FOSFORO

• El fósforo rojo se usa en la fabricación de fósforos de seguridad.

• El fósforo puede utilizarse en: pesticidas, pirotecnia, bombas incendiarias, bombas de humo, balas trazadoras, etc.

• El trisulfuro de tetrafósforo P4S3 constituye la masa incendiaria de las cerillas.

• El hidruro de fósforo, PH3 (fosfina), es un gas enormemente venenoso. Se emplea en el dopado de semiconductores y en la fumigación de cereales.

• El fósforo (sobre todo blanco y rojo) se emplea principalmente en la fabricación de ácido fosfórico, fosfatos y polifosfatos (detergentes).

• Los fosfatos desempeñan un papel esencial en los procesos biológicos de transferencia de energía: metabolismo, fotosíntesis, función nerviosa y muscular. Los ácidos nucléicos que forman el material genético son polifosfatos y coenzimas.

ACIDO FOSFORICO Y SUS SALES

• El uso mas importante del ácido fosfórico y sus sales se encuentra en los detergentes y fertilizantes. Los fosfatos de los detergentes suele encontrarse como tripolifosfato de sodio.

Eutrofización; un problema medioambiental relacionado con el fósforo

• La eutrofización (enriquecimiento en nutrientes de las aguas) produce un crecimiento excesivo de algas y otras plantas acuáticas.

• Al morir, las plantas se depositan en el fondo de los ríos, embalses o lagos, generando residuos orgánicos.

• Los residuos orgánicos se descomponen y consumen gran parte del oxígeno disuelto afectando a la vida acuática y matando por asfixia la fauna y flora.

EUTROFIZACION

• La eutrofización se acelera con los fosfatos procedentes de las aguas residuales y los restos de fertilizantes utilizados en agricultura.

http://triplenlace.com/2012/09/27/eutrofizacion-causas-y-efectos/

http://pendientedemigracion.ucm.es/info/diciex/proyectos/agua/contaminacion_riosylagos.html

EFECTOS DEL FOSFORO EN LA SALUD

El fósforo en su forma pura es blanco, este es extremadamente

venenoso y en muchos casos la exposición a él es fatal.

En la mayoría de los casos la gente que muere por fósforo blanco

ha sido por tragar accidentalmente veneno de rata. Antes de que

la gente muera por exposición al fósforo blanco, a menudo

experimentan náuseas, convulsiones en el estómago y

Desmayos.

El fósforo blanco puede causar quemaduras en la piel, dañar el

hígado, corazón y riñones.

ARSENICO

▪ Z: 33

▪ MM: 74,92 g/mol

▪ Configuración: [Ar]3d104s24p3

▪ Electronegatividad: 2,1

▪ Punto de fusión: 613°C

http://iesfelanitx.org/departaments/fisica-quimica/orfila/arsenico.htm

Método de obtención del Arsénico Se obtiene a partir del mineral arsenopirita (FeAsS), mediante

calentamiento, el arsénico sublima y queda un residuo sólido de sulfuro ferroso.

Usos y aplicaciones del Arsénico

El arsénico se utiliza en los bronces, en pirotecnia y como dopante en

transistores y otros dispositivos de estado sólido.

El arseniuro de galio se emplea en la construcción de láseres ya que

convierte la electricidad en luz coherente.

El óxido de arsénico (III) se emplea en la industria del vidrio, tambien

como veneno.

Los sulfuros de arsénico; por ejemplo, el oropimente, se usan como

colorantes.

ANTIMONIO

▪ Z: 51

▪ MM: 121,75 g/mol

▪ Configuración: [Kr]4d105s25p3

▪ Electronegatividad: 1,9

▪ Punto de fusión: 630,5°C

▪ Punto de ebullición: 1380 °C

http://www.lenntech.es/periodica/elementos/sb.htm

Métodos de obtención de Antimonio • Se obtiene fundiendo el mineral estibina, para concentrarlo en Sb2S3

y éste se tuesta a Sb2O3 el cual se reduce con carbón. Se purifica

mediante fusión por zonas.

• Se obtiene como subproducto en los procesos metalúrgicos de cobre

y plomo.

Usos y aplicaciones del Antimonio •Usado en la tecnología de semiconductores para fabricar detectores

infrarrojos, diodos y dispositivos de efecto Hall.

•Aleado con plomo incrementa la dureza de este metal. Se usa para

baterías, aleaciones antifricción, armas pequeñas, balas trazadoras,

revestimientos de cables, etc.

•El sulfuro de antimonio (III) se emplea en la obtención de antimonio,

para preparar la masa inflamable de las cerillas, en fabricación de

vidrios coloreados, barnices y en pirotecnia.

•El cloruro de antimonio (III) se usa como catalizador.

BISMUTO

▪ Z: 83

▪ MM: 208,98 g/mol

▪ Configuración: [Xe]4f145d106s26p3

▪ Electronegatividad: 1,9

▪ Punto de fusión: 271,3°C

▪ Punto de ebullición: 1560 °C

http://www.lenntech.es/periodica/elementos/bi.htm

Métodos de obtención del Bismuto • A partir de los minerales que contienen bismuto, se obtiene el

óxido de bismuto (III), el cual se reduce con carbón a bismuto bruto.

Se purifica mediante fusión por zonas.

• Se obtiene como subproducto del refinado de metales como: plomo,

cobre, oro, plata y estaño.

Usos y aplicaciones del Bismuto •Aleado junto a otros metales tales como: estaño, cadmio, ..., origina

materiales de bajo punto de fusión utilizadas en sistemas de detección y

extinción de incendios.

•Aleado con manganeso se obtiene el "bismanol" usado para la

fabricación de imanes permanentes muy potentes.

•Se emplea en termopares y como "carrier" de 235U o 237U del combustible

de reactores nucleares.

•Se emplea como catalizador en la obtención de fibras acrílicas.

•El óxido de bismuto (III) se emplea para fabricar vidrios de alto índice de

refracción y esmaltes de color amarillo.

•El oxicloruro de bismuto, BiOCl, se emplea en cosmética y en fabricación

de perlas artificiales.

Clase 20: Grupo VI A

Contenidos. Elementos del grupo VI A, principales compuestos de interés

químico, biológico e industrial.

Bibliografía asociada a la Clase

•Atkins Jones. Principios de Química .Quinta Edición , Octubre 2012

• Chang Raymond. Química. Novena Edición, 2009

Webibliografia. http://www.lenntech.es/periodica/elementos/al.htm

Objetivos

• Conocer y comprender las características y propiedades tanto

fiscas como químicas de los elementos del grupo VI A.

• Conocer los métodos de obtención de los principales

elementos del grupo VI A.

• Conocer y comprender los principales usos y aplicaciones de

los elementos del grupo VI A.

GRUPO VI A “CALCOGENOS”

OXIGENO

AZUFRE

SELENIO

TELURIO

POLONIO

Los elementos de este grupo forman compuestos con los no metales y lo hacen compartiendo electrones, es decir, por medio de enlaces covalente. A estos elementos solo les faltan dos electrones para completar su octeto.

.

OXIGENO

• Es el elemento más abundante en la corteza terrestre(46%). La atmósfera contiene 21%en volumen.

• Alotropía:

El oxígeno elemental presenta dos alótropos: O2 y O3

• El oxígeno es una unidad fundamental de todas las biomoléculas

• El oxígeno es un gas incoloro, inodoro, insípido,

paramagnético .

• El oxígeno es un agente oxidante fuerte

http://portalacademico.cch.unam.mx/materiales/al/cont/exp/qui/qui1/u2/oxigeno/img/Q1u2oa9p0201-c.png

PROPIEDADES DEL OXIGENO

▪ Z: 8

▪ MM: 15,99 g/mol

▪ Configuración: [He] 2s22p4

▪ Electronegatividad: 3,5

▪ Punto de fusión: -218,8°C

▪ Punto de ebullición: -183 °C

http://atonomisados.wikispaces.com/

METODOS DE OBTENCION

• Licuación del aire y destilación fraccionada del mismo (99% de la producción).

• Electrólisis de agua.

• Calentamiento de clorato de potasio con dióxido de manganeso como catalizador

2KClO3 (s) 2KCl(s) + O2(g)

http://cluster-divulgacioncientifica.blogspot.com/2012_06_01_archive.html

APLICACIONES DEL OXIGENO

• Utilizado en hospitales para favorecer la respiración de los pacientes con problemas cardiorrespiratorios. Se debe mezclar con gases nobles, pues inhalar oxígeno puro puede ser peligroso.

• Utilizado en soldadura oxiacetilénica.

• Síntesis de metanol y de óxido de etileno.

• Combustible de cohetes.

• Hornos de obtención de acero.

• Por acción de descargas eléctricas o radiación ultravioleta sobre el oxígeno se genera el ozono.

• Agente blanqueador del papel.

EFECTOS DEL OXIGENO EN LA SALUD

• Si uno se expone a grandes cantidades de oxígeno durante mucho tiempo, se pueden producir daños en los pulmones.

• El oxígeno es normalmente almacenado a temperaturas muy bajas y por lo tanto se deben usar ropas especiales.

OZONO : O3

• Es un gas venenoso de color azulpálido y olor irritante.

• El gas no se puede guardar mucho tiempo porque se descompone fácilmente a O2

• El ozono se puede preparar haciendo pasar electricidad a través de O2 seco: 3O2 (g) 2O3(g)

http://www.aragonaire.es/ozone.php?n_action=tropospheric

TOXICIDAD DEL OZONO • Es posible que el ozono cause mutaciones.

• El ozono puede causar daño en la reproducción.

• Respirar el ozono puede irritar la nariz y la garganta.

• Respirar el ozono puede irritar los pulmones y causar tos y/o falta de aire. Exposiciones mayores pueden causar una acumulación de líquido en los pulmones (edema pulmonar)

• El contacto del ozono líquido con la piel o los ojos puede producir severas quemaduras.

• La exposición repetida puede causar daño a los pulmones.

• En ocasiones se utiliza en el tratamiento de aguas en lugar cloro doméstico.

• Preparación de productos farmacéuticos

AZUFRE

∙ Z: 16

∙ MM: 32,06 g/mol

∙ Configuración: [Ne] 3s23p4

∙ Electronegatividad: 2,5

∙ Punto de fusión: 119,0°C

∙ Punto de ebullición: 444,6°C

http://www.100ciaquimica.net/temas/tema11/punto6.htm

METODOS DE OBTENCION. • Se obtiene de domos salinos de la costa del Golfo de México

mediante el método Frasch: se introduce agua sobrecalentada (180 ºC) que funde el azufre y, con ayuda de aire comprimido, sube a la superficie.

http://www.textoscientificos.com/quimica/inorganica/azufre/obtencion-aplicaciones

APLICACIONES • Fabricación de ácido sulfúrico Este ácido se emplea para:

producción de abonos minerales (superfosfatos), explosivos, seda artificial, colorantes, vidrios, en acumuladores, como desecante y reactivo químico.

• Fabricación de pólvora negra. • Vulcanización del caucho. • Fabricación de cementos y aislantes eléctricos. • Fabricación de cerillas, colorantes y también como fungicida

(vid). • El dióxido de azufre sirve para obtener ácido sulfuroso

además de sulfúrico. Las sales del ácido sulfuroso tienen aplicaciones en la industria papelera, como fumigantes, blanqueadores de frutos secos, ...

EFECTOS DEL AZUFRE SOBRE LA SALUD • Efectos neurológicos y cambios comportamentales

• Alteración de la circulación sanguínea

• Daños cardiacos

• Efectos en los ojos y en la vista

• Fallos reproductores

• Daños al sistema inmunitario

• Desórdenes estomacales y gastrointestinales

• Daños en las funciones del hígado y los riñones

• Defectos en la audición

• Alteraciones del metabolismo hormonal

• Efectos dermatológicos

• Asfixia y embolia pulmonar

EFECTOS AMBIENTALES DEL AZUFRE

• El azufre se aplica extensivamente en las industrias y es emitido al aire

http://impactosambientalesctsinfotecnoarboit.blogspot.com/

MATERIAL ACADÉMICO PROPIEDAD DE UDLA ELABORADO POR EQUIPO QUIMICA CQU210

LIDER ACADEMICO: Adriana Toro Rosales. Elaboracion material: Paola Gallegos Mardones.