Capitulo 15 “ELEMENTOS DEL GRUPO 16”
1. Escriba ecuaciones químicas balanceadas para las siguientes reacciones químicas: a. hierro finamente dividido con dioxígeno 2 Fe(s) + 3 O2(g) 2 Fe2O3(s) b. sulfuro de bario sólido con trioxígeno. BaS(s) + 4 O3(s) BaSO4(s) + 4 O2(g) c. dióxido( 2 - ) de bario sólido con agua BaO2(s) + 2 H2O(l) Ba(OH)2(aq) + H2O2(aq) d. solución de hidróxido de potasio con dióxido de carbono 2 KOH(aq) + CO2(g) K2CO3(aq) + H2O(l) e. solución de sulfuro de sodio con ácido sulfúrico diluido Na2S(aq) + H2SO4(aq) Na2SO4(aq) + H2S(g) f.
solución de sulfito de sodio con ácido sulfúrico Na2SO3(aq) + H2SO4(aq) Na2SO4(aq) + SO2(g) + H2O(l)
g. solución de sulfito de sodio con ciclooctaazufre 8 Na2SO3(aq) + S8(s) 8 Na2S2O3(aq)
2. Escriba ecuaciones químicas balanceadas para las siguientes reacciones químicas: (a) calentamiento de clorato de potasio 2 KClO3(s) 2 KCl(s) + 3 O2(g) (b) óxido de hierro(II) sólido con ácido clorhídrico diluido FeO(s) + 2 HCl(aq) FeCl2(aq) + H2O(l) (c) solución de cloruro de hierro(II) con solución de hidróxido de sodio FeCl2(aq) + 2 NaOH(aq) Fe(OH)2(s) + 2 NaCl(aq) (d) octasulfuro de dihidrógeno con dicloruro de octaazufre en etoxietano H2S8(eth.) + S8Cl2(eth.) S16(s) + 2 HCl(g) (e) calentamiento de sulfato de sodio con carbono Na2SO4(s) + 2 C(s) Na2S(l) + 2 CO2(g) (f) trióxido de azufre gaseoso y ácido sulfúrico líquido SO3(g) + H2SO4(l) H2S2O7(l) (g) ion peroxodisulfato con ion sulfuro S2O82-(aq) + S2-(aq) 2 SO42-(aq) + S(s)
3. ¿Por qué el polonio es el único elemento de este grupo que se puede clasificar como metal? R// Porque el polonio es el único elemento del grupo que tiene una baja resistencia eléctrica suficiente para ser considerado metal. 4.
Analice las diferencias fundamentales entre el oxígeno y los demás elementos del grupo 16. R// El oxigeno forma dobles enlaces mientras que los otros elementos del grupo pocas veces forman multiples enlaces. Otra es que el oxigeno esta limitado por 4 enlaces covalentes mientras que los elementos del grupo usualmente tienen mas de 6.
5. Defina los términos siguientes: (a) pirofórico; Metales finamente divididos que son espontáneamente inflamable en el aire. (b) polimorfos; se definen como diferentes estructuras cristalinas en las que las unidades del compuesto, que son idénticas, se acomodan de diferente forma. (c) efecto cooperativo; una molécula de oxígeno forma un enlace covalente con cada uno de los cuatro átomos de hierro de una molécula de hemoglobina. 6. Defina los términos siguientes: (a) óxido de metales mixtos; Porciones de óxido en la que hay dos o más iones metálicos diferentes. (b) vulcanización; la formación de enlaces cruzados de disulfuro entre las cadenas de carbono, para fortalecer el caucho (c) proceso Claus; La producción de azufre elemental a partir del sulfuro de hidrógeno del gas natural 7. ¿Por qué la atmósfera de la Tierra es tan diferente químicamente de la de Venus? R//Porque la fotosíntesis interviene en la conversión de dióxido de carbono a oxigeno en la atmosfera de la tierra, en cambio en venus no hay oxigeno solamente dióxido de carbono. 8. El agua de ríos y lagos se usa comúnmente en las plantas generadoras de electricidad para enfriamiento. ¿Por qué puede representar esto un problema para los peces? R// porque el oxígeno es mas soluble en agua helada que en agua caliente. Como resultado hay menos oxigeno hábil en aguas calientes para los peces.
9. Prediga el orden de enlace en el catión de trioxígeno, O3+, Explique su razonamiento. ¿El ion es paramagnético o diamagnético?
1 R// El orden de enlace debe ser la de la capa de ozono en sí, sobre 1 2 . Utilizando el enfoque de orbital molecular, el electrón se retira de uno de los orbitales no enlazantes , por lo que no habría ningún efecto sobre la orden de enlace . A partir de los modelos de unión simples, obtenemos el mismo resultado. Además, en comparación con la molécula de dióxido de nitrógeno isoelectrónico , podríamos argumentar que el electrón se perdería del par solitario del oxígeno central, abriendo el ángulo de enlace a más de 120 ° 10. Como hemos visto, el dioxígeno forma dos aniones, O2- y O2 2- con longitudes de enlace de 133 pm y 149 pm, respectivamente; la longitud del enlace en la molécula de dioxígeno es de 121 pm. Además, el dioxígeno puede formar un catión, O2+. La longitud de enlace aquí es de 112 pm. Use un diagrama de orbitales moleculares para deducir el orden de enlace y el número de electrones no apareados en el catión de dioxígeno. ¿El orden de enlace es el que cabría esperar por la longitud del enlace? R// El orden de enlace debería de ser 2 1 ( ver el diagrama ) y el ion debe 2 tener un electrón no apareado . La longitud del enlace es de hecho más corto que en la molécula de dioxígeno (orden de enlace 2)
11. El óxido de dibromo se descompone arriba de -40°C. ¿Esperaría usted que e! ángulo de enlace Br-O-Br sea mayor o menor que el ángulo Cl-O-Cl del óxido de dicloro? Explique su razonamiento. R// Es de esperar que un ángulo mayor de óxido de dibromo en comparación con el óxido de dicloro , tanto de la regla de Bent y de la consideración de hacinamiento estérico por los dos grandes átomos de bromo . *** 12. El osmio forma óxido de osmio(VIII), OsO4 pero el fluoruro con el número de oxidación más alto para el osmio es el fluoruro de osmio(VII), OsF7. Sugiera una explicación. R// El oxígeno puede causar a menudo un estado de oxidación más alto que el flúor porque el oxígeno es capaz de formar un enlace pi usando sus orbitales 2p completos y orbitales d vacíos en el elemento al que está unido . Alternativamente se puede argumentar que el osmio no es lo suficientemente grande como para caber ocho átomos de flúor a su alrededor.
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13. Sugiera una estructura para la molécula O2F2 explicando su razonamiento. Determine el número de oxidación deloxígeno en este compuesto y coméntelo. / Ver el diagrama . El número de oxidación +1 para el oxígeno es extremadamente rara y el resultado de cada átomo está intercalado entre un átomo de flúor más electronegativo un lado y un átomo de oxígeno idéntica en el otro. 14. El mineral tortveitita, Sc2Si2O7, contiene el ion [O3Si-O-SiO3]6- . El ángulo de enlace Si-O-Si en este ion tiene el valor desusado de 180°. Utilice conceptos de hibridación para explicar esto. R// asumiendo que el atomo de oxigeno esta usando hibridación sp los orbitales proveen el enlace. Mientras que los otros dos orbitales 2p están siendo usados para formar enlaces con el orbital de silicio 3d vacio. 15. El compuesto F3C-0-0-0-CF3 es inusitado según la química del oxígeno. Explique por qué. R// entre los elementos del grupo 16 solo el azufre forma cationes. Con la alta estabilidad de enlaces múltiples de oxigeno, es extremadamente raro encontrar cadenas de atomos de oxigeno. Es probable que la alta electronegatividad del final del grupo extraiga densidad electrónica lejos de la cadena de oxigeno para estabilizarlo. 16. El bario forma un sulfuro con fórmula BaS2. Utilice un enfoque de número de oxidación para explicar la estructura de este compuesto por qué existe este compuesto, pero no compuestos similares con otros metales alcalinotérreos.
R// Disulfuro de bario sería un compuesto iónico de fórmula Ba2+S2 2- . La estructura de electrones de puntos de los siguientes iones de disulfuro, donde puede verse que el número de oxidación de cada uno de azufre debe ser 1. La formación de este compuesto puede ser visto como análoga a BaO2; de bario es el único metal alcalinotérreo para formar un dióxido de (2-). Por lo tanto se utiliza el argumento de un catión bajo cargo densidad (grande, baja carga) estabilizar un gran aniones. 17. Dibuje estructuras de las siguientes moléculas y iones: (a) ácido sulfúrico; (b) ion SF5-; (c) tetrafluoruro de azufre; (d) la molécula de SOF4. (Sugerencia: El oxígeno está en el plano ecuatorial).
18. Dibuje estructuras de las siguientes moléculas y iones: (a) ion tiosulfato; (b) ácido pirosulfúrico; (c) ácido peroxodisulfúrico; (d) la molécula de SO2C12
19. Sugiera una estructura para la molécula de S4(NH)4 Explique su razonamiento. R// La estructura se basa probablemente en el anillo S8. Como la combinación NH tiene el mismo número de electrones externos como el azufre, podría simplemente reemplazar átomos de azufre alternos alrededor del anillo y retener la misma configuración electrónica. 20. El difluoruro de diazufre, S2F2'se convierte rápidamente en tiotionilfluoruro, SSF2. Construya diagramas puntuales para estas dos moléculas. Use números de oxidación para explicar por qué ocurre este reacomodo. R// El azufre rara vez, o nunca, tiene un número de oxidación de +1, como sería el caso de la estructura difluoruro de diazufre. Los números de oxidación de -1 y +3 en la estructura de tiotionilfluoruro se asemejan a las dos diferentes en el ion tiosulfato. 21. La molécula inestable SO4 contiene un anillo de tres miembros que incluye el átomo de azufre y dos átomos de oxígeno. Los otros dos átomos de oxígeno están unidos con dobles enlaces al átomo de azufre. Dibuje una fórmula puntual para el compuesto. Luego, deduzca los estados de oxidación de cada átomo de la molécula y demuestre que no intervienen estados de oxidación anormales. R// Los átomos de oxígeno terminales tienen estados de oxidación normales de -2, mientras que el azufre tiene el valor común de +6. Los átomos de oxígeno enlazados son de tipo peróxido con estados de oxidación de -1.
22. Describa los peligros de: (a) e! trioxígeno; (b) ion hidróxido; (c) e! sulfuro de hidrógeno. (a) trioxigeno es un gas muy tóxico, causando daños severos en los pulmones. (b) de iones hidróxido es muy corrosivo, particularmente en solución concentrada en la piel causando una capa de color blanco opaco. (c) El sulfuro de hidrógeno es un gas extremadamente tóxico, causando dolores de cabeza y náuseas en bajas concentraciones y la muerte en concentraciones más altas. 23. Describa, utilizando una ecuación química, porqué la "lechada" era un material tan eficaz y económico para pintar. R// La lechada de cal era eficaz porque el hidróxido de calcio reacciona con dióxido de carbono del aire para formar carbonato de calcio opaco
24. Aunque el azufre forma cadenas, no tiene la extensa química que tiene e! carbono. Explique brevemente por qué. R// Mientras que el carbono puede formar cuatro enlaces, porque el azufre tiene seis electrones de valencia, por lo general, forma dos enlaces en sus estados de oxidación bajos. Así, cuando las cadenas de formas de azufre, otros átomos o iones pueden adherirse sólo a los extremos de las cadenas. 25. Describa los cambios que sufre el ciclooctaazufre a medida que se calienta. Explique las observaciones en términos de cambios en la estructura molecular. R// Como el azufre sólido amarillo se calienta, se funde primero en hacerle un baja viscosidad, líquido de color paja. Esto consiste en moléculas S8. A medida que aumenta la temperatura, el líquido se oscurece y se vuelve muy viscoso. Durante este intervalo, los anillos S8 están rompiendo para formar largas cadenas poliméricas. A temperaturas más altas aún, la viscosidad disminuye a medida que la longitud de cadena promedio disminuye. Cuando el líquido hierve verde gaseoso, las moléculas S8 se producen, y a temperaturas aún más altas, el gas se vuelve violeta como los anillos se rompen en moléculas S2 análogos a O2. 26. Describa las características fundamentales de los procesos Frasch y Claus. El proceso Frasch implica el bombeo de aire comprimido y vapor de agua sobrecalentado en camas subterráneas de azufre. La espuma de azufre fundido, aire, y el agua sube a la superficie y se bombea en tanques gigantescos donde se deja enfriar. El azufre sólido se rompe por explosivos en grumos. El proceso Claus implica la combustión de sulfuro de hidrógeno a dióxido de azufre. 27. El ángulo de enlace del teluriuro de hidrógeno, H2Te, es de 89.5°; el del agua es de 104.5°. Sugiera una explicación. R// La cercanía del ángulo de enlace en H2Te a 90 ° sugiere que el átomo de teluro central es el uso de orbitales p puros en su unión.
28. Explique por qué una solución de sulfuro de sodio huele a sulfuro de hidrógeno. R// El ion sulfuro es la base conjugada del sulfuro de hidrógeno ácido muy débil, por lo que en presencia de trazas de agua, el siguiente equilibrio se producirá:
29. Describa las cinco formas en que el ácido sulfúrico puede comportarse en reacciones químicas. R// El ácido sulfúrico puede actuar como un ácido (por lo general cuando diluido); como un agente deshidratante (cuando concentrado), como un agente oxidante (cuando está caliente y concentrado), como un agente de sulfonación (cuando concentró), y como una base con ácidos más fuertes. 30. ¿Por qué debe ser exotérmica la formación de trióxido de azufre a partir de dióxido de azufre? R// Esta reacción implica una disminución de la entropía (incluso si se forma gas trióxido de azufre). Así, la única manera en que puede ser espontánea es si hay una disminución de la entalpía, es decir, una reacción exotérmica.
31. ¿Cuál compuesto tiene la energía de enlace azufre-oxígeno promedio mayor: el trióxido de azufre o el ion sulfito? Utilice cargas formales para justificar su respuesta. R// Los más probables acuerdos formales de carga para el trióxido de azufre y el ion sulfito se muestran en (a) y (b), respectivamente. En el primer caso, el enlace promedio es 1 2 , mientras que el bono 3 1 promedio en el último es 1 3 . Por lo tanto trióxido de azufre tendrá los enlaces más fuertes (esto ha sido establecida la longitud del enlace SO en trióxido de azufre es 142 pm, mientras que en el ion sulfito es 151 pm). 32. Sugiera dos explicaciones alternativas del hecho de que el ácido telúrico tenga la fórmula H6Te06 en lugar de H2TeO4, análoga a los ácidos sulfúrico y selénico. R// Una explicación se refiere a la preferencia decreciente para enlaces múltiples como un grupo desciende. Así seis enlaces simples serían enérgicamente preferible cuatro parcialmente enlaces múltiples. La otra explicación se refiere al tamaño más grande del átomo de teluro en comparación con átomos de azufre y de selenio, por
lo que es factible para unir cómodamente a seis átomos de oxígeno alrededor del átomo de teluro.
33. Construya representaciones de carga formal para (a) el ion sulfato; (b) el ácido sulfuroso. 34. ¿Por qué e! anión sulfato se usa tanto en química? R// Los sulfatos se utilizan comúnmente en la química inorgánica porque la mayoría de sulfatos son solubles en agua; el ion sulfato no es oxidante (a diferencia de ion nitrato) o reducir (a diferencia de ion sulfito); el ión sulfato es la base conjugada de un ácido fuerte, por lo que sus soluciones son cercano a la neutralidad; y sulfatos de metal tienden a ser térmicamente estable. 35. ¿Qué pruebas químicas se utilizan para identificar (a) sulfuro de hidrógeno; (b) ion sulfato? a. Un precipitado negro de plomo (II) se produce a partir de sulfuro de plomo un incoloro (II) solución de acetato de: b. Un precipitado blanco es producido cuando una solución de ion bario es agregado ion sulfato:
36. Mencione los usos principales de (a) el hexafluoruro de azufre; (b) e! tiosulfato de sodio. a. Es usado principalmente como un gas (insulating)** en sistemas eléctricos de alto voltaje. b. Fue usado en la química antigua de la fotografía para reactivo con los plateados (halides)** 37. ¿Por qué es el dióxido de azufre e! compuesto azufrado más común en la atmósfera, rica en oxígeno, en vez de! trióxido de azufre? R// porque tiene una barrera de energía de activación muy alta para reaccionar. 38. ¿Qué sucedería en este planeta si dejara de haber puentes de hidrógeno entre las moléculas de agua? R// la diferencia mas apreciada seria la vaporización de las aguas de los mares, lagos, ríos.
39. El se!enio es benéfico y tóxico para la vida.Analice esta afirmación.
