ELEMENTOS DEL BLOQUE pELEMENTOS DEL BLOQUE p

•Orbitales np parcialmente ocupados en la capa de valencia en estado fundamental.

•31 elementos pertenecientes a los grupos 13 al 18: 21 considerados “no metales”; algunos “semimetales” ( a ambos lados de la línea de división de la tabla periódica ) y el restolados de la línea de división de la tabla periódica ) y el resto “metales”.

•La variación del carácter metálico en un grupo del bloque p•La variación del carácter metálico en un grupo del bloque p tiene lugar de forma gradual al descender en el mismo, aumentando con el aumento de z

• El boro muestra un comportamiento diferente: B es no metal, Al es metal (metaloide, comportamiento anfotérico) mientras que los restantes son metales.

Elementos del grupo 13

) q

• Al es el tercer elemento más abundante de la corteza terrestre, B es poco abundante y los restantes son escasos.( 3)

• En el B elemental la unidad estructural fundamental es el icosaedro B12 en la que cada átomo de B se encuentra unido covalentemente a otros 5.(3)

• A medida aumenta en número atómico en el grupo, se incrementa la densidad y disminuye el punto de ebullición (en general alto), variando el punto de fusión según una parábola asimétrica con mínimo en el Ga (30ºC).(4)

• Poseen grandes intervalos de temperatura en estado líquido (excepto B).(5)

• El Ga es más electronegativo que el Al: efecto de alternancia. ( 6)

• Los compuestos que forman se caracterizan por el número de oxidación +3 y la covalencia, excepto para el Talio.

• La estabilidad del estado de oxidación +1 se incrementa con el aumento del número atómico en el f t d l i t (7)grupo: efecto del par inerte. (7)

• Los compuestos trivalentes son solubles en agua con formación de iones hidratados. Los monovalentes dependen en su estabilidad por la desproporción.

• Excepto aluminio no son buenos conductores del calor y electricidad (8)• Excepto aluminio, no son buenos conductores del calor y electricidad. (8)

• El poder oxidante aumenta al descender en el grupo (excepto el boro).

• Deficiencia electrónica y acidez de Lewis de los compuestos neutros.

MÉTODOS DE PREPARACIÓN DE LOS ELEMENTOS

M = sodio o potasio

Se obtiene como subproducto del refinadosubproducto del refinadodel Cu o del Zn

Se suelen obtener como subproducto en las fundiciones de Zn y Pb

• Boro elemental(3)

22

• Las características de los elementos del G13 pueden explicarse a partir de sus radios atómicos, sus electrones de valencia y el apantallamiento de los restantes electroneselectrones.

• Conductividades eléctricas y térmicas de los elementos del grupo 13

COMPUESTOS DE BORO

• Hidruros simples de B (B2H6)

• Trihalogenuros de B (BCl3)

• Compuestos de Boro-Oxígeno (B2O3)

• Compuestos de Boro con Nitrógeno

(H3NBH3)

• Boruros metálicos (MB6)• Boruros metálicos (MB6)

• Boranos y borohidruros superiores

• Metaloboranos• Metaloboranos

• Carboranos

Hidruros de boro (boranos e hidruros superiores)• el más sencillo de la serie es el diborano B2H6, análogo

al etano.

• Análisis del diborano (6) como ejemplo de boranos

• La estructura propuesta sería la adyacente, pero el boro tiene sólo tres electrones de valencia

• Análisis del diborano (6) como ejemplo de boranoselemento nº átomos e- valencia e- aportados enlaces “posibles”

B 2 3 6H 6 1 6

Total 8 12 6

enlace nº átomos nº e- enlaces nº enlace nº e- utilizadosBH 2 2 4 8BHB 3 2 2 4BHB 3 2 2 4BB 2 2 0 0Total 6 12

Hidruros de boro (boranos e hidruros superiores)• Se caracterizan por la existencia de enlaces multicentrados deficientes en electrones

• El conjunto está conformado por enlaces sencillos 2 centros 2 electrones (2c 2e) y 3• El conjunto está conformado por enlaces sencillos 2 centros-2 electrones (2c-2e) y 3 centros - 2 electrones (3c-2e)

• Los enlaces 3c-2e pueden ser con un átomo de H entre dos de B, o con 3 átomos de B ubicados en los vértices de un triángulo y solapando sus orbitales sp3 sobre el centroubicados en los vértices de un triángulo y solapando sus orbitales sp3 sobre el centro.

Hidruros de boro (boranos e hidruros superiores)• Poseen una gran variedad de fórmulas BnHn+4, BnHn+6 y BnHn

2-, con estructuras tipo jaula, denominadas nido, aracno y closo respectivamente, según conformen una estructura de mayor a menor cerramiento.

Análisis del tetraborano (10) como ejemplo de boranos( ) j pelemento nº átomos e- valencia e- aportados enlaces “posibles”

B 4 3 12

H 10 1 10H 10 1 10

Total 14 22 11

enlace nº átomos nº e- enlace nº enlaces nº e- utilizados

BH 2 2 6 12

BHB 3 2 4 8

BB 2 2 1 2

Total 6 22

•Desde el punto de vista conceptual,

•closo B6las estructuras closo, nido y aracno están

relacionadas por la eliminación sucesiva

fde un fragmento de BH y la adición de H o

de electrones.

•nido B5

•aracno B4

Reacciones de los hidruros de boro (boranos)• Son muy inestables• Todos arden en el aire con llama verde, algunos explosivamente, formando ácido

bóricobórico.• Los más ligeros se hidrolizan, formando ácido bórico e H2.• Reaccionan como ácidos de Lewis.

R i d l b á id d L iReacciones de los boranos como ácidos de Lewisa) ruptura simétrica: se da con bases de Lewis blandas y voluminosas, formando

complejos de Lewis.

b) ruptura asimétrica: se da con bases de Lewis duras y pequeñas formandob) ruptura asimétrica: se da con bases de Lewis duras y pequeñas, formando complejos de Lewis.

c) tetrahidroboratos (borhidruros): se obtienen por reacción entre el diborano e ) ( ) phidruros de metales alcalinos.

B2H6 (poliéter) + 2 LiH (poliéter) 2 LiBH4 (poliéter) Son buenos reductores, precursores de enlaces C-B y fuente de aniones hidruros (H-)

Trihalogenuros de boro• Pueden prepararse por reacción directa (excepto el triyoduro).

• El trifluoruro usualmente se prepara a partir del óxido de boro y fluoruro de calcio en ácido sulfúrico.

• Son moléculas planas trigonales y monoméricas en los tres estados.Son moléculas planas trigonales y monoméricas en los tres estados.

• Son ácidos de Lewis, tanto más fuertes cuanto mayor el anión.

• Sufren protólisis (excepto el fluoruro) por agua, alcoholes e incluso aminas, con formación del hidrácido correspondiente.

BCl3 + 3 RNH2 B(NHR)3 + 3 HCl

• Se han sintetizado compuestos con enlace B-B, tales como el B2Cl4. La estabilidadSe han sintetizado compuestos con enlace B B, tales como el B2Cl4. La estabilidad de estos compuestos aumenta con la disponibilidad del otro átomo para formar enlaces π con el boro.

Compuestos boro oxígeno

• El más importante es el B2O3 y sus derivados hidratados• La hidratación del óxido produce el ácido bórico, débil ácido de Lewis.

B(OH)3 + 2 H2O B(OH)4- + H3O+

• Los boratos pueden polimerizarse en solución concentrada por pérdida de agua para dar compuestos en cadena y cíclicos

• los perboratos contienen el grupo peroxi

Compuestos de los elementos Al, Ga, In y Tl hidrurosM + H MH Son sólidos de carácter iónico o salinoM(s) + H2 MH3 Son sólidos de carácter iónico o salino

óxidosM(s) + O2 M2O3 (simple, O2-)

M O ( i l O2 )Al Ga In Tl

TlM2O (simple, O2-)M2O2 (peróxido; O2

2-Tl Tl

hidróxidos Todos los óxidos trivalentes en realidad forman elhidróxidosM2O3 + H2O M(OH)3Tl2O + H2O 2Tl(OH)

Todos los óxidos trivalentes en realidad forman el óxido hidratado, con un enlace M-O cuya fortaleza disminuye desde aluminio hacia galio.El de aluminio y el de galio son anfóteros.El talio da el hidróxido de talio (I)

halurosM(s) + 3/2 X2 MX3M + ½ X MX

Se conocen todas las combinaciones MX3, incluso el TlI3 en un medio iodurado. Los fluoruros son poco solubles y no se muestran como buenos ácidos deM(s) + ½ X2 MX solubles y no se muestran como buenos ácidos de Lewis.

Se presentan como monómeros a alta temperatura dí b j l t t t dy como dímeros a baja, la estructura en estado

sólido depende del carácter iónico del compuesto.

Características de las sales

Las soluciones acuosas de las sales de aluminio y galio son ácidas:

[Al(H2O)6]+3 [Al(H2O)5 (OH)]+2 + H+

K= 1,1 x 10-5

[Ga(H2O)6]+3 [Ga(H2O)5 (OH)]+2 + H+

K= 2 5 x 10-3K= 2,5 x 10 3

A excepción del TlCl que es insoluble en H2O, las sales de Tl se

comportan, en general, similar a las de los metales alcalinos.

• Los elementos mas ligeros del grupo, el carbono y el silicio, son no metales (aunque las i d d lé t i t i d d fí i d l Si l d i t l) l

Elementos del grupo 14

propiedades eléctricas y otras propiedades físicas del Si son las de un semimetal), el germanio es un metaloide y el estaño y el plomo son metales.

• El C forma un sinnúmero de compuestos binarios con metales y no metales y una extensa d t ó táli C bi d hid ó i d i tgama de compuestos órgano metálicos. C combinado con hidrógeno y oxigeno es dominante

en la biósfera.

• El Si es un componente dominante de los minerales en la cortera terrestre, silicatos. Es el segundo elemento en abundancia después del oxigenosegundo elemento en abundancia después del oxigeno.

• El Si y el Ge son vitales para la alta tecnología moderna (semiconductoresy fibras ópticas)

• Todos los elementos del grupo, excepto el plomo, tienen por lo menos una fase sólida con una t t ti di t (23)estructura tipo diamante.(23)

• El estado de oxidación+4 es el dominante en los compuestos de los elementos del grupo. La principal excepción es el plomo, el estado de oxidación mas común es +2: efecto de par i tinerte.

• Las electronegatividades del carbono y del silicio son similares a la del hidrogeno y forman muchos compuestos covalentes de hidrogeno y alquilo. (24)

• El carbono y el silicio son oxofilos y fluorofilos muy fuertes .• En contraste, el plomo forma compuestos más estables con aniones blandos, como I- y S-2 ,

que con aniones duros .

MÉTODOS DE PREPARACIÓN DE LOS ELEMENTOS

Se suele obtener como subproducto en el refinado de Zn y Cu

EL CARBONO ELEMENTAL

•Diamante• Aislante eléctrico.

• Duro, abrasivo.

• Durable, claro y con alto índice de refracción.

• Estructura tridimensional rígida y covalente.

• Alta conductividad térmicaAlta conductividad térmica.

•Grafito

• Buen conductor en las direcciones paralelas a los planosBuen conductor en las direcciones paralelas a los planos de los átomos.

• Resbaladizo, se lo usa como lubricante.• Suave y negro, ni durable ni atractivo.• Capas planas con los átomos de C en ordenamiento

hexagonal regular.• Forma compuestos de intercalación.

Fulerenos

Descarga de un arco eléctrico entre electrodos de C en una atmósfera inerte: C60 con estructura parecida a una pelota de fútbol. Anillos de C de 5 y 6 miembros con simetría icosaédrica en la fase gaseosa.

Los fulerenos pueden reducirse para formar sales de fuleruro

con metales alcalinos como K3C60

•Nanotubos de carbono

Carbono parcialmente cristalinoN d b•Negro de carbono

•Carbono activado•Fibras de carbono

COMPUESTOS DE LOS ELEMENTOS DEL GRUPO 14

• Hidruros

SIMPLES

• Halogenuros

• Compuestos con oxígeno

• Compuestos con NitrógenoCompuestos con Nitrógeno

• Compuestos con metales

EXTENDIDOS

Química del carbono

• Aluminosilicatos

C t d ili i• Compuestos de organosilicio

• Compuestos organometálicos

Compuestos simples

C Si Ge Sn Pb

HIDRUROS Hidrocarburos: saturados e

Silanos: SinH2n+2(hasta cuatro Si

Germanos:GeH4 gas,

Estanano SnH4 Plumbano PbH4

insaturados.CH4, gas inodoro e inflamable

(concatenados)SiH4 , gas inflamable, reductor.

4 gmenos inflamable, oxidable a GeO2 y H2O.

4

CON HALÓGENOS

Tetrahalometanos, alcanos parcialmente halogenados; halogenuros de

Tetrahalogenuros halosilanos.Hidrólisis rápida

Tetrahalogenurosdihalogenuros Hidrólisis rápida

Tetrahalogenurosdihalogenuros.SnF4 sólido iónico.Halocomplejos

DihalogenurosPbF4 y PbCl4Halocomplejos

halogenuros de carbonilo

Halocomplejos

CON OXÍGENO

CO, CO2; C3O2compuestos moleculares

SiO2 sólido no volátil con estructura

GeO reductor, desproporciona a Ge y GeO2

SnO; SnO2 Anfóteros.SnO con calor y

PbO anfóteroPbO2 poderoso oxidante

volátiles cristalina compleja

y 2 yausencia de aire desproporciona a Sn y SnO2

CON HCN; (CN)2 gas Si3N4 Pb(N3)2

NITRÓGENO

CON METALES

Carburos salinos, metálicos y metaloides

Siliciuros

Compuestos simples de silicio-oxigeno• Silicatos: Si tetracoordinado tetraédricoSilicatos: Si tetracoordinado tetraédrico

Compuestos extendidos de silicio-oxigenoAl i ili t•Aluminosilicatos

a) en capas: litio, magnesio y hierro: arcillas ( Al2(OH)4Si2O5), talco (

Mg3(OH)2Si4O10) micas ( KAl2(OH)2Si3AlO10)Mg3(OH)2Si4O10), micas ( KAl2(OH)2Si3AlO10).

y tridimensionales: feldespatos

b) mallas moleculares)

Otros compuestos•Compuestos de organosilicio•Compuestos de organosilicio

•Compuestos organometálicos