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PROYECTO EDITORIAL
BIBLIOTECA DE QUÍMICAS
Director:
Carlos Seoane Prado
Catedrático de Química OrgánicaUniversidad Complutense de Madrid
Queda prohibida, salvo excepción prevista
en la ley, cualquier forma de reproducción,
distribución, comunicación pública y
transformación de esta obra sin contar
con autorización de los titulares de la pro-
piedad intelectual. La infracción de los
derechos mencionados puede ser constitutiva de delito contra la propiedad
intelectual (arts. 270 y sigs. Código Penal). El Centro Español de Derechos
Reprográficos (www.cedro.org) vela por el respeto de los citados derechos.
NO fotocopies el libro
Consulte nuestra página web: www.sintesis.comEn ella encontrará el catálogo completo y comentado
Diseño de cubierta: JV Diseño gráfico
© Gabino A. Carriedo
© EDITORIAL SÍNTESIS, S.A.Vallehermoso, 34 - 28015 Madrid
Teléf.: 91 593 20 98
Depósito Legal: M. 48.822-2010ISBN: 978-84-975671-7-6
Impreso en España - Printed in Spain
Reservados todos los derechos. Está prohibido, bajo las sancionespenales y el resarcimiento civil previstos en las leyes, reproducir,registrar o transmitir esta publicación, íntegra o parcialmente,por cualquier sistema de recuperación y por cualquier medio,
sea mecánico, electrónico, magnético, electroóptico, por fotocopiao por cualquier otro, sin la autorización previa por escrito
de Editorial Síntesis, S. A.
INTRODUCCIÓN.......................................................................................................... 15
PARTE I:ELEMENTOS REPRESENTATIVOS
1. LOS ELEMENTOS REPRESENTATIVOS (E). CARACTERES GENERALES Y TIPOS DE COMPUESTOS.................................................... 19Introducción............................................................................................................... 201.1. El hidrógeno................................................................................................... 211.2. Grupo 18. Los gases nobles .......................................................................... 221.3. Grupo 17. F, Cl, Br y I. Los halógenos ....................................................... 241.4. Grupo 16. O, S, Se, Te y Po.......................................................................... 29
1.4.1. Oxígeno............................................................................................... 291.4.2. Azufre ................................................................................................ 321.4.3. Se, Te y Po.......................................................................................... 36
1.5. Grupo 15 ......................................................................................................... 391.5.1. Nitrógeno............................................................................................ 401.5.2. Fósforo................................................................................................ 421.5.3. Arsénico, antimonio y bismuto........................................................ 47
1.6. Grupo 14 ......................................................................................................... 511.6.1. Carbono .............................................................................................. 521.6.2. Silicio................................................................................................... 541.6.3. Ge, Sn y Pb......................................................................................... 56
1.7. Grupo 13 ......................................................................................................... 601.7.1. Boro..................................................................................................... 601.7.2. Al, Ga, In y Tl.................................................................................... 64
1.8. Grupo 12. Zn, Cd y Hg ................................................................................. 681.9. Grupos 2 (Be, Mg, Ca, Sr, Ba y Ra) y 1 (Li, Na, K, Rb y Cs) ................. 701.10. El carácter químico de los elementos ......................................................... 721.11. La regla de la diagonal.................................................................................. 75Bibliografía................................................................................................................. 75
ÍNDICE
2. E(H). COMPUESTOS CON HIDRÓGENO...................................................... 772.1. Los compuestos con hidrógeno.................................................................... 782.2. Estabilidad térmica........................................................................................ 792.3. Reactividad general de los compuestos con hidrógeno............................ 842.4. Reacciones sin cambios en los estados de oxidación ................................ 85
2.4.1. Reacciones de adición....................................................................... 852.4.2. Reacciones de transferencia de protones....................................... 86
2.5. Reacciones de oxidación-reducción ............................................................ 912.5.1. Reactividad de los compuestos de hidrógeno frente al oxígeno. 922.5.2. Reactividad de los compuestos de hidrógeno frente
a los halógenos................................................................................... 962.5.3. Reacciones de eliminación de hidrógeno....................................... 1022.5.4. Reducción de los compuestos de hidrógeno con metales
y otros elementos............................................................................... 1072.6. Estudio de las reacciones entre compuestos de hidrógeno...................... 1112.7. Reacciones de formación de compuestos con hidrógeno......................... 112
2.7.1. La reacción de los elementos con H2.............................................. 1122.7.2. Protonación de combinaciones binarias ......................................... 1152.7.3. Intercambio H/X ............................................................................... 1172.7.4. Otras reacciones de formación de compuestos de hidrógeno ..... 120
Bibliografía................................................................................................................. 121
3. E(X). HALOGENUROS ........................................................................................ 1233.1. Los halogenuros de los elementos............................................................... 124
3.1.1. Estructura y enlace............................................................................ 1243.2. Estabilidad térmica........................................................................................ 1263.3. Reactividad general de los halogenuros ..................................................... 1293.4. Reacciones sin cambios en los estados de oxidación de E....................... 130
3.4.1. Reacciones de adición de iones halogenuro (formación de halógeno-complejos).................................................................... 131
3.4.2. Reacciones de transferencia de halógeno ...................................... 1333.4.3. Reacciones de intercambio de halógeno........................................ 1343.4.4. Reacciones con eliminación de HX ................................................ 1353.4.5. Reacciones de sustitución de halogenuro ...................................... 1443.4.6. La química de la coordinación de los halogenuros
de los elementos metálicos............................................................... 1463.5. Reacciones de oxidación y reducción ......................................................... 147
3.5.1. Reacciones redox con agua.............................................................. 1483.5.2. Reducción de halogenuros con hidrógeno..................................... 1503.5.3. Reducción de halogenuros con el elemento E .............................. 1503.5.4. Reducción de halogenuros con elementos metálicos ................... 1523.5.5. Oxidación de halogenuros con halógenos...................................... 1523.5.6. Oxidación de halogenuros con oxígeno ......................................... 153
3.6. Reacciones de preparación de halogenuros ............................................... 1543.6.1. Reacción directa de los halógenos con los elementos .................. 155
6 La Química Inorgánica en reacciones
3.6.2. Reacción de los elementos con halogenuros de hidrógeno ......... 1593.6.3. Halogenación de compuestos de hidrógeno .................................. 1603.6.4. Transformación de halogenuros ...................................................... 1603.6.5. Halogenación de óxidos ................................................................... 1623.6.6. Halogenación con HX en medio acuoso (obtención
de hidratos) ........................................................................................ 1643.6.7. Deshidratación de halogenuros hidratados ................................... 1643.6.8. Reacciones de precipitación de halogenuros................................. 1653.6.9. Síntesis de fluoruros (agentes de fluoración) ................................ 1663.6.10. Otros métodos de síntesis de halogenuros..................................... 166
Bibliografía................................................................................................................. 167
4. E(O). ÓXIDOS ......................................................................................................... 1694.1. Compuestos con oxígeno. Los óxidos de los elementos........................... 170
4.1.1. Estructura y enlace............................................................................ 1704.2. Estabilidad de los óxidos. Comportamiento frente al calor..................... 1724.3. Reactividad general de los óxidos .............................................................. 176
4.3.1. Reacciones de los óxidos con agua ................................................. 1774.3.2. Reacciones de los óxidos con agua en medio básico.................... 1844.3.3. Reacciones de los óxidos con ácidos en medio acuoso ................ 1864.3.4. Reacciones de los óxidos con compuestos próticos anhidros...... 1884.3.5. Reacciones ácido-base entre óxidos ............................................... 1924.3.6. El carácter ácido/base de los óxidos en los grupos de la Tabla
Periódica ............................................................................................. 1944.4. Reacciones con cambios en los estados de oxidación de E ..................... 195
4.4.1. Química redox en medio acuoso ..................................................... 1964.4.2. Oxidación de óxidos con oxígeno ................................................... 1984.4.3. Reacciones de óxidos con halógenos.............................................. 1994.4.4. Reducción de óxidos con H2............................................................ 2014.4.5. Reducción de óxidos con el elemento E ........................................ 2014.4.6. Reducción de óxidos con elementos metálicos. Metalotermias.. 2034.4.7. Reducción de óxidos con carbono. Carbotermias ........................ 2064.4.8. Reacciones redox entre óxidos........................................................ 207
4.5. Reacciones de óxidos con halogenuros ...................................................... 2084.6. Reacciones de preparación de óxidos ......................................................... 210
4.6.1. Reacciones de los elementos con oxígeno ..................................... 2104.6.2. Reacciones de elementos con ácidos oxidantes ............................ 2144.6.3. Deshidratación de hidroxi-compuestos .......................................... 2154.6.4. Descomposición térmica de oxosales ............................................. 2164.6.5. Protonación de oxosales ................................................................... 2174.6.6. Transformación de unos óxidos en otros........................................ 2184.6.7. Otros métodos de formación de óxidos. Síntesis por etapas ....... 218
4.7. Oxohalogenuros............................................................................................. 2204.7.1. Estabilidad térmica de los oxohalogenuros ................................... 2214.7.2. Reactividad general de oxohalogenuros ........................................ 221
Índice 7
4.7.3. Reacciones de formación de oxohalogenuros ............................... 222Bibliografía................................................................................................................. 224
5. E(OH), E(O)(OH). HIDROXICOMPUESTOS................................................. 2255.1. Los hidroxicompuestos ................................................................................. 2265.2. Hidróxidos y óxidos hidratados ................................................................... 227
5.2.1. Comportamiento frente al calor...................................................... 2285.2.2. Reacciones con agua, ácidos y bases .............................................. 2295.2.3. Reacciones de obtención de hidróxidos y óxidos hidratados...... 230
5.3. Homo-hidroxiácidos ...................................................................................... 2325.3.1. Estabilidad y deshidratación............................................................ 2335.3.2. Reacción con agua, ácidos y bases .................................................. 2355.3.3. Reacciones de formación de los homo-hidroxiácidos .................. 236
5.4. Oxoácidos ....................................................................................................... 2375.4.1. Estabilidad.......................................................................................... 2395.4.2. Deshidratación. Condensación ........................................................ 2405.4.3. Reactividad general de los oxoácidos............................................. 2435.4.4. Carácter redox de los oxoácidos ..................................................... 2485.4.5. Reacciones de formación de oxoácidos.......................................... 256
Bibliografía................................................................................................................. 263
6. M[E-O]. OXOSALES ............................................................................................. 2656.1. Oxosales .......................................................................................................... 266
6.1.1. Aspectos estructurales y de enlace ................................................. 2676.2. Estabilidad térmica........................................................................................ 273
6.2.1. Deshidratación de sales hidratadas................................................. 2746.2.2. Condensación de hidrógeno-oxosales............................................. 2766.2.3. Reacciones de descomposición........................................................ 2776.2.4. Descomposición de sales amónicas................................................. 282
6.3. Reactividad general de las oxosales ............................................................ 2836.3.1. Reacciones de adición o desplazamiento de óxidos ..................... 2846.3.2. Comportamiento frente al agua. Solubilidad y disociación
iónica ................................................................................................... 2866.3.3. Reacciones con ácidos ...................................................................... 2926.3.4. Reacciones de oxidación-reducción de las oxosales ..................... 294
6.4. Reacciones de formación de oxosales......................................................... 2996.4.1. Reacciones de los elementos con agua en medio básico ............. 2996.4.2. Obtención de oxosales a partir de oxoácidos ................................ 3026.4.3. Reacciones de precipitación............................................................. 3046.4.4. Transformaciones redox de oxosales .............................................. 3056.4.5. Reacciones entre óxidos ................................................................... 3076.4.6. Otros métodos de preparación de oxosales ................................... 307
Bibliografía................................................................................................................. 310
8 La Química Inorgánica en reacciones
7. E(E´). COMBINACIONES BINARIAS .............................................................. 3117.1. Las combinaciones binarias.......................................................................... 3127.2. Sulfuros ........................................................................................................... 312
7.2.1. Estabilidad térmica y reacción con oxígeno .................................. 3147.2.2. Reacción con agua y con ácidos protónicos................................... 3157.2.3. Otras reacciones de los sulfuros ..................................................... 3177.2.4. Reacciones de formación de sulfuros ............................................. 318
7.3. Nitruros y azidas ............................................................................................ 3217.3.1. Estabilidad térmica y frente al oxígeno.......................................... 3237.3.2. Reactividad frente al agua y los ácidos .......................................... 3247.3.3. Otras reacciones de nitruros y azidas ............................................. 3257.3.4. Reacciones de formación de nitruros y azidas .............................. 326
7.4. Carburos.......................................................................................................... 3297.4.1. Estabilidad térmica y frente al oxígeno.......................................... 3297.4.2. Reacciones con agua y con ácidos................................................... 3307.4.3. Reacciones de formación ................................................................. 331
7.5. Compuestos interlaminares de grafito ........................................................ 3317.6. Siliciuros.......................................................................................................... 3337.7. Boruros ........................................................................................................... 334
Bibliografía................................................................................................................. 335
8. REACCIONES DE OBTENCIÓN DE LOS ELEMENTOS. (E)................... 3378.1. Estado natural de los elementos.................................................................. 3388.2. Reacciones generales de obtención de los elementos............................... 3388.3. Obtención de hidrógeno ............................................................................... 3398.4. Obtención de los halógenos ......................................................................... 341
8.4.1. Obtención de flúor........................................................................ 3418.4.2. Obtención de cloro ....................................................................... 3428.4.3. Obtención de bromo y iodo......................................................... 344
8.5. Obtención de los elementos del grupo 16 .................................................. 3448.6. Obtención de los elementos del grupo 15 .................................................. 3488.7. Obtención de los elementos del grupo 14 .................................................. 3508.8. Obtención de los elementos del grupo 13 .................................................. 3518.9. Obtención de cinc, cadmio y mercurio ....................................................... 3538.10. Obtención de los elementos del grupo 2 .................................................... 3548.11. Obtención de los elementos del grupo 1 .................................................... 355Bibliografía................................................................................................................. 356
PARTE II:ELEMENTOS DE TRANSICIÓN
9. LOS ELEMENTOS DE TRANSICIÓN Y SUS COMPUESTOS................... 3599.1. Los elementos de transición......................................................................... 3609.2. Capacidad de enlace. Configuraciones electrónicas ................................. 360
Índice 9
9.2.1. Estado elemental .............................................................................. 3619.2.2. Valencias y estados de oxidación..................................................... 3629.2.3. Índices de coordinación.................................................................... 3659.2.4. Formación de enlaces directos metal-metal................................... 3659.2.5. El carácter químico. Diagramas de estados de oxidación............ 366
9.3. Los compuestos de los elementos de transición ........................................ 375Bibliografía................................................................................................................. 375
10. HALOGENUROS DE LOS ELEMENTOS DE TRANSICIÓN. M(X)........ 37710.1. Los halogenuros de los elementos de transición ....................................... 378
10.1.1. Halogenuros binarios........................................................................ 37810.1.2. Halogenuros hidratados ................................................................... 38410.1.3. Halogenuros clusters......................................................................... 385
10.2. Estabilidad de los halogenuros de los elementos de transición............... 38710.2.1. Eliminación de halógeno (deshalogenaciones) ............................. 38810.2.2. Desproporciones................................................................................ 389
10.3. Reactividad de los halogenuros de los elementos de transición ............. 39010.3.1. Adición simple con formación de complejos................................. 39110.3.2. Sustitución de los átomos de halógeno........................................... 39210.3.3. Reacción con agua............................................................................. 39310.3.4. Química redox ................................................................................... 398
10.4. Obtención de los halogenuros de los elementos de transición................ 39810.4.1. Reacción directa de los metales de transición con los
halógenos............................................................................................ 39910.4.2. Reacción de halogenación con HX................................................. 40110.4.3. Halogenación con HX acuosos (obtención de hidratos) ............. 40210.4.4. Deshidratación de halogenuros hidratados ................................... 40310.4.5. Reacciones de transformación de halogenuros ............................. 40410.4.6. Reacciones de precipitación............................................................. 40710.4.7. Otras reacciones menos generales .................................................. 407
Bibliografía................................................................................................................. 408
11. M(O). ÓXIDOS DE LOS ELEMENTOS DE TRANSICIÓN......................... 41111.1. Óxidos de los elementos de transición........................................................ 412
11.1.1 Composición, estructura y enlace.................................................... 41211.1.2. Estabilidad y comportamiento frente al calor ............................... 42011.1.3. Reactividad general de los óxidos de los elementos
de transición ....................................................................................... 42411.1.4. Reacciones de obtención de los óxidos de los elementos
de transición ....................................................................................... 43111.2. Oxohalogenuros de los elementos de transición ....................................... 439
11.2.1. Reactividad y preparación de oxohalogenuros ............................. 441Bibliografía................................................................................................................. 443
10 La Química Inorgánica en reacciones
12. M(E). COMBINACIONES BINARIAS NO OXIGENADAS DE LOS ELEMENTOS DE TRANSICIÓN....................................................... 44512.1. Combinaciones binarias de los elementos de transición .......................... 44612.2. Hidruros de los elementos de transición .................................................... 446
12.2.1. Composición, estructura y enlace.................................................... 44812.2.2. Reactividad general........................................................................... 45012.2.3. Reacciones de formación de hidruros ........................................... 451
12.3. Sulfuros de los elementos de transición...................................................... 45212.3.1. Composición, estructura y enlace.................................................... 45312.3.2. Estabilidad y reactividad .................................................................. 45412.3.3. Obtención de sulfuros....................................................................... 456
12.4. Nitruros, carburos, siliciuros y boruros. Compuestos intersticiales ........ 45812.5. Aleaciones de los elementos de transición................................................. 461Bibliografía................................................................................................................. 462
13. M(EO), M´(MO). OXOSALES Y METALAOXOSALES DE LOS ELEMENTOS DE TRANSICIÓN....................................................... 46313.1. Oxosales y metalaoxosales ........................................................................... 46413.2. Oxosales de los elementos de transición .................................................... 464
13.2.1. Comportamiento térmico ................................................................. 46513.2.2. Comportamiento en disolución acuosa .......................................... 46613.2.3. Comportamiento redox .................................................................... 46713.2.4. Reacciones de obtención de oxosales............................................. 468
13.3. Metalaoxosales de los elementos de transición ......................................... 47113.3.1. Tipos de metalaoxoaniones y estructuras ...................................... 47213.3.2. Reacciones de protonación de metalaoxoaniones ........................ 47413.3.3. Reacciones de oxidación-reducción................................................ 47613.3.4. Reacciones de formación de sales de oxoaniones
mononucleares ................................................................................... 47813.3.5. Reacciones de formación de sales de poli-metalaoxoaniones..... 480
Bibliografía................................................................................................................. 482
14. REACCIONES DE OBTENCIÓN DE LOS ELEMENTOS DE TRANSICIÓN. (M) .......................................................................................... 48314.1. Estado natural y abundancia de los elementos de transición .................. 48414.2. Reacciones generales de obtención de los metales ................................... 48514.3. Obtención de los elementos del grupo del Sc y los lantánidos................ 48614.4. Obtención de los elementos del grupo del titanio..................................... 48714.5. Obtención de los elementos del grupo del vanadio .................................. 48714.6. Obtención de los elementos del grupo del cromo..................................... 48814.7. Obtención de los elementos del grupo del manganeso ............................ 48914.8. Obtención del hierro ..................................................................................... 49014.9. Obtención de Cu, Co y Ni ............................................................................ 49214.10. Obtención de Ag y Au.................................................................................. 494
Índice 11
14.11. Obtención de los elementos del grupo del platino.................................... 494Bibliografía................................................................................................................. 495
15. (MLn). LOS COMPUESTOS DE COORDINACIÓN...................................... 49715.1. Los compuestos de coordinación................................................................. 498
15.1.1. Índice de coordinación, estado de oxidación y valencia mixta ... 49915.1.2. Tipos de ligandos............................................................................... 50115.1.3. Observaciones de carácter general en la química
de la coordinación ............................................................................. 50315.1.4. Complejos de interés en la química de los elementos
de transición ....................................................................................... 50515.2. La configuración electrónica de los complejos .......................................... 510
15.2.1. Complejos mononucleares ............................................................... 51015.2.2. Complejos dinucleares con enlaces M-M....................................... 512
15.3. Relaciones estructura-reactividad ............................................................... 51515.4. Estabilidad de los complejos. Efecto quelato y macrocíclico .................. 518
15.4.1. Factores de los que depende la estabilidad de los complejos ..... 52015.5. Reactividad general de los compuestos de coordinación ......................... 521
15.5.1. Reacciones de isomerización ........................................................... 52215.5.2. Reacciones de adición/eliminación ................................................. 52415.5.3. Reacciones de sustitución................................................................. 52815.5.4. Reacciones de transferencia de electrones .................................... 53315.5.5. Reacciones sobre los ligandos coordinados. Efecto plantilla ...... 53815.5.6. Reacciones básicas de los complejos dinucleares
con enlaces M-M ............................................................................... 54015.6. Reacciones de formación de complejos...................................................... 540
15.6.1. Reacciones a partir de halogenuros MXn ...................................... 54015.6.2. Reacciones a partir de otros complejos.......................................... 54315.6.3. Reacciones a partir de otros compuestos....................................... 54515.6.4. La síntesis diseñada de complejos................................................... 54615.6.5. Formación de complejos dinucleares con enlaces M-M............... 548
Bibliografía................................................................................................................. 548
16. LANTÁNIDOS Y ACTÍNIDOS ........................................................................... 55116.1. Los elementos del bloque f .......................................................................... 55216.2. Capacidad de enlace y tipos de compuestos .............................................. 55316.3. Carácter químico de los elementos ............................................................. 55716.4. Halogenuros de los lantánidos y actínidos ................................................. 558
16.4.1. Estabilidad y reactividad de los halogenuros................................. 55916.4.2. Reacciones de obtención de los halogenuros ................................ 561
16.5. Óxidos de los lantánidos y actínidos ........................................................... 56316.5.1. Reactividad general de los óxidos................................................... 56416.5.2. Reacciones de obtención de óxidos ................................................ 565
16.6. Hidroxicompuestos de los lantánidos y actínidos...................................... 567
12 La Química Inorgánica en reacciones
16.7. Química acuosa y oxosales ........................................................................... 56816.8. Hidruros de los lantánidos y actínidos........................................................ 57016.9. Carburos, siliciuros y boruros ...................................................................... 57116.10. Obtención de los elementos ......................................................................... 572Bibliografía................................................................................................................. 573
APÉNDICE 1. Tablas de datos de los elementos ....................................................... 575
APÉNDICE 2. Estructuras sólidas representativas.................................................... 597
Tabla periódica de los elementos................................................................................... 606
Índice 13