Este documento trata sobre los elementos no metálicos y sus compuestos. Explica la producción de hidrógeno a través de varias reacciones químicas, e introduce los hidruros binarios de los elementos representativos. También cubre los isótopos del hidrógeno, la economía del hidrógeno y las fases del carbono. Posteriormente, describe la producción de gas sintético a partir del carbón, compuestos comunes del nitrógeno, fósforo y azufre, así como procesos para su obtención. Finalmente

1. Elementos no
metálicos y sus
compuestos
Capítulo 21
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2. Elementos no Metálicos
21.1

3. Producción de Hidrógeno
C3H8 (g) + 3H2O (g) 3CO (g) + 7H2 (g)
C (s) + H2O (g) CO (g) + H2 (g)
Zn (s) + 2HCl (ac) ZnCl2 (ac) + H2 (g)
Preparación de Gas H2 én el Laboratorio
Agua
21.2

4. Hidruros Binarios de los Elementos Representativos
Unidades moleculares discretas
Estructura polimérica; compuesto covalente
Compuesto iónico
21.2

5. Isótopos de Hidrógeno
1
1
H (hidrógeno), 2H (deuterio, D), 13H (tritio, T)
1
Tabla 21.1 Propiedades del H2O y D2O
Propiedad
Masa molar (g/mol)
Punto de fusión (ºC)
Punto de ebullición (ºC)
Densidad a 4º (g/cm3)
Efecto cinético isotópico
CH3COOH (ac) CH3COO- (ac) + H+ (ac) Ka = 1.8 x 10-5
CH3COOD (ac) CH3COO- (ac) + D+ (ac) Ka = 6 x 10-6
21.2

6. La Economía del Hidrógeno
2H2 (g) + O2 (g) 2H2O (l)
Valores de combustible de algunos Combustibles Comúnes
Combustible Valores de
Combustible (kJ/g)
Madera (pino) 18
Carbón 31
Aceite crudo 45
Gasolina 48
Gas natural 49
Hidrógeno 142 21.2

7. Diagrama de las Fases del Carbono
Diamante
P (atm) Líquido
Grafito
Vapor
t (ºC)
C (diamante) C (grafito) ∆G0 = -2.87 kJ
21.3

8. Gas sintético a partir del Carbón
C (s) + H2O (g) CO (g) + H2 (g)
C (s) + 2H2 (g) CH4 (g)
CO (g) + 2H2 (g) CH3OH (l)
21.3

9. Tabla 21.2 Compuestos comunes del nitrógeno
Número de
oxidación Compuesto Formúla Estructura
23 Amoniaco NH 3
22 Hidrazina N2H4
21 Hidroxilamina NH 2OH
0 Nitrogeno* (dinitrógeno) N2
11 Óxido nitroso (monóxido de dinitrógeno) N 2O
12 Óxido nítrico (monóxido de nitrógeno) NO
13 Ácido nitroso HNO2
14 Dióxido de nitrógeno NO2
15 Ácido nítrico HNO 3
* Se incliuye aquí el elemento como referencia.
21.4

10. 2Ca3(PO4)2 (s) + 10C (s) + 6SiO2 (s) 6CaSiO3 (s) + 10CO (g) + P4 (s)
P4 (s) + 5O2 (g) P4O10 (s)
3000C
nP4 (fósforo blanco ) (P4)n (fósforo rojo )
fósforo blanco
fósforo rojo 21.4

11. Fósforo
Oxígeno
21.4

12. Oxiácidos Comunes Conteniendo Fósforo
Ácido fosforoso (H3PO3) Ácido hipofosforoso (H3PO2)
Ácido fosfórico (H3PO4) Ácido trifosfórico (H5P3O10)
21.4

13. • • 2- • • • • 2- •• • -
O O O O O
••
••
••
••
••
••
••
••
•• •• •• •• ••
oxido peróxido superóxido
O2- (ac) + H2O (l) 2OH- (ac)
O2 (ac) + 2H2O (l)
2-
O2 (g) + 4OH- (ac)
4O2 (ac) + 2H2O (l)
-
3O2 (g) + 4OH- (ac)
óxidos básicos anfótero óxidos ácidos
basicidad
21.5

14. Ozono
3O2 (g) 2O3 (g) ∆G0 = 326.8 kJ
(agente oxidante poderoso )
Producción de Ozono por Descargas Eléctricas
Tubo externo Lámina metálica que O3 más algo de O2 que no reaccionó
recubre el tubo externo
Tubo interno
Fuente de alto voltaje
21.5

15. Proceso Frasch
Aire comprimido
Azufre
Agua sobrecalentada
Azufre fundido
21.5

16. Tabla 21.3 Compuestos comunes del azufre
Número de
oxidación Compuesto Fórmula Estructura
Sulfuro de hidrógeno
Azufre*
Dicloruro de diazufre
Dicloruro de azufre
Dióxido de azufre
Trióxido de azufre
* Se incluye aquí el elemento como referencia 21.5

17. Tabla 21.4 Propiedades de los halógenos
Propiedad
Configuración electrónica
de la capa de valencia
Punto de fusión (ºC)*
Punto de ebullición (ºC)
Aspecto* Gas Gas Líquido Vapor violeta
amarillo amarillo café oscuro
pálido verdoso rojizo Sólido oscuro con
apariencia metálica
Radio atómico (pm)
Radio iónico (pm)**
Energía de ionización
(kJ/mol)
Electronegatividad
Potencial estándar
de reducción (V)*
Energía de enlace
*Estos valores y descripciones se aplican a las especies diatómicas X2, donde X representa un átomo de halógeno. La semirreacción es X2(g)
H2e- 88n 2X2 (ac).
** Se refiere al anión X2.
21.6

18. Producción electrolítica de Flúor
Ánodo de carbono
Ánodo de carbono Diafragma para evitar
que se mezclen los gases H2 y F2
Cátodo de Acero
HF Líquido
2F- F2 (g) + 2e-
2H+ + 2e- H2 (g)
2HF H2 (g) + F2 (g)
21.6

19. Producción de Cloro por el Proceso de Cloro-álcali
2Cl- (ac) Cl2 (g) + 2e-
Hg (l)
2Na (ac) + 2e
+ -
2Na/Hg
2NaCl (ac) 2Na/Hg (g) + Cl2 (g)
Ánodo de grafito
Salmuera Salmuera
Cátodo
de Hg
Hg más Na/Hg
21.6

20. Tabla 21.5 Compuestos de los halógenos*
Compuesto
Halogenuro de hidrógeno
Óxidos
* El número entre paréntesis indica el número de oxidación del halógeno.
21.6