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FAMILIA DEL BORO. María García Berto Álvaro Plaza Reyes Maria Teresa Medrano Dominguez Ana Victoria Lechuga Vieco Beatriz Roncero Ramos Almudena Serrano Benítez. Características generales. Configuración electrónica: ns 2 p 1
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FAMILIA DEL BORO María García Berto Álvaro Plaza Reyes Maria Teresa Medrano Dominguez Ana Victoria Lechuga Vieco Beatriz Roncero Ramos Almudena Serrano Benítez
Características generales • Configuración electrónica:ns2p1 • Metales y no metales:El boro es un no-metal y es semiconductor y forma enlaces covalentes, mientras que el resto son metales, aumentando el carácter metálico según descendemos en el grupo, aunque el aluminio forma enlaces covalentes perfectamente definidos. • dureza: El boro es muy duro, los metales son mucho más blandos, destacando el talio que puede rayarse con la uña. • electronegatividaD: Electronegatividad intermedia e irregular pues crece hacia abajo a excepción del boro. • Estado de oxidación habitual: +3, aunque Ga, In y Tl presentan también +1.
Características generales(2) • PH: Los óxidos e hidróxidos del boro son ácidos, los del aluminio y galio son anfóteros y los del indio y talio son básicos; el TlOH es una base fuerte. • Puntos de fusión: bastante bajos a excepción del boro. • Puntos de ebullición: intermedios. • Solubilidad: La mayoría de las sales son solubles en agua. • Son buenos reductores, especialmente el aluminio. • Conductores: El boro no conduce la corriente, el aluminio y el indio son buenos conductores mientras que galio y talio son malos.
¿Con qué reaccionan? • No reaccionan con el agua, a excepción del Al: 2 Al(s) + 3 H2O -> Al2O3(s) + 3 H2(g) (pero forma en seguida una capa de óxido que queda en el metal e impide que continúe la reacción) • Únicamente el B y el Al reaccionan con el N a temperaturas altas, formando nitruros: 2 B(s) + N2(g).-> 2 BN(s) • Reaccionan con los halógenos formando halogenuros: 2 E + 3X2 -> 2 EX3
Características principales Del BORO (B) • Nº atómico:5 • Densidad (g/ml) 2,34 • Estructura Cristalina: Hexagonal • Configuración electrónica:[He]2s2p1 • Metaloide • Semiconductor • Estado de la materia: sólido (no magnético) • Tª fusión: 2349K • Tª ebullición: 4200K • Trivalente • Existe en abundancia en el mineral borax • No se ha encontrado libre en la naturaleza.
Características principales Del BORO (2) • Hay dos alótropos del boro; el boro amorfo es un polvo marrón, pero el boro metálico es negro. • La forma metálica es dura (9,3 en la escala de Mohs) y es un mal conductor a temperatura ambiente. • Como su último orbital no está lleno tiene tendencia a captar electrones por esto, sus compuestos a menudo se comportan como ácidos de Lewis, reaccionando con rapidez con sustancias ricas en electrones. • Transmite la radiación infrarroja. • Es el elemento con más resistencia a la tracción.
Isótopos del boro • En la naturaleza de encuentran dos isótopos de boro: 11B (80,1%) 10B (19,9%)
ABUNDACIA EN LA CORTEZA TERRESTRE • La concentración estimada del boro en la corteza terrestre es de 10 ppm, y su masa de 2,4 × 1017 kg. Actualmente se sabe que el boro es mucho más abundante en rocas sedimentarias (300 ppm) que en rocas ígneas (3ppm), esta diferencia es consecuencia de tres características: el boro es sublimable, la no preferencia del boro por las fases fundidas (elemento incompatible), su alta movilidad en la fase acuosa y su fuerte afinidad por minerales arcillosos (elemento litófilo).
El BORO EN LAS PLANTAS • Para las plantas el boro es un nutriente esencial. Parece tener un papel fundamental en el mantenimiento de la estructura de la pared celular (mediante formación de grupos cis-diol) y de las membranas. • Los síntomas de deficiencia suelen aparecer en las hojas jóvenes y los de toxicidad en las hojas maduras. • Un exceso de boro es perjudicial para algunas plantas poco tolerantes al boro, pudiendo actuar en sus nervaduras debilitándolas.
Formación de boro • El B se forma en un proceso denominado astillamiento (spallation), que consiste en la rotura de núcleos más pesados que el boro a causa del bombardeo de rayos cósmicos. Al ser tan poco frecuente este proceso, la abundancia ó cósmica del boro es muy pequeña.
Historia del Boro • Los compuestos de boro se conocen desde hace miles de años: • En el Antiguo Egipcio se utilizaban compuestos del boro para la momificación. • En China se usaban ya cristales de bórax hacia el 300 adC. • En la antigua Roma se utilizaban compuestos de boro en la fabricación de cristal. • Fue reconocido como un nuevo elemento por Jöns Jacob Berzelius en 1824. • El boro puro fue producido por primera vez por el químico estadounidense W. Weintraub en 1909.
COMPUESTOS DEL BORO BÓRAX (Na2B4O7 x 10 H2O) Los más importantes económicamente ÁC. BÓRICO (H3BO3) NITRURO DE BORO (BN) BORAZINA (B3N3H6) Otros ULEXITA (NaCaB5O9 x 8 H2O) TRIÓXIDO DE BORO (B2O3) DIBORANO (B2H6)
COMPUESTOS DEL BORO al bürah BÓRAX o BORATO DE SODIO • Cristal blanco, sólido • Se disuelve fácilmente en agua, el Bórax comercial se deshidrata parcialmente • Se origina en lagos estacionarios (California, Chile, Bolivia, Tíbet…) / Se sintetiza a partir de otros compuestos del Boro • Comportamiento anfótero en disolución Na2B4O7 x 5 H2O DENSIDAD || PM || P. FUSIÓN || P. EBULLICIÓN 1,73g/cm3 381,37 u 741 ºC 1575 ºC
COMPUESTOS DEL BORO BÓRAX o BORATO DE SODIO • USOS • Buffers, por ejemplo: para electroforesis de ADN • Aditivo (E 285) • Flux (pasta para soldaduras) • Detergentes • Cristal, cerámica… • Insecticida • …
COMPUESTOS DEL BORO ÁCIDO BÓRICO • Sólido blanco y cristalino • Se encuentra en zonas volcánicas como Nevada, … // se prepara a partir de Bórax y ác. Sulfúrico // En plantas y frutos … • Soluble en agua hirviendo • A altas temperaturas se deshidrata formando: • HBO2, y si se deshidrata más : H2B4O7 • Estructura cristalina : láminas unidas por enlaces de hidrógeno DENSIDAD || PM || P. FUSIÓN 1,435g/cm3 61,832 u 169 ºC
COMPUESTOS DEL BORO ÁCIDO BÓRICO USOS • Antiséptico, antibacteriano • Control de reactores nucleares • Insecticida, funguicida • Conservación de alimentos • Fabricación de fibras de vidrio • Acabado de cuero y pieles • Cremas, lociones faciales, dentríficos… • Protección contra el fuego de telones teatrales… • Pintura a base de látex
COMPUESTOS DEL BORO NITRURO DE BORO • Sólido blanco • Insoluble • Obtención por nitración del • trióxido de boro • La estructura hexagonal es la • más común (análoga al grafito) DENSIDAD || PM || P. FUSIÓN 2,18g/cm3 24,818 u 2700 ºC
COMPUESTOS DEL BORO NITRURO DE BORO • USOS • Nanotubos • Lubricante (a altas y bajas temperaturas) • Cosméticos • Pinturas
COMPUESTOS DEL BORO BORAZINA • Líquido incoloro • Compuesto cíclico • Obtención por la reacción de amoniaco con diborano • Tiene la misma estructura que el Benceno (isoeléctrico) • Es un ácido de Lewis USOS Cerámicas DENSIDAD || PM || P. FUSIÓN || P. EBULLICIÓN 0,81 g/cm3 80,50 u -58 ºC 55 ºC
COMPUESTOS DEL BORO ULEXITA • Mineral • Dureza 2 • Se encuentra junto al Bórax • Se descompone en agua caliente • Fibra óptica TRIÓXIDO DE BORO • Sólido • Se suele encontrar en su forma vítrea • Estructura • USOS para sintetizar otros compuestos del boro, fibras ópticas, …
COMPUESTOS DEL BORO DIBORANO • Gas incoloro • Estructura tetraédrica • Síntesis a partir de: BCl3 +LiAlH4 // BF3 + NaBH4 • Reacciona con agua para formar ácido bórico e hidrógeno • USOS Producción de Boro DENSIDAD || PM || P. FUSIÓN || P. EBULLICIÓN 1,18 g/L 27,67 u -165 ºC -92,5 ºC
ALUMINIO ¿Dónde se encuentra y en qué abundancia? • El aluminio es el elemento metálico más abundante en la Tierra y • en la Luna, pero nunca se encuentra en forma libre en la • naturaleza. • Se halla en: • Las plantas. • En casi todas las rocas, sobre todo en las ígneas, que contienen aluminio en forma de minerales de aluminosilicato. • Cuando estos minerales se disuelven, según las condiciones químicas, es posible precipitar el aluminio en forma de arcillas minerales, hidróxidos de aluminio o ambos. En esas condiciones se forman las bauxitas • que sirven de materia prima fundamental • en la producción de aluminio.
ALUMINIO Curiosidades • El aluminio fundido puede tener reacciones explosivas con agua. El metal fundido no debe entrar en contacto con herramientas ni con contenedores húmedos. • A temperaturas altas, reduce muchos compuestos que contienen oxígeno, sobre todo los óxidos metálicos. Estas reacciones se aprovechan en la manufactura de ciertos metales y aleaciones.
ALUMINIO Propiedades Atómicas • Masa atómica • 26,9815386(8) u • Radio medio† • 125 pm • Radio atómico calculado • 118 pm • Radio covalente • 118 pm • Radio de Van der Waals • Sin datos • Configuración electrónica • [Ne]3s23p1 • Estados de oxidación (óxido) • 3 (anfótero) • Estructura cristalina • Cúbica centradaen las caras
ALUMINIO Propiedades Químicas • Rápida formación de capa de óxido de aluminio (Alúmina Al2O3 ) impermeable y adherente que detiene el proceso de oxidación, lo que le proporciona resistencia a la corrosión y durabilidad. (Debido a su elevado estado de oxidación impermeable y adherente) . • La capa de oxido formada sobre el aluminio se puede disolver en ácido cítrico formando citrato de aluminio. • El aluminio tiene características anfóteras. Se disuelve tanto en ácidos (formando sales de aluminio) como en bases fuertes (formando aluminatos con el anión [Al(OH)4]-) liberando hidrógeno. • Estado de oxidación +III como es de esperar por sus tres electrones en la capa de valencia.
ALUMINIO Propiedades Físicas • Estado de la materia • Sólido • Punto de fusión • 933,47 K(660°C) • Punto de ebullición • 2792 K • Entalpía de vaporización • 293,4 kJ/mol • Entalpía de fusión • 10,79 kJ/mol • Presión de vapor • 2,42 × 10-6 Pa a 577 K • Velocidad del sonido • 5100 m/s a 273 - 300 K • Es de color blanco brillante. • Buen conductor del calor y de la electricidad. • Resistente a la corrosión, gracias a la capa de Al2O3 formada.
ALUMINIO COMPUESTOS NO METÁLICOS DEL ALUMINIO ÓXIDO DE ALUMINIO O “ALÚMINA”, (Al2O3). • Estructura cristalina • Los cristales de óxido de aluminio son normalmente hexagonales y de tamaño muy fino(nm).. • El óxido de aluminio cristalino y en forma mineral se llama corindón y se utiliza principalmente como abrasivo. El corindón transparente se llama rubí cuando es rojo (asociado con hierro) y zafiro (asociado con titanio) cuando es azul, utilizándose en joyería y en los emisores de rayos láser. • Propiedades • densidad: 3,9 g/cm³ • dureza Vickers: 1500-1650 kgf mm² • módulo de elasticidad: 300-400 GPa • Proceso de producción (por proceso Bayer). • Este es el proceso que emplea la industria para producir alúmina, la cual es imprescindible para la producción de aluminio, El proceso se resume en: • La bauxita es lavada, pulverizada y disuelta en sosa cáustica (hidróxido de sodio) a alta presión y temperatura para obtener aluminato de sodio. • Eliminación de los residuos de bauxita que contienen titanio, hierro y silicio y que se depositan en el fondo del tanque. • Precipitación de partículas de alúmina pura a partir de la solución de aluminato de sodio. • Cristalización de las partículas de alúmina y obtención final de alúmina pura.
ALUMINIO COMPUESTOS NO METÁLICOS DEL ALUMINIO ÓXIDO DE ALUMINIO O “ALÚMINA”, (Al2O3). • Aplicaciones • Materia prima básica para la producción del aluminio. • Aislante térmico para la parte superior de las cubas electrolíticas. • Revestimiento de protección para evitar la oxidación de los ánodos de carbono. • Absorción de las emisiones provenientes de las cubas. • También es utilizada para el secado del aire comprimido ya que tiene la propiedad de adsorber y desorber el agua. • En el área sanitaria de las prótesis dentales, se utiliza como base de la estructura de coronas y puentes proporcionando gran dureza y resistencia, ligereza y translucidez. • El corindón se usa en joyería y además es un agente abrasivo de gran efectividad.
ALUMINIO COMPUESTOS NO METÁLICOS DEL ALUMINIO SULFATO DE ALUMINIO [Al2(SO4)3] • El sulfato de aluminio es una sal de fórmula Al2(SO4)3, es sólido y • blanco. Es ampliamente usada en la industria, comúnmente como • floculante en la purificación de agua potable y en la industria del papel. • Obtención • El sulfato de aluminio puede obtenerse disolviendo hidróxido de aluminio en ácido sulfúrico: • 2 Al(OH)3 + 3 H2SO4 + 10 H2O → Al2(SO4)3·16 H2O • Propiedad floculante • Cuando el pH del agua es alto (mayor de 7), el aluminio precipita arrastrando las partículas en suspensión, dejando el agua transparente. Esta propiedad es comúnmente usada en piscinas y para tratamiento de aguas industriales. • Aplicaciones • Es empleado en la purificación de aguas y como fijador de pigmentos en textiles. También se emplea como antitranspirante y además, a partir del 2005 lo reconoció como absorbente de la humedad. Aunque se está considerando una relación entre el aluminio y el Alzheimer
ALUMINIO COMPUESTOS NO METÁLICOS DEL ALUMINIO HIDRÓXIDO DE ALUMINIO [Al(OH)3] • Es la forma más estable de aluminio en condiciones normales. • En la naturaleza se encuentra como mineral de gibsita. • Es uno de los principales componentes, junto con el oxido • de aluminio [Al2O3] y el hidróxido de óxido de aluminio [AlO(OH)] • del mineral o mena de aluminio, la bauxita. • Reacciones • El hidróxido de aluminio es anfotérico. En condiciones fuertemente ácidas, se forma Al(OH)2+ y en condiciones fuertemente básicas, se forma Al(OH)4-. • Las sales del anión Al(OH)4- o similar, por ejemplo AlO2-, a veces son llamadas aluminatos. • Cuando es usado, el hidróxido de aluminio neutraliza el exceso del ácido. Por ejemplo, Al(OH)3 + 3HCl da como resultado AlCl3 + 3H2O.
ALUMINIO COMPUESTOS NO METÁLICOS DEL ALUMINIO HIDRÓXIDO DE ALUMINIO [Al(OH)3] • Farmacología • Farmacológicamente conocido como Alu-Cap o Aludrox, es usado como un antiácido. También sirve para eliminar la sudoración. • Esta disminución de la acidez del contenido del estómago a continuación puede ayudar a aliviar los síntomas de úlceras, pirosis o dispepsia. También puede causar estreñimiento y por lo tanto a menudo se usa con carbonato de magnesio. • Para la gente sufriendo de insuficiencia renal, este compuesto también es usado como quelante de fosfato para controlar los niveles de fosfato en la sangre. • Sin embargo, hay afirmaciones no verificadas de que el consumo excesivo de aluminio es una causa de la enfermedad de Alzheimer.
Aleaciones • Desde el punto de vista físico, el aluminio puro posee una resistencia muy baja a la tracción y una dureza escasa. En cambio, unido en aleación con otros elementos, adquiere características mecánicas mejores. • Hay distintos tipos de aleaciones: • Duraluminio: • El duraluminio contiene pequeñas cantidades de cobre (3 - 5%), magnesio (0,5 - 2%), manganeso (0,25 - 1%) y Zinc (3,5 - 5%). • Anticorodal: • El anticorodal esta compuesto a base de aluminio y pequeños aportes de magnesio y silicio . Pero que pueden contener a veces manganeso, titanio y Cromo.
¿Qué le aportan los elementos aleantes al aluminio? • Cromo: Aumenta la resistencia mecánica cuando está combinado con otros elementos Cu, Mn, Mg. • Cobre: Incrementa las propiedades mecánicas pero reduce la resistencia a la corrosión. • Hierro: Incrementa la resistencia mecánica. • Manganeso: Incrementa las propiedades mecánicas y reduce la calidad de embutición. • Silicio: Combinado con magnesio (Mg), tiene mayor resistencia mecánica. • Titanio: Aumenta la resistencia mecánica. • Magnesio: Tiene alta resistencia tras el conformado en frío. • Zinc: Reduce la resistencia a la corrosión.
Tipos de aleaciones • Las aleaciones de aluminio se dividen en dos grandes grupos, las que no reciben tratamiento térmico y las que reciben tratamiento térmico. • Aleaciones de aluminio forjado sin tratamiento térmico • Las aleaciones que no reciben tratamiento térmico solamente pueden ser trabajadas en frío para aumentar su resistencia. • Aleaciones 1xxx. Son aleaciones de aluminio técnicamente puro, al 99,9% siendo sus principales impurezas el hierro y el silicio y una pequeña cantidad de cobre. Se utilizan principalmente par trabajos de laminados en frío. • Aleaciones 3 xxx. El elemento aleante principal de este grupo de aleaciones es el manganeso (Mn) que está presente en un 1,2% y tiene como objetivo reforzar al aluminio. Se utilizan en componentes que exijan buena mecanibilidad. • Aleaciones 5xxx. En este grupo de aleaciones es el magnesio es el principal componente aleante su aporte varía del 2 al 5%. Esta aleación se utiliza cuando para conseguir reforzamiento en solución sólida.
Tipos de aleaciones • Aleaciones de aluminio forjado con tratamiento térmico • Algunas aleaciones pueden reforzarse mediante tratamiento térmico en un proceso de precipitación. • Aleaciones 2xxx: El principal aleante de este grupo de aleaciones es el cobre (Cu), aunque también contienen magnesio Mg Se utiliza en la fabricación de estructuras de aviones. • Aleaciones 6xxx. Los principales elementos aleantes de este grupo son magnesio y silicio. Es utilizada para perfiles y estructuras en general. • Aleaciones 7xxx. Los principales aleantes de este grupo de aleaciones son cinc, magnesio y cobre. Se utiliza también para fabricar estructuras de aviones.
APLICACIONES • El uso industrial del aluminio excede al del cualquier otro metal exceptuando el hierro y el acero. Es un material importante en multitud de actividades económicas y ha sido considerado un recurso estratégico en situaciones de conflicto. • Según como se encuentre puede tener diferentes usos: • Aluminio metálico. • Aleaciones de aluminio. • Compuestos no metálicos del aluminio
Aluminio metálico El aluminio se utiliza rara vez 100% puro, pues las propiedades mecánicas que tiene no son demasiado interesantes. El aluminio puro se emplea principalmente en la fabricación de espejos, tanto para uso doméstico como para telescopios reflectores.
Aleaciones de aluminio El aluminio se emplea más a menudo aleado con otros metales, y sus principales usos son relacionados con: • Estructuras portantes edificios, aviones, automóviles, tanques, buques, • bicicletas. • Embalaje de alimentospapel de aluminio, latas, tetrabriks • Carpintería metálicapuertas, ventanas, cierres, armarios. • Bienes de uso doméstico utensilios de cocina, herramientas. • Transmisión eléctricatorres de alta tensión. • Caldereríaestructuras para almacenaje y transporte. • Combustibles cohetes espaciales.
Compuestos no metálicos • Óxido de aluminio revestimiento de protección y adsorbente. El óxido de aluminio cristalino en joyería y en los emisores de rayos láser. • Haluros catalizadores. producción de pinturas y caucho sintético. Refino de petróleo. • Aluminosilicatos forman parte de las arcillas y son la base de muchas cerámicas y vidrios. • Hidróxido de aluminio antiácido, mordiente, producción de cerámica y vidrio y impermeabilización de tejidos. • Hidruros complejos de aluminio reductores valiosos en síntesis orgánica. • Sulfato de aluminio y el sulfato de amonio y aluminio tratamiento de aguas, producción de papel, aditivo alimentario curtido del cuero. • Fosfato de aluminio deshidratante a alta temperatura. • Borohidrurode aluminio aditivo a los combustibles de aviones a reacción. • Sales de aluminio de los ácidos grasos formulación del napalm y adyuvante inmune en vacunas.
Galio GALIO
Historia • El galio se descubrió espectroscópicamente en 1875 por el químico francés Paul ÉmileLecoq de Boisbaudran y recibió su denominación en honor de Francia, que antiguamente se llamaba Galia. • Es uno de los elementos cuyas propiedades predijo Mendeléiev (eka-aluminio). • El galio aparece en pequeñas cantidades en minerales de aluminio y zinc, pero las fuentes más ricas contienen menos del 1%de galio. • La parte más importante de la producción de galio sirve para la producción de arseniuro de galio, que como material semiconductor en algunas aplicaciones es superior al silicio.
GALIO GRUPO DEL BORO Número atómico:31 Grupo:13 Periodo:4 Configuración electrónica:[Ar] 3d10 4s2 4p1 Estados de oxidación:+3 Electronegatividad:1.81 Radio atómico / pm:122.1 Masa atómica relativa:69.723 ± 0.001
DATOS CRISTALOGRÁFICOS • Estructura cristalina: ortorrómbica centrada en las bases • Dimensiones de la celda unidad / pm: a=451.86, b=765.70, c=452.58
PROPIEDADES PROPIEDADES FÍSICAS PROPIEDADES TÉRMICAS Conductividad térmica / W m-1K-1:40.6 Punto de fusión / °C:29.76 Punto de ebullición / °C:2204 Calor de fusión / kJ mol-1:5.59 Calor de vaporización / kJ mol-1:270.3 Calor de atomización / kJ mol-1:276 • Densidad / g dm-3:5907(293 K) 6113.6 (m.p.) • Volumen molar / cm3mol-1:11.80 (293 K) 11.40 (m.p.) • Resistencia eléctrica / μΩcm:17.4 (20 °C)
PROPIEDADES ENERGÍA DE IONIZACIÓN ABUNDANCIA DE ELEMENTOS en la atmósfera / ppm:- en la corteza terrestre / ppm:18 en los océanos / ppm:0.0005 • 1a Energía de ionización / kJ mol-1:578.85 • 2a Energía de ionización / kJ mol-1:1979.33 • 3a Energía de ionización / kJ mol-1:2963.09
Propiedades • El galio es semejante químicamente al aluminio. • Es anfótero, pero poco más ácido que el aluminio. • La valencia normal del galio es 3+ y forma hidróxidos, óxidos y sales. • Reacciona vigorosamente con agua hirviendo, pero ligeramente con agua a temperatura ambiente. • Las sales de galio son incoloras; se preparan de manera directa a partir del metal, dado que la purificación de éste es más simple que la de sus sales. • El galio forma aleaciones eutécticas de bajo punto de fusión con varios metales, y compuestos intermetálicos con muchos otros. • Todo el aluminio contiene cantidades pequeñas de galio, como impureza inofensiva, pero la penetración intergranular de grandes cantidades a 30ºC causa fallas catastróficas.
ISÓTOPOS Masa atómica de los isótopos relativa. Porcentaje por masa (%) POTENCIALES ESTÁNDAR DE REDUCCIÓN Semirreacción Eo / V Ga3+ + 2e- Ga+- 0.4 Ga3+ + 3e- Ga(s)- 0.56 H2GaO3- + 3e- Ga(s) + 4OH-- 1.22 30 Cinc <= 31 Galio => 32 Germanio • 69Ga68.925581(3)60.108(9) • 71Ga70.924705(2)39.892(9)
Precauciones Debido a la expansión al solidificar el líquido no debe almacenarse en recipientes rígidos (metálicos o de vidrio) ni llenarse el recipiente totalmente con galio líquido