Reacciones de Halógenos

¿Qué son los halógenos?

Fig. 1 - Los halógenos

Los halógenos pueden reaccionar de muchas maneras. Pueden

• Desplazar a otros halógenos.

• Reaccionar con el hidrógeno.

• Reaccionar con metales.

• Reaccionar con el hidróxido sódico.

• Reaccionar con alcanos, benceno y otras moléculas orgánicas.

Exploraremos estas reacciones a lo largo del resto de este artículo.

Reacciones de los halógenos como agentes oxidantes

Los halógenos pueden actuar como agentes oxidantes.

Puede que ya conozcas el acrónimo OIL RIG. Te ayuda a recordar el movimiento de los electrones en las reacciones redox:

Fig. 2 - El acrónimo OIL RIG

Del mismo modo, existe otro acrónimo, RAD OAT. Te ayuda a recordar las acciones de los agentes oxidantes y reductores, una vez más en términos de electrones:

Fig. 3 - El acrónimo RAD OAT

Esto significa que un agente oxidante toma electrones de otra especie y los gana él mismo. Se reduce.

En general, el poder oxidante de los halógenos disminuye a medida que se desciende en el grupo. De hecho, ¡el flúor es uno de los agentes oxidantes más potentes que existen!

Reacciones de desplazamiento de los halógenos

Un ejemplo de reacción de oxidación en la que intervienen halógenos es una reacción de desplazamiento.

En principio, estas reacciones son bastante sencillas. Un halógeno más reactivo desplaza a un haluro menos reactivo de una solución acuosa:

• Los átomos de halógeno más reactivos oxidan los iones haluro menos reactivos.
• Los iones haluro pierden electrones y forman átomos de halógeno. Se oxidan.
• Los átomos de halógeno ganan electrones para formar iones haluro. Se reducen.

Supón que tienes una solución de bromuro sódico a la que añades cloro. Los halógenos son menos reactivos a medida que desciendes de grupo en la tabla periódica, lo que significa que el cloro es más reactivo que el bromo.

Fig. 4 - Reactividad de los halógenos

Así, los átomos de cloro desplazan a los iones de bromuro de una solución acuosa. Los iones bromuro se oxidan y pierden electrones, mientras que los átomos de cloro se reducen y ganan electrones. Los iones bromuro forman bromo, y el cloro forma iones cloruro. Ésta es la ecuación:

${\mathrm{Cl}}_2\left(\mathrm{aq}\right)+2{\mathrm{Br}}^{-}\left(\mathrm{aq}\right)\to 2{\mathrm{Cl}}^{-}\left(\mathrm{aq}\right)+{\mathrm{Br}}_2\left(\mathrm{aq}\right)$

También puedes formularla como dos semiequaciones:

${\mathrm{Cl}}_2\left(\mathrm{aq}\right)+2{\mathrm{e}}^{-}\to 2{\mathrm{Cl}}^{-}\left(\mathrm{aq}\right)$

$2{\mathrm{Br}}^{-}\left(\mathrm{aq}\right)\to {\mathrm{Br}}_2\left(\mathrm{aq}\right)+2{\mathrm{e}}^{-}$

Sabemos que se produce esta reacción porque podemos ver un cambio de color. Los iones bromuro vuelven la solución de color marrón anaranjado.

Sin embargo, si añades bromo a una solución que contenga iones cloruro, no ocurrirá nada: el bromo es menos reactivo que el cloro. No es un agente oxidante lo suficientemente potente como para oxidar los iones cloruro.

La siguiente tabla muestra las reacciones de desplazamiento entre distintas combinaciones de cloro, bromo, yodo y sus iones acuosos, junto con los cambios de color observables. Observa que el flúor no está incluido. La razón es que el flúor es un agente oxidante demasiado fuerte. De hecho, consigue oxidar el agua en oxígeno, complicando aún más la reacción. Tampoco hemos incluido el astato porque es extremadamente raro y muy reactivo, y probablemente nunca te lo encuentres.

Fig. 5 - Reacciones de desplazamiento de los halógenos

Reacciones de los halógenos con el hidrógeno

Los halógenos reaccionan con el hidrógeno en otro ejemplo de reacción redox. Forman un haluro de hidrógeno, HX. Como en las reacciones de desplazamiento que hemos visto antes, los halógenos actúan como agentes oxidantes, por lo que su reactividad disminuye a medida que se desciende en el grupo.

Por ejemplo, el flúor y el hidrógeno reaccionan explosivamente para dar gas fluoruro de hidrógeno:

${\mathrm{F}}_2\left(\mathrm{g}\right)+{\mathrm{H}}_2\left(\mathrm{g}\right)\to 2\mathrm{HF}\left(\mathrm{g}\right)$

El hidrógeno se oxida y pierde electrones, mientras que el flúor se reduce y gana electrones.

Sin embargo, el yodo y el hidrógeno sólo reaccionan parcialmente. La mezcla forma un equilibrio:

${\mathrm{I}}_2\left(\mathrm{g}\right)+{\mathrm{H}}_2\left(\mathrm{g}\right)\rightleftharpoons 2\mathrm{HI}\left(\mathrm{g}\right)$

Reacciones de los halógenos con los metales

Veamos ahora algunos ejemplos de reacciones entre halógenos y metales. Todas estas reacciones forman sales. De nuevo, se trata de reacciones redox y la reactividad disminuye a medida que se desciende en el grupo.

Reacción con el sodio

Los halógenos reaccionan enérgicamente con el sodio metálico caliente para producir un haluro de sodio. Oxidan el sodio en iones Na(I) con carga +1. El fluoruro, el cloruro, el bromuro y el yoduro de sodio son sólidos blancos.

Por ejemplo, la reacción entre el cloro y el sodio:

${\mathrm{Cl}}_2\left(\mathrm{g}\right)+2\mathrm{Na}\left(\mathrm{s}\right)\to 2\mathrm{NaCl}\left(\mathrm{s}\right)$

Reacción con el hierro

Los halógenos pueden oxidar el hierro en iones hierro(III). La reacción global produce un haluro de hierro(III). Sin embargo, esta reacción sólo se produce con flúor, cloro y bromo; el yodo no es un agente oxidante lo bastante potente como para que se produzca la reacción.

Por ejemplo, la reacción entre el cloro y el hierro:

$3{\mathrm{Cl}}_2\left(\mathrm{g}\right)+2\mathrm{Fe}\left(\mathrm{s}\right)\to 2{\mathrm{FeCl}}_3\left(\mathrm{s}\right)$

Reacciones de los halógenos con el hidróxido sódico

Otra reacción redox en la que intervienen los halógenos es su reacción con el hidróxido sódico. Sin embargo, esta reacción es ligeramente diferente: es un ejemplo de reacción de desproporción.

Veamos la reacción entre el cloro y el hidróxido de sodio frío. Ambos reaccionan para producir cloruro sódico, clorato(I) de sodio y agua:

${\mathrm{Cl}}_2\left(\mathrm{aq}\right)+2\mathrm{NaOH}\left(\mathrm{aq}\right)\to \mathrm{NaCl}\left(\mathrm{aq}\right)+\mathrm{NaClO}\left(\mathrm{aq}\right)+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\left(\mathrm{l}\right)$

Observa los estados de oxidación de los compuestos producidos:

• En el cloruro sódico, el cloro tiene un estado de oxidación de -1. El cloro se ha reducido.
• En el clorato sódico, el cloro tiene un estado de oxidación de +1. El cloro se ha oxidado. El cloro se ha oxidado.

El estado de oxidación del cloro es la reacción de desproporción con el hidróxido de sodio. Originales de StudySmarter

Al reaccionar el cloro con hidróxido sódico caliente se obtiene un producto ligeramente distinto: el clorato sódico(V). En este compuesto, el cloro tiene un estado de oxidación de +5:

$3{\mathrm{Cl}}_2\left(\mathrm{aq}\right)+6\mathrm{NaOH}\left(\mathrm{aq}\right)\to 5\mathrm{NaCl}\left(\mathrm{aq}\right)+{\mathrm{NaClO}}_3\left(\mathrm{aq}\right)+3{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\left(\mathrm{l}\right)$

El bromo y el yodo reaccionan de forma similar. Sin embargo, puedes producir bromato(V) de sodio a una temperatura mucho más baja que la necesaria para producir clorato(V) de sodio, ya que el bromo es un agente reductor mejor que el cloro. Del mismo modo, producir yodato(V) de sodio es aún más fácil.

En general, mientras que los halógenos son mejores agentes oxidantes a medida que se asciende en elgrupo, son mejores agentes reductores a medida que se desciende en el grupo.

Reacciones de los halógenos con moléculas orgánicas

Por último, los halógenos pueden reaccionar con moléculas orgánicas. Volverás a verlas como parte de la química orgánica, pero también las veremos ahora.

Reacción con alcanos

Si mezclas un alcano con un halógeno e iluminas la mezcla con luz ultravioleta, las dos moléculas reaccionarán. Los átomos de halógeno sustituyen a algunos de los átomos de hidrógeno del alcano para producir un halogenoalcano. Esta reacción se conoce como sustitución por radicales libres. Si el halógeno utilizado es cloro, también se conoce como cloración.

La sustitución por radicales libres puede dar lugar a diversos productos. Por poner un ejemplo, la reacción entre etano y cloro puede producir cloroetano:

${\mathrm{CH}}_3{\mathrm{CH}}_3+{\mathrm{Cl}}_2\to {\mathrm{CH}}_3{\mathrm{CH}}_2\mathrm{Cl}+\mathrm{HCl}$

Reacción con el benceno

Los halógenos reaccionan con el benceno en otra reacción de sustitución conocida como sustitución electrofílica. Esta reacción necesita un catalizador: un haluro de aluminio o hierro.

Por ejemplo, al reaccionar benceno y cloro en presencia de cloruro de aluminio se produce clorobenceno y ácido clorhídrico:

${\mathrm{C}}_6\mathrm{H}{}_6+{\mathrm{Cl}}_2\to {\mathrm{C}}_6{\mathrm{H}}_5\mathrm{Cl}+\mathrm{HCl}$

En cuanto a las reacciones tanto con alcanos como con benceno, la reactividad de los halógenos disminuye a medida que se desciende en el grupo. La fluoración del benceno es explosiva, mientras que la yodación no suele producirse. Del mismo modo, te costaría mucho hacer reaccionar el yodo con cualquier alcano. El cloro y el bromo son los reactivos preferidos. Estas reacciones tampoco son reacciones redox: no hay transferencia de electrones. En su lugar, forman moléculas covalentes.

Resumen de las reacciones de los halógenos

Sí, lo sabemos, ¡te hemos dado un montón de información nueva! Pero una vez que te haces a la idea de la reactividad y la capacidad oxidante, la mayoría de las reacciones de los halógenos no son demasiado complicadas:

• A medida que desciendes en el grupo, disminuye el poder oxidante.
• A medida que desciendes en el grupo, aumenta el poder reductor.