Capítulo XVI

LA FAMILIA DEL CLORO

================================================================== PESO ATÓMICO PUNTO DE FUSIÓN PUNTO DE EBULLICIÓN COLOR Y ESTADO Flúor (F) 19.00 -223 °C -187 °C Gas de color amarillo pálido. Cloro (Cl) 35.45 -102 °C -33.6 °C Gas de color amarillo verdoso. Bromo (Br) 79.96 -7 °C 59 °C Líquido rojo. Yodo (I) 126.97 107 °C 175 °C Sólido negro violáceo. ==================================================================

~La familia.~ Los cuatro elementos mencionados en la tabla anterior forman una familia de elementos claramente definida y ejemplifican de manera muy clara la forma en que los miembros de una familia en un grupo periódico se parecen entre sí, así como el carácter de las diferencias que podemos esperar encontrar entre los miembros individuales.

1. Ocurrencia. Estos elementos no se encuentran en la naturaleza en estado libre. Los compuestos de los tres últimos elementos de la familia se hallan ampliamente en el agua de mar, y por esta razón a la familia a veces se le da el nombre de halógenos, que significa "productores de sal marina".

2. Propiedades. Como se puede observar en la tabla, los puntos de fusión y ebullición de los elementos de la familia aumentan con sus pesos atómicos. Se nota una gradación similar en su color y estado. Un átomo de cada uno de los elementos se combina con un átomo de hidrógeno para formar ácidos, que son gases muy solubles en agua. La afinidad de los elementos por el hidrógeno es inversa a sus pesos atómicos, siendo el flúor el de mayor afinidad y el yodo el de menor. Solo el cloro y el yodo forman óxidos, y los de este último son muy inestables. Los elementos del grupo son univalentes en sus compuestos con hidrógeno y los metales.

FLÚOR

~Ocurrencia.~ El elemento flúor se encuentra en la naturaleza principalmente como el mineral fluorita (CaF{2}), como criolita (Na{3}AlF{6}) y en el mineral complejo apatita (3 Ca{3}(PO{4}){2}.CaF{2}).

~Preparación.~ Todos los intentos de aislar el elemento resultaron fallidos hasta años recientes. No pueden emplearse los métodos que funcionan para preparar los otros elementos de la familia, ya que en cuanto el flúor es liberado se combina con los materiales de los que está hecho el aparato o con el hidrógeno del agua que siempre está presente. La preparación del flúor fue finalmente lograda por el químico francés Moissan mediante la electrólisis del ácido fluorhídrico. El ácido fluorhídrico perfectamente seco (HF) se condensó a líquido y se colocó en un tubo en forma de U hecho de platino (o cobre), provisto de electrodos y tubos de salida, como se muestra en la Fig. 52. Este líquido no es un electrolito, pero se vuelve tal cuando se disuelve fluoruro de potasio en él. Cuando esta solución fue sometida a electrólisis, el hidrógeno se liberó en el cátodo y el flúor en el ánodo.

~Propiedades.~ El flúor es un gas de color ligeramente amarillento, y puede condensarse a un líquido que hierve a -187 °C bajo presión atmosférica. Se solidifica a -223 °C. Es extremadamente activo químicamente, siendo el más activo de todos los elementos a temperatura ambiente.

Se combina con todos los elementos comunes excepto el oxígeno, muy a menudo con incandescencia y liberación de mucho calor. Tiene una fuerte afinidad por el hidrógeno y es capaz de extraerlo de sus compuestos con otros elementos. Debido a su gran actividad es extremadamente venenoso. El flúor no forma óxidos, ni tampoco forma ácidos oxigenados, en lo cual difiere de los otros miembros de la familia.

~Ácido fluorhídrico~ (HF). El ácido fluorhídrico se obtiene fácilmente a partir de fluorita por la acción de ácido sulfúrico concentrado. La ecuación es

CaF{2} + H{2}SO{4} = CaSO{4} + 2HF.

En sus propiedades físicas se asemeja a los ácidos binarios de los otros elementos de esta familia, aunque se condensa más fácilmente a líquido. El ácido anhidro hierve a 19 °C y por lo tanto puede prepararse a presiones ordinarias. Es soluble en todas proporciones en agua, y una solución concentrada—aproximadamente al 50%—se prepara para su comercialización. Sus vapores son sumamente irritantes para los órganos respiratorios, y varios químicos han perdido la vida al inhalarlos accidentalmente.

~Propiedades químicas.~ El ácido fluorhídrico, como otros ácidos fuertes, actúa fácilmente sobre bases y óxidos metálicos y forma los fluoruros correspondientes. También disuelve ciertos metales como la plata y el cobre. Actúa muy enérgicamente sobre la materia orgánica, una sola gota del ácido concentrado produce una llaga en la piel que es muy dolorosa y de lenta curación. Su propiedad más característica es su acción sobre el dióxido de silicio (SiO{2}), con el que forma agua y el gas tetrafluoruro de silicio (SiF{4}), como se muestra en la ecuación

SiO{2} + 4HF = SiF{4} + 2H{2}O.

El vidrio consiste en ciertos compuestos de silicio, que también son atacados por el ácido, por lo que no puede guardarse en botellas de vidrio. Se conserva en frascos hechos de cera o gutapercha.

~Grabado.~ Se aprovecha esta reacción para grabar diseños en vidrio. El recipiente de vidrio se recubre con una pintura protectora sobre la que el ácido no actúa, dejando sin protección las partes que se desea volver opacas. Luego se pinta una mezcla de fluorita y ácido sulfúrico sobre el recipiente y, después de unos minutos, se lava bien. Dondequiera que el ácido fluorhídrico entra en contacto con el vidrio, lo ataca, destruyendo su brillo y volviéndolo opaco, de modo que el diseño expuesto queda grabado en el vidrio claro. Las esferas de vidrio esmerilado a menudo se fabrican de este modo.

El grabado también puede realizarse cubriendo el vidrio con una fina capa de parafina, cortando el diseño a través de la cera y luego exponiendo el vidrio a los vapores del ácido.

~Sales del ácido fluorhídrico,—fluoruros.~ Se conocen varios fluoruros, pero solo uno de ellos, el fluoruro de calcio (CaF{2}), es importante. Este es el conocido mineral fluorita.

CLORO

~Histórico.~ Mientras estudiaba la acción del ácido clorhídrico sobre el mineral pirolusita, en 1774, Scheele obtuvo una sustancia gaseosa amarillenta a la que dio un nombre acorde con la teoría del flogisto entonces vigente. Más tarde se supuso que era un compuesto que contenía oxígeno. Sin embargo, en 1810 el químico inglés Sir Humphry Davy demostró que era un elemento y lo llamó cloro.

~Ocurrencia.~ El cloro no se encuentra libre en la naturaleza, pero sus compuestos están ampliamente distribuidos. Por lo general, se presenta combinado con los metales en forma de cloruros, siendo los de sodio, potasio y magnesio los más abundantes. Casi toda el agua salada contiene estas sustancias, especialmente cloruro de sodio, y en muchas partes del mundo se encuentran grandes yacimientos de sal compuestos de cloruros.

~Preparación.~ Se pueden mencionar dos métodos generales para preparar cloro: el método de laboratorio y el método electrolítico.

1. Método de laboratorio. En el laboratorio, el cloro se obtiene calentando el mineral pirolusita (dióxido de manganeso, MnO{2}) con ácido clorhídrico concentrado. La primera reacción, que parece ser similar a la acción de los ácidos sobre los óxidos en general, se expresa en la ecuación

MnO{2} + 4HCl = MnCl{4} + 2H{2}O.

Sin embargo, el compuesto de manganeso así formado es muy inestable y se descompone según la ecuación

MnCl{4} = MnCl{2} + 2Cl.

En lugar de usar ácido clorhídrico en la preparación de cloro, puede emplearse igualmente una mezcla de cloruro de sodio y ácido sulfúrico, ya que estos dos reaccionan para formar ácido clorhídrico. Las siguientes ecuaciones expresan los cambios:

(1) 2NaCl + H{2}SO{4} = Na{2}SO{4} + 2HCl.

(2) MnO{2} + 4 HCl = MnCl{2} + 2Cl + 2H{2}O.

(3) MnCl{2} + H{2}SO{4} = MnSO{4} + 2HCl.

Combinando estas ecuaciones, se obtiene la siguiente ecuación que expresa la reacción completa:

2NaCl + MnO{2} + 2H{2}SO{4} = MnSO{4} + Na{2}SO{4} + 2H{2}O + 2Cl.

Dado que el ácido clorhídrico liberado en la tercera ecuación está libre para actuar sobre el dióxido de manganeso, se verá que todo el cloro originalmente presente en el cloruro de sodio es liberado.

El dióxido de manganeso y el ácido clorhídrico se mezclan en un matraz, como se representa en la Fig. 53, y se aplica un calor suave. La velocidad de evolución del gas se regula mediante la cantidad de calor aplicada, y el gas se recoge por desplazamiento de aire. Como muestran las ecuaciones, solo la mitad del cloro presente en el ácido clorhídrico es liberado.

2. Método electrolítico. En la discusión sobre electrólisis (p. 102) se mostró que cuando se electroliza una solución de cloruro de sodio, el cloro se desprende en el ánodo, mientras que el sodio liberado en el cátodo reacciona con el agua para formar hidrógeno, que se desprende, e hidróxido de sodio, que permanece en solución. Actualmente, gran parte del cloro requerido en las industrias químicas se produce de esta manera, en conjunto con la fabricación de hidróxido de sodio.

Propiedades físicas. El cloro es un gas de color amarillo verdoso, que posee un olor peculiar y sofocante, y produce un efecto muy violento en la garganta y los pulmones. Incluso cuando se inhala en pequeñas cantidades, suele provocar todos los síntomas de un resfriado fuerte, y en cantidades mayores puede tener una acción grave e incluso fatal. Es bastante pesado (densidad = 2.45) y, por lo tanto, puede recogerse por desplazamiento de aire. Un volumen de agua, en condiciones normales, disuelve aproximadamente tres volúmenes de cloro. El gas se licúa fácilmente; una presión de seis atmósferas basta para licuarlo a 0 °C. Forma un líquido amarillento que se solidifica a -102 °C.

Propiedades químicas. A temperaturas ordinarias, el cloro es mucho más activo químicamente que cualquiera de los elementos que hemos considerado hasta ahora, con excepción del flúor; de hecho, es uno de los elementos más activos de todos.

1. Acción sobre los metales. Muchos metales se combinan directamente con el cloro, especialmente cuando están calientes. Una tira de cobre calentada en la llama de un mechero y luego introducida en cloro arde con incandescencia. El sodio arde brillantemente cuando se calienta fuertemente en cloro ligeramente húmedo. El oro y la plata se empañan rápidamente por acción del gas.

2. Acción sobre los no metales. El cloro también tiene una fuerte afinidad por muchos no metales. Así, el fósforo arde en una corriente de gas, mientras que el antimonio y el arsénico en forma de polvo fino prenden fuego de inmediato al ser introducidos en frascos con el gas. Los productos formados en todos los casos en que el cloro se combina con otro elemento se llaman cloruros.

3. Acción sobre el hidrógeno. El cloro tiene una fuerte afinidad por el hidrógeno, uniéndose con él para formar ácido clorhídrico. Un chorro de hidrógeno ardiendo en el aire continúa ardiendo cuando se introduce en un frasco con cloro, produciendo una llama algo luminosa. Una mezcla de ambos gases explota violentamente cuando se le aplica una chispa o cuando se expone a la luz solar intensa. En este último caso, es la luz y no el calor la que inicia la reacción.

4. Acción sobre sustancias que contienen hidrógeno. El cloro no solo se combina directamente con hidrógeno libre, sino que a menudo lo extrae de sus compuestos. Así, cuando se hace pasar cloro por una solución que contiene ácido sulfhídrico, se precipita azufre y se forma ácido clorhídrico. La reacción se muestra en la siguiente ecuación:

H{2}S + 2Cl = 2HCl + S.

Con el amoníaco la acción es similar:

NH{3} + 3Cl = 3HCl + N.

La misma tendencia se observa de manera muy notable en la acción del cloro sobre la trementina. Esta sustancia está compuesta en gran parte por compuestos cuya composición se representa por la fórmula C{10}H{16}. Cuando se coloca en un frasco con cloro una tira de papel humedecida con trementina tibia, aparecen densos vapores de ácido clorhídrico y se forma un depósito negro de carbono. Incluso el agua, que es un compuesto muy estable, puede ser descompuesta por el cloro, liberándose oxígeno. Esto puede demostrarse de la siguiente manera:

Si se llena un tubo largo, de diámetro bastante grande, con una solución concentrada de cloro en agua y se invierte en un recipiente con la misma solución, como se muestra en la Fig. 54, y el aparato se coloca a plena luz solar, muy pronto se observarán burbujas de gas que ascienden por la solución y se recogen en el tubo. Un examen de este gas mostrará que es oxígeno. Se libera del agua de acuerdo con la siguiente ecuación:

H{2}O + 2Cl = 2HCl + O.

5. Acción sobre sustancias coloreadas: acción blanqueadora. Si se colocan tiras de tela de colores vivos o flores muy coloridas en cloro completamente seco, por lo general no se observa ningún cambio notable en el color. Sin embargo, si la tela y las flores se humedecen primero, el color desaparece rápidamente, es decir, los objetos se blanquean. Evidentemente, tanto la humedad como el cloro intervienen en la acción, y un estudio del caso muestra que el cloro se ha combinado con el hidrógeno del agua. El oxígeno liberado oxida la sustancia colorante, transformándola en un compuesto incoloro. De esta explicación se deduce que el cloro solo blanqueará aquellas sustancias que se transforman en compuestos incoloros por oxidación.

6. Acción como desinfectante. El cloro también posee marcadas propiedades germicidas, y tanto el elemento libre como los compuestos de los que se libera fácilmente se emplean como desinfectantes.

Estado naciente. Se observará que el oxígeno, cuando es liberado del agua por el cloro, puede hacer lo que el oxígeno ordinario no puede, ya que tanto la tela como las flores permanecen inalteradas en el aire que contiene oxígeno. Generalmente es cierto que la actividad de un elemento es mayor en el instante de su liberación de sus compuestos. Para expresar este hecho, se dice que los elementos, en el momento de su liberación, están en estado naciente. Es el oxígeno naciente el que produce el blanqueo.

Ácido clorhídrico (ácido muriático) (HCl). La preparación del ácido clorhídrico puede tratarse bajo dos aspectos generales:

1. Preparación en laboratorio. El producto formado por la combustión del hidrógeno en cloro es el gas ácido clorhídrico. Sin embargo, esta sustancia se obtiene mucho más fácilmente tratando sal común (cloruro de sodio) con ácido sulfúrico. La siguiente ecuación muestra la reacción:

2NaCl + H{2}SO{4} = Na{2}SO{4} + 2HCl.

La sal seca se coloca en un matraz provisto de un tubo de embudo y un tubo de salida, se añade el ácido sulfúrico y se calienta suavemente el matraz. El gas ácido clorhídrico se desprende rápidamente y puede recogerse por desplazamiento de aire. Puede emplearse el mismo aparato que se utilizó en la preparación del cloro (Fig. 53).

Cuando una solución de sal se trata con ácido sulfúrico no se observa una acción muy marcada. El ácido clorhídrico formado es muy soluble en agua, por lo que no escapa de la solución; de ahí que pronto se alcance un estado de equilibrio entre las cuatro sustancias representadas en la ecuación. Cuando se vierte ácido sulfúrico concentrado, en el que el ácido clorhídrico no es soluble, sobre sal seca, la reacción es completa.

2. Preparación comercial. Comercialmente, el ácido clorhídrico se prepara en relación con la fabricación de sulfato de sodio, siendo la reacción la misma que la ya indicada. La reacción se lleva a cabo en un horno, y el ácido clorhídrico, al escapar en forma de gas, se hace pasar a través de agua, en la que se disuelve, formando la solución de ácido clorhídrico comercial. Cuando los materiales son puros, se obtiene una solución incolora. La solución más concentrada tiene una densidad de 1.2 y contiene 40% de HCl. El ácido comercial, a menudo llamado ácido muriático, suele estar coloreado de amarillo por impurezas.

Composición del ácido clorhídrico. Cuando se electroliza una solución de ácido clorhídrico en un aparato similar al que se usó para la electrólisis del agua (Fig. 18), el cloro se recoge en el ánodo y el hidrógeno en el cátodo. Al principio, el cloro se disuelve en el agua, pero pronto el agua en uno de los tubos se satura con él, y si se dejan abiertos los grifos hasta que esto ocurra, y luego se cierran, se verá que los dos gases se liberan en volúmenes iguales.

Cuando se hacen combinar volúmenes medidos de ambos gases, se encuentra que un volumen de hidrógeno se combina con uno de cloro. Otros experimentos muestran que el volumen de ácido clorhídrico formado es igual a la suma de los volúmenes de hidrógeno y cloro. Por lo tanto, un volumen de hidrógeno se combina con un volumen de cloro para formar dos volúmenes de gas ácido clorhídrico. Dado que el cloro es 35.18 veces más pesado que el hidrógeno, se deduce que una parte de hidrógeno en peso se combina con 35.18 partes de cloro para formar 36.18 partes de ácido clorhídrico.

Propiedades físicas. El ácido clorhídrico es un gas incoloro que produce una sensación irritante al ser inhalado y posee un sabor agrio y picante, pero no tiene un olor marcado. Es más pesado que el aire (densidad = 1.26) y es muy soluble en agua. En condiciones estándar, un volumen de agua disuelve aproximadamente 500 volúmenes de gas. Al calentar dicha solución, el gas se libera hasta que, al punto de ebullición, la solución contiene aproximadamente un 20% en peso de HCl. Una ebullición adicional no expulsará más ácido, sino que la solución destilará con concentración inalterada. Una solución más diluida que esta perderá agua al hervir hasta alcanzar la misma concentración, 20%, y luego destilará sin cambios. Bajo alta presión, el gas puede licuarse, requiriéndose 28 atmósferas a 0 °C. Bajo estas condiciones, forma un líquido incoloro que no es muy activo químicamente. Hierve a -80 °C y se solidifica a -113 °C. La solución del gas en agua se utiliza casi exclusivamente en lugar del gas mismo, ya que no solo es mucho más conveniente, sino también más activa.

Propiedades químicas. Las propiedades químicas más importantes del ácido clorhídrico son las siguientes:

1. Acción como ácido. En solución acuosa, el ácido clorhídrico posee propiedades ácidas muy fuertes; de hecho, es uno de los ácidos más fuertes. Actúa sobre óxidos e hidróxidos, convirtiéndolos en sales:

NaOH + HCl = NaCl + H{2}O, CuO + 2HCl = CuCl{2} + H{2}O.

Actúa sobre muchos metales, formando cloruros y liberando hidrógeno:

Zn + 2HCl = ZnCl{2} + 2H, Al + 3HCl = AlCl{3} + 3H.

A diferencia de los ácidos nítrico y sulfúrico, no tiene acción oxidante, por lo que cuando actúa sobre metales siempre se desprende hidrógeno.

2. Relación con la combustión. El gas clorhídrico no se descompone fácilmente, por lo tanto, no es ni combustible ni un agente que favorezca la combustión.

3. Acción sobre agentes oxidantes. Aunque el ácido clorhídrico es incombustible, puede oxidarse bajo ciertas circunstancias, en cuyo caso el hidrógeno se combina con el oxígeno y el cloro se libera. Así, cuando una solución de ácido clorhídrico actúa sobre dióxido de manganeso, parte del cloro se libera:

MnO{2} + 4HCl = MnCl{2} + 2H{2}O + 2Cl.

~Agua regia.~ Se ha visto que cuando el ácido nítrico actúa como agente oxidante, generalmente se descompone, como se representa en la ecuación

2HNO{3} = H{2}O + 2NO + 3O.

El oxígeno así liberado puede actuar sobre el ácido clorhídrico:

6HCl + 3O = 3H{2}O + 6Cl.

Por lo tanto, la ecuación completa es

2HNO{3} + 6HCl = 4H{2}O + 2NO + 6Cl.

Cuando se mezclan ácidos nítrico y clorhídrico concentrados, esta reacción ocurre lentamente, formándose cloro y otras sustancias no representadas en la ecuación. La mezcla se conoce como agua regia y comúnmente se prepara añadiendo una parte de ácido nítrico a tres partes de ácido clorhídrico. Actúa con mayor poder sobre metales y otras sustancias que cualquiera de los ácidos por separado, y debe su fuerza no a sus propiedades ácidas, sino a la acción del cloro naciente que libera. Por consiguiente, cuando actúa sobre metales como el oro, los convierte en cloruros, y la reacción puede representarse mediante ecuaciones como

Au + 3Cl = AuCl{3}.

~Sales del ácido clorhídrico,—cloruros.~ Se conocen los cloruros de todos los metales y muchos de ellos son compuestos muy importantes. Algunos se encuentran en la naturaleza, y todos pueden prepararse por el método general de obtención de sales. El cloruro de plata, el cloruro de plomo y el cloruro mercurioso son insolubles en agua y ácidos, y pueden prepararse añadiendo ácido clorhídrico a soluciones de compuestos de los respectivos elementos. Aunque los cloruros tienen fórmulas similares a las de los fluoruros, sus propiedades suelen ser bastante diferentes. Esto se observa en la solubilidad de las sales. Los metales cuyos cloruros son insolubles forman fluoruros solubles, mientras que muchos de los metales que forman cloruros solubles producen fluoruros insolubles.

~Compuestos del cloro con oxígeno e hidrógeno.~ El cloro se combina con oxígeno e hidrógeno para formar cuatro ácidos diferentes. Todos son bastante inestables, y la mayoría no puede prepararse en forma pura; sin embargo, sus sales pueden obtenerse fácilmente y algunos de ellos se encontrarán en el estudio de los metales. Las fórmulas y nombres de estos ácidos son los siguientes:

HClO ácido hipocloroso.

HClO{2} ácido cloroso.

HClO{3} ácido clórico.

HClO{4} ácido perclórico.

~Óxidos de cloro.~ Se conocen dos óxidos, con las fórmulas Cl{2}O y ClO{2}. Se descomponen muy fácilmente y son buenos agentes oxidantes.

BROMO

~Histórico.~ El bromo fue descubierto en 1826 por el químico francés Ballard, quien lo aisló de la sal marina. Lo llamó bromo (hedor) debido a sus vapores insoportables.

~Ocurrencia.~ El bromo se encuentra casi exclusivamente en forma de bromuros, especialmente como bromuro de sodio y bromuro de magnesio, que se hallan en muchos manantiales salinos y depósitos de sal. Los depósitos de Stassfurt en Alemania y las aguas salinas de Ohio y Michigan son especialmente ricos en bromuros.

~Obtención del bromo.~ El método de laboratorio para preparar bromo es esencialmente diferente del método comercial.

1. Método de laboratorio. Como en el caso del cloro, el bromo puede prepararse mediante la acción del ácido bromhídrico (HBr) sobre el dióxido de manganeso. Dado que el ácido bromhídrico no es un producto comercial, comúnmente se sustituye por una mezcla de ácido sulfúrico y un bromuro. Los materiales se colocan en un matraz de destilación dispuesto como se muestra en la Fig. 55. El extremo del matraz apenas toca la superficie del agua en el tubo de ensayo. Al calentar, el bromo destila y se recoge en el recipiente frío. La ecuación es

2NaBr + 2H{2}SO{4} + MnO{2} = Na{2}SO{4} + MnSO{4} + 2H{2}O + 2Br.

2. Método comercial. El bromo se prepara comercialmente a partir de las aguas de pozos salinos especialmente ricos en bromuros. Al hacer pasar una corriente eléctrica a través de estas aguas, el bromo es liberado primero. Sin embargo, cualquier cloro liberado ayudará en la reacción, ya que el cloro libre descompone los bromuros, como se muestra en la ecuación

NaBr + Cl = NaCl + Br.

Cuando el agua que contiene el bromo se calienta, el bromo liberado destila hacia el recipiente colector.

~Propiedades físicas.~ El bromo es un líquido rojo oscuro, aproximadamente tres veces más pesado que el agua. Su vapor tiene un olor muy desagradable y es sumamente irritante para los ojos y la garganta. El líquido hierve a 59 grados y se solidifica a -7 grados; pero incluso a temperaturas ordinarias se evapora rápidamente, formando un gas marrón rojizo muy similar en apariencia al peróxido de nitrógeno. El bromo es algo soluble en agua, 100 volúmenes de agua bajo condiciones normales disuelven 1 volumen del líquido. Es fácilmente soluble en disulfuro de carbono, formando una solución amarilla.

~Propiedades químicas y usos.~ En su acción química, el bromo es muy similar al cloro. Se combina directamente con muchos de los mismos elementos con los que se une el cloro, pero con menor energía. Se combina con hidrógeno y extrae este elemento de algunos de sus compuestos, aunque no tan fácilmente como el cloro. Sus propiedades blanqueadoras también son menos marcadas.

El bromo tiene muchos usos en la fabricación de medicamentos orgánicos y colorantes, así como en la preparación de bromuros.

~Ácido bromhídrico (HBr).~ Cuando el ácido sulfúrico actúa sobre un bromuro, se libera ácido bromhídrico:

2NaBr + H{2}SO{4} = Na{2}SO{4} + 2HBr.

Al mismo tiempo, se libera algo de bromo, como puede observarse por los vapores rojos que aparecen y por el olor. La explicación de esto se encuentra en el hecho de que el ácido bromhídrico es mucho menos estable que el ácido clorhídrico y, por lo tanto, se oxida más fácilmente. El ácido sulfúrico concentrado es un buen agente oxidante y oxida parte del ácido bromhídrico, liberando bromo:

H{2}SO{4} + 2HBr = 2H{2}O + SO{2} + 2Br.

~Obtención de ácido bromhídrico puro.~ Una forma conveniente de preparar ácido bromhídrico puro es mediante la acción del bromo sobre fósforo rojo húmedo. Esto puede hacerse con el aparato mostrado en la Fig. 56. El bromo se coloca en el embudo de goteo A, y el fósforo rojo, junto con suficiente agua para cubrirlo, se coloca en el matraz B. Mediante la llave de paso, el bromo se deja caer gota a gota en el matraz, produciéndose la reacción sin necesidad de aplicar calor. Las ecuaciones son

(1) P + 3Br = PBr{3},

(2) PBr{3} + 3H{2}O = P(OH){3} + 3HBr.

El tubo en U C contiene perlas de vidrio humedecidas con agua y frotadas con fósforo rojo. Cualquier bromo que escape a la reacción en el matraz actúa sobre el fósforo en el tubo en U. El ácido bromhídrico se recoge de la misma manera que el ácido clorhídrico.

~Propiedades.~ El ácido bromhídrico se parece notablemente al ácido clorhídrico en sus propiedades físicas y químicas. Es un gas incoloro, de vapores intensos, más pesado que el ácido clorhídrico y, al igual que este, muy soluble en agua. En condiciones estándar, 1 volumen de agua disuelve 610 volúmenes del gas. Químicamente, la principal diferencia con el ácido clorhídrico es que se oxida mucho más fácilmente, por lo que el bromo se libera con mayor facilidad que el cloro a partir del ácido clorhídrico.

~Sales del ácido bromhídrico,—bromuros.~ Los bromuros son muy similares a los cloruros en sus propiedades. El cloro actúa sobre los bromuros y el ácido bromhídrico libre, liberando bromo de ellos:

KBr + Cl = KCl + Br,

HBr + Cl = HCl + Br.

El bromuro de plata se utiliza extensamente en fotografía, y los bromuros de sodio y potasio se emplean como medicamentos.

~Compuestos oxigenados.~ No se conocen óxidos de bromo con certeza, y el bromo no forma tantos ácidos oxigenados como el cloro. Se conocen sales del ácido hipobromoso (HBrO) y del ácido brómico (HBrO{3}).

YODO

~Histórico.~ El yodo fue descubierto en 1812 por Courtois en las cenizas de ciertas plantas marinas. Su presencia se reveló por su hermoso vapor violeta, lo que sugirió el nombre yodo (del griego, por su apariencia violeta).

~Ocurrencia.~ En estado combinado, el yodo se encuentra en cantidades muy pequeñas en el agua de mar, de donde es absorbido por ciertas plantas marinas, por lo que se encuentra en sus cenizas. Se halla junto con el bromo en manantiales y yacimientos salinos, y también se encuentra en el salitre de Chile.

~Obtención.~ El yodo puede prepararse de varias maneras, siendo los principales métodos los siguientes:

1. Método de laboratorio. El yodo puede prepararse fácilmente en el laboratorio a partir de un yoduro mediante el método empleado para obtener bromo, excepto que se sustituye el yoduro de sodio por bromuro de sodio. También puede obtenerse haciendo pasar cloro en una solución de un yoduro.

2. Método comercial. Comercialmente, el yodo se preparaba anteriormente a partir de algas marinas (kelp), pero ahora se obtiene casi en su totalidad de los depósitos de salitre de Chile. El salitre crudo se disuelve en agua y la solución se evapora hasta que el salitre cristaliza. Los líquidos restantes, conocidos como "lejías madres", contienen yodato de sodio (NaIO{3}), en el cual el yodo está presente en el salitre. La reacción química por la cual el yodo se libera de este compuesto es compleja, dependiendo del hecho de que el ácido sulfuroso actúa sobre el ácido yódico, liberando yodo. Esta reacción se muestra a continuación:

2HIO{3} + 5H{2}SO{3} = 5H{2}SO{4} + H{2}O + 2I.

~Purificación del yodo.~ El yodo puede purificarse de manera muy conveniente de la siguiente forma. El yodo crudo se coloca en un plato de evaporación E (Fig. 57), y el plato se coloca sobre el baño de arena S. El yodo se cubre con el embudo invertido F, y el baño de arena se calienta suavemente con un mechero Bunsen. A medida que el plato se calienta, el yodo se evapora rápidamente y se condensa de nuevo en la superficie fría del embudo formando cristales brillantes.

Este proceso, en el cual un sólido se convierte en vapor y luego se condensa nuevamente en sólido sin pasar por el estado líquido, se llama sublimación.

~Propiedades físicas.~ El yodo es un sólido pesado, brillante, de color negro violáceo, que cristaliza en láminas brillantes. Incluso a temperatura ambiente desprende un hermoso vapor violeta, que aumenta en cantidad al aplicar calor. Funde a 107 °C y hierve a 175 °C. Es ligeramente soluble en agua, pero se disuelve fácilmente en alcohol, formando una solución marrón (tintura de yodo), y en disulfuro de carbono, formando una solución violeta. El elemento tiene un olor fuerte y desagradable, aunque no tan irritante como el del cloro y el bromo.

~Propiedades químicas.~ Químicamente, el yodo es bastante similar al cloro y al bromo, pero es aún menos activo que el bromo. Se combina directamente con muchos elementos a temperaturas ordinarias. A temperaturas elevadas se combina con hidrógeno, pero la reacción es reversible y el compuesto formado se descompone con bastante facilidad. Tanto el cloro como el bromo lo desplazan de sus sales:

KI + Br = KBr + I,

KI + Cl = KCl + I.

Cuando incluso trazas mínimas de yodo se agregan a una pasta delgada de almidón, se desarrolla un color azul muy intenso, y esta reacción constituye una prueba delicada para el yodo. El yodo se utiliza ampliamente en medicina, especialmente en forma de tintura. También se usa mucho en la preparación de colorantes y fármacos orgánicos; el yodoformo, una sustancia utilizada como antiséptico, tiene la fórmula CHI{3}.

~Ácido yodhídrico (HI).~ Este ácido no puede prepararse en estado puro mediante la acción del ácido sulfúrico sobre un yoduro, ya que el ácido yodhídrico liberado es oxidado por el ácido sulfúrico, al igual que en el caso del ácido bromhídrico, pero en mayor medida. Puede prepararse exactamente de la misma manera que el ácido bromhídrico, sustituyendo el yodo por el bromo. También puede prepararse haciendo pasar ácido sulfhídrico en agua en la que se suspende yodo. La ecuación es

H{2}S + 2I = 2HI + S.

El ácido yodhídrico formado de esta manera se disuelve en el agua.

~Propiedades y usos.~ El ácido yodhídrico se parece a los ácidos correspondientes del cloro y el bromo en sus propiedades físicas, siendo un gas incoloro que desprende vapores intensos y es fácilmente soluble en agua. En condiciones estándar, 1 volumen de agua disuelve aproximadamente 460 volúmenes del gas. Sin embargo, es más inestable que los ácidos clorhídrico o bromhídrico, y al exponerse al aire se descompone gradualmente según la ecuación

2HI + O = H{2}O + 2I.

Debido a la escasa afinidad entre el yodo y el hidrógeno, el ácido cede fácilmente su hidrógeno y, por lo tanto, es un agente reductor fuerte. Esto se observa en su acción sobre el ácido sulfúrico.

Las sales del ácido yodhídrico, los yoduros, son en general similares a los cloruros y bromuros. El yoduro de potasio (KI) es el más conocido de los yoduros y se utiliza mucho en medicina.

~Compuestos de oxígeno.~ El yodo tiene una afinidad mucho mayor por el oxígeno que el cloro o el bromo. Cuando se calienta con ácido nítrico, forma un óxido estable (I{2}O{5}). Las sales de ácido yódico (HIO{3}) y ácido periódico (HIO{4}) se preparan fácilmente, y los ácidos libres son mucho más estables que los ácidos correspondientes de los otros miembros de esta familia.

LEY DE LOS VOLÚMENES DE GAY-LUSSAC

En la discusión sobre la composición del ácido clorhídrico se indicó que un volumen de hidrógeno se combina con un volumen de cloro para formar dos volúmenes de ácido clorhídrico. Con el bromo y el yodo se mantienen proporciones de combinación similares. Estos hechos recuerdan las sencillas relaciones de volumen ya observadas en el estudio de la composición del vapor de agua y el amoníaco. Estas relaciones pueden representarse gráficamente de la siguiente manera:

+—+ +—+ +—+ +—+ H + Cl = H Cl + H Cl +—+ +—+ +—+ +—+

+—+ +—+ +—+ +—+ +—+ H H + O = H{2}O + H{2}O +—+ +—+ +—+ +—+ +—+

+—+ +—+ +—+ +—+ +—+ +—+ H H H + N = NH{3} + NH{3} +—+ +—+ +—+ +—+ +—+ +—+

A principios del siglo pasado, Gay-Lussac, un distinguido químico francés, estudió las relaciones de volumen de muchos gases que se combinan, y concluyó que siempre se mantienen relaciones similares. Sus observaciones se resumen en la siguiente ley: Cuando dos gases se combinan químicamente, siempre existe una relación simple entre sus volúmenes, y entre el volumen de cualquiera de ellos y el del producto, siempre que éste sea un gas. Por relación simple se entiende, por supuesto, la relación de números enteros pequeños, como 1 : 2, 2 : 3.

EJERCICIOS

1. ¿Cómo explicamos el hecho de que el ácido fluorhídrico líquido no sea un electrolito?

2. ¿Por qué el ácido sulfúrico libera ácido fluorhídrico de sus sales?

3. En la preparación de cloro, ¿qué ventajas tiene tratar el dióxido de manganeso con una mezcla de cloruro de sodio y ácido sulfúrico en lugar de con ácido clorhídrico?

4. ¿Por qué debe mantenerse el agua de cloro en la oscuridad?

5. ¿Cuál es el origen de la palabra nascente?

6. ¿Qué sustancias estudiadas se utilizan como agentes blanqueadores? ¿A qué se debe la acción blanqueadora en cada caso?

7. ¿Qué sustancias estudiadas se utilizan como agentes desinfectantes?

8. ¿Qué significa la afirmación de que el ácido clorhídrico es uno de los ácidos más fuertes?

9. ¿Cuál es el significado de la frase aqua regia?

10. ¿Cl{2}O es el anhídrido de qué ácido?

11. Una solución de ácido yodhídrico se vuelve marrón al dejarla reposar. ¿Cómo se explica esto?

12. ¿Cómo se pueden distinguir el vapor de bromo y el peróxido de nitrógeno?

13. Escribe las ecuaciones de la reacción que ocurre cuando el ácido yodhídrico se prepara a partir de yodo, fósforo y agua.

14. Por su comportamiento frente al ácido sulfúrico, ¿a qué clase de agentes pertenecen los ácidos bromhídrico y yodhídrico?

15. Da el origen de los nombres de los elementos de la familia del cloro.

16. Escribe los nombres y fórmulas de los ácidos binarios del grupo en orden de estabilidad de los ácidos.

17. ¿Qué se forma cuando un metal se disuelve en cada uno de los siguientes? ácido nítrico; ácido sulfúrico diluido; ácido sulfúrico concentrado; ácido clorhídrico; aqua regia.

18. ¿Cómo podrías distinguir entre un cloruro, un bromuro y un yoduro?

19. ¿Qué peso de cloruro de sodio es necesario para preparar suficiente ácido clorhídrico para saturar 1 l. de agua en condiciones estándar?

20. Al descomponerse, 100 l. de ácido clorhídrico producirían cuántos litros de hidrógeno y cloro respectivamente, midiendo los gases en las mismas condiciones? ¿Concuerdan tus resultados con los hechos experimentales?