- Este artículo trata de las propiedades de los halógenos.
- Definiremos los halógenos antes de examinar sus propiedades físicas y químicas.
- Para ello consideraremos propiedades como el radio atómico, los puntos de fusión y ebullición, la electronegatividad, la volatilidad y la reactividad.
- Terminaremos explorando algunos de los usos de los halógenos.
Definición de halógeno
Los halógenos son un grupo de elementos de la tabla periódica. Todos contienen cinco electrones en su subcáscara p externa y suelen formar iones con carga -1.
Los halógenos también se conocen como grupo 7 o grupo 17.
Según la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC), el grupo 7 se refiere técnicamente al grupo de la tabla periódica que contiene manganeso, tecnecio, renio y bohrio. En cambio, el grupo del que hablamos se conoce sistemáticamente como grupo 17. Para evitar confusiones, es mucho más fácil referirse a ellos como los halógenos.
Fig. 1 - Los halógenos, en la tabla periódica resaltados en verde
Según a quién preguntes, hay cinco o seis miembros del grupo de los halógenos. Los cinco primeros son flúor (F), cloro (Cl), bromo (Br), yodo (I) y astato (At). Algunos científicos también consideran que el elemento artificial tennessina (Ts ) es un halógeno. Aunque la tennessina sigue muchas de las tendencias mostradas por los demás halógenos, también actúa de forma extraña mostrando algunas de las propiedades de los metales. Por ejemplo, no forma iones negativos. La astatoína también muestra algunas de las propiedades de un metal. Debido a su comportamiento único, ignoraremos en gran medida tanto la tennessina como la astatina durante el resto de este artículo.
La tennessina es extremadamente inestable y sólo ha existido durante fracciones de segundo. Esto, junto con su coste, significa que muchas de sus propiedades no se han observado realmente. Sólo son hipotéticas. Del mismo modo, la astatina también es inestable, con una semivida máxima de poco más de ocho horas. Tampoco se han observado muchas de las propiedades de la astatina. De hecho, nunca se ha recogido una muestra pura de astatina, porque cualquier espécimen se vaporizaría inmediatamente bajo el calor de su propia radiactividad.
Como la mayoría de los grupos de la tabla periódica, los halógenos tienen ciertas características comunes. Exploremos ahora algunas de ellas.
Propiedades físicas de los halógenos
Los halógenos son todos no metales. Presentan muchas de las propiedades físicas típicas de los no metales.
Son malos conductores del calor y la electricidad.
Cuando son sólidos, son opacos y quebradizos.
Tienen puntos de fusión y ebullición bajos.
Aspecto físico
Los halógenos tienen colores distintos. También son el único grupo que abarca los tres estados de la materia a temperatura ambiente. Echa un vistazo a la siguiente tabla.
Elemento | Estado a temperatura ambiente | Color | Otros |
F | Gas | Amarillo pálido | |
Cl | Gas | Verde | |
Br | Líquido | Rojo oscuro | Forma un vapor rojo-marrón |
I | Sólido | Negro grisáceo | Forma un vapor púrpura |
Aquí tienes un diagrama que te ayudará a visualizar estos cuatro halógenos.
Fig. 2 - Aspecto físico de los cuatro primeros halógenos a temperatura ambiente
Radio atómico
A medida que desciendes en el grupo de la tabla periódica, los halógenos aumentan su radio atómico. Esto se debe a que cada uno de ellos tiene una capa de electrones más. Por ejemplo, el flúor tiene la configuración electrónica 1s2 2s2 2p5, y el cloro tiene la configuración electrónica 1s22s22p6 3s2 3p5. El flúor sólo tiene dos capas principales de electrones, mientras que el cloro tiene tres.
Fig. 3 - El flúor y el cloro con sus configuraciones electrónicas. Observa que el cloro es un átomo más grande que el flúor.
Puntos de fusión y ebullición
Como puedes deducir de los estados de la materia que aparecen en la tabla anterior, los puntos de fusión y ebullición aumentan a medida que se desciende en el grupo de los halógenos. Esto se debe a que los átomos son más grandes y tienen más electrones. Por ello, experimentan fuerzas de van der Waals más fuertes entre las moléculas. Para superarlas se necesita más energía, por lo que aumentan los puntos de fusión y ebullición del elemento.
Elemento | Punto de fusión (°C) | Punto de ebullición (°C ) |
| F | -220 | -188 |
| Cl | -101 | -35 |
| Br | -7 | 59 |
| I | 114 | 184 |
Volatilidad
La volatilidad está estrechamente relacionada con los puntos de fusión y ebullición: es la facilidad con la que se evapora una sustancia. A partir de los datos anteriores, es fácil ver que la volatilidad de los halógenos disminuye a medida que se desciende en el grupo. Una vez más, todo ello se debe a las fuerzas de van der Waals. Al descender en el grupo, los átomos son más grandes y, por tanto, tienen más electrones. Por ello, experimentan fuerzas de van der Waals más fuertes, lo que disminuye su volatilidad.
Propiedades químicas de los halógenos
Los halógenos también tienen algunas propiedades químicas características. Por ejemplo:
- Tienen valores de electronegatividad elevados.
- Forman aniones negativos.
- Participan en los mismos tipos de reacción, como reaccionar con metales para formar sales y reaccionar con hidrógeno para formar haluros de hidrógeno.
- Se encuentran como moléculas diatómicas.
- El cloro, el bromo y el yodo son poco solubles en agua. No tiene sentido siquiera considerar la solubilidad del flúor: ¡reacciona violentamente en cuanto entra en contacto con el agua!
Los halógenos son mucho más solubles en disolventes inorgánicos como los alcanos. La solubilidad tiene que ver con la energía liberada cuando las moléculas de un soluto son atraídas por las moléculas de un disolvente. Como tanto los alcanos como las moléculas de halógeno son apolares, las atracciones que se rompen entre dos moléculas de halógeno son aproximadamente iguales a las atracciones que se forman entre una molécula de halógeno y una molécula de alcano, por lo que se mezclan fácilmente.
Veamos algunas tendencias en las propiedades químicas dentro del grupo de los halógenos.
Electronegatividad
Sabiendo lo que sabes sobre el radio atómico, ¿puedes predecir la tendencia de la electronegatividad a medida que desciendes en el grupo de los halógenos? Echa un vistazo a Polaridad si necesitas un recordatorio.
A medida que desciendes por el grupo en la tabla periódica, los halógenos disminuyen en electronegatividad. Recuerda que la electronegatividad es la capacidad de un átomo para atraer un par de electrones compartidos. Investiguemos por qué ocurre esto.
Tomemos como ejemplo el flúor y el cloro. El flúor tiene nueve protones y nueve electrones; dos de estos electrones están en una capa interna de electrones. Protegen la carga de dos de los protones del flúor, por lo que cada electrón de la capa externa del flúor sólo tiene una carga de +7. El cloro tiene diecisiete protones y diecisiete electrones. Diez de estos electrones están en envolturas internas, protegiendo la carga de diez protones. Al igual que en el flúor, cada uno de los electrones de la capa externa del cloro sólo siente una carga de +7. Éste es el caso de todos los halógenos. Pero como el cloro tiene un radio atómico mayor que el flúor, los electrones de la capa externa sienten la atracción hacia el núcleo con menos fuerza. Esto significa que el cloro tiene una electronegatividad menor que el flúor.
En general, a medida que se desciende en el grupo, la electronegatividad disminuye. De hecho, el flúor es el elemento más electronegativo de la tabla periódica.
Fig. 4 - Electronegatividad de los halógenos
Afinidad de electrones
La afinidadelectrónica es el cambio de entalpía cuando un mol de átomos gaseosos gana cada uno un electrón para formar un mol de aniones gaseosos.
Los factores que afectan a la afinidad electrónica son la carga nuclear, el radio atómico y el blindaje de las envolturas electrónicas internas.
Los valores de afinidad electrónica son siempre negativos. Para más información, consulta los Ciclos de Born Haber.
A medida que descendemos de grupo en la tabla periódica, aumenta la carga nuclear del halógeno. Sin embargo, este aumento de la carga nuclear se compensa con electrones de apantallamiento adicionales. Esto significa que en todos los halógenos, el electrón entrante sólo siente una carga de +7.
A medida que se desciende en el grupo, el radio atómico también aumenta. Esto significa que el electrón entrante está más alejado del núcleo y, por tanto, siente la carga del núcleo con menos intensidad. Se libera menos energía cuando el átomo gana un electrón. Por lo tanto, la afinidad electrónica disminuye en magnitud a medida que se desciende en el grupo.
Fig. 5 - Afinidad electrónica de los halógenos
Hay una excepción: el flúor. Tiene una afinidad electrónica de menor magnitud que el cloro. Veámoslo un poco más de cerca.
El flúor tiene la configuración electrónica 1s2 2s2 2p5. Cuando gana un electrón, éste pasa al subesqueleto 2p. El flúor es un átomo pequeño y este subesqueleto no es muy grande. Eso significa que los electrones que ya están en ella están densamente agrupados. De hecho, su carga es tan densa que repelen parcialmente al electrón entrante, compensando el aumento de atracción por la disminución del radio atómico.
Reactividad
Para comprender la reactividad de los halógenos, debemos fijarnos en dos aspectos diferentes de su comportamiento: su capacidad oxid ante y su capacidad reductora.
Capacidad oxidante
Los halógenos tienden a reaccionar ganando un electrón. Esto significa que actúan como agentes oxidantes y que ellos mismos se reducen.
A medida que se desciende en el grupo, la capacidad oxidante disminuye. De hecho, el flúor es uno de los mejores agentes oxidantes que existen. Puedes demostrarlo haciendo reaccionar halógenos con lana de hierro.
El flúor reacciona enérgicamente con la lana de hierro fría; a decir verdad, ¡el flúor reacciona instantáneamente con casi todo!
El cloro reacciona rápidamente con la lana de hierro calentada.
El bromo ligeramente caliente reacciona más lentamente con la lana de hierro caliente.
El yodo muy caliente reacciona muy lentamente con la lana de hierro caliente.
Capacidad reductora
Los halógenos también pueden reaccionar perdiendo electrones. En este caso actúan como agentes reduc tores y ellos mismos se oxidan.
La capacidad reductora de los halógenos aumenta a medida que se desciende en el grupo. Por ejemplo, el yodo es un agente reductor mucho más potente que el flúor.
Puedes estudiar la capacidad reductora con más detalle en Reacciones de los halogenuros.
Reactividad global
Como los halógenos actúan principalmente como agentes oxidantes, su reactividad global sigue una tendencia similar: disminuye a medida que se desciende en el grupo. Exploremos esto un poco más.
La reactividad de un halógeno depende mucho de su capacidad para atraer electrones. Esto tiene que ver con su electronegatividad. Como ya hemos descubierto, el flúor es el elemento más electronegativo. Esto hace que el flúor sea extremadamente reactivo.
También podemos utilizar las entalpías de enlace para mostrar la tendencia de la reactividad. Tomemos como ejemplo la entalpía de enlace del carbono. La entalpía de enlace es la energía necesaria para romper un enlace covalente en estado gaseoso, y disminuye a medida que se desciende en el grupo. El flúor forma enlaces mucho más fuertes con el carbono que el cloro: es más reactivo. Esto se debe a que el par de electrones enlazados está más alejado del núcleo, por lo que la atracción entre el núcleo positivo y el par enlazado negativo es más débil.
Cuando los halógenos reaccionan, generalmente ganan un electrón para formar un anión negativo. Esto es lo que ocurre en el proceso de afinidad electrónica, ¿verdad? Por eso te preguntarás por qué el flúor es más reactivo que el cloro cuando tiene un valor inferior de afinidad electrónica.
Pues bien, la reactividad no sólo tiene que ver con la afinidad electrónica. También implica otros cambios de entalpía. Por ejemplo, cuando un halógeno reacciona para formar iones haluro, primero se atomiza en átomos de halógeno individuales. A continuación, cada átomo gana un electrón para formar un ion. A continuación, los iones pueden disolverse en una solución. La reactividad es una combinación de todas estas entalpías. Aunque el flúor tiene menor afinidad electrónica que el cloro, esto se compensa con creces por la magnitud de los demás cambios de entalpía en la reacción, lo que hace que el flúor sea más reactivo.
Fuerza de enlace
La última propiedad química de los halógenos que estudiaremos hoy es su fuerza de enlace. Consideraremos tanto la fuerza del enlace halógeno-halógeno (X-X), como la del enlace hidrógeno-halógeno (H-X).
Fuerza del enlace halógeno-halógeno
Los halógenos forman moléculas diatómicas X-X. La fuerza de este enlace halógeno-halógeno, también conocida como entalpía de enlace, suele disminuir a medida que se desciende en el grupo. Sin embargo, el flúor es una excepción: el enlace F-F es mucho más débil que el enlace Cl-Cl. Observa el siguiente gráfico.
Fig. 6 - Entalpía de enlace halógeno-halógeno (X-X)
La entalpía de enlace depende de la atracción electrostática entre el núcleo positivo y el par de electrones del enlace. Ésta, a su vez, depende del número de protones no apantallados del átomo y de la distancia entre el núcleo y el par de electrones enlazantes. Todos los halógenos tienen el mismo número de electrones en su subesfera exterior y, por tanto, el mismo número de protones no apantallados. Sin embargo, a medida que desciendes de grupo en la tabla periódica, aumenta el radio atómico y, por tanto, la distancia del núcleo al par de electrones enlazantes. Esto disminuye la fuerza del enlace.
El flúor rompe esta tendencia. Los átomos de flúor tienen siete electrones en su capa externa. Cuando forman moléculas diatómicas F-F, cada átomo presenta un par de electrones de enlace y tres pares de electrones solitarios. Los átomos de flúor son tan pequeños que cuando dos se unen para formar una molécula de F-F, los pares de electrones solitarios de un átomo repelen con bastante fuerza a los del otro átomo, hasta el punto de que disminuyen la entalpía del enlace F-F.
Fuerza del enlace hidrógeno-halógeno
Los halógenos también pueden formar moléculas diatómicas H-X. La fuerza del enlace hidrógeno-halógeno disminuye a medida que se desciende en el grupo, como puedes ver en el siguiente gráfico.
Fig. 7 - Entalpía del enlace hidrógeno-halógeno (H-X)
Una vez más, esto se debe al aumento del radio atómico del átomo halógeno. Al aumentar el radio atómico, aumenta la distancia entre el núcleo y el par de electrones de enlace, por lo que disminuye la fuerza del enlace. Pero observa que, en este caso, el flúor sigue la tendencia. Los átomos de hidrógeno no tienen pares solitarios de electrones, por lo que no existe ninguna repulsión adicional entre el átomo de hidrógeno y el átomo de flúor. Por tanto, el enlace H-F es el más fuerte de todos los enlaces hidrógeno-halógeno.
Estabilidad térmica de los halogenuros de hidrógeno
Dediquemos un momento a considerar las estabilidades térmicas relativas de los halogenuros de hidrógeno. A medida que desciendes en el grupo de la tabla periódica, los halogenuros de hidrógeno se vuelven menos estables térmicamente. Esto se debe a que el enlace H-X es menos fuerte y, por tanto, más fácil de romper. Aquí tienes una tabla que compara la estabilidad térmica y la entalpía de enlace de los halogenuros de hidrógeno:
Fig. 8 - Estabilidad térmica y fuerza de enlace de los halogenuros de hidrógeno
Usos de los halógenos
Para terminar, consideraremos algunos de los usos de los halógenos. De hecho, tienen numerosas aplicaciones.
El cloro y el bromo se utilizan como desinfectantes en diversas situaciones, desde la esterilización de piscinas y heridas hasta la limpieza de platos y superficies. En algunos países, la carne de pollo se lava con cloro para librarla de cualquier agente patógeno nocivo, como la salmonela y la E. coli.
Los halógenos pueden utilizarse en las luces. Mejoran la vida útil de la bombilla.
Podemos añadir halógenos a los medicamentos para que se disuelvan más fácilmente en los lípidos. Esto les ayuda a atravesar la bicapa de fosfolípidos y llegar a nuestras células.
Los iones fluoruro se utilizan en la pasta de dientes, donde forman una capa protectora alrededor del esmalte dental y lo previenen del ataque de los ácidos.
El cloruro sódico también se conoce como sal de mesa común y es esencial para la vida humana. Del mismo modo, también necesitamos yodo en nuestro cuerpo: ayuda a mantener una función tiroidea óptima.
Los clorofluorocarbonos, también conocidos como CFC, son un tipo de molécula que antes se utilizaba en aerosoles y frigoríficos. Sin embargo, ahora están prohibidos debido a su efecto negativo sobre la capa de ozono. Encontrarás más información sobre los CFC en Agotamiento de la capa de ozono.
Propiedades de los halógenos - Puntos clave
Los halógenos son un grupo de elementos de la tabla periódica, todos ellos con cinco electrones en su subesfera p externa. Suelen formar iones con carga -1 y también se conocen como grupo 7 o grupo 17.
Los halógenos son no metales y forman moléculas diatómicas.
A medida que desciendes por el grupo de los halógenos en la tabla periódica:
Aumenta el radio atómico.
Aumentan los puntos de fusión y ebullición.
Disminuye la volatilidad.
La electronegatividad disminuye en general.
Disminuye la reactividad.
La fuerza de enlace X-X y H-X suele disminuir.
Los halógenos no son muy solubles en agua, pero sí en disolventes orgánicos como los alcanos.
Utilizamos los halógenos para diversos fines, como la esterilización, la iluminación, los medicamentos y la pasta de dientes.
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