Interhalógeno

En química, un compuesto interhalógeno es una molécula que contiene dos o más átomos de halógeno diferentes (flúor, cloro, bromo, yodo o astato) y ningún átomo de elemento de ningún otro grupo.

La mayoría de los compuestos interhalógenos conocidos son binarios (compuestos por sólo dos elementos distintos). Sus fórmulas son generalmente XY_n, donde n = 1, 3, 5 o 7, y X es el menos electronegativo de los dos halógenos. El valor de n en los interhalógenos siempre es impar, debido a la valencia impar de los halógenos. Todos son propensos a la hidrólisis y se ionizan para dar lugar a iones polihalógenos. Los formados con astato tienen una vida media muy corta debido a que el astato es intensamente radiactivo.

No se conocen con certeza compuestos interhalógenos que contengan tres o más halógenos diferentes, aunque algunos libros afirman que IFCl₂< /span> y IF₂Cl, y los estudios teóricos parecen indicar que algunos compuestos en la serie BrClF
_n son apenas estables.

Algunos interhalógenos, como BrF₃, IF ₅ y ICl son buenos agentes halogenantes. BrF₅ es demasiado reactivo para generar flúor. Más allá de eso, el monocloruro de yodo tiene varias aplicaciones, incluida la ayuda a medir la saturación de grasas y aceites y como catalizador de algunas reacciones. Se utilizan varios interhalógenos, incluido IF7, para formar polihaluros.

Existen compuestos similares con varios pseudohalógenos, como las azidas halógenas (FN3, ClN3, BrN3 y IN3) y haluros de cianógeno (FCN, ClCN, BrCN y ICN).

Tipos de interhalógenos

Interhalógenos diatómicos

Los interhalógenos de la forma XY tienen propiedades físicas intermedias entre las de los dos halógenos originales. El enlace covalente entre los dos átomos tiene algún carácter iónico, el halógeno menos electronegativo, X, está oxidado y tiene una carga positiva parcial. Todas las combinaciones de flúor, cloro, bromo y yodo que tienen la fórmula general antes mencionada son conocidas, pero no todas son estables. Algunas combinaciones de astato con otros halógenos ni siquiera se conocen y las que se conocen son muy inestables.

• Monofluoruro de cloro (ClF) es el compuesto interhalógeno más ligero. ClF es un gas incoloro con un punto de ebullición normal de −100 °C.
• Bromine monofluoride (BrF) no se ha obtenido como un compuesto puro — se disocia en el trifluoruro y el bromo libre. Se crea de acuerdo a la siguiente ecuación:

Br₂l) + F₂g) → 2 BrF(g)

El monofluoruro de bromo se disocia así:

3 BrF → Br₂ + BrF₃

• Iodine monofluoride (IF) es inestable y descompone a 0 °C, desproporcionando en yodo elemental y pentafluoruro de yodo.
• Moncloruro de minas (BrCl) es un gas marrón amarillo con un punto de ebullición de 5 °C.
• Iodine monochloride (ICl) existe como cristales transparentes rojos que se derriten a 27.2 °C para formar un líquido marrón ahogado (similar en apariencia y peso a bromo). reacciona con HCl para formar el ácido fuerte HICl₂. La estructura cristalina del monocloruro de yodo consiste en cadenas de zig-zag puckered, con fuertes interacciones entre las cadenas.
• Moncloruro de astatina (AtCl) se hace ya sea por la combinación directa de astatina en fase gaseosa con cloro o por la adición secuencial de astatina y ión dicromático a una solución de cloruro ácido.
• Iodine monobromide (IBr) está hecho por la combinación directa de los elementos para formar un sólido cristalino rojo oscuro. Se funde a 42 °C y hierve a 116 °C para formar un vapor parcialmente disociado.
• Astatine monobromide (AtBr) está hecho por la combinación directa de astatina con vapor de bromo o una solución acuosa de monobromuro de yodo.
• Astatine monoiodide (AtI) se hace por combinación directa de astatina y yodo.

Aún no se han descubierto fluoruros de astato. Su ausencia se ha atribuido especulativamente a la extrema reactividad de dichos compuestos, incluida la reacción de un fluoruro inicialmente formado con las paredes del recipiente de vidrio para formar un producto no volátil. Por tanto, aunque se cree que es posible la síntesis de un fluoruro de astato, puede requerir un disolvente líquido de fluoruro de halógeno, como ya se ha utilizado para la caracterización de los fluoruros de radón.

Además, existen moléculas análogas que involucran pseudohalógenos, como los haluros de cianógeno.

Interhalógenos tetraatómicos

• Trifluoruro de cloro (ClF₃) es un gas sin color que se condensa a un líquido verde, y se congela a un sólido blanco. Se hace reaccionando cloro con un exceso de fluorina a 250 °C en un tubo de níquel. reacciona más violentamente que el flúor, a menudo explosivamente. La molécula es plana y en forma de T. Se utiliza en la fabricación de hexafluoruro de uranio.
• Trifluoruro de minas (BrF₃) es un líquido verde amarillo que conduce la electricidad — se auto-ioniza para formar [BrF₂]⁺ [BrF₄]⁻. Reacciona con muchos metales y óxidos metálicos para formar entidades ionizadas similares; con otros metales, forma el fluoruro metálico más el bromo libre y el oxígeno; y con agua, forma ácido hidrofluorico y ácido hidrobrámico. Se utiliza en la química orgánica como agente fluorante. Tiene la misma forma molecular que el trifluoruro de cloro.
• Trifluoruro de yodo (IF₃) es un sólido amarillo que se descompone por encima de −28 °C. Puede ser sintetizado de los elementos, pero hay que tener cuidado para evitar la formación de IF5. F2 ataca I2 para ceder IF₃ a −45 °C en CCl3F. Alternativamente, a bajas temperaturas, la reacción de fluoración

I₂ + 3 XeF2 → 2 IF₃ + 3 Xe

se puede utilizar. No se sabe mucho sobre el trifluoruro de yodo ya que es tan inestable.

• Tricloruro de yodo (ICl)₃) forma cristales amarillos limón que se funden bajo presión a un líquido marrón. Se puede hacer de los elementos a baja temperatura, o de pentoxida de yodo y cloruro de hidrógeno. Reacciona con muchos cloruros metálicos para formar tetracloroiodios (ICl⁻
  ₄), e hidrólisis en el agua. La molécula es un dimer plano (ICl)₃)₂, con cada átomo de yodo rodeado de cuatro átomos de cloro.
• Tribromuro de yodo (IBr)₃) es un líquido marrón oscuro.

Interhalógenos hexatómicos

Todos los interhalógenos hexatómicos y octatómicos estables implican un halógeno más pesado combinado con cinco o siete átomos de flúor. A diferencia de otros halógenos, los átomos de flúor tienen una alta electronegatividad y un tamaño pequeño que puede estabilizarlos.

• Pentafluorida cloro (ClF₅) es un gas incoloro, hecho por reaccionar trifluoruro de cloro con fluorina a altas temperaturas y altas presiones. Reacciona violentamente con agua y la mayoría de metales y no metales.
• Pentafluorida de minas (BrF₅) es un líquido de fusión incoloro, hecho por reaccionar trifluoruro de bromo con fluorina a 200 °C. Es físicamente estable, pero se descompone violentamente en contacto con agua, sustancias orgánicas y la mayoría de metales y no metales.
• Iodine pentafluoride (IF₅) es un líquido incoloro, hecho por reaccionar la pentoxida de yodo con fluorina, o yodo con fluoruro de plata(II). Es altamente reactiva, incluso lentamente con vidrio. Reacciona con agua para formar ácido hidrofluorico y con gas fluorino para formar heptafluoruro de yodo. La molécula tiene la forma de una pirámide tetragonal.

Interhalógenos octatómicos

• Heptafluoruro de yodo (IF₇) es un gas incoloro y un agente de fluoración fuerte. Está hecho por reaccionar el pentafluoruro de yodo con gas fluorino. La molécula es una bipirámide pentagonal. Este compuesto es el único compuesto interhalógeno conocido donde el átomo más grande está llevando siete de los átomos más pequeños.
• Todos los intentos de sintetizar el bromo o heptafluoruro de cloro se han encontrado con el fracaso; en cambio, se produce la bromina pentafluorida o cloro pentafluoruro, junto con el gas fluorino.

Propiedades

Por lo general, los enlaces interhalógenos son más reactivos que los enlaces halógenos diatómicos, porque los enlaces interhalógenos son más débiles que los enlaces halógenos diatómicos, excepto F₂. Si los interhalógenos se exponen al agua, se convierten en iones haluro y oxihaluro. Con BrF₅, esta reacción puede ser explosiva. Si los interhalógenos se exponen al dióxido de silicio u óxidos metálicos, entonces el silicio o el metal se unen respectivamente con uno de los tipos de halógeno, dejando libres los halógenos diatómicos y el oxígeno diatómico. La mayoría de los interhalógenos son fluoruros de halógeno y todos menos tres (IBr, AtBr y AtI) del resto son cloruros de halógeno. El cloro y el bromo pueden unirse cada uno a cinco átomos de flúor, y el yodo puede unirse a siete. Los interhalógenos AX y AX₃ se pueden formar entre dos halógenos cuyas electronegatividades son relativamente cercanas entre sí. Cuando los interhalógenos se exponen a metales, reaccionan para formar haluros metálicos de los halógenos constituyentes. El poder de oxidación de un interhalógeno aumenta con el número de halógenos unidos al átomo central del interhalógeno, así como con la disminución del tamaño del átomo central del compuesto. Los interhalógenos que contienen flúor tienen más probabilidades de ser volátiles que los interhalógenos que contienen halógenos más pesados.

Los interhalógenos con uno o tres halógenos unidos a un átomo central están formados por dos elementos cuyas electronegatividades no están muy alejadas. Los interhalógenos con cinco o siete halógenos unidos a un átomo central están formados por dos elementos cuyos tamaños son muy diferentes. El número de halógenos más pequeños que pueden unirse a un halógeno central grande está guiado por la relación entre el radio atómico del halógeno más grande y el radio atómico del halógeno más pequeño. Varios interhalógenos, como el IF₇, reaccionan con todos los metales excepto con los del grupo del platino. IF₇, a diferencia de los interhalógenos de la serie XY₅, no reacciona con los fluoruros de los metales alcalinos.

ClF₃ es el más reactivo de los interhalógenos XY₃. ICl₃ es el menos reactivo. BrF₃ tiene la mayor estabilidad térmica de los interhalógenos con cuatro átomos. ICl₃ tiene el más bajo. El trifluoruro de cloro tiene un punto de ebullición de -12 °C. El trifluoruro de bromo tiene un punto de ebullición de 127 °C y es líquido a temperatura ambiente. El tricloruro de yodo se funde a 101 °C.

La mayoría de los interhalógenos son gases covalentes. Algunos interhalógenos, especialmente los que contienen bromo, son líquidos y la mayoría de los interhalógenos que contienen yodo son sólidos. La mayoría de los interhalógenos compuestos de halógenos más ligeros son bastante incoloros, pero los interhalógenos que contienen halógenos más pesados tienen un color más intenso debido a su mayor peso molecular. En este sentido, los interhalógenos son similares a los halógenos. Cuanto mayor sea la diferencia entre las electronegatividades de los dos halógenos en un interhalógeno, mayor será el punto de ebullición del interhalógeno. Todos los interhalógenos son diamagnéticos. La longitud del enlace de los interhalógenos en la serie XY aumenta con el tamaño de los halógenos constituyentes. Por ejemplo, ClF tiene una longitud de enlace de 1,628 Å y IBr tiene una longitud de enlace de 2,47 Å.

Producción

Es posible producir interhalógenos más grandes, como ClF₃, exponiendo interhalógenos más pequeños, como ClF, a halógenos diatómicos puros, como F₂. Este método de producción es especialmente útil para generar fluoruros de halógeno. A temperaturas de 250 a 300 °C, este tipo de método de producción también puede convertir interhalógenos más grandes en otros más pequeños. También es posible producir interhalógenos combinando dos halógenos puros en diversas condiciones. Este método puede generar cualquier interhalógeno excepto para IF₇.

Se pueden formar interhalógenos más pequeños, como ClF, por reacción directa con halógenos puros. Por ejemplo, el F₂ reacciona con el Cl₂ a 250 °C para formar dos moléculas de ClF. El Br₂ reacciona con el flúor diatómico de la misma manera, pero a 60 °C. El I₂ reacciona con el flúor diatómico a solo 35 °C. Tanto ClF como BrF pueden producirse mediante la reacción de un interhalógeno más grande, como ClF₃ o BrF₃ y una molécula diatómica del elemento que se encuentra más abajo en la tabla periódica. Entre los interhalógenos hexatómicos, el IF₅ tiene un punto de ebullición más alto (97 °C) que el BrF₅ (40,5 °C), aunque ambos compuestos son líquidos a temperatura ambiente. El interhalógeno IF₇ se puede formar haciendo reaccionar yoduro de paladio con flúor.