Características generales y propiedades físicas
En condiciones normales, la mayoría de los haluros de hidrógeno son sustancias gaseosas con un olor acre y sofocante. Al entrar en contacto con el aire húmedo, forman instantáneamente una niebla que consta de gotas microscópicas de solución. Todos estos compuestos se distinguen por una solubilidad excepcionalmente alta en agua.
El fluoruro de hidrógeno destaca sustancialmente del resto de los miembros del grupo. A diferencia del cloruro de hidrógeno, que pasa al estado gaseoso ya a −85 °C, el fluoruro de hidrógeno se convierte fácilmente en líquido (su punto de ebullición es de solo +20 °C). Es infinitamente soluble en agua, y su solución acuosa se denomina tradicionalmente ácido fluorhídrico.
Ácido clorhídrico y su importancia biológica
La solución acuosa más conocida de este grupo es el ácido clorhídrico (solución de cloruro de hidrógeno). En la industria se produce en forma de solución casi saturada con una fracción de masa de sustancia activa de aproximadamente 37 %. Es un ácido fuerte y termodinámicamente estable, considerado menos tóxico en comparación con otros análogos de haluros de hidrógeno.
No obstante, el ácido clorhídrico concentrado requiere estrictas medidas de precaución debido a su olor acre y su capacidad para causar irritación severa en las vías respiratorias. Curiosamente, el ácido muy diluido (con una concentración inferior al 4 %) carece prácticamente de olor, lo que se explica por la disociación completa de las moléculas en iones. En el organismo humano, el cloruro de hidrógeno cumple una función médico-biológica vital al ser un componente obligatorio del jugo gástrico.
Propiedades ácidas y reductoras
Las soluciones acuosas de cloruro de hidrógeno, bromuro de hidrógeno y yoduro de hidrógeno muestran las propiedades de ácidos fuertes típicos. El fluoruro de hidrógeno actúa aquí como una excepción, siendo un ácido débil con un bajo grado de disociación (incluso a una concentración de 0,1 mol/l).
Además de sus propiedades ácidas, los haluros de hidrógeno poseen una marcada actividad reductora. El mecanismo radica en la capacidad de los aniones halogenuro para ceder electrones.
- Los ácidos por sí mismos actúan como reductores más fuertes que sus sales.
- Esto se debe a que el medio ácido (la presencia de iones de hidrógeno) aumenta significativamente la capacidad oxidante de otros reactivos. Por ejemplo, el permanganato de potasio se reduce activamente por el bromuro de hidrógeno. En un medio neutro con cloruro de sodio la reacción es difícil, pero al acidificar con ácido sulfúrico el proceso se activa drásticamente.
Asimismo, los haluros de hidrógeno reaccionan fácilmente mediante adición a moléculas con enlaces múltiples. Reaccionan tanto con el óxido de azufre (VI) para formar ácido clorosulfónico como con alquenos (por ejemplo, convirtiendo el etileno en cloroetano).
Especificidad del fluoruro de hidrógeno
El fluoruro de hidrógeno posee un comportamiento químico único. No muestra en absoluto las propiedades reductoras características de los haluros de hidrógeno pesados. Su principal característica es la capacidad de sustituir eficazmente los grupos hidroxilo y los iones de oxígeno por el anión fluoruro.
La propiedad más conocida del ácido fluorhídrico es su efecto corrosivo sobre el vidrio (dióxido de silicio). El efecto visual depende del estado de agregación del reactivo:
- En vapores de fluoruro de hidrógeno: la superficie del vidrio se vuelve uniformemente esmerilada.
- En ácido líquido: el vidrio se corroe de forma desigual y su superficie se vuelve rugosa.
Obtención e hidrólisis de halogenuros
La síntesis de halogenuros de hidrógeno depende de la naturaleza química del halógeno. El cloruro de hidrógeno se obtiene en el laboratorio mediante la acción de ácido sulfúrico concentrado sobre cloruro de sodio seco al calentar. Sin embargo, este método no es aplicable para la síntesis de bromuro de hidrógeno y yoduro de hidrógeno, ya que el ácido sulfúrico oxida estos compuestos. Estos se obtienen de otra manera: a través de la hidrólisis del bromuro y yoduro de fósforo.
El proceso de hidrólisis de halogenuros de no metales en sí mismo tiene patrones claros. Los cloruros, bromuros y yoduros sufren una hidrólisis total e irreversible con la formación de dos ácidos (anteriormente, tales compuestos binarios incluso se llamaban halogenuros de acilo). La razón termodinámica radica en que los enlaces de los no metales (silicio, fósforo) con el oxígeno son significativamente más fuertes que con los halógenos pesados. En el caso de los fluoruros de no metales (por ejemplo, el tetrafluoruro de silicio), la hidrólisis ocurre solo parcialmente, ya que los enlaces con el flúor tienen una naturaleza diferente y superan en resistencia a los de oxígeno.
El flúor es el elemento más electronegativo, sostiene al hidrógeno con un «agarre de muerte», por lo que el ácido fluorhídrico es débil. Los demás halógenos son más grandes, retienen peor al hidrógeno, por lo que ceden fácilmente un protón; sus ácidos son fuertes.
Preguntas de clases y exámenes
¿Por qué no se puede obtener bromuro de hidrógeno mediante la reacción de bromuro de sodio con ácido sulfúrico concentrado?
El ácido sulfúrico concentrado es un agente oxidante fuerte. Oxidará el bromuro de hidrógeno formado a bromo libre, por lo que para obtener HBr se utiliza la hidrólisis del bromuro de fósforo.
¿En qué se diferencia la hidrólisis de los fluoruros de no metales de la hidrólisis de los cloruros?
Los cloruros de no metales sufren hidrólisis total, ya que los enlaces con el oxígeno formados son más fuertes que los enlaces con el cloro. Los fluoruros, en cambio, se hidrolizan solo de forma parcial y reversible, debido a que los enlaces de los no metales con el flúor son termodinámicamente muy fuertes.
¿Cómo influye el estado de agregación del fluoruro de hidrógeno en el proceso de destrucción del vidrio?
La esencia química de la reacción es la misma, pero el resultado visual difiere: los vapores de fluoruro de hidrógeno hacen que la superficie del vidrio sea esmerilada, mientras que el ácido fluorhídrico líquido lo corroe haciendo que la superficie sea irregular.
Qué más repasar sobre el tema
- Termodinámica de la hidrólisis: comparación de las energías de enlace elemento-halógeno y elemento-oxígeno.
- Efecto del pH del medio sobre el potencial redox del permanganato de potasio.
- Mecanismos de las reacciones de adición electrofílica de halogenuros de hidrógeno a los alquenos.
- Variación de la polarizabilidad y la electronegatividad en la serie de halógenos desde el flúor hasta el yodo.
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