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Facultad de Ciencias Forestales Ingreso 2014
Área disciplinar: Química 29 Docentes: Prof. Daniela Cabanne
CAPÍTULO III: Formulación de compuestos inorgánicos.
Nomenclatura.
Objetivos del capítulo:
Identificar los distintos tipos de compuestos y sus características específicas. Formular y nomenclar compuestos inorgánicos.
La gran variedad de materiales que es posible observar en la Naturaleza es la consecuencia de la multitud de reacciones químicas que ocurren en ella. Estas reacciones modifican la atmósfera, los mares y la corteza terrestre, y producen los compuestos químicos. En la actualidad se conocen más de veinte millones de compuestos químicos, naturales o creados por el hombre. Para facilitar su estudio, los químicos los dividieron en dos grandes grupos: inorgánicos y orgánicos. Los compuestos orgánicos son aquellos que utilizan como base de construcción al átomo de carbono, por lo regular combinado con átomos de hidrógeno, nitrógeno, oxígeno, fósforo o azufre. Las uniones entre átomos de carbono formando cadenas dan lugar a muchísimos compuestos distintos, por lo tanto es natural tratarlos dentro de un mismo grupo y su estudio escapa al alcance de este curso.
Los compuestos inorgánicos son aquellos formados por cualquier combinación de elementos químicos, excluyendo a los compuestos orgánicos. Sin embargo, existen muchos compuestos que no encajan estrictamente en esta clasificación. Un ejemplo es el dióxido de carbono (CO 2 ), un compuesto inorgánico típico pero que contiene carbono.
Estructura química de la Clorofila.
Estructura química de un ácido graso saturado.
Estructura molecular del agua.
Estructura de la molécula de dióxido de azufre.
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De la misma forma que todos los elementos conocidos tienen un nombre, un símbolo y un número atómico que los caracteriza, los compuestos químicos tienen una formula química y a veces varias formas de nombrarlos, por eso es importante su sistematización.
El número de los compuestos inorgánicos conocidos es pequeño comparado con el de los compuestos orgánicos. En este capítulo aprenderás a escribir su fórmula química y a nombrarlos. Los principales compuestos estudiados serán los que se obtienen a partir de las reacciones que se indican en el cuadro:
Los compuestos anteriores pueden interpretarse en el siguiente esquema:
Reactivos o reactantes (cambio químico) Productos Metal+O 2 Oxido básico
No Metal + O 2 Oxido ácido
Oxido básico + H 2 O Hidróxido
Oxido ácido + H 2 O Oxácido
No metal + H 2 Hidruro no metálico
Metal + H 2 Hidruro metálico
Hidróxido + Oxácido Oxosal + H 2 O
Hidróxido + Hidrácido Hidrosal + H 2 O
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un enlace químico. Si cede o tiende a ceder electrones, el número de oxidación será positivo; si
gana o tiende a ganar electrones, el número de oxidación será negativo.
Existen algunas reglas básicas para asignar números de oxidación:
- El número de oxidación de un elemento en una sustancia simple o elemento siempre es cero. Ej.: Fe, Zn, O 2
- En los compuestos, la suma algebraica de los números de oxidación de los elementos involucrados, multiplicados por sus respectivas atomicidades, es igual a cero.
- El número de oxidación de un ion sencillo (monoatómico) es igual a la carga del ion.
- Para iones, la suma algebraica de los números de oxidación de los elementos involucrados, multiplicados por sus respectivas atomicidades, es igual a la carga neta del ion.
- El hidrógeno presenta habitualmente número de oxidación +1 (excepción en los hidruros metálicos = -1. Ejemplo de esta excepción: NaH y CaH 2 )
- De ordinario, el número de oxidación del oxígeno es -2, a excepción en los peróxidos donde trabaja con nº de oxidación -1. (H 2 O 2 )
- Todos los elementos del grupo IA de la Tabla Periódica presentan número de oxidación +1.
- Todos los elementos del grupo IIA de la TP. presentan número de oxidación +2.
- El Flúor siempre presenta número de oxidación -1.
Veamos un ejemplo aplicativo: Indicar el número de oxidación de cada elemento en el ácido fosfórico, H 3 PO 4.
Resolución: Como se trata de una especie neutra, se aplica la regla n° 2: “la suma de los números de oxidación de todos los elementos es cero”.
En base a esta regla podemos plantear la siguiente ecuación general:
La regla n°6 nos dice que “El número de oxidación del oxígeno normalmente es -2 en compuestos tanto iónicos como moleculares ” y la regla número 5 postula que “El número de oxidación del hidrógeno es +1 cuando se combina con no metales”.
n° de át de H x (n° ox. del H) + n° de át. de O x (n° ox. del O) + n° de át. de P x (n° ox. del P) = 0
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Como la fórmula química indica que tenemos 3 H y 4 O, podemos escribir:
3.(+1) + 4.(-2) + 1.(x) = 0
Para que se cumpla la ecuación anterior, es evidente que x = +5. Por lo tanto, el estado de
oxidación del fósforo es +5.
Nomenclatura y fórmula de los compuestos químicos.
Entre las nomenclaturas aceptadas por la IUPAC, se verán las tres más usadas: la nomenclatura por atomicidad, la nomenclatura por Numeral de Stock y la nomenclatura tradicional.
1. Nomenclatura por Atomicidad: Este sistema de nomenclatura se basa en nombrar a las sustancias usando prefijos numéricos griegos que indican la atomicidad de cada uno de los elementos presentes en la molécula. La atomicidad indica el número de átomos de un mismo elemento en una molécula, como por ejemplo H 2 O que significa que hay un átomo de oxígeno y dos átomos de hidrógeno presentes en la molécula.
Ejemplos: FeCl 3 : tricloruro de hierro Br 2 O 7 : heptaóxido de dibromo
2. Nomenclatura por Numeral de Stock: se nombra el compuesto en cuestión y en caso de que tenga más de un número de oxidación, se agrega el número de oxidación (sin poner el signo) al final del nombre entre paréntesis y en número romano. Ejemplos: FeCl 3 : Cloruro de hierro (III)
Prefijos griegos Atomicidad mono- 1 di- 2 tri- 3 tetra- 4 penta- 5 hexa- 6 hepta- 7 octa- 8 nona- (o eneá) 9 deca- 10
La incógnita es el n° de ox. del fósforo.
Verifica en la tabla periódica que el fósforo presenta este estado de oxidación.
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COMPUESTOS BINARIOS
Clasificación de los compuestos químicos inorgánicos.
Los compuestos inorgánicos se pueden clasificar según el número de átomos diferentes que forman el compuesto en: Binarios (2 átomos distintos), Ternarios (3 átomos distintos), Cuaternarios (4 átomos distintos). Siguiendo esta clasificación, comenzaremos estudiando a los COMPUESTOS BINARIOS más sencillos: LOS ÓXIDOS
OXIDOS BASICOS
Son combinaciones binarias de un metal con el oxígeno , en las que el oxígeno emplea el
número de oxidación -.
Se obtienen de acuerdo a la siguiente ecuación general:
Fórmula química:
Queda determinada por el metal y el oxígeno , cuyas valencias o números de oxidación se intercambian y se anotan como subíndices.
III -II Al 2 O 3
En caso de que los subíndices sean múltiplos, se los simplifica.
Ejemplo: Fe 2 O 2 FeO
En la fórmula de un compuesto la suma de los números de oxidación entre los elementos debe ser cero , lo que significa que la molécula será neutra y sin carga, a menos que la fórmula indique lo contrario con una carga positiva o negativa como en el caso de los iones.
En el ejemplo del óxido anterior, FeO , el oxígeno trabaja con una valencia de -2, por lo
tanto, para que la molécula sea neutra el hierro debe sumar el número de valencias suficientes para que la suma de valencias sea cero. Los números de valencia con los que puede trabajar el hierro son +2 y +3, así que, para esta molécula el hierro va a utilizar la valencia +2. Como solo hay un átomo de hierro y la valencia es +2, el elemento en esa molécula tiene carga de +2 y de igual manera como solo hay un átomo de oxígeno y trabaja con la valencia -2, la carga de este elemento es de -2. De esta manera se verifica que la suma de valencias o cargas es igual a cero.
[1.(+2)] + [1.(-2)] = 0.
Metal + O 2 Oxido básico
N° de ox. del oxígeno
N° de ox. del aluminio
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Otro ejemplo: +3 -
Fe 2 O 3
En este ejemplo, como el compuesto es un óxido, el oxígeno trabaja con n° de oxidación -2 y el hierro con n° de oxidación +3, por lo tanto:
[2 átomos de Fe. (n° ox. del Fe)] + [3 átomos de O. ( n° ox. del O)]= cero
Sustituyendo: [2.(+3)] + [3.(-2)] = 0
Por recomendaciones de la IUPAC, en una fórmula el elemento que se escribe a la izquierda es el más electropositivo (el que tiene número de oxidación positivo), y a la derecha se escribe el más electronegativo (el que tiene número de oxidación negativo). Estas posiciones en general coinciden con la localización que tienen estos elementos en la tabla periódica, los electropositivos a la izquierda y los electronegativos a la derecha.
Nomenclatura:
Para nombrarlos utilizaremos las tres nomenclaturas.
- TRADICIONAL:
Si el metal con el que se combina el oxígeno tiene una sola valencia se nombran con las palabras óxido de , y el nombre del metal con el que se combina.
Ejemplo: CaO: Óxido de Calcio.
Si el metal con el que se combina el oxígeno tiene dos valencias se utilizan los sufijos - oso e – ico y se suprime la sílaba “de”:
… - oso: cuando el elemento usa la menor valencia.
Ejemplo: FeO, valencia del hierro (II): Óxido ferroso
… - ico: cuando el elemento usa la mayor valencia.
Ejemplo: Fe 2 O 3 , valencia del hierro (III): Óxido férrico
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Fórmula química
Queda determinada por el no metal y el oxígeno , cuyas valencias se intercambian y se anotan como subíndices.
Ejemplo: III -II P 2 O 3
En caso sean múltiplos, se simplifican los subíndices:
Ejemplo: S 2 O 6 SO 3
Al igual que en los óxidos básicos, en la fórmula se escribe a la derecha el elemento más electronegativo y a la izquierda el más electropositivo.
Nomenclatura: Para nombrarlos utilizaremos los tres sistemas de nomenclaturas. La nomenclatura sistemática y la Stock nombran a los compuestos con las mismas reglas que en los óxidos metálicos. En la nomenclatura tradicional se utiliza el nombre genérico “anhídrido” en lugar de “óxido”, a excepción de algunos óxidos de nitrógeno y fósforo.
El nitrógeno forma una serie de óxidos en los que el estado de oxidación del N puede tomar cualquier valor en el intervalo de +1 a +5. En la siguiente tabla se muestran los óxidos de nitrógeno y su nomenclatura:
Fórmula Nomenclatura sistemática
Nomenclatura de Stock Nomenclatura tradicional N 2 O Monóxido de dinitrógeno
Óxido de nitrógeno (I) Óxido nitroso (anhídrido hiponitroso) NO Monóxido de nitrógeno
Óxido de nitrógeno (II) Óxido nítrico
N 2 O 3 Trióxido de dinitrógeno
Óxido de nitrógeno (III) Anhídrido nitroso
N 2 O 4 Tetraóxido de dinitrógeno
Óxido de nitrógeno (IV) Tetróxido de nitrógeno
NO 2 Dióxido de nitrógeno
Óxido de nitrógeno (IV) Pentaóxido de nitrógeno
N 2 O 5 Pentaóxido de dinitrógeno
Óxido de nitrógeno (V) Anhídrido nítrico
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RESUMIENDO LAS TRES NOMENCLATURAS:
SO 2
I 2 O 3
COMBINACIONES BINARIAS DE HIDRÓGENO: HIDRUROS
El hidrógeno presenta la peculiaridad de poder ceder con facilidad su único electrón, pero también tiene la capacidad de captar un electrón de otro átomo para presentar estructura del gas noble helio. A estas combinaciones de H con cualquier otro elemento se las denominan hidruros, y pueden ser hidruros metálicos y no metálicos.
HIDRUROS METÁLICOS: son compuestos formados por un metal e hidrógeno, dónde el
hidrógeno actúa siempre con número de oxidación -1. Su fórmula general es:
Dónde: M= metal X= (valencia del metal).
Formula química:
El símbolo del metal precede al del H y se intercambian los números de oxidación de la siguiente manera: +II -I Pb H 2
Ecuación química:
Se obtienen de acuerdo a la siguiente ecuación química:
Ejemplo: 2K + H 2 2KH
Nomenclatura: en el sistema tradicional se utiliza la palabra hidruro y se agrega el nombre del metal con los prefijos -oso o -ico con las reglas generales para esta nomenclatura. Para los
Anhídrido sulfuroso Oxido de azufre (IV) Dióxido de azufre
Anhídrido iodoso Oxido de iodo (III) Trióxido de diiodo
MHX
Metal + H 2 Hidruro metálico
Recuerda que el elemento más electropositivo se escribe a la izquierda.
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Mn Xm
HCl(g) + H 2 O H
**+
-
Nomenclatura: se nombran con la palabra ácido , como nombre genérico, y como nombre específico se escribe el nombre del no metal y se le agrega el sufijo – hídrico. Al igual que en estado gaseoso el nombre genérico es nombrado por el elemento más electropositivo.
Ejemplo:
HF: ácido fluorhídrico
OTROS EJEMPLOS:
Compuesto en estado puro en disolución
HCl cloruro de hidrógeno ácido clorhídrico
HBr bromuro de hidrógeno ácido bromhídrico
HI yoduro de hidrógeno ácido yodhídrico
H 2 S sulfuro de hidrógeno ácido sulfhídrico
H 2 Se seleniuro de hidrógeno ácido selenhídrico
H 2 Te teluluro de hidrógeno ácido telurhídrico
SALES HALOIDEAS (SALES NEUTRAS BINARIAS)
Son compuestos formados por un catión monoatómico y un anión monoatómico, es decir por un metal y un no metal: Dónde: M = metal X = no metal
Hidruro no Metálico + H 2 O Hidrácido
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HaXbOc
COMPUESTOS TERNARIOS
“n” y “m” son las valencias del no metal y metal respectivamente que se intercambian y se escriben como subíndices para lograr la electro - neutralidad (si estos son múltiplos se los simplifica).
Ejemplo: + 1 - 2
Na S Na 2 S
Las sales haloideas se obtienen según la siguiente ecuación general:
Ejemplo: HCl + Na(OH) H 2 O + NaCl
Nomenclatura: Para nombrarlos en el sistema tradicional, stock y sistemático se aplican las reglas generales usando el nombre del no metal con el sufijo – uro como nombre genérico y el nombre del metal como nombre especifico.
Ejemplo:
FeCl 3
OXOACIDOS
Son compuestos ternarios originados de la combinación del agua con un anhídrido u óxido ácido. Oobedecen a la formula general;
en la que X es normalmente un no metal, pero a veces también puede ser un metal de transición que se encuentra en un número de oxidación elevado, como Cr+6, Mn+6^ o Mn+7.
El subíndice 1 del azufre no se escribe.
Hidróxido + Hidrácido Sal haloidea + H 2 O
No interesa el orden en el que se escriban los reactivos. Puede escribirse primero el hidróxido y luego el hidrácido.
Cloruro férrico Cloruro de hierro (III) Tricloruro de hierro
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CASOS PARTICULARES:
Ciertos anhídridos pueden formar hasta tres oxácidos distintos dependiendo de cuantas moléculas de agua se agreguen por molécula de anhídrido. En otras palabras, en ciertos oxácidos especiales, un solo “no metal” con una sola valencia puede formar hasta tres oxácidos. Estos no metales son el boro, fósforo, silicio, arsénico y el antimonio. Para diferenciar a estos oxácidos en el sistema tradicional se utilizan tres prefijos dependiendo de cuantas moléculas de agua se agregan por cada una molécula de anhídrido. Estos son:
meta- … (1 molécula de agua) piro- … (2 moléculas de agua) orto- … (3 moléculas de agua) este prefijo se puede omitir
Ejemplos:
P 2 O 5 + H 2 O → H 2 P 2 O 6 ; 2 HPO 3 ácido metafosfórico P 2 O 5 + 3 H 2 O → H 6 P 2 O 8 ;2 H 3 PO 4 ácido ortofosfórico o ácido fosfórico B 2 O 3 + 3 H 2 O → H 6 B 2 O 6 ; 2 H 3 BO 3 ácido ortobórico o ácido bórico
HIDRÓXIDOS
Son compuestos ternarios que contienen un elemento metálico y tantas agrupaciones OH-^ (hidroxilo) como el número de oxidación que manifieste el metal. Con más propiedad se podrían definir como combinaciones entre cationes metálicos y aniones OH-.
Su fórmula química queda indicada de la siguiente manera:
Dónde: M= metal OH-^ = grupo oxidrilo o hidroxilo X= valencia del metal
Los hidróxidos se obtienen de acuerdo a la siguiente ecuación:
Ejemplo: Na 2 O + H 2 O 2 Na(OH)
Nomenclatura: En el sistema tradicional , se utiliza como nombre genérico la palabra hidróxido , seguida del nombre del metal electropositivo terminado en -oso o -ico según las reglas generales para este sistema.
M (OH)x
Oxido básico + H 2 O Hidróxido
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Ejemplos:
Fe (OH) 2 : hidróxido ferroso K (OH): hidróxido de potasio
Según la nomenclatura de Stock se nombran con las palabras "hidróxido de" seguido del nombre del metal y entre paréntesis el número de oxidación, en números romanos, en caso de que tenga más de uno.
Ejemplo:
Fe(OH) 2 : hidróxido de hierro (II)
OXOSALES (SALES NEUTRAS)
Las oxosales u oxisales surgen de la combinación de un hidróxido y un oxiácido de acuerdo con la siguiente ecuación:
Su fórmula química queda determinada por el catión (monoatómico o poliatómico) que proviene del hidróxido y un anión poliatómico que proviene del oxoácido. Por este motivo se puede considerar que derivan de los oxoácidos al sustituir sus hidrógenos por metales. En las oxisales ternarias, se reemplaza el/los H del oxiácido por el metal correspondiente.
Algunas reglas prácticas para formular oxosales:
- Identifica el ácido del cual proviene la sal procediendo de la siguiente manera: En la nomenclatura tradicional, sustituye la terminación del no metal según el siguiente código:
Acido Sal
Escribe el ácido correspondiente.
- Quítale los hidrógenos al ácido: lo que queda es un anión. Enciérralo entre paréntesis. Su carga es negativa e igual al número de hidrógenos que has quitado al ácido.
- Escribe el metal a la izquierda y el anión a la derecha. Teniendo en cuenta el número de oxidación del metal, escribe los subíndices en el metal y el anión, de manera que se mantenga la electro-neutralidad, es decir, que la suma algebraica de los números de oxidación del catión y del anión sea igual a cero.
Oxoácido + Hidróxido Oxosal + H 2 O
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Nomenclatura: A pesar de que se pueden utilizar los tres sistemas de nomenclatura, en este curso nos limitaremos a utilizar la nomenclatura tradicional para nombrar las oxosales. En este sistema, primero se nombra al anión y luego al catión:
Para nombrar al anión: Las sales que provienen de ácidos terminados en OSO , cambian este sufijo por ITO ; y las que provienen de ácidos terminados en ICO , lo cambian por ATO. Por ejemplo:
Oxoácido Anión
Acido sulfur oso
H 2 SO 3
Sulf ito: SO 32 -
Acido sulfúr ico
H 2 SO 4
Sulf ato: SO 42 -
Cuando hay más de dos estados de oxidación, como en el caso de los halógenos que actúan formando oxoaniones con estados de oxidación +1, +3, +5 y +7, se usan las siguientes terminaciones:
N° de oxidación Acido Sal Ejemplos
+1 Hipo…oso Hipo…ito ácido hipocloroso hipoclorito
+3 ...oso …ito ácido cloroso clorito
+5 …ico …ato ácido clórico clorato
+7 Per…ico Per…ato ácido perclórico perclorato
Para nombrar al catión:
- Si tiene un único estado de oxidación , se da el nombre del metal. Por ejemplo:
sulfato de potasio : K 2 SO 4
- Si tiene más de un estado de oxidación : Se mantiene la terminación – oso (para el menor estado de oxidación) e – ico (para el mayor estado de oxidación). Por ejemplo:
nitrito ferr oso : Fe(NO 2 ) 2
Veamos un ejemplo aplicativo:
¿Cuál es el nombre de la sal que deriva del hidróxido plúmbico y del ácido iodoso?: Pb (IO 2 ) 4
Recuerda que según la nomenclatura primero se debe nombrar al anión. Cómo la sal
proviene del ácido iodoso , la terminación “oso” se cambia por “ito” en la sal. Por lo
tanto el anión se llamará: “iodito”
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Para nombrar al catión, simplemente se elimina la palabra “hidróxido” y se mantiene la misma terminación. Como la sal proviene del hidróxido plúmbico el nombre del catión
es “plúmbico”.
Por último se escriben juntos el nombre del anión y del catión. Siempre se escribe primero el nombre del anión.
La sal se llama por lo tanto: Iodito plúmbico.
Desafío…
¿Te animas a nombrar a la sal que deriva del hidróxido áurico y del ácido bromhídrico?
Veamos más ejemplos.
¿Cómo nombrar un compuesto conociendo su fórmula química? Supongamos que queremos nombrar al compuesto de fórmula HBrO 4
Para resolver este problema es necesario, en primer lugar, reconocer el tipo de compuesto. Cómo la fórmula nos indica que posee hidrógeno y un no metal, podemos determinar que se trata de un ácido. Además, la presencia de oxígeno nos indica que es un oxoácido.
En segundo lugar, es necesario conocer el número de oxidación con el que trabaja el bromo en el compuesto. Para ello debemos recordar que:
- La suma de los n° de oxidación de todos los átomos en un compuesto neutro es cero.
- El n° de oxidación del oxígeno normalmente es -2.
- El n° de oxidación del hidrógeno habitualmente es +1, salvo en los hidruros metálicos. Por lo tanto:
[(n° ox del H ).(atom del H )] + [(n° ox del Br ).(atom del Br )] + [(n° ox del O ).(atom del O ] = 0
Sustituyendo:
(+1. 1) + ( x. 1) + (-2. 4) = 0
Es evidente que para que se cumpla la ecuación anterior, x debe ser igual a 7. Por lo tanto, dado que la valencia 7 es la mayor valencia del bromo y que éste puede trabajar con cuatro valencias, el ácido se nombra según la nomenclatura tradicional utilizando el prefijo “Per-” y el sufijo “-ico”. De esta manera el nombre del compuesto es:
Acido perbrómico.
