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Una introducción a la química general, con énfasis en los tipos de enlaces químicos y la nomenclatura iupac y tradicional. Se explica el mecanismo de los enlaces químicos, los tipos de enlaces químicos (covalente y metálico), las características de los enlaces químicos, la nomenclatura iupac, la nomenclatura tradicional y la nomenclatura común, los compuestos binarios y su clasificación, ejemplos de compuestos binarios y su formación, y algunos puntos clave sobre los compuestos binarios.
Tipo: Monografías, Ensayos
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CREADO MEDIANTE REGISTRO OFICIAL 261, EL 7 DE FEBRERO DEL 2001
- CREADO MEDIANTE REGISTRO OFICIAL 261, EL 7 DE FEBRERO DEL CREADO MEDIANTE REGISTRO OFICIAL 261, EL 7 DE FEBRERO DEL 2001
Los seres vivos se componen de átomos, pero en la mayoría de los casos, esos átomos no están flotando por ahí individualmente. Por el contrario, generalmente están interactuando con otros átomos (o grupos de átomos). Como ejemplo, los átomos podrían estar conectados por enlaces fuertes y organizados en moléculas o cristales; o podrían formar enlaces temporales y débiles con otros átomos con los que chocan o rozan. Tanto los enlaces fuertes, que mantienen unidas a las moléculas, como los enlaces más débiles que crean conexiones temporales, son esenciales para la química de nuestros cuerpos y la existencia de la vida misma. 2.1. ¿POR QUÉ FORMAR ENLACES QUÍMICOS? La respuesta fundamental es que los átomos están tratando de alcanzar el estado más estable (de menor energía) posible. Muchos átomos se vuelven estables cuando su orbital de valencia está lleno de electrones o cuando satisfacen la regla del octeto (al tener ocho electrones de valencia). Si los átomos no tienen este arreglo, "desearán" lograrlo al ganar, perder o compartir electrones mediante los enlaces. 2.1.1. ¿QUÉ ES UN ENLACE QUÍMICO? Se llama enlace químico a la combinación entre átomos, moléculas o iones que forman compuestos más complejos y dotados de estabilidad, alterando sus propiedades físicas y químicas. Una vez unidos, dos o más átomos constituyen un compuesto químico. Los átomos tienden a juntarse para alcanzar condiciones más estables que en solitario, complementando sus cargas eléctricas a través de la compartición de electrones de su órbita atómica más externa, así como también cediendo o aceptando electrones para formar iones (positivos o negativos) que luego se atraen electrostáticamente entre sí. Esto se debe a que los protones en el núcleo atómico poseen carga positiva y los electrones alrededor carga negativa, por lo que los átomos tienden a configurarse de la manera más neutra posible. Existen distintos tipos de enlace químico, dependiendo del tipo de átomos enlazados, que poseen mecanismos propios y peculiares para enlazarse: hasta ahora se conocen y aceptan los enlaces covalentes, iónicos y metálicos pero existen otras teorías y aproximaciones (1). 2.1.1.1. ¿QUÉ TIPOS DE ENLACES QUÍMICOS EXISTEN? Según el tipo de átomos enlazados, con sus propias características y mecanismos, un enlace químico puede ser:
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Covalente: ocurre cuando los átomos no metálicos comparten electrones. En este tipo de enlace, los electrones se mueven entre los átomos dando origen a los enlaces covalentes polares (cuando comparten electrones de forma no equitativa) y apolares (cuando se distribuye equitativamente la cantidad de electrones). Ejemplo: el agua (H2O), formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno, y cuyo enlace viene dado porque cada átomo de hidrógeno comparte un átomo de oxígeno. Iónico: ocurre cuando existe una unión de átomos metálicos y no metálicos, transfiriéndose una carga de electrones entre ellos. Como resultado, se forman iones cargados tanto negativa (aniones) como positivamente (cationes) y se genera una atracción entre sus cargas opuestas. Ejemplo: el cloruro de sodio (NaCl), que combina un átomo de cloro y uno de sodio; mientras el primero tiene siete electrones, el segundo tiene uno. A la hora de formar el enlace iónico, el sodio cede su electrón al cloro y así se cumple la ley del octeto. Metálico: son aquellos que se forman entre átomos de metales, cuyos núcleos atómicos se reúnen y están rodeados por sus electrones como una nube. Es un tipo de enlace fuerte que se distribuye a manera de red. Todos los elementos metálicos puros están conformados por enlaces metálicos, por ejemplo: oro (Au), hierro (Fe), aluminio (Al), etc. (2). 2.1.1.1.1. IMPORTANCIA DE LOS ENLACES QUÍMICOS Los átomos no se encuentran aislados en la naturaleza, sino que están agrupados formando una Infinidad de moléculas, y estas infinidades forman las sustancias. Estas agrupaciones de átomos implican uniones y por lo tanto actividad química. La actividad química de los átomos reside en los electrones, específicamente en los electrones de valencia, aquellos que están localizados en la última capa o nivel de energía de un átomo. Esto es que, los átomos se unen entre sí por medio de fuerzas de atracción, las cuales los atraen y los mantienen unidos a nivel de los electrones de valencia; así, un enlace químico es la unión entre átomos y entre moléculas por medio de fuerzas de atracción; o sea, las fuerzas que unen a los átomos entre si se llaman enlaces. Los enlaces son muy importantes porque:
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Los enlaces metálicos son buenos conductores del calor y la electricidad, normalmente se encuentran en estado sólido y son muy maleables (4).
Nomenclatura IUPAC Es la nomenclatura recomendada por la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC, por sus siglas en inglés) y se utiliza para nombrar compuestos orgánicos e inorgánicos de manera sistemática.
1. Compuestos Orgánicos: En la nomenclatura de compuestos orgánicos, se utilizan prefijos, sufijos y descriptores para nombrar las cadenas de carbono principales, los grupos funcionales y las ramificaciones. Por ejemplo, en el nombre “3-cloro- 1 - buteno”, “3” indica la posición del átomo de cloro en la cadena principal de cuatro átomos de carbono. 2. Compuestos Inorgánicos : La nomenclatura IUPAC para compuestos inorgánicos se basa en la composición y la carga de los iones presentes. Por ejemplo, en el nombre “cloruro de sodio”, “cloruro” indica el anión Cl⁻ y “sodio” indica el catión Na⁺. 3. Reglas Generales: La nomenclatura IUPAC sigue una serie de reglas generales, como priorizar los grupos funcionales más oxidados en compuestos orgánicos y asignar números a los átomos de carbono de la cadena principal de modo que los grupos funcionales tengan la menor numeración posible. 4. Nombres Sistemáticos: La nomenclatura IUPAC busca proporcionar nombres sistemáticos que reflejen la estructura y composición de los compuestos de manera clara y unívoca. Esto facilita la comunicación entre los químicos y evita confusiones. 5. Actualizaciones: La IUPAC actualiza regularmente sus recomendaciones de nomenclatura para reflejar los avances en la comprensión química y las necesidades de la comunidad científica. (5) Nomenclatura tradicional Es una forma más antigua de nombrar compuestos químicos basada en prácticas históricas y convenciones, la nomenclatura tradicional es una forma más antigua de nombrar compuestos químicos que se basa en convenciones históricas y prácticas comunes. 1. Compuestos Inorgánicos : En la nomenclatura tradicional para compuestos inorgánicos, se utilizan nombres comunes que a menudo reflejan las propiedades o el origen del compuesto. Por ejemplo, “agua” es el nombre común del compuesto H2O, y “óxido de hierro (III)” es el nombre común del compuesto Fe2O3. 2. Metales de Transición: Para los compuestos que contienen metales de transición, la nomenclatura tradicional a menudo incluye números romanos entre paréntesis para indicar el estado de oxidación del metal. Por ejemplo, “sulfato de hierro (II)” y “sulfato de hierro (III)” son compuestos que contienen Fe²⁺ y Fe³⁺, respectivamente. 3. Ácidos y Bases: Los ácidos y las bases también tienen nombres comunes en la nomenclatura tradicional. Por ejemplo, “ácido clorhídrico” es el nombre común del
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compuesto HCl, y “hidróxido de sodio” es el nombre común del compuesto NaOH.
4. Sales: Las sales a menudo se nombran utilizando el nombre del catión seguido del nombre del anión, con algunas excepciones. Por ejemplo, “cloruro de sodio” es el nombre común del compuesto NaCl. 5. Covalentes y Orgánicos: En algunos casos, la nomenclatura tradicional también se utiliza para compuestos covalentes y orgánicos simples, aunque la preferencia ha tendido a cambiar hacia la nomenclatura IUPAC más sistemática. Es importante tener en cuenta que la nomenclatura tradicional puede variar según el idioma y la región, y a menudo se prefiere la nomenclatura IUPAC para evitar confusiones y asegurar la consistencia en la comunicación científica. (6) Nomenclatura de Stock Se utiliza principalmente para nombrar compuestos de coordinación y compuestos de metales de transición. La nomenclatura de Stock se utiliza principalmente para nombrar compuestos de coordinación, que son compuestos que contienen un ion central rodeado de ligandos. 1. Indicación del Estado de Oxidación del Metal: En la nomenclatura de Stock, se utiliza un número romano entre paréntesis para indicar el estado de oxidación del ion central o del metal en el compuesto de coordinación. Este número romano se coloca después del nombre del metal. Por ejemplo, “hierro(II)” indica un estado de oxidación de +2 para el hierro. 2. Nombre de los Ligandos: Después de indicar el estado de oxidación del metal, se enumeran los ligandos en el compuesto de coordinación, seguidos de sus prefijos y sufijos correspondientes. Los ligandos se nombran utilizando su nombre común o su nombre químico sistemático, dependiendo de la convención aceptada. 3. Orden de Nombres: En la nomenclatura de Stock, el nombre del metal seguido de su estado de oxidación y luego el nombre de los ligandos, siguiendo un orden específico, es crucial para evitar confusiones. 4. Ejemplo: Por ejemplo, el compuesto [Fe(CN)6]^(3-) se nombra como “hexacianoferrato(III) de sodio”. Aquí, “hexacianoferrato(III)” indica que el hierro está en su estado de oxidación +3, y “de sodio” indica que el compuesto es un sal de sodio. La nomenclatura de Stock es importante porque proporciona información sobre el estado de oxidación del metal en el compuesto de coordinación, lo que puede ser útil para comprender sus propiedades químicas y su comportamiento en reacciones químicas. Nomenclatura común Se usa en química orgánica para nombrar compuestos simples de manera más informal, como el uso de nombres comunes en lugar de nombres sistemáticos. La nomenclatura común, también conocida como nomenclatura trivial o nombres comunes, se refiere al uso de nombres no sistemáticos para identificar compuestos químicos. 1. Basada en la Práctica: Los nombres comunes a menudo se derivan de prácticas históricas, propiedades destacadas del compuesto o su origen natural. Estos nombres pueden variar según la región geográfica o la comunidad científica. 2. Ejemplos : Algunos ejemplos de nombres comunes incluyen "agua" para H2O, "sal de
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Por ejemplo, el agua, H 2 O, es un compuesto binario, siendo quizás el más representativo de ellos. El agua está formada por hidrógeno, H, y oxígeno, O, sumando así dos elementos químicos. Nótese que sus coeficientes estequiométricos indican que hay dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno, pero sigue siendo todavía un compuesto binario (8). Los compuestos binarios pueden constar de iones, moléculas, redes tridimensionales, o incluso de átomos metálicos neutros. Lo importante es que cualquiera sea la naturaleza de su enlace químico o su composición, esté formado siempre por dos elementos químicos diferentes. Por ejemplo, el gas hidrógeno, H 2 , no cuenta como compuesto binario (8). 4.1. IMPORTANCIA Los compuestos binarios son de gran importancia pues son utilizados en muchas áreas de la vida cotidiana. Son muy importantes dentro del campo de la agricultura puesto que tienen la capacidad de ser buenos fertilizantes para los cultivos. Son también usados en el tratamiento de aguas residuales, en muchos procesos químicos de la industria e incluso algunos son relevantes para la industria farmacéutica. Son también utilizados como semiconductores, como componentes en las baterías en la fabricación del vidrio (9). 4.1.1. ¿CÓMO SE FORMAN LOS COMPUESTOS BINARIOS? Los métodos de preparación o las rutas sintéticas para formar los compuestos binarios dependerán de las identidades de los dos elementos químicos A y B. No obstante, en principio y de manera general, ambos elementos deben combinarse en un reactor para que puedan interactuar entre sí. Así, si las condiciones son favorables, tendrá lugar una reacción química (9). Habiendo una reacción química, los elementos A y B se unirán o enlazarán (iónica o covalentemente) para formar el compuesto AnBm. Muchos compuestos binarios pueden formarse mediante la
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combinación directa de sus dos elementos puros, o bien siguiendo otros métodos alternativos más viables económicamente (9). Volviendo al ejemplo del agua, el hidrógeno, H 2 , y el oxígeno, O 2 , se combinan a altas temperaturas para que haya una reacción de combustión entre ellos: 2H 2 (g) + O 2 (g) → 2H 2 O(g) El agua, por otro lado, puede obtenerse mediante reacciones de deshidratación de compuestos tales como los alcoholes y azucares. Otro ejemplo de formación de un compuesto binario corresponde al sulfuro ferroso, FeS: Fe(s) + S(s) → FeS(s) Donde esta vez, tanto el hierro como el azufre son sustancias sólidas y no gaseosas. Y así ocurre igual con varias sales binarias, por ejemplo, cloruro de sodio, NaCl, combinando el sodio metálico con los gases de cloro: 2Na(s) + Cl 2 (g) → 2NaCl(s) (9). Los nombres de todos los compuestos binarios se rigen en su mayoría por las mismas reglas. Para el compuesto AnBm, se menciona primero el nombre del elemento B en su forma aniónica; esto es, con la terminación – uro. Sin embargo, para el caso de que B consista de oxígeno, se nombra como un óxido, peróxido u superóxido según aplique (10). El nombre de B viene precedido por los prefijos numerales griegos (mono, di, tri, tetra, etc.) de acuerdo al valor de m. Finalmente, se menciona el nombre del elemento A. En el caso de que A posea más de una valencia, esta se indica con números romanos y entre paréntesis. O si se prefiere, puede optarse por la nomenclatura tradicional y usar los sufijos – oso e – ico. El elemento A en ocasiones también viene precedido por los prefijos numerales griegos según el valor de n (10). Considérese los siguientes compuestos binarios juntos con sus respectivos nombres:
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hacer uso del no metal con la terminación “uro”, para posteriormente colocar el nombre del metal (11). 4.1.1.1.1.1. CARACTERÍSTICAS DE COMPUESTOS BINARIOS Los compuestos binarios son parte de la química básica y se forman a partir de la combinación que se da entre dos átomos distintos con el objetivo de poder crear una molécula única en un producto diferente. Entre las principales características de los compuestos binarios se mencionan las siguientes (12): Están formados por dos átomos distintos , pueden tener más de dos átomos pero siempre deberán pertenecer únicamente a dos tipos diferentes. Son clasificados como un tipo de sustancia química. Tienen la capacidad de ser óxidos básicos. Están compuestos de un anión y de un catión. Son muy utilizados en el campo de la industria. Son fáciles de encontrar en la naturaleza. Se conocen por lo general con el nombre de sales (12). 4.1.1.1.1.1.1. TIPOS DE COMPUESTOS BINARIOS Los compuestos binarios se dividen o clasifican en dos grupos importantes, que de hecho son los más conocidos. Uno de ellos se conoce con el nombre de óxidos ácidos y el otro como óxido básico. A continuación se explican cada uno de ellos. ÓXIDOS ÁCIDOS Este tipo de compuesto binario es también conocido con el nombre de óxido no metálico y están compuestos gracias a la unión del oxígeno con un compuesto de tipo no metálico. Como ejemplo podemos mencionar al agua (hidrógeno + oxígeno), benceno (carbono + hidrógeno) y amoniaco (hidrógeno y nitrógeno (13)).
Están compuestos por la unión que se da entre un metal y el oxígeno. Cuentan con una alta electronegatividad y son iónicos. Es fácil de observar cuando se da la corrosión de los metales, la cual sucede cuanto el oxígeno que está presente en la atmósfera entra en contacto con un metal. Es común encontrar algunos de ellos dentro de la naturaleza como en las rocas o en los minerales. Algunos ejemplos son el dióxido de titanio, óxido crómico, óxido de calcio o cal (13).
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Los compuestos binarios se clasifican según de qué estén formados o hechos: iones, moléculas, átomos metálicos o redes. Aun así, dicha clasificación no es del todo concluyente o definitiva, pudiendo variar dependiendo del enfoque considerado. IÓNICOS En los compuestos binarios iónicos, A y B constan de iones. Así, para el compuesto AnBm, B suele ser un anión, B–, mientras A un catión, A+. Por ejemplo, el NaCl pertenece a esta clasificación, así como todas las sales binarias, cuyas fórmulas generales se representan mejor como MX, donde X es un anión, y M un catión metálico. Así, los fluoruros, cloruros, bromuros, yoduros, hidruros, sulfuros, arseniuros, óxidos, fosfuros, nitruros, etc., pertenecen también a esta clasificación. Sin embargo, cabe destacar que algunos de ellos son covalentes, perteneciendo por lo tanto a la siguiente clasificación (14). COVALENTES Los compuestos binarios covalentes están formados por moléculas. El agua pertenece a esta clasificación, pues consta de moléculas H-O-H. El cloruro de hidrógeno, HCl, también se considera un compuesto binario covalente, ya que consta de moléculas H- Cl. Nótese que el NaCl es iónico, mientras que el HCl es covalente, siendo ambos cloruros (14). METÁLICOS O REDES Los compuestos binarios también abarcan las aleaciones y los sólidos de redes tridimensionales. No obstante, para ellos suele usarse mejor la denominación de materiales binarios.
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Los compuestos binarios son todos aquellos formados por dos elementos químicos, independientemente del número de sus átomos o de sus interacciones. La fórmula general para estos compuestos es AnBm, donde A y B son dos elementos distintos de la Tabla Periódica, y n y m sus respectivos coeficientes estequiométricos.Por ejemplo, el agua, H2O, es un compuesto binario, siendo quizás el más representativo de ellos. El agua está formada por hidrógeno, H, y oxígeno, O, sumando así dos elementos químicos. Nótese que sus coeficientes estequiométricos indican que hay dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno, pero sigue siendo todavía un compuesto binario. Los compuestos pueden ser clasificados de distintas maneras: Según el número de elementos diferentes que hay en su fórmula química se clasifican en Compuestos binarios, ternarios y cuaternarios. Así, por ejemplo, el NaCl, el H2O y el CO2 son compuestos binarios; el NaOH y el H2SO4 son compuestos ternarios y el NaHCO3 es un compuesto cuaternario. Teniendo en cuenta las clases de elementos que los constituyen, se clasifican en compuestos orgánicos y compuestos inorgánicos, aún cuando esta división no es taxativa.
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Compuestos Inorganicos Dentro de este grupo se incluyen todos los compuestos que no poseen el elemento carbono en su fórmula química Compuestos Binarios Un compuesto binario es un compuesto químico que tiene únicamente 2 elementos químicos diferentes". Es decir, es un compuesto que tendrá átomos solo de dos elementos Oxidos Un óxido es la combinación de cualquier elemento con el oxígeno. Todos reciben la denominación óxido de salvo el compuesto con hidrógeno, que se llama agua. Peroxido Un peróxido es la combinación de un metal o el hidrógeno con el grupo peróxido (02-2). Si la valencia es par, se simplifican ambos subíndices y no se escribe el subíndice 1. M2O2v. Super Oxidos Un peróxido es la combinación de un metal o el hidrógeno con el grupo peróxido (02-2). Si la valencia es par, se simplifican ambos subíndices y no se escribe el subíndice 1
. MO2v. Hidruros Metalicos Los Hidruros metálicos resultan de la combinación del hidrógeno con un metal. El hidrógeno actúa con estado de oxidación - 1. Se formulan escribiendo en primer lugar el simbolo del metal correspondiente y después el símbolo del hidrógeno, que llevará como subindice la valencia del metal: M+vH-1. Sales Binarias Las sales binarias son combinaciones de un metal con un no metal o dos no metales entre sí. En los compuestos de un metal y un no metal, el no metal actúa siempre con su estado de oxidación negativo. Para formularlos, se escribe en primer lugar el símbolo químico del metal, a continuación el del no metal y se intercambian las valencias Si ambas valencias son divisibles por el mismo número, se realiza la división y se coloca el cociente: M+mN-n
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Puntos de fusión y ebullición elevados: Los compuestos iónicos tienen puntos de fusión y ebullición más altos debido a las fuertes fuerzas electrostáticas entre los iones. Solubilidad en agua: Muchos compuestos iónicos son solubles en agua debido a la atracción entre los iones y las moléculas de agua. Conductividad eléctrica: Los compuestos iónicos en estado líquido o disuelto en agua pueden conducir electricidad, ya que los iones son móviles y pueden transportar carga eléctrica. (14)
Los compuestos binarios son sustancias formadas por dos elementos químicos diferentes. Estos elementos pueden ser de la misma familia o diferentes. La fórmula general para estos compuestos es AnBm, donde A y B representan dos elementos distintos de la Tabla Periódica, y n y m son sus respectivos coeficientes estequiométricos. Algunos puntos clave sobre los compuestos binarios: Formación: Los métodos para preparar compuestos binarios dependen de las identidades de los dos elementos químicos. En general, ambos elementos deben combinarse en un reactor para que puedan interactuar entre sí. Por ejemplo, el agua (H2O) se forma cuando el hidrógeno (H2) y el oxígeno (O2) se combinan a altas temperaturas en una reacción de combustión1. Ejemplos: Los compuestos binarios incluyen sustancias como el agua, el sulfuro ferroso (FeS) y el cloruro de sodio (NaCl). El agua está formada por hidrógeno y oxígeno, mientras que el sulfuro ferroso se compone de hierro y azufre. El cloruro de sodio se forma al combinar sodio metálico con gas de cloro.
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Para concluir los compuestos binarios presenta diferentes tipos así mismo diferentes nomenclaturas en el cual podemos utilizar para ser representadas como es la nomenclatura sistemática, nomenclatura stock y la nomenclatura tradicional, lo compuestos binarios lo consideramos fundamentales en la química porque se encuentran en muchas sustancias esenciales para los ecosistemas terrestres, como sales, óxidos y sulfuros. Nomenclatura: Los nombres de los compuestos binarios siguen reglas específicas. Por ejemplo, el agua se llama óxido de hidrógeno, y el sulfuro ferroso se llama sulfuro de hierro (II). La nomenclatura varía según el tipo de enlace (iónico o covalente) y la valencia de los elementos