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FORMULACIÓN Y NOMENCLATURA DE COMPUESTOS INORGÁNICOS María Irene Vera Contenidos: La fórmula química. Tipos de fórmulas Número de oxidación. Formulación y nomenclatura química inorgánica. Normativa IUPAC y tradicional. Compuestos binarios y ternarios. INTRODUCCIÓN Sabemos que toda la materia existente es el resultado de combinaciones de los elementos de la Tabla Periódica. Actualmente se conocen millones de compuestos químicos y cada uno de ellos tiene un nombre que lo identifica. A muchos compuestos se les dieron nombres comunes antes que se conocieran sus composiciones, por ejemplo: agua, azúcar, sal. A lo largo de los años, los químicos diseñaron un sistema adecuado para nombrar las sustancias químicas. Un nombre sistemático revela los elementos presentes en un compuesto y, en algunos casos, cómo están dispuestos los átomos. La nomenclatura sistemática de los compuestos recibe el nombre de nomenclatura química y sigue un conjunto de reglas. En 1921, se reunieron por primera vez, un grupo de químicos que pertenecían a la Comisión de Nomenclatura de Química Inorgánica de la IUPAC (Asociación Internacional de Química Pura y Aplicada) y desarrollaron reglas para nombrar a los compuestos inorgánicos. Estas reglas son revisadas y actualizadas periódicamente. Las normas que propone la IUPAC no son obligatorias en sentido estricto, pero es recomendable ajustarnos cada vez más a ellas e ir abandonando otros sistemas de nomenclatura más antiguos aun vigentes. Con la ayuda de algunas reglas nemotécnicas aprenderás a escribir y nombrar los compuestos inorgánicos siguiendo las normas de la IUPAC, pero como las otras nomenclaturas están muy arraigadas ( pero en desuso en textos científicos), también las presentaremos en algunos casos. LA FÓRMULA QUÍMICA. TIPOS DE FÓRMULAS La composición de un compuesto está dada por su fórmula química. Composición significa no solo los elementos presentes sino también la proporción en la cual se combinan los átomos. Hay tres tipos principales de fórmulas químicas: a) fórmula empírica; b) fórmula molecular y c) fórmula estructural. Las fórmulas químicas que indican los tipos de átomos y el número real de cada uno en una molécula, se denominan fórmulas moleculares. Ejemplo: H2, O2, O3, H2O. Los subíndices numéricos, indican la cantidad de átomos de cada elemento presentes en una molécula. Se omite el subíndice “ uno” de las fórmulas. La fórmula molecular de una sustancia muestra su composición pero no muestra la forma en que están unidos sus átomos Las fórmulas moleculares son las fórmulas verdaderas de las moléculas. Las fórmulas que solo indican el menor número relativo de átomos de cada tipo en una molécula se llaman fórmulas empíricas. Estas nos indican cuáles elementos están presentes y la relación mínima, en números enteros entre sus átomos, pero no indica, necesariamente el número real de átomos en una molécula determinada. La palabra “empírica” significa que se deriva de un experimento, es decir se determinan experimentalmente. Los subíndices de una fórmula empírica siempre son las proporciones enteras más pequeñas. Ejemplo: Fórmula molecular del peróxido de hidrógeno: H2O2; fórmula empírica: HO, nos indica que el hidrógeno y el oxígeno están presentes en una proporción 1 : 1. Esta proporción se mantiene sea cual sea el tamaño de la muestra. Para muchas sustancias la fórmula molecular y la empírica son idénticas, como en el caso del agua. La fórmula estructural de una sustancia muestra la forma en que se unen los átomos, representándolos por sus símbolos químicos y empleando líneas para representar los enlaces que mantienen unidos a los átomos. Generalmente, la fórmula estructural, no representa la geometría real de la molécula, a veces se escriben las fórmulas estructurales como un dibujo en perspectiva, dando así mejor idea de la forma tridimensional. Ejemplo: O H H H OO Agua H Peróxido de hidrógeno Siempre que conozcamos la fórmula molecular de un compuesto podremos determinar su fórmula empírica, en cambio lo opuesto no se cumple, ya que necesitamos más información. Ciertos métodos de analizar sustancias, sólo conducen a la fórmula empírica, y una vez conocida la fórmula empírica, experimentos adicionales pueden proporcionar la información necesaria para convertir la fórmula empírica en la molecular. Hay sustancias, como el carbono, que no existen como moléculas aisladas; su símbolo químico, C , es su fórmula empírica. Las fórmulas de los compuestos iónicos siempre son las mismas que sus fórmulas empíricas, debido a que los compuestos iónicos no están formados por unidades moleculares discretas. En el NaCl existe una relación entre cationes y aniones de 1 : 1, de forma que el compuesto es eléctricamente neutro. NaCl es la fórmula empírica del cloruro de sodio. Este mismo número de iones Na + y Cl - están acomodados en una red tridimensional en la que cada ion sodio es atraído por los seis iones Cl – que le rodean y viceversa. En los compuestos iónicos, los cationes y aniones se acomodan de tal forma, que el compuesto resulta eléctricamente neutro. Para que esto sea así, la suma de las cargas del catión y del anión de cada unidad de fórmula debe ser igual a cero. En la fórmula de un compuesto iónico no se muestra la carga del catión ni del anión. Para obtener información acerca de una sustancia dada, necesitamos conocer su fórmula química y su nombre. Cuando eran pocos los compuestos conocidos, era posible memorizar sus nombres, muchos de los cuales se derivaban de su aspecto físico, de sus propiedades, de su origen o de sus aplicaciones. Por ejemplo: leche de magnesia, gas hilarante, piedra caliza, sosa cáustica, lejía, polvo para hornear, etc. La asignación de nombres a las sustancias, se denomina nomenclatura química, del latín nomen: nombre y calare: llamar. Si cada una de las 10 millones de sustancias conocidas, tuviera un nombre especial, independiente de todos los demás, sería muy complicado nombrarlas. Por eso para la mayor parte de las sustancias, nos apoyamos en un conjunto sistemático de reglas que nos llevan a un nombre único para cada sustancia, en base a su composición. NÚMERO DE OXIDACIÓN El concepto de número de oxidación o estado de oxidación permite describir y manejar a los compuestos iónicos y covalentes con el mismo modelo ya que consideran que los compuestos iónicos, y también los covalentes (exceptuando especies moleculares como O2, Cl2, P4, S8, etc.) son iónicos. No importa si en realidad el compuesto contiene iones. El número de oxidación de un átomo es la carga que resulta cuando se asignan los electrones de un enlace covalente al átomo más electronegativo. Es la carga que un átomo poseería si el enlace fuera iónico. Al átomo de estroncio, en el SrCl2 (compuesto iónico) y al átomo de carbono en el CO (compuesto covalente) se le asignan números de oxidación de +II. En el HCl el número de oxidación del H es +1 y el del Cl es - 1 . Se escribe el signo delante del número para distinguirlos de las cargas eléctricas reales. Los números de oxidación no corresponden a cargas reales de los átomos, excepto en el caso de las sustancias iónicas simples; se los determina siguiendo una serie de reglas: a) El número de oxidación de los átomos de un elemento en su forma elemental (H2, O2, O3, P4, etc.) es cero b) El número de oxidación de un ion monoatómico es igual a su carga. Por ejemplo, el número de oxidación del ion Na+ es +I y el del ion S2- es –II. c) El número de oxidación del hidrógeno es +I cuando se combina con un elemento más electronegativo, por ejemplo en H2O, NH3, HCl. d) El número de oxidación del hidrógeno es –I cuando se combina con un elemento menos electronegativo, por ejemplo LiH, NaH, CaH2 (hidruros). e) Los elementos de los grupos IA y IIA forman compuestos en los que los átomos de metal tienen números de oxidación de +I y +II respectivamente. f) El oxígeno, en sus compuestos tiene número de oxidación –II, con excepción de los peróxidos (número de oxidación –I) y superóxidos ( - ½ ). g) Los elementos del grupo VIIA tienen número de oxidación –I cuando el átomo se enlaza con un elemento menos electronegativo h) En los compuestos binarios (dos elementos distintos), al elemento con mayor electronegatividad se le asigna un número de oxidación igual a su carga en compuestos iónicos simples del elemento. i) La suma de los números de oxidación es igual a cero para un compuesto eléctricamente neutro j) La suma de los números de oxidación en un ion poliatómico es igual a la carga global. Al formular un compuesto, te será de mucha utilidad recordar estas reglas y el siguiente orden de electronegatividades, ya que la IUPAC recomienda que al escribir fórmulas químicas los elementos se escriban en orden creciente de electronegatividades, es decir, siempre se colocará más a la izquierda el elemento menos electronegativo. Metales H otros no metales O F FORMULACIÓN Y NOMENCLATURA QUÍMICA INORGÁNICA. Sustancias simples. Son aquellas sustancias cuyas moléculas están formadas por átomos idénticos. En el caso de elementos que son gases, suelen encontrarse en forma diatómica (N 2, H2, O2). A veces ciertos elementos se presentan en agrupaciones de distinto número de átomos, son las formas alotrópicas del elemento,( O2, O3). Otras sustancias simples forman redes de un gran número de átomos. Tal es el caso de los metales (en los que existe el enlace metálico) y de otras sustancias simples como el grafito, el diamante, el silicio, etc. Estas sustancias se representan mediante el símbolo del elemento; es decir, el símbolo Al, representa un elemento, pero también la sustancia simple: el metal aluminio. Con el símbolo Sb representamos el elemento antimonio y también el metaloide antimonio. Los gases nobles son gases monoatómicos y se representan mediante el símbolo del elemento: He, Ne, Ar, Kr, Xe. Nomenclatura Sistemática Se usan prefijos (di, tri, tetra, etc.) delante del nombre del elemento para indicar la cantidad de átomos que forman la molécula. Ejemplo: Elemento H2 F2 Cl2 I2 N2 O2 O3 P4 S8 Nombre trivial hidrógeno fluor cloro yodo nitrógeno oxígeno ozono fósforo blanco azufre lambda Nombre sistemático dihidrógeno difluor dicloro diyodo dinitrógeno dioxígeno trioxígeno tetrafósforo ciclo-octaazufre COMBINACIONES BINARIAS DEL HIDRÓGENO El hidrógeno tiene un comportamiento particular: puede ceder fácilmente su único electrón pero también puede aceptar un electrón de otro átomo y adquirir la configuración electrónica del helio. De acuerdo con este comportamiento, en sus combinaciones binarias, a veces actúa con número de oxidación +I y otras veces, con número de oxidación –I . HIDRÁCIDOS Son combinaciones del hidrógeno con fluor, cloro, bromo, yodo, azufre, selenio y teluro. Estos compuestos al disolverse en agua dan soluciones ácidas. En ellos el hidrógeno representa la parte más electropositiva (número de oxidación +I) por lo tanto, los elementos con los que se combina actuarán con número de oxidación negativo. Para formular un hidrácido se escriben los símbolos de los elementos en orden creciente de electronegatividades (primero el hidrógeno y luego el otro no metal) y si es necesario, se escriben subíndices numéricos para lograr que la suma de los números de oxidación sea cero. Para nombrarlos primero se nombra el elemento más electronegativo, terminado en uro y finalmente se dice de hidrógeno. (raiz del nombre del elemento) uro de hidrógeno En solución acuosa en cambio se sigue el siguiente esquema: Ácido (raíz del nombre del elemento) hídrico En el siguiente cuadro, te presentamos las fórmulas y los nombres de todos los hidrácidos. Fórmula HF HCl HBr HI H2S H2Se H2Te nombre sistemático fluoruro de hidrógeno cloruro de hidrógeno bromuro de hidrógeno yoduro de hidrógeno sulfuro de hidrógeno seleniuro de hidrógeno telururo de hidrógeno (en solución acuosa) ácido fluorhídrico ácido clorhídrico ácido bromhídrico ácido yodhídrico ácido sulfhídrico ácido selenhídrico ácido telurhídrico HIDRUROS METÁLICOS. Son combinaciones del hidrógeno (actúa con número de oxidación -I) con los metales (número de oxidación positivo).La clasificación de hidruros es muy amplia y escapa los alcances de este libro, pero desde el punto de vista de la formulación, no hay diferencias entre unos y otros. Para formular, se escribirá primero el símbolo del metal (más electropositivo) y a continuación el símbolo del hidrógeno (más electronegativo) y cuando sea necesario se agregarán subíndices para compensar los números de oxidación. Para nombrarlos se sigue la siguiente secuencia: Hidruro de .......(nombre del elemento) Ejemplos: LiH hidruro de litio NaH hidruro de sodio KH hidruro de potasio CsH hidruro de cesio MgH2 hidruro de magnesio CaH2 hidruro de calcio BaH2 hidruro de bario PbH4 tetrahidruro de plomo COMBINACIONES BINARIAS DEL OXÍGENO ÓXIDOS BÁSICOS Son combinaciones del oxígeno con los metales. El oxígeno actúa con número de oxidación -II . Para formular, siguiendo las recomendaciones de la IUPAC, se escribe primero el símbolo del metal y luego el del oxígeno y se agregan los subíndices necesarios a la derecha de los símbolos de tal manera de compensar los números de oxidación y lograr que la suma algebraica de los mismos sea igual a cero. Ejemplo: Li2O MgO Al2O3 SnO2 ÓXIDOS ÁCIDOS Son combinaciones del oxígeno con no metales o con metales de transición en estados de oxidación superiores. Por ser el oxígeno el segundo elemento más electronegativo, los no metales actuarán con número de oxidación positivo. Por tanto para formular óxidos ácidos, se escribirá primero el símbolo del no metal o metal de transición y a continuación el símbolo del oxígeno. Luego, de ser necesario, se agregarán subíndices a la derecha de los símbolos de tal manera de lograr la compensación de números de oxidación. haciendo que la suma algebraica de los mismos sea igual a cero Ejemplos: N2O NO N2O3 NO2 N2O5 Nomenclaturas Sistemáticas La IUPAC propone dos nomenclaturas para los óxidos y no distingue por su nombre un óxido básico de un óxido ácido, éstas son: a) Nomenclatura Estequiométrica y b) Nomenclatura de Stock. En la “nomenclatura estequiométrica” se emplean prefijos griegos: mono, di, tri, tetra, etc. para indicar las proporciones en que se encuentran los elementos en una fórmula. El prefijo mono puede omitirse si no es necesario y no se indica delante del nombre del metal o el no metal. Si el elemento metálico tiene un único estado de oxidación, no es necesario usar prefijos. Ejemplos: Na2O óxido de sodio CaO óxido de calcio FeO monóxido de hierro Fe2O3 trióxido de dihierro En el caso que el metal o no metal posea más de un estado de oxidación, cuando actúe con +I puede omitirse el prefijo mono delante de la palabra óxido Ejemplos: Cu2O óxido de dicobre CuO monóxido de cobre N2O óxido de dinitrógeno NO monóxido de nitrógeno El Sistema de Stock (o Numerales de Stock) nombra a los óxidos indicando la valencia del elemento, en números romanos y entre paréntesis inmediatamente después del nombre. Si en el compuesto interviene un elemento cuya valencia es constante, no es necesario indicarlo. Ejemplos: Na2O óxido de sodio Cl2O óxido de cloro (I) CaO óxido de calcio Cl2O3 óxido de cloro (III) Cu2O óxido de cobre (I) Cl2O5 óxido de cloro (V) CuO óxido de cobre (II) Cl2O7 óxido de cloro (VII) La IUPAC considera no recomendable el sistema de nomenclatura tradicional o nomenclatura “antigua”, todavía en uso, que emplea sufijos oso o ico para indicar que el elemento combinado con el oxígeno actúa con el menor o el mayor número de oxidación respectivamente. Utilizaremos preferentemente la nomenclatura de Stock para óxidos básicos y la nomenclatura estequiométrica para óxidos ácidos. Nomenclatura Tradicional Óxidos Básicos Para metales con un único estado de oxidación se nombran con la siguiente secuencia: Óxido de ...( nombre del elemento) Ejemplo: K2O óxido de potasio SrO óxido de estroncio Al2O3 óxido de aluminio Para metales con dos estados de oxidación se los distingue empleando sufijos: oso para el menor estado de oxidación; ico para el mayor estado de oxidación. Óxido (raíz del nombre del elemento) oso (menor estado de oxidación) ico (mayor estado de oxidación) Cu2O CuO SnO SnO2 óxido cuproso oxido cúprico óxido estannoso óxido estánnico Óxidos Ácidos Se los designa como anhídridos, siguiendo la siguiente secuencia: Cuando el no metal tiene un único estado de oxidación: Anhídrido...( raíz del nombre del elemento) ico Ejemplo: CO2 anhídrido carbónico B2O3 anhídrido bórico Cuando el no metal tiene dos estados de oxidación: oso (menor estado de oxidación) Anhídrido... (raíz del nombre del elemento) ico (mayor estado de oxidación) Ejemplos: SO2 SO3 anhídrido sulfuroso anhídrido sulfúrico En el caso de los halógenos, que tienen cuatro estados de oxidación: hipo... ( raíz del nombre del elemento) oso ( raíz del nombre del elemento) oso anhidrido ( raíz del nombre del elemento) ico per... ( raíz del nombre del elemento) ico Ejemplos: Cl2O anhídrido hipocloroso Cl2O3 anhídrido cloroso Cl2O5 anhídrido clórico Cl2O7 anhídrido perclórico OXOÁCIDOS Son compuestos con propiedades ácidas que contienen oxígeno en su molécula y responden a una fórmula general del tipo HaXbOc ; en la que X representa un no metal o metal de transición en un estado de oxidación elevado, el hidrógeno actúa con estado de oxidación +I y el oxígeno con número de oxidación +II. Esta fórmula general responde a la recomendación de la IUPAC, de escribir los símbolos de los elementos de una fórmula química en orden creciente de sus electronegatividades (el menos electronegativo a la izquierda). Para formular correctamente un oxoácido habrá que conocer en primer lugar el estado de oxidación del átomo X, si es un número impar, corresponderá un número impar de hidrógenos (subíndice a), y este será 1 (el menor número impar); en caso de que el estado de oxidación sea un número par, el subíndice a, también será par, en este caso será 2 (el menor número par). Esto es válido para oxoácidos sencillos. Por ser el oxígeno el elemento más electronegativo, será el único con estado de oxidación negativo, por lo tanto los números de oxidación de X y H serán siempre positivos. Entonces, teniendo en cuenta que la sumatoria de los números de oxidación debe dar cero, el próximo paso será encontrar el valor del subíndice c del oxígeno, y éste deberá ser tal que al multiplicar por –II (estado de oxidación del oxígeno) compense la sumatoria de números de oxidación positivos. Tomemos los oxoácidos del cloro como ejemplo: El cloro puede actuar con los siguientes estados de oxidación: -I, +I, +III, +V, +VII. Al estado de oxidación –I, lo descartamos para oxoácidos por lo explicado en el párrafo anterior. Cl (+I) 1) Escribimos el esqueleto de la fórmula: HClO 2) Por tener el cloro un estado de oxidación impar, corresponde un hidrógeno en la fórmula (el subíndice uno no se indica). 3) Sumamos los números de oxidación positivos: 1 (por el hidrógeno) + 1 (por el cloro)= 2 4) El subíndice que pondremos al oxígeno deberá ser aquel que al multiplicar por –II (estado de oxidación del oxígeno) iguale a la sumatoria positiva, este subíndice será uno (que no se indica.) Por lo tanto la fórmula del oxoácido correspondiente al elemento cloro en su estado de oxidación +I es: HClO. Seguimos el mismo razonamiento para el Cl (+III), número de oxidación también impar, por lo tanto un hidrógeno; la sumatoria de números de oxidación positivos da: 3(por el cloro) + 1 (por el hidrógeno) = 4 El subíndice del oxígeno para compensar este número positivo será 2. El oxoácido llevará por fórmula HClO2 Siguiendo este procedimiento, obtendremos las siguientes fórmulas para los otros estados de oxidación del cloro: Cl (+V) HClO3 Cl (+VII) HClO4 Formulemos ahora, los oxoácidos del azufre: El azufre puede actuar con números de oxidación: -II; +IV; +VI. Pero podrá formar oxoácidos sólo con los estados +IV y +VI ( los dos estados de oxidación positivos), porque el oxígeno, por ser el más electronegativo, será el que actúe con número de oxidación negativo. S (+IV) 1) Escribimos el esqueleto de la fórmula del oxoácido: HSO 2) Por ser un número de oxidación par, pondremos dos hidrógenos H2SO 3) Sumamos los números de oxidación positivos: 2 x +1(por los dos hidrógenos) + 4 (por el azufre) = +6 4)El subíndice del oxígeno será tres, ya que al multiplicar por el estado de oxidación del oxígeno (-II) nos dará -6 y se compensará la sumatoria de estados de oxidación positivos. Fórmula: H2SO3 S (+VI) Siguiendo el mismo razonamiento concluiremos que la fórmula del oxoácido correspondiente a este estado de oxidación del azufre es H2SO4 NOMENCLATURA Para nombrar los oxoácidos utilizaremos la nomenclatura tradicional admitida como correcta por la IUPAC y también la nomenclatura sistemática de Stock. Nomenclatura tradicional Emplea sufijos -oso, ico- y prefijos -hipo, per -para identificar un determinado estado de oxidación de un elemento. Cuando un elemento presenta dos estados de oxidación, se utiliza la terminación oso para señalar aquel compuesto en que el elemento actúa con el menor número de oxidación y se emplea la terminación ico para señalar que el elemento considerado está en el mayor estado de oxidación. oso ( menor estado de oxidación) Ácido ...(raíz del nombre del elemento) ico (mayor estado de oxidación) H2SO3: ácido sulfuroso; H2SO4 : ácido sulfúrico Cuando el elemento puede actuar con más de dos estados de oxidación, caso de los halógenos, se utilizan los prefijos hipo y per. El prefijo hipo para indicar que el elemento en cuestión está en un estado de oxidación más bajo que el ácido de referencia (hipo......oso indica menos que......oso). El prefijo per se ocupa para indicar que el elemento en cuestión tiene un número de oxidación más alto que el ácido terminado en ico. (per...ico indica más que ....ico). hipo... ( raíz del nombre del elemento) oso ( raíz del nombre del elemento) oso ácido ( raíz del nombre del elemento) ico per... ( raíz del nombre del elemento) ico HClO ácido hipocloroso HClO2 ácido cloroso HClO3 ácido clórico HClO4 ácido perclórico Nomenclatura sistemática (de Stock) En las nomenclaturas sistemáticas se omiten las terminaciones oso, ico , o los prefijos hipo, per. Al nombrar los oxoácidos se indica el estado de oxidación del átomo central y el número de átomos de oxígeno(mediante prefijos: mono, di, tri, tetra, etc.), quedando así, automáticamente fijado el número de átomos de hidrógeno de la molécula. Cuando el átomo central es un elemento con un único estado de oxidación no es necesario indicar su estado de oxidación. El prefijo mono puede omitirse. Se sigue la siguiente secuencia: (mono, di, tri, etc.) oxo ..raíz del nombre del elemento... ato ( número de oxidación en numero romano) de hidrógeno El prefijo mono puede omitirse. HClO oxoclorato (I) de hidrógeno HClO2 dioxoclorato (III) de hidrógeno HClO3 trioxoclorato (V) de hidrógeno HClO4 tetraoxoclorato (VII) de hidrógeno H2SO3 trioxoclorato (IV) de hidrógeno H2SO4 tetraoxosulfato (VI) de hidrógeno La nomenclatura estequiométrica no es tan utilizada,en la práctica , para oxoácidos. H2SO4 tetraoxosulfato de dihidrógeno HNO3 trioxonitrato de hidrógeno CASOS ESPECIALES Prefijos meta, orto, di. Hay elementos que presentan más de un ácido en un determinado estado de oxidación. Cada uno de estos ácidos difieren en la cantidad de agua que contienen (diferente grado de hidratación). Para nombrarlos se utilizan prefijos: meta para indicar que el ácido es el que tiene menor contenido en agua orto para indicar el mayor contenido en agua di para indicar que el número de átomos del elemento central es dos. En estos casos se admite el prefijo piro para indicar que estos diácidos se pueden obtener por calentamiento de los ácidos normales Para formular la variedad “meta”, se siguen los pasos ya conocidos para oxoácidos. Podemos formular la variedad “orto”, incorporando una molécula de agua a la forma “meta” HBO2 ácido metabórico + H2O H3BO3 ácido ortobórico Oxoácidos del fósforo Los ácidos más comunes son el fosfónico (H3PO3)(antes llamado fosforoso) y el fosfórico (H3PO4). Ambos son ácidos orto, por lo que pueden nombrarse como ortofosfónico y ortofosfórico. La existencia del ácido metafosfónico (antes metafosforoso),HPO2, es muy dudosa y el ácido metafosfórico se encuentra siempre en forma de polímero (HPO3)n Como regla nemotécnica, vimos que para pasar de la forma “meta” a la “orto”, basta con incorporar una molécula de agua. Los ácidos del fósforo con estado de oxidación (+III) serían: HPO2 ácido metafosfónico H3PO3 ácido ortofosfónico o ácido fosfónico +H2O x2 - H2O H4P2O5 ácido difosfónico o pirofosfónico Para pasar de la forma “orto” a la forma “di”, primero se dimeriza y luego se pierde agua.. Nótese que en la fórmula de la forma “di”, el subíndice del átomo central es dos. De igual manera podemos obtener las fórmulas de los ácidos del fósforo con estado de oxidación (+V). HPO3 ácido metafosfórico +H2O H3PO4 ácido ortofosfórico o “fosfórico” x2 - H2O H4P2O7 ácido difosfórico o pirofosfórico IONES Iones positivos (cationes). Cuando un átomo pierde electrones de valencia adquiere una carga positiva neta. Los iones con carga positiva, reciben el nombre de cationes . Los iones que se forman a partir de un solo átomo se llaman iones monoatómicos. a) Los cationes que se forman a partir de átomos metálicos tienen el mismo nombre que el metal. + Na : ion sodio; Zn 2+: ion cinc; Al 3+: ion aluminio b) Si un metal puede formar iones con diferentes cargas, la carga positiva se indica con un número romano entre paréntesis después del nombre del metal. Fe2+: ion hierro (II) ; Fe3+ : ion hierro (III); Cu + : ion cobre (I); Cu 2+: ion cobre (II) La mayor parte de los metales que tienen carga variable son metales de transición. Método antiguo: Fe 2+: ion ferroso; Fe 3+ ion férrico c) Los cationes poliatómicos formados a partir de átomos no metálicos, tienen nombres que terminan en - io NH4 + : ion amonio ; H3O + : ion hidronio. Iones negativos (aniones) Se llaman aniones, a las especies químicas cargadas negativamente. Los aniones más simples son los monoatómicos que proceden de la ganancia de uno o más electrones por parte de un elemento electronegativo. a) Los aniones monoatómicos se nombran cambiando la terminación del nombre del elemento por - uro - . En el caso del oxígeno, la terminación es - ido – H : ion hidruro ; O 2- : ion óxido ; N 3- : ion nitruro Algunos aniones poliatómicos sencillos, tienen también nombres que llevan estas terminaciones OH : ion hidróxido ; CN . ion cianuro , O 22 : ion peróxido b) Los aniones poliatómicos que contienen oxígeno, tienen nombres que terminan en –ato o ito-. Estos aniones se llaman oxoaniones u oxianiones. La terminación ato indica el mayor estado de oxidación; ito, el menor estado de oxidación. Se emplean prefijos cuando la serie de oxoaniones de un elemento se extiende a cuatro miembros, como los halógenos. El prefijo – per – indica un átomo de oxígeno más que el oxoanión que termina en ato. El prefijo – ito – indica un átomo de oxígeno menos que el oxoanión que termina en ito. La mayoría de los aniones poliatómicos se puede considerar que proceden de un ácido que ha perdido o cedido sus hidrógenos. c) Los aniones que se obtienen agregando H + a un oxoanión, se designan agregando como prefijo la palabra hidrógeno o dihidrógeno. CO3: ion carbonato ; HCO3 - : ion hidrógenocarbonato PO4 3- : ion fosfato ; H2PO4 - : ion dihidrógenofosfato. Nomenclatura sistemática Se sigue la siguiente secuencia: Ion ....(mono, di, tri, tetra, etc.)oxo(raiz del nombre del elemento)ato(en número romano y entre paréntesis, el estado de oxidación del elemento). El prefijo mono se puede omitir. ClO ClO2 ClO3 ClO4 ion oxoclorato (I) ion dioxoclorato (III) ion trioxoclorato (V) ion tetraoxoclorato (VII) Para formular un oxoanión, se siguen los siguientes pasos: 1) Prestar atención al nombre y deducir el estado de oxidación del elemento. El nombre indicará si se trata de un anión, monoatómico o poliatómico. 2) Escribir el símbolo del elemento seguido del símbolo del oxígeno (de izquierda a derecha de una fórmula aumenta la electronegatividad). 3) El subíndice que se coloque al oxígeno, deberá ser tal que al multiplicar por – II (estado de oxidación del oxígeno) supere al menos en una unidad el estado de oxidación del elemento. 4) La carga del oxoanión será la que resulte del cálculo algebraico y se indica con un número seguido de un guión. Ejemplo: formular el ion sulfato El nombre terminado en ato, indica que es un oxoanión del azufre en su estado de oxidación más elevado. Escribimos el esqueleto de la fórmula del oxoanión: SO Como el azufre tiene estado de oxidación +VI, el subíndice que colocaremos al oxígeno será cuatro. Hacemos el cálculo: 4x(-II)(por el oxígeno) + VI (por el azufre) = -2 ; es decir el oxoanión tendrá dos cargas negativas. Escribimos el oxoanión: SO42 – HIDRÓXIDOS Son compuestos formados por la combinación del ion hidróxido (OH ) con diversos cationes metálicos. Estos compuestos son también llamados bases, debido al carácter básico del ion hidróxido (tendencia a reaccionar con iones hidrógeno para formar agua). Para nombrar los hidróxidos la IUPAC aconseja utilizar la nomenclatura de Stock o la estequiométrica. La nomenclatura tradicional emplea las terminaciones oso, ico. Ejemplo: Fórmula NaOH Ca(OH)2 Fe(OH)3 Fe(OH)2 Al(OH)3 Nomenclatura de Stock hidróxido de sodio hidróxido de calcio hidróxido de hierro (III) hidróxido de hierro (II) hidróxido de aluminio Nomenclatura estequiométrica hidróxido de sodio dihihidróxido de calcio trihidróxido de hierro dihidróxido de hierro trihidróxido de aluminio Nomenclatura tradicional hidróxido de sodio hidróxido de calcio hidróxido férrico hidróxido ferroso hidróxido de aluminio Cuando el elemento metálico actúa con estado de oxidación +I, no se debe indicar entre paréntesis el ion hidróxido. Si el elemento metálico tiene un único estado de oxidación, no es necesario indicarlo con número romano entre paréntesis (en la nomenclatura de Stock), porque está sobreentendido. Utilizaremos preferentemente la nomenclatura de Stock para nombrar hidróxidos. Para formular un hidróxido a partir de su nombre, bastará con escribir el símbolo del metal y luego tantos iones hidróxido como sean necesarios para compensar la carga del ion positivo. En el caso de que sean necesarios dos o más iones hidróxido, habrá que usar paréntesis e indicar como subíndice la cantidad de iones hidróxido . Nombre catión anión fórmula Hidróxido de potasio K+ OH KOH un ion hidróxido compensa la carga del + K Hidróxido de cinc Zn2+ OH Zn(OH)2 dos iones hidróxido compensan la carga 2+ del Zn Hidróxido de aluminio Al3+ OH Al(OH)3 tres iones hidróxido compensan la carga del Al3+ SALES Sales binarias Son el resultado de la unión de un catión metálico y un anión monoatómicos. En estos compuestos, el no metal se presenta en un único estado de oxidación (negativo). Para formular se escribe primero el catión y luego el anión. Se agregan subíndices para lograr la electroneutralidad entre las cargas del anión y del catión. Para nombrarlas se utilizan las nomenclaturas sistemáticas (estequiométrica y de Stock). Nomenclatura estequiométrica Utiliza prefijos: di, tri, etc., para indicar el subíndice del anión o del catión en la fórmula. Al nombre del no metal se le añade el sufijo uro. Ejemplos: CuBr monobromuro de cobre ó bromuro de cobre CaF2 difluoruro de calcio FeCl3 tricloruro de hierro Ni2Si siliciuro de diníquel Mg3N2 dinitruro de trimagnesio Nomenclatura de Stock Se sigue la siguiente secuencia: (Raíz del nombre del no metal)...uro de (nombre del metal) (número romano entre paréntesis para indicar el estado de oxidación del metal, cuando corresponda). Cuando el metal tiene un único estado de oxidación no es necesario indicarlo entre paréntesis. Ejemplos: CaF2 fluoruro de calcio FeCl2 cloruro de hierro (II) FeCl3 cloruro de hierro (III) Mg3N2 nitruro de magnesio CrB boruro de cromo (III) La nomenclatura tradicional (ya en desuso) emplea sufijos oso, ico para señalar que el catión está con su menor o mayor estado de oxidación respectivamente. Ejemplos: FeCl2 cloruro ferroso FeCl3 cloruro férrico Oxosales Son compuestos ternarios que resultan de la unión de un oxoanión y un catión. Para formular el símbolo del metal se escribe a la izquierda del oxoanión. Como las sales son compuestos sin carga, el número total de cargas aniónicas debe ser igual a la suma total de cargas catiónicas. Teniendo esto en cuenta resulta sencillo formular cualquier sal. Para nombrarlas, al nombre del anión se añade el nombre del catión. El nombre “tradicional”, aceptado por la IUPAC utiliza sufijos ito, ato, para indicar que el elemento base del anión actúa con el estado de oxidación inferior o superior respectivamente, en el caso de que el elemento tenga cuatro estados de oxidación se emplean prefijos hipo, para indicar el menor de todos los estados de oxidación o per, para indicar el más elevado de todos. Ejemplos: NaClO hipoclorito de sodio NaClO2 clorito de sodio NaClO3 clorato de sodio NaClO4 perclorato de sodio La nomenclatura sistemática emplea la siguiente secuencia: Prefijo (mono, di, tri, etc.)oxo(raíz del nombre del no metal)ato (número romano que indica el estado de oxidación, entre paréntesis, cuando corresponda)de (nombre del metal) (número romano que indica el estado de oxidación del metal, entre paréntesis, cuando corresponda). Ejemplos: NaClO NaClO2 NaClO3 NaClO4 monoxoclorato (I) de sodio dioxoclorato (III) de sodio trioxoclorato (V) de sodio tetraoxoclorato (VII) de sodio Sales Ácidas Los ácidos con más de un hidrógeno, no los ceden a todos con igual facilidad dando lugar a la formación de iones (aniones) que todavía contienen átomos de hidrógeno. Cuando estos “iones ácidos” se unen a cationes metálicos se forman sales que reciben el nombre de sales ácidas. Ejemplos: catión K+ Cu2+ Fe3+ Na+ Sr2+ Li+ Al3+ K+ Cu2+ anión HSO4 HSO4 HSO4 H2PO4 H2PO4 HPO42HPO42HS HS fórmula KHSO4 Cu(HSO4)2 Fe(HSO4)3 NaH2PO4 Sr(H2PO4)2 Li2HPO4 Al2 (HPO4)3 KHS Cu(HS)2 nombre IUPAC hidrógenosulfato de potasio hidrógenosulfato de cobre (II) hidrógenosulfato de hierro (III) dihidrógenofosfato de sodio dihidrógenofosfato de estroncio monohidrógenofosfato de litio monohidrógenofosfato de aluminio monohidrógenosulfuro de potasio monohidrógenosulfuro de cobre (II) Sales Básicas (hidroxisales) Contienen el ion hidróxido y otro anión (proveniente de un ácido) junto al catión metálico. La carga del catión se compensa con las cargas de los dos aniones . Para nombrarlas, se emplean prefijos para indicar la cantidad de iones hidróxido de la fórmula y s sigue la siguiente secuencia: (prefijo)hidroxi (nombre del otro anión) de (nombre del catión)(indicar entre paréntesis, con número romano el estado de oxidación del metal, cuando corresponde) Al formular, se sugiere que el orden en que aparecen los aniones, respete el orden alfabético. Ejemplos: CaCl(OH) hidroxicloruro de calcio Al(OH)SO4 hidroxisulfato de aluminio Pb(NO3)(OH) hidroxinitrato de plomo (II) Fe I (OH) hidroxiyoduro de hierro (II) Cu2 (OH)2 (SO4) dihidroxisulfato de cobre (II) Ca2 (CO3)2 (OH)2 dihidroxicarbonato de calcio EJERCICIOS 1.-Formular: a) átomo de oxígeno, b) gas oxígeno, c) molécula de oxígeno, d) dibromo, e) átomo de sodio, f)sodio, g) helio, h) hierro. 2.-Completar la siguiente tabla: Fórmula Nombre bromuro de hidrógeno CsH H2Se tetrahidruro de estaño ácido clorhídrico H2Te SnH4 hidruro de aluminio fluoruro de hidrógeno 3.-¿Cuáles de las siguientes fórmulas no son correctas?. Indica la correcta en cada caso. BaH H3P HNa MgH2 ClH H2Sr H2Te KH 4.-Marca con una cruz los nombres que no siguen el criterio de la IUPAC. Escribe al lado el nombre correcto: hidruro de teluro hidruro de calcio trihidruro de estroncio seleniuro de hidrógeno fosfuro de hidrógeno hidruro de cloro yoduro de hidrógeno 5.-Completa la siguiente tabla correspondiente a óxidos. Indica los nombres de óxidos básicos en nomenclatura tradicional y numerales de Stock y los nombres de óxidos ácidos en nomenclatura tradicional y estequiométrica. Nota: trabajar con la tabla del ANEXO y en primer término considerar la columna de clasificación para poder completar el cuadro. Elemento sodio magnesio aluminio níquel cromo manganeso boro carbono nitrógeno azufre bromo Número de oxidación Fórmula química Nomenclatura tradicional Nomenclatura IUPAC Tipo de óxido 6.-Completa la siguiente tabla correspondiente a oxoácidos Elemento Número de oxidación Fórmula química Nomenclatura tradicional bromo azufre nitrógeno manganeso carbono 7.-Completa la siguiente tabla: NOMBRE ácido metasilícico ácido ortosilícico ácido metaarsenioso ácido ortoarsenioso ácido piroarsenioso ácido metaarsénico ácido ortoarsénico ácido diarsénico ácido dicrómico FÓRMULA 8.-Completa la siguiente tabla : Nombre Ion fosfuro Ion hierro (III) Ion hipobromito Ion tetraoxocromato (VI) Fórmula CO32 Se2 Ag+ Ion perclorato Nomenclatura IUPAC AsO4 3Ion hidruro IO3 Ion cobalto (III) 9.-Completa la siguiente tabla correspondiente a hidróxidos: Elemento Número de oxidación Fórmula molecular Nomenclatura tradicional Nomenclatura IUPAC sodio calcio cobre cobalto 10.-Formula las siguientes sales binarias: a) cloruro de potasio, b) sulfuro de disodio, c)bromuro de cobalto (II), d)cloruro de cromo (III), e)dinitruro de triestroncio. 11.-Nombra las siguientes sales (emplear nomenclatura IUPAC): a) ZnS, b) Al I3, c) K2Se, d)Mg3P2, e)Ca2Si 12.-Completa la siguiente tabla correspondiente a oxosales: Elemento N° de metálico oxidación Catión Elemento N° de no Oxidametálico ción litio (+ I ) nitrógeno ( +V ) calcio (+II ) bromo ( +VII ) potasio (+I ) cromo (+ VI ) aluminio (+III ) azufre (+ VI ) hierro (+III ) carbono (+ IV ) cobre (+I ) cloro (+ I ) Oxo anión Fórmula de la sal Nombre Nombre tradicional IUPAC estaño (+II ) mangane so (+VII) 7.- Identifica y nombra los siguientes compuestos: a) NiO, b) SO3, c) HCl, d) Fe(NO3)3 , e)Cr(OH)3 , f) Na2O , g) N2O5, h) AlCl3, i)Fe(ClO4)2, j)NaH. Bibliografía Peterson, W.R. Formulación y Nomenclatura Química Inorgánica. EUNIBAR. España.