Formulación y nomenclatura inorgánica

Normas. Iones. Estados de oxidación. Valencias

  • Enviado por: Eduardo Mosso
  • Idioma: castellano
  • País: México México
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REGLAS DE NOMENCLATURA EN LA QUÍMICA INORGÁNICA

Se sabe que existen millones de sustancias químicas conocidas y que,
evidentemente, representaría un gran problema tratar designar a cada una
de ellas con nombres inventados sin considerar alguna forma sistemática.
Es por esta razón que se ha desarrollado un conjunto de reglas que
permiten generar un nombre para cada sustancia en función de su fórmula
molecular. La primera clasificación que existe, distingue a los
compuestos orgánicos de los inorgánicos. En esta ocasión se hará
referencia a los compuestos inorgánicos, que son de interés para este
curso. Para organizar y simplificar el estudio de la nomenclatura
química de los compuestos inorgánicos se dividirán en cuatro categorías:
compuestos iónicos, compuestos moleculares, ácidos-bases, e hidratos.

Compuestos iónicos

Un ion puede ser ya sea monoatómico, cuando sólo está formado por un
elemento (como el Na+) o bien poliatómico, cuando está formado por
varios elementos (como el SO4-2). A los iones con carga positiva se les
llama cationes, mientras que los iones con carga negativa reciben el
nombre de aniones. En general, los cationes son iones metálicos y los
aniones son iones no metálicos. En consecuencia, los compuestos iónicos
son combinaciones de metales y no metales.
Los compuestos iónicos se nombran de acuerdo al apelativo de los iones
de los cuales son formados. Por ejemplo, CaS está formado por el ion
calcio y el ion sulfuro (en la tabla 1.1 se muestran los nombres de
cationes y aniones más comunes, con sus respectivas cargas). El nombre
de este compuesto siguiendo las reglas de nomenclatura será sulfuro de
calcio. Nótese que, haciendo contraste, en la formula se escribe primero
el ion positivo y en seguida el ion negativo, mientras que al nombrarlo
se hace referencia primero al ion negativo y después al positivo. En
general los nombres de los aniones monoatómicos tienen como raíz el
nombre del elemento (hay que cuidar excepciones) y tiene como
terminación la terminación -uro. Para el caso del F-, proviene del
elemento F2 (flúor), por lo que se le da el nombre de ion fluoruro. El
Cl- se llama ion cloruro; el P-3, ion fosfuro; el N-3, ion nitruro; y de
manera semejante con otros aniones. Para el caso de los cationes es un
poco más sencillo ya que, como se trata de iones metálicos, en la
mayoría de los casos, el nombre es el mismo al del elemento en su forma
nativa. Así, el Na+ se conoce como ion sodio; el Ag+, ion plata; el
Cd+2, ion cadmio; y así con el resto de los iones metálicos. Hay que
cuidar, sin embargo, los casos en los que los metales pueden presentar
estados de oxidación diferentes, como es el caso del manganeso (Mn) que
puede ser ya sea +2, +4, +6 y +7. Para poder distinguir al estado de
oxidación del elemento cuando se nombra existen dos formas posibles de
hacerlo: la primera es escribiendo, después del nombre del ion, en
número romano y entre paréntesis el número de estado de oxidación (ion
manganeso (II), por ejemplo). Algunas veces la designación con el numero
romano resulta innecesaria, debido a que algunos metales sólo presentan
un estado de oxidación, entre ello se encuentran: Na+, K+, Cs+, Ag+,
Ca+2, Mg+2, Sr+2, Ba+2, Cd+2, Zn+2 y Al+3, entre otros. Un método
antiguo, pero que aún es empleado para distinguir entre dos estados de
oxidación de un mismo elemento es por medio de las terminaciones -oso e
-ico, para el menor y el mayor valor, respectivamente. De este modo,
para el caso del fierro (Fe) los iones que se pueden obtener


(Fe+2 y Fe+3) se podrán nombrar como ion fierro (II) o ion ferroso, y
ion fierro (III) o ion férrico, respectivamente. Los cationes
poliatómicos son poco comunes. Los dos más importantes que se pueden
encontrar son el NH4+ y el Hg2+2, llamados ion amonio y ion mercurio (I)
o ion mercuroso, respectivamente.
Cuando los cationes tienen un solo estado de oxidación, también se le
puede dar la terminación -ico. Por ejemplo el NaCl puede ser llamado
cloruro de sodio o bien cloruro sódico.
En general las propiedades de los compuestos dependen fuertemente del
estado de oxidación. Aún y cuando se encuentren formados por los mismos
elementos el Hg2Cl2 y el HgCl2, el estado de oxidación del ion mercurio
(+1 y +2, respectivemente) ocasiona que el primero sea insoluble en
agua, mientras que el segundo sí es soluble. Por esta razón el llamar a
un compuesto simplemente cloruro de mercurio podría ocasionar cierta
incertidumbre al manejar la sustancia, de ahí que sea importante una
nomenclatura más completa y detallada.
Conviene mencionar que al número de oxidación también se le conoce como
número de valencia o simplemente valencia.

EJEMPLO 1.1.
Considérese que en un laboratorio uno de los frascos tiene en su
etiqueta la fórmula  NaHSO3. ¿Cuál es el nombre del reactivo?
Solución: Primero que nada hay que distinguir las especies involucradas
en la fórmula. Se puede encontrar que el catión es Na+ y el anión HSO3-.
Después se debe identificar el nombre de cada uno de los iones. El
primero recibe el nombre de ion sodio, mientras que el segundo se llama
ion bisulfito (Tabla 1.1). Ahora sólo resta unir ambos nombres,
mencionando primero al anión y luego al catión, usando como enlace la
palabra de. De este modo el nombre del reactivo es bisulfito de sodio.
(Notese que las palabras ion, catión y anión desaparecen del nombre del
compuesto, puesto que este NO TIENE CARGA).

EJEMPLO 1.2.
En el mismo laboratorio se encontró otro frasco que tenía impresa la
fórmula Pb(Cr2O7)2. ¿Cuál es el nombre de esta sustancia?
Solución: Nuevamente conviene primero que nada establecer las especies
que participan en la fórmula. Aquí aparecen subíndices, a diferencia del
ejemplo anterior, esto se explicará a continuación. Primero que nada se
ve claramente que se tienen dos iones que conforman la fórmula: el Pb y
el Cr2O7. De la tabla 1.1. se puede obtener el estado de oxidación de
estos dos iones, sin embargo, para el caso del plomo se observa que
puede ser, ya sea +2 o +4, mientras que para el caso del Cr2O7 sólo
puede ser -2. Por lo tanto tomamos como referencia este último ion. Como
la carga del compuesto es cero, la suma de las cargas positivas debe ser
igual a la suma de las cargas negativas. De este modo el total de cargas
negativas es 2*(-2) = -4. Se concluye que el plomo tiene en este
compuesto la valencia de +4. Los nombres de los iones serán ion plomo
(IV) o ion plúmbico, y ion dicromato (tabla 1.1.), respectivamente. El
nombre por lo tanto será dicromato de plomo (IV) o bien, dicromato
plúmbico. (Nótese que al utilizar el segundo formato de nombre no se
requiere el empleo de la palabra de unión de).

EJEMPLO 1.3.
Dé la fórmula para los siguientes compuestos:
(a) Tiocianato de amonio.
(b) Nitrato de manganeso (II)
Solución: (a) Por medio de la tabla 1.1 se encuentra que el ion
tiocianato tiene fórmula SCN-, mientras que el amonio tiene fórmula
NH4+. Sólo resta unir estos iones colocando primero al catión y después
al anión. Cómo ambos tienen carga 1, pero con signos contrarios, el
resultado es una especie con carga cero, lo cual cumple con la
característica de un compuesto. Fórmula: NH4SCN. (b) En este caso se
identifican dos iones: el NO3- y el Mn+2. Sin embargo no se puede
escribir la fórmula como MnNO3 porque habría un excedente de carga
positiva. Para obtener el compuesto de carga total igual a cero es
necesario contar con 2 cargas negativas o sea con 2 iones NO3-, por lo
cual la fórmula correcta es Mn(NO3)2. Una forma de visualizar más
fácilmente la forma correcta en la que se colocan los subíndices
consiste en cruzar los números de oxidación como se muestra a
continuación:





Sin embargo el subíndice 1 del Mn se omite reduciéndose la fórmula a
Mn(NO3)2 .

Muchos de los iones que se han mencionado en la tabla 1.1 son del tipo
poliatómico que contienen oxígeno. A este tipo de iones se les conoce
como oxianiones. Lo que caracteriza a este tipo de aniones es que forman
una familia ya que un determinado anión, como el cloro, puede formar
varios oxianiones. Cuando esto sucede hay reglas para indicar el número
relativo de átomos de oxígeno que hay en el anión. Cuando un elemento
forma sólo dos oxianiones, como es el caso del azufre y el nitrógeno, el
nombre del oxianión que contiene mayor cantidad de oxígeno termina en
-ato, mientras que el que contiene menor cantidad termina en -ito: el
NO3- se llama nitrato y el NO2- se llama nitrito; el SO4-2 se llama
sulfato y el SO3-2, sulfito, etc. Nótese que en general todos los
miembros de una familia de oxianiones tienen la misma valencia. Cuando
la serie de oxianiones de un elemento se amplia a tres o cuatro
miembros, como en el caso de los halógenos, también se emplean prefijos,
no sólo terminaciones. El prefijo hipo- indica una menor cantidad de
oxígeno y el prefijo per- que hay mayor cantidad de oxígeno. Así, el
ClO- será llamado hipoclorito, el ClO2-  clorito, el ClO3- clorato, y el
ClO4- perclorato. En general el empleo de los sufijos hipo- y per- como
se mostraron anteriormente es propio de los halógenos, aunque con
algunas variantes se usa para otros elementos, se hablará de ello más
adelante. Se sabe que los halógenos son el flúor, el cloro, el bromo y
el yodo.

EJEMPLO 1.4.
Se sabe que la fórmula del ion arseniato es AsO4-3. ¿Cuál es la fórmula
del ion arsenito?
Solución: La terminación -ito indica que tiene un oxígeno menos que el
-ato y como los miembros de una familia de oxianiones tienen la misma
valencia, la fórmula será AsO3-3.

Sin embargo cabe aclarar que existen algunas excepciones al empleo de
los prefijos hipo-  y per- como sucede en el caso del MnO4- , llamado
permanganato, con lo cual podría suponerse que el ion manganato sería
MnO3-. Sin embargo este ion  no existe, pues le correspondería un estado
de oxidación del Mn de +5 que, como se puede ver en la tabla 1.1., no
puede adquirir. El nombre de ion manganato se otorga al MnO4-2 (¿cuál es
la valencia del Mn en este ion?)
En las últimas páginas se proponen algunos ejercicios de nomenclatura
para aplicar las reglas descritas anteriormente.
Ácidos

Como se mencionó anteriormente los ácidos son las sustancias que poseen
iones H+ y es capaz de cederlos al ser disueltos en agua, de acuerdo con
la definición de ácido (Br?nsted-Lowry). El ácido se forma al completar
con iones H+ las cargas positivas necesarias para balancear las cargas
negativas de un anión. Así el CO3-2 necesitará de dos iones H+ para
producir el ácido correspondiente H2CO3. El PO4-3 necesitará de 3 iones
H+ para producir el H3PO4, y así con el resto de los aniones.
Necesariamente que el nombre del ácido será de acuerdo al nombre del
anión, siguiendo algunas sencillas reglas, las cuales se presentan a
continuación: Los aniones cuyo nombre termina en -uro, tienen asociados
ácidos que terminan en -hídrico; de esta forma el ion cloruro (Cl-)
producirá el ácido clorhídrico (HCl), el ion sulfuro (S-2) producirá el
ácido sulfhídrico (H2S), etc. Para el caso de los oxianiones también
existen sus correspondientes ácidos, conservándose los prefijos
respectivos, sólo que las terminaciones cambian de acuerdo a la
siguiente secuencia: los iones terminados en -ito- tendrán asociados
ácidos terminados en -oso, mientras que los aniones terminados en -ato
tendrán asociados ácidos terminados en ---ico.  Por ejemplo el ClO-
corresponderá a un ácido hipocloroso (HClO), el ClO2-  a un ácido
cloroso (HClO2), el ClO3-  a un ácido clórico (HClO3), y el ClO4-  a un
ácido perclórico (HClO4).

Compuestos moleculares

Las reglas que se emplean para la nomenclatura de este tipo de
compuestos es semejante a la empleada para los compuestos iónicos, pero
el elemento de carga positiva en los compuestos moleculares es un no
metal. Por ejemplo el nombre del H2S podría ser sulfuro de hidrógeno (se
llama así en su forma pura -gaseosa-, mientras que se usa el nombre de
ácido sulfhídrico cuando se hace referencia a una solución acuosa). Con
frecuencia se pueden encontrar familias de compuestos que contienen los
mismos elementos, sólo que en diferente cantidad, algo semejante a lo
que se observaba en los oxianiones, sólo que ahora se habla de
compuestos. Para diferenciar a los miembros de esta familia de
sustancias se usan prefijos que indiquen la cantidad de átomos de un
determinado elemento que existen en la molécula: mono- para uno, di- ó
bi-  para dos, tri- para tres, tetra-  para cuatro, penta- para cinco,
hexa- para seis, hepta- para siete, octa- para ocho, y así
sucesivamente.  Por ejemplo el nitrógeno puede presentar varios óxidos,
como son el NO, el NO2, el N2O y el N2O4, que recibirán los nombres de
monóxido de nitrógeno, dióxido de nitrógeno, óxido de dinitrógeno y
tetróxido de dinitrógeno, respectivamente. El N2O también recibe el
nombre de óxido nitroso, pero este es un nombre trivial y no debe causar
confusión con las reglas de nomenclatura descritas anteriormente. Nótese
también que para el caso de los compuestos moleculares no conviene hacer
la simplificación de subíndices como se puede hacer en el caso de los
compuestos iónicos ya que el N2O4 tendería a simplificarse como NO2 y
ciertamente se tratan de compuestos diferentes con propiedades muy
distintas.

BIBLIOGRAFÍA

BROWN,  Theodore L. et al. QUÍMICA: La Ciencia Central. 5ta. Ed.
Prentice Hall. México; 1993. pp. 62-68.

CHANG, Raymond. QUÍMICA (Ed. Breve). 4ta. Ed.  McGraw-Hill
Iberoamericana Editores. México; 1997. pp. 31-41.
PROBLEMAS DE REPASO (No es Tarea)

1. Dé el nombre sistemático a cada uno de los compuestos cuya fórmula
aparece a continuación:

 (a) H3PO4 (b) Ag2CO3 (c) K4[Fe(CN)6]
(d) K3[Fe(CN)6] (e) KNH4SO4 (f) Hg2(ClO3)2
(g) PbCrO4 (h) CdS (i) Mg3(AsO4)2

2. Escriba la fórmula que corresponde a los siguientes nombres de
compuestos:

(a) Ácido Peryódico (b) Cloruro de Plomo (IV) (c) Óxido de Arsénico
(III)
(d) Bisulfuro de sodio (e) Arsenito de Potasio (f) Nitrato estannoso
(g) Fosfato de aluminio (h) Acido mangánico (i) Tiocianato de amonio

3. Deduzca el número de oxidación de los elementos que se indican en
cada uno de los siguientes compuestos:

(a) Cr en K2Cr2O7 (b) S en H2SO4 (c) N en NH4SO3C6H5
(d) C en H2C2O4 (e) Mn en MnO2 (f) Bi en NaBiO3
(g) Ga en GaH3 (h) Co y Fe en Co2[Fe(CN)6] (i) Au en Na3Au(CN)6


RESPUESTAS

1.

(a) ácido fosfórico (b) carbonato de plata (c) ferrocianuro de potasio
(d) ferricianuro de potasio (e) sultato de potasio y amonio (f)
hipoclorito mercuroso o hipoclorito de mercurio (I)
(g) cromato de potasio (h) sulfuro de cadmio (i) arseniato de magnesio.

2.

(a) HIO4 (b) PbCl4 (c) As2O3
(d) NaHS (e) K3AsO3 (f) Sn(NO3)2
(g) AlPO4 (h) H2MnO4 (i) NH4SCN

3.

(a) +6 (b) +6 (c) +3
(d) +3 (e) +4 (f) +5
(g) +3 (h) +2 para ambos (i) +3