Formulación y nomenclatura química

Química inorgánica. Elementos químicos. Valencias. Compuestos binarios: Óxidos, Hidruros, Hidróxidos, Hidrácidos, Oxácidos y Sales

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FORMULACIÓN Y NOMENCLATURA QUÍMICA

QUÍMICA INORGÁNICA

Los 92 elementos químicos que existen en la naturaleza se unen entre sí en proporciones variables para formar las moléculas de lo que denominamos compuestos químicos. Recordemos que los elementos químicos son sustancias que no pueden descomponerse en otras más sencillas.

Es evidente que este número elevado de elementos dará lugar a miles de compuestos, lo que hace imposible el asignarle un nombre arbitrario a cada uno, como se hacía en la antigüedad. De esta época todavía respetamos algunos nombres de sustancias de uso muy frecuente, como por ejemplo amoníaco, agua, sal (de cocina) y pocos más.

Se plantea la necesidad de establecer un sistema que nos permita asignar un nombre a cada sustancia que la identifique perfectamente de forma inequívoca y que no sea necesario memorizar. En la actualidad la IUPAC (Unión Internacional de Química Pura y Aplicada) recomienda la sistemática y la de Stock, las cuales son muy intuitivas y por lo tanto muy sencillas, necesitando menos recursos memorísticos que la llamada tradicional, cada vez menos utilizada.

Antes de exponer las bases elementales de estos sistemas de nomenclatura, es necesario recordar algunos conceptos fundamentales que facilitan su comprensión.

NÚMERO DE OXIDACIÓN (o valencia)

El enlace entre los átomos se realiza por medio de los electrones de la capa de valencia, es decir la capa de electrones más externa.

Estos electrones pueden ser cedidos completamente por un átomo de uno de los elementos que forman el compuesto a los otros átomos del o de los otros elementos de dicho compuesto, formándose un enlace que denominamos enlace iónico. Otra posibilidad es que los átomos de los elementos compartan electrones mediante la formación de pares electrónicos, donde cada átomo aporta un electrón para unirse al átomo central a través del par formado. Este enlace se denomina covalente. Ambos tipos de enlace de desarrollarán en temas posteriores, por el momento solo es necesario tener el concepto siguiente

“los enlaces entre átomos se realizan a través de los electrones de la última capa”

y el número de electrones que intercambia o cede da origen al número de oxidación, que será positivo si el átomo lo cede (pierde) y negativo si el átomo lo acepta. Por ejemplo:

la sal común (o de cocina), que en la nomenclatura química es cloruro sódico el átomo de sodio cede un electrón al átomo de cloro, por lo dicho el sodio tiene un número de oxidación (valencia) de +1 y el cloro de -1.

Por comodidad diremos en lo sucesivo valencia, en lugar de número de oxidación.

Para formular con soltura y rapidez es, por lo tanto, necesario conocer las valencias de los distintos elementos químicos, al menos las de los que intervienen en los compuestos de uso más frecuente, pues los otros forman compuestos de aplicaciones muy específicas y su valencia podemos deducirla por su posición en el sistema periódico (esto puede hacerse con todos los elementos). Cuando se estudie la estructura de los átomos se comprenderá perfectamente.

Hay elementos que presentan siempre la misma valencia, y otros que, según el compuesto su valencia es distinta (elementos de valencia variable).

Ejemplos:

Los elementos del primer grupo (primera columna) llamados alcalinos Li Na K Rb Cs Fr

siempre tienen número de oxidación +1, es decir monovalentes.

Los elementos de segundo grupo (segunda columna) llamados

Alcalinotérreos Mg Ca Sr Ba Ra siempre tiene +2, es decir divalentes.

A partir de estas columnas empieza a variar la valencia y en algunos elementos según qué tipo de compuesto forma la valencia puede ser positiva o negativa.

Es por lo tanto necesario memorizar las valencias de los elementos más corrientes, resumidas en la siguiente tabla, sin especificar el carácter positivo o negativo de la misma por no ser necesario para comenzar el estudio de la formulación.

METALES

Monovalentes

Li Na K Rb Cs Ag

Divalentes

Be Mg Ca Sr Ba Ra Zn Cd

Trivalentes

B Al Bi

Mono-divalentes

Cu Hg

Mono-trivalentes

Au

Di-trivalentes

Cr Mn Fe Co Ni

Di-tetravalentes

Pt Sn Pb

NO METALES

Las valencias son más variables y la mayoría presentan más de dos valencias, indicando a continuación las más frecuentes.

Las excepciones son:

H siempre 1

F siempre 1

O 2 (excepto en los peróxidos, -1)

C 4 (excepto en el monóxido de carbono, CO, 2 )

N P As Sb 3 y 5

Cl I 1 3 5 7

Br 1 3 5

S Se Te 2 4 6

Si 4

TIPOS DE COMPUESTOS MÁS IMPORTANTES

Óxidos, Hidruros, Hidróxidos, Hidrácidos, Oxácidos, Sales (Haluros, Oxisales)

COMPUESTOS BINARIOS

De su nombre se deduce que son el resultado de la combinación de dos elementos químicos distintos, no confundir con dos átomos distintos, pues la molécula resultante puede tener más de dos átomos, por ejemplo el agua formada por un átomo de oxígeno y dos de hidrógeno, o el llamado anhídrido perclórico en la nomenclatura tradicional, formado por dos átomos de cloro y siete de oxígeno.

Son los más fáciles de formular y nombrar.

FORMULAR

1ª regla:

Escribiremos los símbolos de los dos elementos en el orden siguiente:

el metal a la izquierda y el no metal a la derecha

2ª regla:

regla de los subíndices

Un subíndice a la derecha del símbolo, indicando el número de átomos del elemento que intervienen en la formación de la molécula.

El subíndice de uno de los elementos es igual a la valencia del otro

Por ejemplo:

El calcio tiene valencia 2 y el flúor 1. El calcio es metal y el flúor es no metal (el más no metal de todos los elementos), por lo que

Ca1F2

El subíndice 1 se sobreentiende representado por el símbolo del elemento, por lo que no se escribe. Queda pues:

CaF2

Si los subíndices obtenidos se pueden simplificar, lo haremos.

Por ejemplo:

Ba2O2 BaO

Cuando el carácter metálico no es tan evidente, habrá que tener en cuenta el siguiente orden:

F, Cl, Br, I, S, Se, Te, N, P, As, Sb, C, Si, B

en donde el carácter no metal disminuye al desplazarnos hacia la derecha, es decir, el más no metal es el F (flúor) y el menos es el B (boro).

Por lo dicho anteriormente, en un compuesto entre dos de los elementos de la lista anterior estará a la izquierda el que esté más a la derecha. Ejemplos:

CS2 PI3 BN

NOMBRAR

Seguiremos las normas de la IUPAC, es decir la nomenclatura de Stock y la sistemática, las dos muy sencillas.

ÓXIDOS

Compuestos formados por un elemento cualquiera con el oxígeno.

El oxígeno presenta siempre la valencia 2.

(Antiguamente sólo se llamaban óxidos los formados entre un metal y el oxígeno, y anhídridos para el no metal y oxígeno)

Nomenclatura de Stock

“óxido de ..” seguido del nombre del metal y entre paréntesis en número romano su valencia (número de oxidación); por ej.

FeO óxido de hierro (II)

Fe2O3 óxido de hierro (III)

N2O5 óxido de nitrógeno (V)

Cl2O7 óxido de cloro (VII)

Nomenclatura sistemática

Se utilizan prefijos numerales griegos para indicar el número de átomos de cada elemento que forman la molécula

Mono- , di-, tri-, tetra-, penta-, hexa-, repta-,

Pueden utilizarse los prefijos

hemi- para la relación 1-2

sesqui- para la relación 2-3

N2O5 pentaóxido de dinitrógeno

Fe2O3 trióxido de dihierro

El uso establece lo siguiente:

Para los óxidos de los metales utilizamos la nomenclatura de Stock

Para los no metales la sistemática

Fe2O3 óxido de hierro (III)

Un caso especial de compuestos de oxígeno con otro elemento son los PERÓXIDOS que son la combinación de grupo peroxo O22-

Donde el oxígeno tiene número de oxidación -1.

El compuesto más conocido es el peróxido de hidrógeno, que diluido en agua se conoce como agua oxigenada

H2O2

Si sustituimos los hidrógenos por átomos metálicos tenemos los peróxidos

Na2O2 peróxido de sodio

BaO2 peróxido de bario

Veamos las reglas de formulación de estos compuestos.

HIDRUROS

Formados por la unión de un elemento con el hidrógeno

Algunos de los formados por los no metales tienen propiedades químicas muy específicas (ácidas) y se estudian aparte y los derivados del carbono (C) son la base de la Química Orgánica o del Carbono. Nos fijaremos en los metálicos.

La nomenclatura es muy sencilla. Ejemplos:

Stock Sistemática

NaH hidruro de sodio hidruro de sodio

FeH2 hidruro de hierro (II) dihidruro de hierro

FeH3 hidruro de hierro (III) trihidruro de hierro

HIDRÓXIDOS

Combinación de un metal con el grupo oxhidrilo, OH-

que tiene valencia 1.

Regla:

Cuando en un compuesto un grupo de átomos de propiedades químicas específicas (grupo funcional o función), este se encierra entre paréntesis y un subíndice a la derecha indica el número de grupos que hay en esa molécula

Stock

Hidróxido de ….. (metal con su valencia en números romanos cuando es variable

NaOH hidróxido de sodio

Ca(OH)2 hidróxido de calcio

Fe(OH)2 hidróxido de hierro (II)

Fe(OH)3 hidróxido de hierro (III)

Sistemática

Utilizando los prefijos numerales ya conocidos

Hg(OH)2 dihidróxido de mercurio

Al(OH)3 trihidróxido de aluminio

HIDRÁCIDOS

Algunos compuestos formados por un no metal y el hidrógeno

presentan propiedades ácidas, es decir, pueden sustituir los átomos de hidrógeno por átomos metálicos originando sales.

Estos compuestos se denominan hidrácidos.

Se nombran anteponiendo la raíz del elemento no metálico terminada en hídrico

Ejemplo HF fluor-hídrico (en adelante sin guión)

Son (¡¡¡memorizarlos!¡¡)

HF ácido fluorhídrico

HCl ácido clorhídrico

HBr ácido bromhídrico

HI ácido yodhídrico

H2S ácido sulfhídrico

H2Se ácido selenhídrico

H2Te ácido telurhídrico

OXÁCIDOS

Proceden de la unión de un óxido no metálico con una o más moléculas de agua.

La nomenclatura sistemática funcional da unos nombres muy largos y aparentemente complicados, por lo que se sigue utilizando la tradicional. Como son de uso muy corriente es necesario memorizarlos. Son:

H2SO3 ácido sulfuroso

H2SO4 sulfúrico

HNO2 nitroso

HNO3 nítrico

HClO hipocloroso

HClO2 cloroso

HClO3 clórico

HClO4 perclórico

HBrO hipobromoso

HBrO2 bromoso

HBrO3 brómico

HIO hipoiodoso

HIO2 iodoso

HIO3 yódico

HIO4 peryódico

H3PO4 ortofosfórico (o fosfórico)

H3AsO4 ortoarsénico

H2CO3 carbónico

Para darnos una idea de la sistemática, el sulfúrico

se denomina

Tetraoxosulfato(VI) de hidrógeno

SALES

Dijimos más arriba que, cuando en un ácido se sustituye uno o todos los hidrógenos por átomos de un metal se obtienen sales. Si no se sustituyen toso los hidrógenos la sal resultante es una sal ácida.

Haluros

Obtenidas de los hidrácidos

Cambia la terminación -hídrico por -uro

Si la valencia del metal es variable se indica con un número romano

Al ser un compuesto binario aplicamos la regla de los subíndices

Stock Sistemática

NaCl cloruró de sodio cloruro de sodio

CaCl2 cloruro de calcio dicloruro de calcio

FeF2 fluoruro de hierro (II) difluoruro de hierro

FeF3 fluoruro de hierro(III) trifluoruro de hierro

Al2S3 sulfuro de aluminio trisulfuro de dialuminio

Oxisales

Cambiamos la terminación

-oso cambia a -ito

-ico a -ato

ejemplo

sulfuroso a sulfito

sulfúrico a sulfato

en la formulación aplicaremos la misma regla que en los hidróxidos, si hay más de un grupo funcional del ácido, lo encerramos entre paréntesis y un subíndice a la derecha indicará el número de ellos. Lo mismo para los átomos del metal. Por ej.

Stock Tradicional

FeSO4 sulfato de hierro (II) sulfato ferroso

Fe2(SO4)3 sulfato de hierro (III) sulfato férrico