Formulación y nomenclatura en Química Inorgánica 1. Elementos y

Formulación y nomenclatura en Química Inorgánica
1.- Elementos y estados de oxidación
2.- Compuestos binarios
2.1.- Compuestos binarios de hidrógeno
2.2.- Óxidos
2.3.- Peróxidos
2.4.- Halogenuros
2.5.- Otros compuestos binarios
3.- Hidróxidos
4.- Oxácidos
5.- Iones
6.- Oxosales
7.- Sales ácidas
1. Elementos y sistema periódico
Un elemento químico es cualquier sustancia simple, es decir, aquella que no puede
descomponerse en otras sustancias más simples.
Los elementos químicos se encuentran ordenados en la tabla periódica de acuerdo con su
número atómico. Cada columna, o grupo, contiene elementos de propiedades químicas
similares.
Llamamos valencia o número de oxidación de un elemento a la carga real o ficticia que
se atribuiría a dicho elemento si la sustancia estuviera formada por iones.
Llamamos metales a los elementos que actúan normalmente con estados de oxidación
positivaos, ya que tienden a perder electrones. Por el contrario, los no metales son los
elementos que tienden a ganar electrones, actuando normalmente con valencias negativas.
© Patricio Gómez Lesarri
Los elementos más comunes tienen los siguientes números de oxidación:
Valencia
Elementos
1
Grupo 1 (Litio, Sodio, Potasio, Rubidio, Cesio,
Francio) y Plata
2
Grupo 2 (Berilio, Magnesio, Calcio, Estroncio,
Bario, Radio), Cinc y Cadmio
3
Boro y Aluminio
1,2
Cobre y Mercurio
1,3
Oro
2,3
Hierro, Cobalto y Níquel
2,4
Paladio, Platino, Estaño y Plomo
Valencia
Elementos
-1
Flúor, Cloro, Bromo e Yodo
-2
Azufre, Selenio y Teluro
Reglas para el cálculo de las valencias
• El estado de oxidación de un elemento neutro es igual a cero
• El estado de oxidación de un ión simple es su propia carga eléctrica
• El estado de oxidación del hidrógeno en todos sus compuestos es igual a 1, salvo en
los hidruros, en los que actúa con estado de oxidación –1
• El estado de oxidación del oxígeno en todos sus compuestos es igual a - 2, salvo en
los peróxidos, en los que actúa con estado de oxidación –1
• En un compuesto neutro, la suma de los números de oxidación de todos los elementos
que lo forman es nula
• En un ión, la suma de los números de oxidación de todos los elementos que lo forman
es igual a la carga de dicho ión
2. Compuestos binarios
Compuestos binarios son los formados por dos elementos, uno de estado de
oxidación positivo y otro negativo.
La fórmula del compuesto se escribe indicando primero el elemento positivo y luego
el negativo.
Llamamos estequiometría a la relación numérica en la que se combinan dos o más
elementos. Se obtiene escribiendo unos coeficientes numéricos (coeficientes
estequiométricos) en cada elemento, de tal forma que la suma de sus estados de oxidación
sea nula.
© Patricio Gómez Lesarri
La forma más común de hacerlo consiste en trasladar la valencia de cada elemento
como coeficiente al elemento opuesto, y simplificando siempre que sea posible
Sistemas de nomenclatura
En general, el nombre de un compuesto se forma añadiendo el sufijo –uro al
elemento de estado de oxidación negativo y nombrando a continuación el elemento positivo,
con la excepción de los compuestos de oxígeno, llamados óxidos.
Para nombrar al compuesto se emplean dos tipos de nomenclatura: Stock y
sistemática.
Nomenclatura Stock
Se nombran añadiendo al nombre del elemento metálico correspondiente su estado
de oxidación, entre paréntesis y en números romanos. Si el elemento sólo puede
combinarse con un estado de oxidación, éste se omite.
Nomenclatura sistemática
En este caso, se usan prefijos que indican el número de átomos de cada elemento
presentes en la molécula anteponiéndoles a su nombre correspondiente. Los prefijos son:
mono- (sólo en relaciones estequiométricas 1:1), di-, tri-, tetra-, penta-, hexa- y hepta- .
La nomenclatura sistemática tiene un carácter más general que la de Stock, ya que
ésta última sólo se puede aplicar a compuestos en los que hemos simplificado sus coeficientes
estequiométricos al máximo.
2.1
Compuestos binarios de hidrógeno
Los hidruros metálicos son compuestos formados por hidrógeno, que actúa con
estado de oxidación - 1, y un elemento metálico. Su fórmula general es MHx.
Se nombran utilizando la palabra hidruro y empleando a continuación cualquiera de
los sistemas de nomenclatura
Además de los hidruros metálicos, existen otros moleculares, formados por hidrógeno
y un elemento no metálico. Estos son:
H2O: agua
2.2
NH3: amoniaco
PH3: fosfina
AsH3: arsina
SbH3: estibina
CH4: metano
SiH4: silano
BH3: borano
Óxidos
Los óxidos son compuestos formados por oxígeno, que actúa con estado de
oxidación - 2, y un elemento cualquiera. Su fórmula general es X2Ox, que se transforma en
XOx para compuestos en los que x es un número par
Se nombran utilizando la palabra óxido, a continuación la preposición de y, finalmente,
el nombre del elemento correspondiente, pudiéndose optar por la nomenclatura Stock o la
sistemática.
© Patricio Gómez Lesarri
2.3 Peróxidos
Los peróxidos son compuestos formados por el ión peróxido (O2), que actúa con
valencia - 2, y un elemento alcalino o alcalino-térreo. El ión peróxido no se puede romper al
simplificar la fórmula. Su fórmula general es M2(O2)x.
En nomenclatura Stock se nombran utilizando la palabra peróxido, a continuación la
preposición de y, finalmente, el elemento metálico correspondiente. La nomenclatura
sistemática también se admite y es igual que para los óxidos.
2.4 Halogenuros
Los halogenuros son compuestos formados por un halógeno, que actúa con estado
de oxidación - 1, y otro elemento cualquiera. Su fórmula general es MXm.
Se nombran empezando por el nombre del halógeno seguido del sufijo -uro, a
continuación la preposición de y, finalmente, el elemento correspondiente, pudiéndose elegir
entre la nomenclatura Stock o la sistemática.
Las combinaciones de un halógeno con hidrógeno (hidrácidos) se pueden nombrar
de dos formas diferentes. En forma pura se designan como halogenuro de hidrógeno, pero a
la disolución acuosa, de carácter ácido, se le designa con la palabra ácido seguida de la raíz
del elemento y el sufijo -hídrico.
2.5 Anfigenuros
Son compuestos binarios formados por un anfígeno (azufre, selenio o teluro), que
actúan con estado de oxidación – 2, y otro elemento metálico. Se nombran como sulfuro,
seleniuro y telururo, respectivamente, pudiendo utilizar la nomenclatura Stock o la
sistemática.
De la misma forma que en el apartado anterior, los compuestos formados por
hidrógeno y un anfígeno se disuelven en agua originando disoluciones ácidas, que se
nombran con la palabra ácido y a continuación la raíz del elemento seguida del sufijo hídrico.
3. Hidróxidos
Los hidróxidos son compuestos de naturaleza básica formados por un metal y el ión
hidroxilo (OH), que actúa con valencia igual a – 1. Responden a la fórmula general M(OH)x.
Se nombran mediante la palabra hidróxido, la preposición de y el nombre del metal
correspondiente, utilizando a conveniencia los dos tipos de nomenclatura.
4. Oxácidos
Los oxácidos son compuestos de naturaleza ácida formados por hidrógeno, oxígeno y
un elemento que responden a la fórmula general HaXbOc.
© Patricio Gómez Lesarri
Se nombran normalmente mediante un sistema de nomenclatura tradicional que
combina la raíz del elemento central con un grupo de prefijos y sufijos (son los siguientes:
hipo-oso, -oso, -ico y per-ico), relacionados con los estados de oxidación que presente el
átomo central.
Indicamos a continuación los oxácidos principales:
Prefijos
HIPO-OSO
- OSO
Nº OXID
I
III
Cl / Br / I
HClO, HBrO …
HClO2, HBrO2 .
N
HNO2
- ICO
V
HClO3, HBrO3..
HNO3
HClO4, HBrO4..
-
PER-ICO
VII
P / As / Sb
HPO2 meta- oso
H3PO3
-oso
H4P2O5 di - oso
HPO3 meta- ico
H3PO4
-ico
H4P2O7 di - ico
-
B
HBO2 meta- ico
H3BO3
- ico
-
Los oxácidos formados por fósforo, arsénico y antimonio presentan tres formas distintas
• Meta : forma anhidra del ácido
• Orto : forma normal del ácido en disolución acuosa. Se nombra sin prefijo o como
ortoácido. Suele deducirse sumando una molécula de agua a la forma meta:
HPO3 + H2O → H3PO4
• Di : forma dímera del ácido. Se obtiene por condensación de dos moléculas con
pérdida de agua:
2 H3PO4 → H4P2O7 + H2O. Excepcionalmente se admite para
los ácidos de fósforo el prefijo piro- (calor)
Prefijos
HIPO-OSO
- OSO
Nº
II
IV
S / Se / Te
H2SO2, H2SeO2..
H2SO3, H2SeO3..
Cr
-
- ICO
VI
PER - ICO
VII
H2SO4, H2SeO4..
H2S2O7 di - ico
-
H2CrO4
H2Cr2O7 di - ico
-
C
H2CO3
- ico
-
Si
H2SiO3 meta
H4SiO4 orto
-
Mn
H2MnO4
-
-
HMnO4
Dentro de este grupo, existen formas dímeras de los ácidos disulfúrico y dicrómico y
formas meta y orto para los ácidos de silicio. El manganeso cuenta con estados de oxidación
par e impar.
La nomenclatura sistemática presenta dos variantes. La sistemática funcional los
nombra con la palabra ácido; a continuación un prefijo numeral y la partícula oxo; el nombre
de elemento central seguido del sufijo - ico; y, finalmente, el estado de oxidación de dicho
átomo central entre paréntesis y en números romanos. En caso de formas dímeras que
tengan varios átomos del elemento central, se utilizan los correspondientes prefijos numerales.
La otra posibilidad de nomenclatura sistemática los nombra como sales de hidrógeno:
un prefijo numeral y la partícula oxo; el nombre de elemento central seguido del sufijo - ato;
el estado de oxidación de dicho átomo central entre paréntesis y en números romanos; y,
por último, de hidrógeno.
5. Iones
Los iones positivos monoatómicos se nombran simplemente mediante nomenclatura
Stock: la palabra ión, el nombre del elemento y su estado de oxidación entre paréntesis y en
+
números romanos. Un caso especial es el ión amonio, NH4 .
© Patricio Gómez Lesarri
Los ácidos son sustancias con la propiedad química de disociarse en dos iones de
+
cargas opuestas: los protones, H , de carga positiva y los iones negativos correspondientes.
El ión negativo tiene una carga igual a la cantidad de protones perdidos por el ácido.
Los iones derivados de un ácido cualquiera se nombran de la misma forma que el ácido
correspondientes, pero sustituyendo el prefijo - ico por - ato y, cuando proceda en la
nomenclatura tradicional, el sufijo - oso por – ito.
6. Oxosales
Las sales son derivados de los ácidos en los que se sustituyen los átomos de
hidrógeno por un elemento metálico.
Para formular dichos compuestos hay que determinar primero la valencia del ácido, es
decir, el número de átomos de hidrógeno que se ha perdido de la fórmula del ácido. Una
vez calculada, se escriben los símbolos de los iones positivo y negativo y se ajustan las
valencias como en el caso de los compuestos binarios.
Existen tres posibilidades de nombrar la sal. En la nomenclatura tradicional se
comienza por el ión negativo, luego la preposición de y, finalmente, el ión positivo, de
acuerdo con las normas ya expuestas.
La nomenclatura sistemática más empleada consiste en nombrar primero el ión
negativo conforme a las reglas ya expuestas, luego la preposición de y, finalmente, el ión
positivo, de acuerdo con la nomenclatura Stock
En tercer lugar, existe la posibilidad de utilizar exclusivamente la nomenclatura
sistemática, sin nombrar los iones positivos. En este caso se utilizan distintos prefijos
numerales para el ión (bis, tris, tetraquis, et.). que para el metal (bi, tri,tetra, etc.).
7. Sales ácidas
Sales ácidas son aquellas que se forman cuando el ácido correspondiente no ha
perdido por completo todos los átomos de hidrógeno, conservándose al menos uno en el
ión negativo.
Se nombran de la misma forma que la sal, pero anteponiendo al nombre del anión la
palabra hidrógeno con su prefijo numeral si es necesario.
Está prohibida la utilización del prefijo bi-, usada antiguamente en la nomenclatura
tradicional, como en el bicarbonato, bifosfato, bisulfato, etc.
© Patricio Gómez Lesarri