07-Nomenclatura - Apuntes 3 PDF

Preview

Summary

Download 07-Nomenclatura - Apuntes 3 PDF

Description

7 - FÓRMULAS QUÍMICAS Y NOMENCLATURA DE COMPUESTOS INORGÁNICOS Las fórmulas químicas son utilizadas como representaciones de compuestos iónicos o moléculas, indican la cantidad o proporción de átomos que conforman el compuesto. Hasta ahora solo conocemos algunos compuestos iónicos y covalentes sencillos… pero hay muchos más!!! Veremos algunos en este capítulo. Para dar nombre a los diferentes compuestos químicos según el tipo y número de elementos que los componen, existe un sistema de reglas llamado nomenclatura química. La principal institución encargada de regular o establecer las convenciones es la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada o IUPAC por sus siglas en inglés (International Union of Pure and Applied Chemistry). Para comenzar a estudiar las reglas de nomenclatura es necesario conocer el concepto de número o estado de oxidación y cómo asignarlo a cada elemento en un compuesto.

Número de oxidación Es un número entero que representa el número de electrones que un átomo pone en juego cuando forma un compuesto determinado. El número de oxidación es positivo cuando el átomo cede o tiende a ceder electrones, y es negativo cuando toma o tiende a tomar electrones. N° oxid (+) ------- gana o tiende a ganar e N° oxid (−) ---- pierde o tiende a perder e Algunos ejemplos: El enlace entre el cloro (Cl) y el sodio (Na) es iónico. El Cl (que es más electronegativo que el Na) toma un electrón del Na que se lo cede, y así se transforma en un ión negativo Cl-, y el Na en un ión positivo Na+. Entonces se dice que el Cl actúa con número de oxidación -1 y el Na con número de oxidación +1, ya que se transfiere un electrón. compuestos iónicos | N° oxid (+) ----- átomo que forma el catión N° oxid (−) ----- átomo que forma el anión En el caso de las sustancias covalentes, cuando se unen el Cl y el hidrógeno (H) para formar HCl, como el Cl es más electronegativo tiende a tomar el electrón del H, entonces el Cl actúa con número de oxidación -1 y el H, como tiende a ceder su electrón, actúa con +1 . En estos casos no hay transferencia de electrones. compuestos covalentes N° oxid (+) ----- átomo de menor EN N° oxid (−) ----- átomo de mayor EN

Reglas generales para asignar números de oxidación. 1. El número de oxidación de una sustancia simple, formadas por átomos de un mismo elemento, es 0 (cero). Ej.: H2, N2, O2, P4. 2. El oxígeno (O), cuando está combinado, actúa generalmente con -2. Ej.: CaO, H2O, SO2. Excepto en el agua oxigenada (H2O2) donde actúa con -1. 3. El flúor (F) actúa siempre con -1, ya que es el átomo más electronegativo de la tabla periódica. 4. Los metales alcalinos (Grupo 1), cuyas configuraciones electrónicas externas tienen la forma CEE(x) = ns1, el número de oxidación es +1. 5. Los metales alcalinotérreos (Grupo 2), cuyas configuraciones electrónicas externas tienen la forma CEE(x) = ns2, el número de oxidación es +2. 6. El número de oxidación del hidrógeno (CE = 1s1) puede ser +1 o -1, depende del elemento con el cual esté combinado. Por ejemplo: En HCl, el Cl es más electronegativo que el H, entonces H+1 (con no metales) En HLi, el Li es menos electronegativo que H, entonces H-1 (con metales) 7. En una especie neutra la suma de los números de oxidación de todos los átomos es 0 (cero). Ej: ¿Cuál es el estado de oxidación del azufre (S) en el Li2SO3 (sulfito de litio)? En la tabla periódica el S tiene varios números de oxidación. ¿Cuál de ellos usará en este compuesto? Si conocemos el número de oxidación de los otros elementos, que son el Li: +1 y el O: -2, se puede calcular el número de oxidación del S utilizando esta regla: “La suma de los números de oxidación tiene que ser igual a 0”. En el compuesto Li2SO3:

2 . Nº ox(Li) + Nº ox(S) + 3. Nº ox(O) = 0 2 (+1) + Nº ox(S) + 3 . (-2) = 0 Nº ox(S) = -2 + 6 = 4

Entonces el S actúa con nº de oxidación +4 8. En los iones monoatómicos, el número de oxidación coincide con la carga del ión. Ej.: Mg+2 número de oxidación +2; P+5 número de oxidación +5, Cl-1 número de oxidación -1. 9. En los iones poliatómicos la sumatoria de los números de oxidación es igual a la carga del ión. Ej: ¿Cuál es el número de oxidación del S en el anión SO₄2- (sulfato)? Sabemos que el n° de oxidación del O es -2, y aplicamos la regla: “La suma de los números de oxidación es igual a la carga del ión” En el anión SO42- :

Nº ox(S) + 4 . Nº ox(O) = -2

Nº ox(S) + 4 . (-2) = -2 Nº ox. S = -2 + 8 = 6 Entonces el S actúa con nº de oxidación +6

Formulación química Como dijimos al principio de este capítulo, las fórmulas químicas son utilizadas como representaciones de compuestos iónicos o moléculas, e indican la cantidad o proporción de átomos que conforman el compuesto. En las fórmulas se escribe, en primer término, el elemento menos electronegativo (es decir, se escriben primero los átomos de n° oxidación positivo, y si hay dos positivos va primero el menos electronegativo). Existen algunas excepciones; hay especies que se escriben (en la forma tradicional) sin tener en cuenta esta regla, por ejemplo el amoníaco (NH3), el ión amonio (NH4+) y el hidróxido (OH-).

Nomenclatura Comenzaremos con los compuestos binarios que son aquellos que están formados por dos elementos, pueden ser compuestos iónicos o moleculares.

1 – Óxidos Uno de los elementos siempre es el oxígeno (O) cuyo número de oxidación es -2. Pueden ser óxidos básicos o ácidos.

1.a - Óxidos Básicos Están formados por un metal (Me) y oxígeno, son compuestos iónicos, y se llaman óxidos “básicos” porque cuando reaccionan con agua forman bases. Cuando los metales tienen un único número de oxidación (Grupo 1 o 2) a los óxidos formados se los nombra, primero el elemento más electronegativo (O) y luego el menos electronegativo (Me): Óxido de (metal). Algunos ejemplos: Fórmula

Nombre

Na2O

Óxido de sodio

K2O

Óxido de potasio

MgO

Óxido de magnesio

CaO

Óxido de calcio

Al2O3

Óxido de aluminio

Algunos metales de transición tienen más de un número de oxidación, como es el caso del hierro Fe (+2 y +3), que puede formar dos óxidos diferentes: FeO y Fe2O3. Para estos casos la IUPAC acepta dos formas de nombrarlos: Nomenclatura tradicional Para el menor número de oxidación, se utiliza la terminación “oso”. FeO

Óxido ferroso

Para el mayor número de oxidación, se utiliza la terminación “ico”. Fe2O3

Óxido férrico

Nomenclatura Stock Se indica con un número romano entre paréntesis (numeral de Stock), el número de oxidación correspondiente al metal. FeO

Óxido de hierro (II)

Fe2O3

Óxido de hierro (III)

Algunos ejemplos: Fórmula

Nomenclatura tradicional

Nomenclatura de Stock

Cu2O

Óxido cuproso

Óxido de cobre (I)

CuO

Óxido cúprico

Óxido de cobre (II)

NiO

Óxido niqueloso

Óxido de níquel (II)

Ni2O3

Óxido niquélico

Óxido de níquel (III)

1.b - Óxidos Ácidos Están formados por un no metal (noMe) y oxígeno, son compuestos covalentes, y se llaman óxidos “ácidos” porque cuando reaccionan con agua forman ácidos. Para nombrarlos suele usarse la nomenclatura estequiométrica o por atomicidad. Se los nombra con prefijos griegos que indican el número de átomos de cada elemento: mono, di, tri, tetra, penta, hexa, hepta, octa, nona, y deca. El prefijo “mono” se omite con excepción del nombre común del CO, monóxido de carbono y para el primer elemento de la fórmula.

El azufre (S) forma dos óxidos covalentes, en ellos el S actúa con número de oxidación +4 y +6. El O tiene número de oxidación -2. Entonces las fórmulas químicas de los dos óxidos son SO2 y SO3 respectivamente. Para nombrarlos se utiliza la siguiente regla: (Prefijo) óxido de (prefijo) (no metal) ; en el caso de los óxidos de azufre serían dióxido de azufre y trióxido de azufre, respectivamente. Estos compuestos también pueden nombrarse con la nomenclatura de Stock que vimos para óxidos básicos. Algunos ejemplos: Fórmula

Nomenclatura por atomicidad

Nomenclatura de Stock

CO2

Dióxido de carbono

Óxido de carbono (IV)

N2O3

Trióxido de dinitrógeno

Óxido de nitrógeno (III)

Cl2O7

Heptóxido de dicloro

Óxido de cloro (VII)

I2O5

Pentaóxido de diiodo

Óxido de iodo (V)

2 – Hidruros Uno de los elementos siempre es el hidrógeno (H) cuyo número de oxidación es ±1, dependiendo de si está combinado con un metal o un no metal.

2.a – Hidruros metálicos Están constituidos por hidrógeno y metal, y son compuestos iónicos. El hidrógeno al unirse a metales, que son menos electronegativos que él, actúa con número de oxidación –1, por lo que forma el ion mononegativo, H- y se nombra con el sufijo “uro”, hidruro. En cuanto al metal, siguen las mismas reglas que los óxidos básicos. Algunos ejemplos: Fórmula

Nombre

KH

Hidruro de potasio

CaH2

Hidruro de calcio

AlH3

Hidruro de aluminio

FeH2

Hidruro de hierro (II)

FeH3

Hidruro de hierro (III)

2.b – Hidruros no metálicos (mejor dicho, “no metaluros” de hidrógeno) El hidrógeno forma compuestos covalentes con los no metales. En éstos el H actúa con número de oxidación +1, y los no metales con número de oxidación negativo. Algunos tienen nombres particulares, por ejemplo: - Con los elementos del Grupo 14: CH4 (metano), SiH4 (silano) - Con los elementos del grupo 15: NH3 (amoníaco) y PH3 (fosfina) - Con el oxígeno (Grupo 16): H2O (agua) --- ¡éste ya lo conocen! Otros tienen nombres sistemáticos: los compuestos de H con los no metales de los grupos 16 y 17, son todos gaseosos y se denominan (no metal) ”uro” de hidrógeno. - Si el H se combina con los (restantes) elementos del grupo 16, forma compuestos de fórmula general: H2X, donde X = S, Se, Te (cuyo número de oxidación es -2) - Si el H se combina con los elementos del Grupo 17, la fórmula general es: HX, donde X puede ser: F, Cl, Br, I (cuyo n° de oxidación es -1), Cuando estos compuestos (de los grupos 16 y 17) se disuelven en agua, liberan iones hidrógeno (H+) y pasan a denominarse hidrácidos. Entonces, tradicionalmente se nombran: ácido (no metal) “hídrico”. Tienen la misma fórmula química; por eso, para distinguirlos, se indica entre paréntesis el estado de agregación de los mismos. Algunos ejemplos: Fórmula

Nombre (gaseoso)

Nombre (acuoso)

HF

Fluoruro de hidrógeno

Ácido fluorhídrico

HCl

Cloruro de hidrógeno

Ácido clorhídrico

HI

Ioduro de hidrógeno

Ácido iodhídrico

H2S

Sulfuro de hidrógeno

Ácido sulfhídrico

H2Se

Seleniuro de hidrógeno

Ácido selenhídrico

3 – Sales binarias Están formadas por un metal y un no metal, y son todos compuestos iónicos. Para su formulación se escribe primero el menos electronegativo (metal) y luego el más electronegativo (no metal). Para nombrarlas se utiliza la nomenclatura tradicional, colocando primero el nombre del no metal con la terminación “uro” y luego el nombre del metal (si sólo tiene un número de oxidación), es decir, (no metal) “uro” de (metal). Para metales de más de un número de oxidación se usa la terminación “oso” o “ico”, y también en estos casos puede utilizarse la nomenclatura de Stock.

Algunos ejemplos: Fórmula

Nomenclatura tradicional

Nomenclatura de Stock

NaCl

Cloruro de sodio

CaF2

Fluoruro de calcio

FeCl2

Cloruro ferroso

Cloruro de hierro (II)

FeCl3

Cloruro férrico

Cloruro de hierro (III)

NiS

Sulfuro niqueloso

Sulfuro de níquel (II)

Los siguientes compuestos a estudiar serán los compuestos ternarios, que son aquellos formados por átomos de tres elementos diferentes. Ojo, ahora cada tipo de compuestos tiene una manera particular de formular y de nombrar.

4 – Hidróxidos Son compuestos constituidos por: metal, oxígeno e hidrógeno. Resultan de la combinación de un óxido básico con el agua. Están formados por cationes metálicos y aniones oxhidrilo o hidroxilo (OH-). Entre ellos, obviamente, la unión es iónica. Pero entre H y O la unión es covalente. La fórmula general será: M(OH)n donde M es un metal que forma un ión de carga +n. Para nombrarlos se tienen las mismas consideraciones indicadas para los metales en los compuestos binarios. Si el metal posee un solo número de oxidación, estos compuestos se nombran: hidróxido de (metal). En caso de que el metal tenga más de un número de oxidación, se utilizan las terminaciones “oso” o “ico” según corresponda, y también la nomenclatura de Stock. Algunos ejemplos: Fórmula

Nomenclatura tradicional

Nomenclatura de Stock

NaOH

Hidróxido de sodio

Ca(OH)2

Hidróxido de calcio

Fe(OH)2

Hidróxido ferroso

Hidróxido de hierro (II)

Fe(OH)3

Hidróxido férrico

Hidróxido de hierro (III)

5 – Oxoácidos Son compuestos covalentes formados por hidrógeno, no metal y oxígeno. Resultan de la combinación de un óxido ácido con el agua.

Pueden representarse por la fórmula general HxAOy donde A representa un no metal, actuando con número de oxidación positivo (a veces, puede tratarse de un metal de transición). Se los nombra con la palabra genérica “ácido” seguida por el nombre abreviado del no metal, y terminado en “oso” cuando el número de oxidación es el menor, o en “ico” si el número de oxidación es el más grande. Algo así como: ácido (no metal) oso/ico . ● Si se toma como ejemplo el azufre (S), que forma dos oxoácidos, en uno el S actúa con número de oxidación +4 y en el otro con +6. Para obtener la fórmula química de ambos oxoácidos se escriben primero los elementos que intervienen siguiendo la regla del menos al más electronegativo: H S O. Sabiendo que el número de oxidación del O es -2 y del H +1 entonces se puede plantear: x . (+1 ) + nº ox(S) + y . (-2) = 0 donde “x” es el número de átomos de H e “y” el número de átomos de O.  Para el caso de S(+4), la fórmula anterior queda: x . (+1) + (+4) + y . (-2) = 0 Dándole valores a “x” e “y”, empezando por los números enteros más pequeños, resulta que x = 2 e y = 3, porque se cumpla que: 2 . (+1) + (+4) + 3 . (-2) = 2 + 4 – 6 = 0 Entonces la fórmula es H2SO3 y se nombra ácido sulfuroso.  Para el caso de S(+6), la fórmula de “sumatoria de n° oxidación” queda: x . (+1) + (+6) + y . (-2) = 0 y en este caso los números más pequeños que verifican la igualdad son x = 2 e y = 4, porque se cumple que: 2 . (+1) + (+6) + 4 . (-2) = 2 + 6 – 8 = 0. Entonces la fórmula es H2SO4 y se nombra ácido sulfúrico. Más ejemplos: Fórmula

Nombre

H2CO3

Ácido carbónico

HNO2

Ácido nitroso

HNO3

Ácido nítrico

H3PO4

Ácido fosfórico

H2SO3

Ácido sulfuroso

H2SO4

Ácido sulfúrico

● Los elementos del Grupo 17, como el Cloro (Cl), Bromo (Br) o Iodo (I), pueden actuar con los números de oxidación: +1; +3; +5; +7. Se nombran utilizando prefijos y sufijos: “hipo/oso”, “oso”, “ico”, “per/ico” respectivamente. Entonces los oxoácidos formados responden a la fórmula general HXOn donde n puede variar entre 1 y 4, y X representa al Cl, Br o I. Fórmula

Nombre

HClO

Ácido hipocloroso

HClO2

Ácido cloroso

HClO3

Ácido clórico

HClO4

Ácido perclórico

6 – Oxosales Las oxosales se componen de un anión proveniente de un oxoácido ( un oxoanión) y de un catión generalmente metálico. La unión entre ellos es iónica, y dentro del anión hay uniones covalentes (no metal-oxígeno)

Oxoaniones Los oxoácidos, en solución acuosa, pierden iones H+ formando oxoaniones, que tienen tantas cargas negativas como H+ hayan cedido. Por ejemplo: - El ácido nitroso: HNO2 pierde un ión H+ y se transforma en el anión: NO2- El ácido nítrico: HNO3, pierde un ión H+ y se transforma en el anión: NO3- El ácido sulfúrico: H2SO4 pierde dos iones H+ y se transforma en el ión SO4-2 Se nombran cambiando la terminación del oxoácido, “oso” → “ito” e “ico” → “ato”, y anteponiendo la palabra genérica “anión”. Ejemplos de oxoaniones: Oxoácido

Oxoanión

Nombre oxoácido

Nombre oxoanión

HNO2

NO2-

Ácido nitroso

Anión nitrito

HNO3

NO3-

Ácido nítrico

Anión nitrato

H2SO3

(SO3)2-

Ácido sulfuroso

Anión sulfito

H2SO4

(SO4)2-

Ácido sulfúrico

Anión sulfato

Los oxoaniones de los elementos del grupo 17 se nombran cambiando la terminación del ácido pero conservando el prefijo: Oxoácido

Oxoanión

Nombre oxoácido

Nombre oxoanión

HClO

(ClO)-

Ácido hipocloroso

Anión hipoclorito

HClO2

(ClO2)-

Ácido cloroso

Anión clorito

HClO3

(ClO3)-

Ácido clórico

Anión clorato

HClO4

(ClO4)-

Ácido perclórico

Anión perclorato

Y ahora sí! Oxosales Para escribir una oxosal se combina un catión metálico con un oxoanión. Para nombrarlas, al igual que las sales binarias, depende de los números de oxidación del elemento metálico. En el caso de tener un único número de oxidación, se nombra: (anión) de (catión). Si el ion metálico tiene dos números de oxidación se puede utilizar la nomenclatura tradicional utilizando el nombre del catión con la terminación “oso” o “ico”, respectivamente. O bien puede utilizarse la nomenclatura de Stock e indicar entre paréntesis el número de oxidación del ion metálico. Algunos ejemplos: Nomenclatura tradicional

Nomenclatura de Stock

Catión

Anión

Fórmula oxosal

Na+

ClO-

NaClO

Hipoclorito de sodio

Ca+2

NO3-

Ca(NO3)2

Nitrato de calcio

K+

(SO3)-2

K2SO3

Sulfito de potasio

Fe+2

(SO4)-2

FeSO4

Sulfato ferroso

Sulfato de hierro (II)

Fe+3

(SO4)-2

Fe2(SO4)3

Sulfato férrico

Sulfato de hierro (III)

Y con éstas terminamos de ver como se formulan y se nombran todos los compuestos inorgánicos más importantes. Ahora puede que se pregunten: ¿cómo puedo visualizar las uniones en todos estos compuestos nuevos?

Probablemente ya se habrán dado cuenta que para los compuestos iónicos es más fácil, porque: “el número de oxidación de un elemento” es igual a la carga de “su ion más probable” en los compuestos binarios; y en general (para todo tipo de compuestos iónicos) decir “la suma de los números de oxidación deber ser cero” es equivalente a decir “tomo el número de iones que necesite para obtener un compuesto neutro”. Pero puede que no les quede muy claro con los compuestos covalentes… porque es fácil imaginar los electrones compartidos en compuestos sencillos como el F 2O y el NH3, pero no tanto cuando las moléculas está formadas por muchos átomos, como puede o...