7Nomenclatura 2016 - NOMENCLATURA Y FORMULACION DE COMPUESTOS PDF

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NOMENCLATURA Y FORMULACION DE COMPUESTOS Los elementos se representan mediante símbolos y las sustancias químicas mediante fórmulas. Una fórmula es la representación de un compuesto en la cual se indican los elementos que se combinan (mediante sus símbolos) y la relación en la que lo hacen (mediante subíndices que acompañan a cada símbolo). La escritura de la fórmula de un compuesto puede realizarse mediante la escritura de una ecuación de “formación”. Sin embargo este procedimiento puede resultar dificultoso cuando por ejemplo se desea conocer la fórmula de un compuesto ternario como un oxácido, un hidróxido o una sal. La escritura se agiliza mediante el uso de los números de oxidación de los elementos. El manejo de los números de oxidación debe realizarse teniendo en cuenta las siguientes reglas prácticas: 1El número de oxidación del hidrógeno en los compuestos es generalmente 1+, excepto en los hidruros metálicos en los que es 1-. 2El número de oxidación del oxígeno en los compuestos es generalmente 2- excepto en los peróxidos. Estos compuestos contienen enlaces O-O, y el número de oxidación del oxígeno en los mismos es 1-. 3El flúor en sus compuestos tiene siempre número de oxidación 1-. 4A los elementos combinados de los grupos periódicos IA y IIA se les asigna número de oxidación 1+ y 2+ respectivamente. A los elementos combinados del grupo IIIA se les asigna generalmente el número de oxidación 3+. 5Los elementos metálicos siempre tienen números de oxidación positivos. 6Un átomo de cualquier elemento en el estado libre (no enlazado) tiene un número de oxidación de cero. 7La suma algebraica de los números de oxidación positivos y negativos de los elementos de un compuesto neutro es cero. 8La suma algebraica de los números de oxidación positivos y negativos de los elementos de un ion es igual a la carga del ion. A continuación presentamos algunos ejemplos de números de oxidación correctamente asignados: Sustancia Número de Regla Observaciones oxidación S8

S=0

6

Cu HCl

Cu = 0 H = 1+ Cl = 1H = 1+ C = 4Na = 1+ H = 1Ba = 2+ O = 2Ba = 2+ O = 1K = 1+ O = 2N = 5+ H = 1+ O = 2-

6 1 7 1 7 4 1, 7 4 2, 7 4 2, 7 4 2 7 1 2

CH4 NaH BaO BaO2 (un peróxido) KNO3 HSO3-

Cada S tiene N° de oxidación 0 Por sustracción Cada hidrógeno es +1 Por sustracción

Cada O es –1 Por sustracción

S = 4+

8

Por sustracción

En cuanto a la nomenclatura se ha tratado de crear un lenguaje químico unificado, de modo que permita identificar el nombre y la fórmula de los compuestos independientemente del lugar donde se los utilice. La Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC) ha establecido normas para nombrar y escribir tanto los compuestos orgánicos como los inorgánicos. En la actualidad se manejan tres tipos de nomenclaturas: la establecida por la IUPAC, llamada funcional o sistemática; la Stock, en honor del químico alemán Alfred Stock, que ha tenido gran aceptación por su sencillez, y la nomenclatura tradicional, la cual todavía está en vigencia. Podemos realizar una clasificación de los compuestos en base al número de elementos que forman parte de los mismos: Compuestos binarios: formados por dos clases de elementos entre los cuales figuran los hidruros (metálicos y no metálicos), los óxidos (básicos y ácidos o anhídridos) y las sales binarias. Compuestos ternarios: formados por tres clases de elementos, entre los cuales figuran los hidróxidos, los oxácidos (ácidos oxigenados) y las sales. También existen compuestos formados por cuatro o más elementos, como las sales dobles y las sales básicas y ácidas.

Óxidos Son compuestos binarios que resultan de la combinación de un elemento METALICO o NO METALICO y OXIGENO. Las ecuaciones de “formación” se presentan como: oxígeno + metal óxido básico oxígeno + no metal

óxido

ácido

(antiguamente

anhídridos) Formulación: El elemento metálico o no metálico actúa con número de oxidación positivo y el oxígeno con 2-, combinados ambos en la relación numérica tal que el compuesto resulte neutro, lo cual significa que la suma algebraica de los números de oxidación debe ser cero. Esto se logra, intercambiando los números de oxidación de los elementos intervinientes, escribiéndolos como subíndices. x+ 2Fórmula general: E2Ox E = elemento metálico o no metálico x = número de oxidación del elemento E Aclaración: se escribe primero el símbolo del elemento que actúa con número de oxidación positivo. Si los subíndices colocados resultan ser iguales, se simplifican a 1 (que no se escribe), y si son múltiplos entre sí, se simplifican a la mínima expresión. Ejemplos: se desea escribir las fórmulas de los óxidos de los elementos cuyos números de oxidación figuran entre paréntesis :

6+ 2S (6+)

intercambiando números de oxidación: simplificando:

S2O6 SO3

5+ Cl (5+)

2-

intercambiando números de oxidación:

Cl2O5

2+ 2Fe (2+)

intercambiando números de oxidación: simplificando:

Fe2O2 FeO

Nomenclatura: Notación tradicional: óxido de + (nombre del metal o no metal) + (terminación -oso,-ico para la menor y mayor valencias, respectivamente). anhídrido + hipo-, per- (nombre del no metal) + -oso, -ico. Ejemplo: ❖ Si es un óxido básico y el metal tiene un solo número de oxidación Na (1+)

Na2O: óxido de sodio u óxido sódico

Si el metal tiene dos números de oxidación, forma dos óxidos: Cu (1+):

Cu2O: óxido cuproso

Cu (2+):

CuO: óxido cúprico

❖ Si es un óxido ácido y el no metal tiene cuatro números de oxidación: Cl (1+)

Cl2O: anhídrido hipocloroso

Cl (3+)

Cl2O3: anhídrido cloroso

Cl(5+)

Cl2O5: anhídrido clórico

Cl (7+)

Cl2O7: anhídrido perclórico

Notación de Stock: Óxido de (nombre del metal o no metal) + (valencia del elemento en números romanos y entre paréntesis. Ejemplos: Cl2O5: óxido de cloro(V) CaO: óxido de calcio (se omite “II”, ya que el calcio posee un solo número de oxidación) Notación sistemática (IUPAC): (prefijo) +óxido de (prefijo) (nombre del elemento) Prefijos: mono-, di-, tri, tetra-, penta-, hexa-, hepta-. Ejemplos: Cl2O7: heptóxido de dicloro FeO: monóxido de hierro

La clasificación de estos compuestos en óxidos básicos y óxidos ácidos se debe a que presentan propiedades químicas diferentes: el primer grupo reacciona con el agua formando HIDROXIDOS, y el segundo da lugar a los OXACIDOS (ácidos oxigenados). Algunos elementos forman ÓXIDOS NEUTROS, es decir que no reaccionan con el agua para formar hidróxidos ni ácidos. Estos elementos son: Mn (4+), N (1+, 2+, 4+), C (2+), S (2+) Los óxidos derivados de estos elementos en los estados de oxidación indicados pueden nombrarse utilizando la nomenclatura IUPAC o los numerales de Stock. N (2+) NO: monóxido de nitrógeno u óxido de nitrógeno (II) Por último, hay elementos con varios números de oxidación que tienen un comportamiento anfótero, es decir que pueden formar óxidos básicos y ácidos: 2+, 3+: óxidos básicos Mn

2+, 3+: óxidos básicos Cr

6+,7+: óxidos ácidos

6+:

óxidos

ácidos

HIDRUROS Son compuestos binarios formados por HIDROGENO y un METAL ó NO METAL Ecuaciones de formación: Metal + Hidrógeno

Hidruro metálico

No Metal + Hidrógeno

Hidruro no metálico

Formulación: Se siguen las mismas reglas que para los óxidos: la suma de los números de oxidación debe ser cero. En los hidruros metálicos el H actúa con número de oxidación (1-). Na (1+) NaH Ca (2+) CaH2 Nomenclatura: Tradicional : Hidruro de (nombre del Metal) + -oso , -ico. Ejemplos: PbH2: Hidruro plumboso

PbH4: Hidruro Plúmbico

Stock: Hidruro de (nombre del Metal ) ( valencia en números romanos y entre paréntesis) Ejemplo: CoH2: Hidruro de cobalto (II) Sistemática o IUPAC: (prefijo) + hidruro de +nombre del metal

Ejemplo:

BeH2: Dihidruro de Berilio

En los hidruros no metálicos el no metal siempre actúa con su menor número de oxidación, que es negativo; el H tiene número de oxidación (+1). Cl (1-): HCl N (3-): NH3 C (4-): CH4

Nomenclatura de hidruros no metálicos que forman HIDRÁCIDOS: Los hidruros formados por la combinación del hidrógeno con los halógenos (F, Cl, etc) y el hidrógeno con el S y los otros elementos de su grupo, son sustancias gaseosas que al solubilizarse en agua adquieren propiedades ácidas y por ello reciben el nombre de HIDRACIDOS. Estos son ácidos binarios que no contienen oxígeno. Tradicional: Ácido (nombre del no metal) + -hídrico Ejemplos: HCl (g): cloruro de hidrógeno HCl (ac): ácido clorhídrico

H2S (g): sulfuro de hidrógeno H2S (ac): ácido sulfhídrico

Stock: Hidruro de (nombre del no metal) + (valencia en números romanos y entre paréntesis) Ejemplos: H2S: Hidruro de Azufre (II) Sistemática o IUPAC: (nombre del no metal) -uro de (prefijo) + hidrógeno Ejemplos: H2Se: Seleniuro de dihidrógeno Nomenclatura del resto de hidruros: Igual que para hidruros no metálicos, con nombres particulares en la nomenclatura tradicional. Ejemplos: NH3: Amoníaco; hidruro de nitrógeno (III); Trihidruro de nitógeno CH4: Metano; PH3: Fosfina H2O: Agua

HIDROXIDOS

Son compuestos ternarios constituidos por un elemento metálico y el grupo hidróxido (OH1-). Por lo general estos compuestos se forman haciendo reaccionar el agua con un óxido básico. Ecuación de formación: óxido básico + agua Hidróxido Formulación: El metal actúa con número de oxidación positivo y el grupo hidróxido con 1-. Por lo tanto, se escribe el símbolo del metal, seguido de tantos grupos hidróxidos como número de oxidación del metal. +x 1Fórmula general: E(OH)x E = elemento metálico x = número de oxidación del elemento E Cu (2+) Cu(OH)2 Al(3+) Al(OH)3 Nomenclatura: Tradicional: Hidróxido + (nombre del metal) + -oso, -ico. Ejemplos: Cu(OH)2: hidróxido cúprico ferroso

Fe(OH)2: hidróxido

Stock: Hidróxido de (nombre del metal) + (valencia en números romanos y entre paréntesis) Ejemplos: Cu(OH)2: hidróxido de cobre (II) Na(OH): hidróxido de sódio (I) o hidróxido de sódio Sistemática o IUPAC: (prefijo)+ hidróxido de + nombre del metal Ejemplo: Ba(OH)2: dihidróxido de bario IONES y COMPUESTOS IONICOS: Un átomo o grupo de átomos que tiene una carga eléctrica positiva o negativa se denomina ION. Un compuesto cuya composición en la nanoescala consiste en iones se clasifica como compuesto iónico. Todo ion positivo se denomina CATION, mientras que los iones con carga negativa se denominan ANIONES. Disociación Iónica de los Hidróxidos: Al disolver un hidróxido en agua se produce la separación de los iones que lo forman, por lo tanto en solución acuosa existen como aniones (el grupo OH-) y cationes (el ion metálico). Cu(OH)2 (ac) Cu2+ + 2 OH1Se pueden llegar a formar tantos iones OH 1- como lo indica la fórmula del hidróxido, la carga del catión metálico coincide con el número de iones OHformados: Al(OH)3 Al(OH)21+ + OHAl(OH)3 Al(OH)2+ + 2 OH Al(OH)3

Al3+ + 3 OH-

Nomenclatura de los iones: Los cationes metálicos y los aniones se nombran siguiendo la nomenclatura tradicional: Cu(OH)2 (ac) Cu2+ + 2 OH1hidróxido cúprico catión anión cúprico hidróxido

OXOACIDOS Son compuestos ternarios formados por hidrógeno, oxígeno y un elemento no metálico o metálico (anfótero). Puede suponerse que derivan de la reacción entre un óxido ácido y el agua. Ecuación de formación: óxido ácido + agua oxoácido (ácido oxohidrogenado)

Formulación: Se requiere conocer el número de oxidación de cada elemento y recordar que la suma algebraica de los números de oxidación debe ser cero. Se escriben los símbolos de los elementos en el siguiente orden: Hidrógeno – no metal (o metal anfótero) – oxígeno El hidrógeno, en estos compuestos, tiene número de oxidación 1+, el oxígeno 2- y el no metal (o el metal anfótero) varía su número de oxidación, lo cual hace que el nombre del ácido correspondiente también varíe. Para escribir la fórmula se debe tener en cuenta lo siguiente: El subíndice del no metal es 1 (que no se escribe). El subíndice del hidrógeno es: a) 1, si el no metal tiene número de oxidación impar b) 2, si el no metal tiene número de oxidación par. El subíndice del oxígeno es un número X tal que multiplicado por (-2), que es el número de oxidación del oxígeno, de como resultado un número que anula la suma de los otros números de oxidación, es decir que la suma algebraica de los números de oxidación es cero. Ejemplo: 1- Escribir el ácido correspondiente al nitrógeno con el número de oxidación 5+: Se escriben ordenadamente los símbolos de los elementos y sus números de oxidación: 1+ 5+ 2-

H N Ox Subíndice del H: 1 (número de oxidación del N: 5+) Subíndice del N: 1 Subíndice del O: X, que se determina: 1 + 5 + (-2)X = 0 X=3 Fórmula: HNO3 2- Escribir el ácido correspondiente al Cromo con su numero de oxidación 6+: 1+ 6+ 2-

H2 Cr Ox subíndice del H: 2 subíndice del oxígeno: X, se determina como: 2.(+1) + 6 + (2)X = 0 X=4 Fórmula: H2CrO4 Caso particular: el cromo puede formar otro ácido con su número de oxidación 6+, cuya fórmula se escribe siguiendo las mismas reglas excepto que el Cr lleva subíndice 2: 1+ 6+ 2-

H2 Cr2 Ox

Subíndice del oxígeno: =7 Fórmula: H2Cr2O7

2.(+1) + 2.(+6) + (-2)X = 0;X

Nomenclatura: Tradicional: (aceptada por la IUPAC para los oxácidos más comunes). Es la misma que para óxidos ácidos, según la terminología tradicional, cambiando la palabra ANHÍDRIDO por la palabra ÁCIDO. Stock: a la palabra ÁCIDO sigue el nombre del no metal con un prefijo indicando la cantidad de oxígenos, seguido de OXO y la terminación ICO, con el número de oxidación entre paréntesis con números romanos. IUPAC: Se nombran indicando el número de oxígenos presentes en la fórmula con los prefijos el no metal acabado en ATO indicando el número de oxidación en números romanos y el número de hidrógenos presentes mediante prefijos (mono- di- tri- tetra-...etc ) (prefijo) oxo (no metal)-ato (n° de oxidación) de (prefijo)hidrógeno Ejemplos: Fórmul a HNO2

Nomenclatur a tradicional ácido nitroso

Nomenclatura de Stock ácido dioxonítrico (III)

H2CrO4

ácido crómico

ácido tetroxocrómico (VI)

HNO3

ácido nítrico

ácido trioxonítrico (V)

HClO4

ácido perclórico

ácido tetraoxoclórico (VII)

Nomenclatura IUPAC ácido dioxonitrato III de hidrógeno ácido tetraoxocromato VI de dihidrógeno ácido trioxonitrato V de hidrógeno ácido tetraoxoclorato VII de hidrógeno

Casos especiales: Algunos óxidos ácidos pueden formar más de oxácido al reaccionar con el agua. Este es el caso por ejemplo de los oxácidos formados por el P(V), P (III) y Si(IV). Para el P(V) los oxácidos obtenidos se nombran como sigue: P2O5 + H2O 2 HPO3 ácido metafosfórico P2O5 + 2 H2O H4P2O7 ácido pirofosfórico P2O5 + 3 H2O 2 H3PO4 ácido ortofosfórico Del mismo modo se obtienen oxoácidos análogos para el As (V), P(III), As(III). El Si (IV) forma los siguientes oxoácidos: 2 SiO2 + H2O H2SiO3 ácido ácido metasilícico SiO2 + 2 H2O H4SiO4 ácido ácido ortosilícico 2 SiO2 + 3 H2O H6Si2O7 ácido pirosilícico Disociación Iónica de los hidrácidos y oxácidos: En soluciones acuosas los ácidos pueden existir como iones hidrógeno (H+), comunes a todos ellos,

e iones negativos (aniones) característicos de cada ácido. En estas condiciones se dice que el ácido está ionizado. HNO3 (ac) H1+ (ac) + NO31- (ac) H2SO4 (ac) 2 H1+ (ac) + SO42- (ac) Se pueden llegar a formar tantos cationes H1+ como hidrógenos tenga el ácido, y un anión oxigenado con tantas cargas negativas como iones H 1+ formados: H2SO4 (ac) H1+ (ac) + HSO41- (ac) H2SO4 (ac) 2 H1+ (ac) + SO42- (ac) Lo mismo ocurre con los hidrácidos, sólo que el anión esta constituido por el elemento no metálico: HCl (ac) H1+ (ac) + Cl1- (ac) H2S (ac) 2 H1+ (ac) + S2- (ac) Nomenclatura de iones: Hay dos formas de nombrar los aniones: Tradicional: Se cambia el sufijo del nombre del ácido, de acuerdo a lo siguiente: Sufijo del Sufijo del ácido anión ICO ATO OSO ITO HIDRICO URO Moderna: Se combinan la forma sistemática (IUPAC) con la de Stock. Para ello se usan los prefijos griegos para indicar la cantidad de oxígeno seguido del nombre del no metal distinto del oxígeno con la terminación ATO y se coloca el estado de oxidación de este elemento en números romanos. Ejemplos: H2SO4 (ac) 2 H1+ (ac) + SO42- (ac) ácido catión anión sulfúrico hidrógeno sulfato o tetraoxosulfato VI HCl (ac) ácido clorhídrico

H1+ (ac) + catión hidrógeno

Cl1-(ac) anión cloruro

SALES Son compuestos iónicos constituidos por un catión metálico y un anión proveniente de un ácido. Por lo tanto, no existen moléculas de sales sino agregados eléctricamente neutros. Se puede decir que resultan de la reacción entre un ácido y un hidróxido, en las que los cationes metálicos del hidróxido reemplazan a los cationes H+ del ácido. Ecuación de formación: ácido oxigenado + hidróxido sal oxigenada + agua hidrácido + hidróxido sal binaria + agua Ejemplos: HNO3 + NaOH Na(NO3) + H2O 2 HCl + Ca(OH)2 CaCl2 + H2O Nomenclatura: Tradicional: Se indica en primer lugar el anión y a continuación el catión:

IUPAC: se nombran indicando el número de oxígenos presentes en la fórmula con los prefijos el no metal acabado en ATO indicando el número de oxidación en números romanos y el número de átomos de metal presentes mediante prefijos (mono- di- tri- tetra-...etc. En caso de que se presenten varios aniones, se usan los prefijos BISTRIS- TETRAQUIS- PENTAQUIS- etc. (PREFIJO) (prefijo) oxo (no metal)-ato (n° de oxidación) de (prefijo)(metal) Ejemplos: Fe2(SO4)3: sulfato férrico o tris tetroxosulfato (VI) de dihierro Cu(NO3): nitrato cuproso o trioxonitrato (V) de cobre Formulación: En general para escribir la fórmula mínima de una sal se debe conocer: ❖ el catión metálico ❖ el anión proveniente del ácido ❖ las cargas eléctricas de ambos iones Se escribe primero el catión metálico y a continuación el anión. Se calcula el número de cargas necesarias de cada uno de los iones para que el conjunto resulte eléctricamente neutro, se escriben estas cantidades como subíndices de los iones. Ejemplos: 1- Nitrato de aluminio Catión: Al3+ Anión: NO 3− (nitrato) Para neutralizar 3 cargas positivas del ion aluminio se necesitan 3 aniones nitrato fórmula: Al(NO3)3 2- Sulfuro de aluminio Catión: Al3+ Anión: S2- (sulfuro) Se requieren 2 iones Al3+ y 3 iones S2- para que la sal resulte neutra fórmula: Al2S3 Tipos de Sales: Tanto para la nomenclatura como para la formulación las sales se dividen en sales neutras, ácidas, básicas y dobles. Todas las sales que vimos hasta ahora no contienen cationes H 1+ ni aniones OH1-, por lo tanto se denominan sales neutras. Sales ácidas: Son aquellas sales que contienen aún hidrógenos provenientes del ácido, que no han sido substituidos por los cationes metálicos. Se originan a partir de ácidos que contienen dos o más hidrógenos. Se nombran según el anión y catión del que provienen. La nomenclatura IUPAC sigue el criterio general de sales, incluyendo una mención al número de protones que quedan en el anión. Ejemplos de aniones ácidos: H 2 PO4− H3PO4 ácido anión ortofosfórico fosfato diácido o o

HPO24− anión fosfato ácido o

PO43 − anión fosfato o

ácido tetraoxofosfato(V) de trihidrógeno

dihidrógeno hidrógeno tetraoxofosfato(V) tetraoxofosfato(V)

Ejemplos de sales ácidas: Ni(H2PO4)2 tetraoxofosfato (V) K(HSO4)

tetraoxofosfato(V)

ortofosfato diácido niqueloso o bisdihidrógeno de niquel. sulfato ácido de potasio o hidrógeno tetraoxosulfato (VI) de potasio

Sales básicas: Es el caso de aquellas sales en las que el grupo OH 1- de un hidróxido participa en el catión de...