Apuntes. Tema: Formulación PDF

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¿cómo formular? química, curso cero uned ciencias...

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Conceptos básicos 1/6

QUÍMICA

Formulación química inorgánica

Conceptos básicos

Antes de estudiar como se formulan los compuestos químicos, es necesario definir algunos conceptos fundamentales, como son: elemento químico (nombre y símbolo), compuestos químicos, fórmulas químicas, valencia y número de oxidación.

Elementos químicos. Compuestos químicos. Formulación química. Valencia y número de oxidación. Tabla Periódica de los elementos. Nomenclatura química. Clasificación de los compuestos en Química Inorgánica. Elementos químicos Son sustancias simples que no pueden descomponerse en otras más sencillas por procedimientos químicos. Se caracterizan por su número atómico y por su número másico. A cada elemento se le asigna un nombre y un símbolo para identificarlo. El nombre proviene principalmente de voces griegas y latinas. El símbolo consta de una o dos letras que coinciden con las iniciales del nombre en inglés, excepto para aquellos elementos conocidos desde la antigüedad. Isótopos son dos átomos que pertenecen al mismo elemento y tienen igual número atómico, pero distinto número másico. Por ejemplo. el

12 14 6 C y el 6 Cson isóto-

pos del elemento C, con números másicos 12 y 14 y número atómico 6.

Número atómico Z: Número de protones. Número másico A: Número de protones y neutrones.

Protio: 1 H

Compuestos químicos Un compuesto químico está formado por la unión de varios elementos químicos combinados en proporciones fijas y que se pueden separar por procedimientos químicos. Los compuestos químicos se representan mediante fórmulas químicas. Una fórmula indica la proporción entre el número de átomos que forman un compuesto.

Ejemplo: La fórmula del agua H2O indica que está formada por hidrógeno y oxígeno y, además, por cada átomo de oxígeno, hay dos átomos de hidrógeno.

Formulación química El objetivo de la formulación y de la nomenclatura química es que, a partir del nombre de un compuesto se sepa cuál es su fórmula y, que a partir de la fórmula se sepa el nombre. Esto ha sido normalizado por la IUPAC (Unión Internacional de Química Pura y Aplicada).

Valencia y número de oxidación Valencia es la capacidad que tiene un de un elemento para combinarse con los átomos de otros elementos y formar compuestos. Es un número positivo o negativo que indica el número de electrones que gana, pierde o comparte un átomo con otro átomo o átomos. Ejemplo: En el HCl, el cloro tiene valencia 1 porque se combina con un átomo de hidrógeno (con valencia 1). Número de oxidación de un átomo en un compuesto es un número entero que representa el número de electrones que un átomo pone en juego cuando forma un compuesto determinado. Ejemplo: En el CH4, el carbono tiene número de oxidación +4 y el hidrógeno +1.

Valencia: Si se toma como referencia el hidrógeno, al que se le asigna valencia 1, entonces valencia es el número de átomos de hidrógeno que se combinan o equivalen a un átomo de ese elemento. Número de oxidación Es un número entero que representa el número de electrones que un átomo pone en juego cuando forma un compuesto determinado.

Autora: Mª Isabel Gómez del Río

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QUÍMICA

Formulación química inorgánica

Conceptos básicos

TABLA PERIÓDICA DE LOS ELEMENTOS A mediados del siglo XIX el número de elementos conocidos era tal, que los químicos de la época se plantearon la necesidad de clasificarlos de alguna forma, para facilitar su estudio y comprender mejor sus propiedades. La Tabla Periódica o Sistema Periódico de los elementos es la ordenación que, atendie ndo a diversos criterios, distribuye los distintos elementos químicos conforme a ciertas características. Suele atribuirse la tabla a Dimitri Mendeleiev, quien ordenó los elementos basándose en la variación computacional de las propiedades químicas, si bien Julios Lotear Meyer trabajando por separado, llevó a cabo una ordenación a partir de las propiedades físicas de los átomos. En la actualidad se cono cen 109 elementos que están colocados en orden creciente del número atómico (Z) en la Tabla Periódica. Imagen tomada de Wikipedia

Imagen tomada de Wikipedia

Grupos Son las co lumnas verticales de la Tabla Periódica. Todos los elementos que pertenecen a un grupo tienen la misma valencia, y por ello, tienen características o propiedades similares entre si. Por ejemplo los elementos en el grupo IA tienen valencia de 1. Los grupos de la Tabla Periódica, nu merados de izquierda a derecha son: Grupo 1 (IA): metales alcalinos Grupo 2 (IIA): metales alcalinotér reos Grupo 3 al Grupo 12: metales de transic ión , metales nobles y metales mansos Grupo 13 (IIIA): térreos Grupo 14 (IVA): carbonoi deos Grupo 15 (VA): nitrogenoideos Grupo 16 (VIA): calcógenos o a nfígenos Grupo 17 (VIIA): halógenos Grupo 18 (Grupo VIII): gases nobles

Periodos Son las filas horizontales de la Tabla Periódica. En este caso, los elementos que componen una misma fila tienen propiedades diferentes pero masas similares.

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Conceptos básicos

Valencias de los elementos más importantes del Sistema Periódico: METALES Valencia -1 Flúor F Sodio Na Potasio K Rubidio Rb Cesio Cs Francio Fr Plata Ag Valencias 1, 2 Cobre Cu Mercur io Hg

Valencia 2 Berilio Be Magnes io Mg Calcio Ca Estroncio Sr Cinc Zn Cadmio Cd Bario Ba Ra Radio Valencias 1,3 Oro Au Talio Tl

Valencias 2,4 Platino Pt Plomo Pb Estaño Sn

Valencias 2,3 6 Cromo Cr

Valencia 1

Valencias +/-1,3,5,7 Clo ro Cl Bromo Br Yodo I Valencias 2 +/-3,4,5 Nitrógeno N

Valencia 3 Aluminio Al

Valencias 2,3 Níquel Ni Cobalto Co Hierro Fe Valencias 2,3,4,6, 7 Manganeso Mn

NO METALES

Flúor

F

Valencias +/-2,4,6 Azu fre S Selenio Se Teluro Te Valencias +/-2,4 Carb ono C Valencias +/-1 Hidrógeno H

Valencia 4 Silicio

Si

Valencia -2 Oxígeno

O

Valencias +/-3,5 Fósforo P Arsénico As Antimonio Sb Valencia 3 Boro

B

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Conceptos básicos

NOMENCLATURA QUÍMICA S e aceptan tres tipos de nomenclatu ras para los compuestos inorgánicos: o Sistemática o De StocK o Tradicional .

Nomen clat ur a si stemática P ara nombrar compuestos químico s según esta nomenclatura se utilizan los prefijos: MONO.., DI.., TRI.., TETRA.., PENTA.., HEXA.., HEPTA.., etc.

Ejemplo: Trióxido de dicloro: Cl2O3 Monóxido de diiodo: I2O

Nomenclatura de STOCK E n este tipo de nomenclatura, cuando el elemento que forma el compuesto tiene más de una valencia, ésta se indica al final, en números romanos y entre paréntesis.

Ejemplo: Hidróxido de hierro (II): Fe(OH)2 Hidróxido de hierro (III): Fe(OH)3

Nomenclatura tradicional E n este tipo de nomenclatura, cuando el elemento que forma el compuesto tiene más de una valencia, ésta se indica al final, en números romanos y entre paréntesis.

Ejemplo: Hidróxido de hierro (II): Fe(OH)2 Hidróxido de hierro (III): Fe(OH)3

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QUÍMICA

Formulación química inorgánica

Conceptos básicos

CLASIFICACIÓN DE LOS COMPUESTOS EN QUÍMICA INORGÁNICA L os compuestos químicos inorgánicos se pueden clasificar de la siguiente forma:

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QUÍMICA

Formulación química inorgánica

Conceptos básicos

SUSTANCIAS SIMPLES L as sustancias simples están fo rmadas por átomos de un mismo elemento. En la naturaleza, salvo los gases nobles y algunos metales en estado gaseoso, el resto se enlazan para formar agregados superiores.

Formulación Las fórmulas de al gunas sustancias simples están compuestas por el símbolo del elemento y un subíndice que indica el número de átomos iguales que la forman. Los gases nobles son monoatómicos, por lo que se formulan mediante símbolo del elemento: He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn. Ejemplo: H2, O2, I2.

Nomenclatura Se pueden encontr ar moléculas biatómicas, triatómicas, tetratómicas, etc. y se nombran según la nomenclatura sistemática, que antepone el prefijo numeral di-, tri-, tetra-,…al nombre del elemento. Fórmula O2 O3 P4 C N2

N. Sistemática Oxígeno o dioxígeno Ozono o trioxígeno Fósforo o tetrafósforo Carbono Nitrógeno o dinitrógeno Imagen tomada de Wikipedia

Otros conceptos relacionados que conviene recordar/consultar Áto mo. Ver ficha: Átomo: estructura. Compuesto químico. Ver ficha: Moléculas y otras posibilidades. Elemento químico. Ver ficha: Moléculas y otras posibilidades. Fórmula química. Ver ficha: Moléculas y otras posibilidades. Molécula. Ver ficha: Moléculas y otras posibilidades. Número atómico y número másico. Ver ficha: Átomo: estructu ra.

Ejemplo Escribir el símbolo de los metales de la Tabla Periódica con valencia +1, +2 y +3. Solución: Valencia +1 : Li, Na, K, Rb, Cs y Ag Valencia +2: Be, Mg, Ca , Sr, Ba, Ra , Zn y Cd Valencia +3: Al

Ejercicio de autoevaluación Escribir el símbolo de los no metales de la Tabla Periódica con valencia +1, +2, -3 y +3. Solución: Valencia +1 : H Valencia +2: O Valencia -3 y +3 : B

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Compuestos binarios 1/9

QUÍMICA

Formulación química inorgánica Compuestos binarios

Los compuestos binarios son aquellos formados por dos elementos. A continuación se muestran las distintas combinaciones de dos elementos.

Normas generales de formulación. Óxidos: Óxidos básicos y óxidos ácidos. Peróxidos. Hidruros: metálicos y no metálicos. Sales binarias metal + no metal. Combinaciones binarias entre no metales. COMPUESTOS BINARIOS NORMAS GENERALES DE FORMULACIÓN PARA COMPUESTOS BINARIOS Los compuestos binarios están formados por dos elementos y se formulan aplicando las siguientes reglas: 1. Se escriben los elementos en el siguiente orden: primero el METAL y después el NO METAL. 2. Se intercambian las valencias, de forma que como subíndice de cada elemento aparezca el número de oxidación del otro sin tener en cuenta el signo. • Ejemplo: Compuesto binario formado por Al(+3) y O(-2):

Al 2 O3 3. Siempre que sea posible, se simplifica. • Ejemplo: Compuesto binario formado por Cu(+2) y S(-2):

Cu2 S 2 En este caso se puede simplificar dividiendo por 2 y quedaría: 4. El compuesto se lee de derecha a izquierda.

Cu S

ÓXIDOS Son compuestos binarios formados por la combinación de un elemento con oxígeno. Se pueden clasificar atendiendo a sus propiedades ácido-base frente al agua en: 1. Óxidos básicos 2. Óxidos ácidos

1. Óxidos básicos Son compuestos binarios formados por la combinación de un metal y el oxígeno.

Fórmula general:

M2OX

Ejemplos: VALENCIA 1 2 3 4

Fórmula Na2O Ca2O2 = CaO Fe2O2 = FeO Fe2O3 Pb2O4 = PbO2

N. Sistemática Monóxido de disodio Monóxido de calcio Monóxido de hierro Trióxido de hierro Dióxido de plomo

N. STOCK Óxido de sodio Óxido cálcico Óxido de hierro (II) Óxido de hierro (III) Óxido de plomo (IV)

N.Tradicional Óxido sódico Óxido cálcico Óxido ferroso Óxido férrico Óxido plúmbico

En este caso la nomenclatura que se recomienda es la de STOCK

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QUÍMICA

Formulación química inorgánica Compuestos binarios

Ejemplo 1. Formular las siguientes sustancias: Nombre Óxido de titanio (IV) Óxido de potasio Óxido de cromo(III) Óxido de plata Óxido de níquel(II) Óxido de berilio Óxido de aluminio Óxido de cobre(II) Óxido de bario Óxido de estroncio 2. Nombrar las siguientes fórmulas: Fórmula Na2O MgO Rb2O MnO2 Cu2O Fe2O3 Cr2O3 CrO3 PbO2 FeO

Fórmula TiO2 K2O Cr2O3 Ag2O NiO BeO Al2O3 CuO BaO SrO

Nombre Óxido de sodio Óxido de magnesio Óxido de rubidio Óxido de manganeso (IV) Óxido de cobre(I) Óxido de hierro(III) Óxido de cromo(III) Óxido de cromo(VI) Óxido de plomo(IV) Óxido de hierro(II)

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Formulación química inorgánica Compuestos binarios

2. Óxidos ácidos Son compuestos binarios formados por la combinación de un no metal y el oxígeno. En este caso se escribe primero el no metal (excepto si se trata de F) y después el oxígeno. Se lee de derecha a izquierda.

Fórmula general:

N2OX

Ejemplos: VALENCIA 1 2 3 5 6 7

Fórmula F2O Cl2O SO I2O3 SeO2 S2O3 I2O7

N. Sistemática Monóxido de diflúor Monóxido de dicloro Monóxido de azufre Trióxido de diyodo Dióxido de selenio Trióxido de azufre Heptaóxido de diyodo

N. STOCK Óxido de flúor Óxido de cloro(I) Óxido de azufre(II) Óxido de yodo(III) Óxido de selenio(IV) Óxido de azufre(VI) Óxido de yodo(VII)

N.Tradicional Óxido hipofluoroso Óxido hipocloroso Óxido hipocloroso Óxido yodoso Óxido selenioso Óxido sulfúrico Óxido peryódico

En este caso la nomenclatura que se recomienda es la SISTEMÁTICA Caso especial de los óxidos de nitrógeno: El nitrógeno, con valencias +1, +2 y +4, forma los siguientes óxidos: N2O Óxido nitroso NO Óxido nítrico NO2 Dióxido de nitrógeno N2O4 Tetraóxido de dinitrógeno (no se simplifica)

Ejemplo 1. Formular las siguientes sustancias: Nombre Fórmula BrO2 Dióxido de bromo Hexaóxido de tetrafósforo P4O6 Dióxido de carbono CO2 Monóxido de nitrógeno NO Pentaóxido de diyodo I2O5 Trióxido de selenio SeO3 Dióxido de teluro TeO2 Óxido de dicloro Cl2O Pentaóxido de diarsénico As2O5 Trióxido de dibismuto Bi2O3 2. Nombrar las siguientes fórmulas: Fórmula Nombre Trióxido de teluro TeO3 N2O5 Pentóxido de dinitógeno Br2O7 Heptaoxido de dibromo NO Monóxido de nitrógeno SO2 Dióxido de azufre Br2O Óxido de dibromo SO3 Trióxido de azufre CO Monóxido de carbono Cl2O7 Heptaóxido de dicloro FeO Óxido de hierro(II) Autora: Mª Isabel Gómez del Río

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Formulación química inorgánica Compuestos binarios

Ejercicio de autoevaluación: Óxidos básicos y óxidos ácidos Formular las siguientes sustancias: Nombre Óxido de berilio Oxido de manganeso(III) Óxido de níquel(II) Óxido de sodio Óxido de cromo(VI) Óxido de mercurio(I) Óxido de cobalto(III) Dióxido de silicio Trióxido de diantimonio Trióxido de diboro Nombrar las siguientes fórmulas: Fórmula Cs2O CdO MnO MgO Ag2O P2O3 I2O5 SO3 SnO2 NO Solución: Formular las siguientes sustancias: Nombre Fórmula Óxido de berilio BeO Oxido de manganeso(III) Mn2O3 Óxido de níquel(II) NiO Óxido de sodio Na2O Óxido de cromo(VI) CrO3 Óxido de mercurio(I) Hg2O Óxido de cobalto(III) Co3O3 Dióxido de silicio SiO2 Trióxido de diantimonio Sb2O3 Trióxido de diboro B2O3

Fórmula

Nombre

Nombrar las siguientes fórmulas: Fórmula Nombre Cs2O Óxido de cesio CdO Óxido de cadmio MnO Óxido de manganeso(II) MgO Óxido de magnesio Ag2O Óxido de plata P2O3 Trióxido de difósforo I2O5 Pentaóxido de diyodo SO3 Trióxido de azufre SnO2 Óxido de estaño(IV) NO Óxido nítrico

Otros conceptos relacionados que conviene recordar/consultar Óxidos básicos: Son compuestos binarios formados por la combinación de un metal y el oxígeno M2OX Óxidos ácidos: Son compuestos binarios formados por la combinación de un no metal y el oxígeno N2OX

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Compuestos binarios 5/9

QUÍMICA

Formulación química inorgánica Compuestos binarios

PERÓXIDOS Son compuestos binarios formados por la combinación de un metal con el grupo peróxido (O22-). • Ejemplo: Peróxido formado por Ca(2+) y O22-. Fórmula general: Para su formulación: 2X2(O2)n - Se escribe primero el metal y después el grupo peróxido (O2 ). X = metal o no metal - Se intercambian las valencias omitiendo el signo.

Ca 2 O2 2 - En este caso se puede simplificar dividiendo por 2, pero en ningún caso se simplifica el subíndice del grupo peróxido, CaO2. - Se lee de derecha a izquierda peróxido de calcio. En este caso la nomenclatura que se recomienda es la de STOCK Ejemplos: VALENCIA 1 1 2 2

Fórmula H2O2 Na2O2 Ca2O4 = CaO2 Ba2O4 = BaO2

Nomenclatura Peróxido de hidrógeno = = agua oxigenada Peróxido de sodio Peróxido de calcio Peróxido de bario

HIDRUROS Son compuestos binarios formados por la combinación del hidrógeno con cualquier elemento químico. Se dividen en dos grupos: 1. Hidruros metálicos: Formados por un metal más hidrógeno. 2. Hidruros no metálicos: Formados por un no metal más hidrógeno. 1. HIDRUROS METÁLICOS • Ejemplo: Hidruro formado por Cu(1+) y H(-1). Para su formulación: - Se escribe primero el metal y después el hidrógeno. - Se intercambian las valencias omitiendo el signo.

Fórmula general:

MHx

Cu1H 1 = CuH - Se lee de derecha a izquierda hidruro de cobre. Ejemplos: VALENCIA 1 2 3 4

Fórmula NaH FeH2 FeH3 SnH4

N. Sistemática Monohidruro de sodio Dihidruro de hierro Trihidruro de hierro Tetrahidruro de estaño

N. STOCK Hidruro de sodio Hidruro de hierro(II) Hidruro de hierro(III) Hidruro de estaño(IV)

N.Tradicional Hidruro sódico Hidruro ferroso Hidruro férrico Hidruro estánnico

En este caso la nomenclatura que se recomienda es la de STOCK Para nombrar los compuestos se comienza con la palabra hidruro, seguido de la preposición de y el nombre del metal. Entre paréntesis se muestra la valencia.

Autora: Mª Isabel Gómez del Río

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Compuestos binarios 6/9

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Formulación química inorgánica Compuestos binarios

2. HIDRUROS NO METÁLICOS Se pueden clasificar en dos grupos: 2.1. Hidruros formados por la combinación de un no metal con los grupos 13, 14 ó 15 del Sistema Periódico (B, Si, C, Sb, As, P o N) con hidrógeno. 2.2. Hidruros formados por la combinación de hidrógeno con un no metal de los grupos 16 ó 17 (Te, Se, S, O, I, Br, Cl o F). Estos hidruros presentan carácter ácido en disolución acuosa, por lo que reciben el nombre de HIDRÁCIDOS, excepto el agua (H2O). 2.1. Hidruros no metálicos (NO METAL de los grupos 13, 14 ó 15 + HIDRÓGENO) • Ejemplo: Hidruro formado por P(-3) y H(+1). Para su formulación: - Se escribe primero el no metal y después el hidrógeno. - Se intercambian las valencias omitiendo el signo. En todos ellos el hidrógeno actúa con valencia +1 y los no metales de los grupos 13 y 15 (B, Sb, As, P y N) con -3 y los del grupo 14 (B y C) con -4.

P1 H3 = PH 3 - Se lee de derecha a izquierda trihidruro de fósforo, En este caso la nomenclatura que se recomienda es la Sistemática. Ejemplos: VALENCIA 3 3 3 3 3 4 4

Fórmula NH3 PH3 AsH3 BH3 SbH3 CH4 SiH4

N. Sistemática Trihidruro de nitrógeno Trihidruro de fósforo Trihidruro de arsénico Trihidruro de ...