Capitulo III - FORMULACIÓN Y NOMENCLATURA INORGÁNICA PDF

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FORMULACIÓN Y NOMENCLATURA INORGÁNICA...

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CAPITULO III: FORMULACIÓN Y NOMENCLATURA INORGÁNICA 1. INTROUCCIÓN La Química tiene un lenguaje propio para nombrar a las sustancias puras, sean simples o compuestos. Este lenguaje constituye la nomenclatura química. Se completa con una forma abreviada de escribir dichos nombres, que nos informa, además, de la composición de la sustancia y constituye la notación o formulación química. El lenguaje químico se ha ido formando a medida que la Química se desarrollaba. La nomenclatura actual se encuentra sistematizada mediante reglas propuestas por la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC). Sin embargo, junto con estas reglas, se emplean nombres más antiguos, nombres comerciales o vulgares que resultan difíciles de desarraigar. Nosotros indicaremos ambos tipos de nomenclatura: sistemática (IUPAC) y funcional (tradicional). El objetivo de la formulación y nomenclatura química es que a partir del nombre de un compuesto sepamos cuál es su fórmula y a partir de una formula sepamos cuál es su nombre. Antiguamente esto no era tan fácil, pero gracias a las normas de la I.U.P.A.C. la formulación puede llegar a ser incluso entretenida. Lo primero que debemos saber es que los compuestos son eléctricamente neutros, excepto los iones cuando los formulemos aparte. Es decir, la carga que aporten todos los átomos de un compuesto tiene que ser globalmente nula, debemos tener en un compuesto tantas cargas positivas como negativas. Pero para saber cuál es la carga que aporta cada átomo empleamos un concepto muy útil que se llama número de oxidación. 2. NOTACIÓN: La notación establece el origen de los nombres de los elementos químicos de acuerdo a muchos factores por ejemplo:

a) Llevan los nombres con los que se conocían en la antigüedad Ferrum: Hierro Argentinum: Plata Aurum: Oro Cuprum: Cobre - 1 -

b) De acuerdo con las propiedades más comunes Cloro: Verde Bario: Pesado Bromo: Fétido c) Llevan nombres de planetas Telurio: Tierra Selenio: Luna Mercurio: Mercurio d) Nombres de Regiones y naciones Europio: Europa Americio: América Galio: Región Galia Francio: Francia e) Nombres de sus descubridores y científicos Einstenio: Einstein Mendelevio: Mendelev Los elementos se ordenan, teniendo en cuenta sus propiedades químicas, en la Tabla Periódica. En esta tabla, las columnas reciben el nombre de grupos y las filas el de períodos. Además se clasifican en metales y no metales. Los metales son elementos que tienen gran tendencia a perder electrones formando iones positivos y los no metales, a ganarlos, dando iones negativos. El carácter metálico aumenta en la Tabla Periódica al desplazarnos hacia la izquierda y hacia abajo. VALENCIA: Es un número entero que indica la capacidad de combinación de un átomo. Dicho de otra forma es el número de electrones que tiene un elemento en su último nivel de energía. Estos electrones son los que un átomo pone en juego durante una reacción química o para establecer un enlace con otro elemento. Hay elementos con más de una valencia, por ello se reemplaza a este concepto con el de números de oxidación que finalmente representa lo mismo. Número de oxidación: El número de oxidación es positivo si el átomo pierde electrones o los comparte con un átomo que tenga tendencia a captarlos. Y será negativo cuando un átomo gane electrones o los comparta con un átomo que tenga tendencia a ceder electrones. Basta con conocer el número de oxidación de los elementos que tienen un único número de oxidación, que son pocos, y es muy fácil deducirlo a partir de las configuraciones electrónicas. Estos números de oxidación aparecen en la tabla siguiente. Tabla 1: Números de oxidación

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TABLA PERIÓDICA DE LOS ELEMENTOS Metales alcalinos

Metales alcalinoterreos 

Carbonoi- Nitrogenoideos deos

IIIa

IVa

Térreos

Ia

Va

Anfígenos

Halógenos Gases nobles 

VIa

VIIa

VIIIa

IIa 1º

H +1 -1

He 2

1

0 Helio

Hidrógeno Be 4

B

+1

+2

+3–3

±4+2

Litio

Berilio

Boro

Carbono

Na 11

Mg 12

Al 13

Si 14

+1

+2

+3

±4+2

P 15 -3 +1+3+5

Sodio

Magnesio

Aluminio

Silicio

Fósforo

Ge 32

Li 2º

3º

K 4º

5º

6º

7º

3

19

Metales de transición

Ca 20

Zn 30

Ga 31

+2+3 +2+4 +6+7 Manganes Hierro

+2+3

+2+3

+1+2

+2

+3

Cobalto

Niquel

Cobre

Cinc

Galio

As 33 -3 +1+3 +4+2 +5 Germanio Arsénico

Tc 43

Rh 45

Pd 46

Ag 47

Cd 48

In 49

Sn 50

+1

+2

+3

+4+2

+2+3 +6 Cromo

Nb 41

Mo 42

Titanio Zr 40

23

+1

+2

Potasio

Calcio

Escandio

Rb 37

Sr 38

Y

+1

+2

Rubidio

Estroncio

Ytrio

Circonio

Niobio

Molibdeno Tecnecio

Cs 55

Ba 56

La 57

Hf 72

Ta 73

W

+1

+2

Cesio

Bario

Lantano

Fr 87

Ra 88

Ac 89

+1

+2

Francio

Radio

Hafnio 104

Tántalo

74

Re 75

Wolframio Renio

Fe 26

O

8

0

Flúor

Neón

S 16 -2 +2+4 +6 Azufre

Cl 17 -1 +1+3 +5+7 Cloro

Ar 18

Se 34 -2 +2+4 +6 Selenio

Br 35 -1 +1+3 +5+7 Bromo

Kr 36

Te 52 -2 +2+4 +6 Teluro

I 53 -1 +1+3 +5+7 Iodo

Xe 54

At 85 -1 +1+3 +5+7 Astato

Rn 86

Rodio

Paladio

Plata

Cadmio

Indio

Estaño

Os 76

Ir 77

Pt 78

Au 79

Hg 80

Tl 81

Pb 82

Bi 83

Po 84

+1+3

+1+2

+3

+4+2

Oro

Mercurio

Talio

Plomo

+1+3 +5 Bismuto

+2+4 +6 Polonio

Iridio

Platino

105

58 Th

Metales de transición interna Pr 59 Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho 60 61 62 63 64 65 66 67

Er 68 Tm Yb Lu 69 70 71

Prase Erbio Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102

Lr 103 Lawre

- 4 -

Ne 10

-1

Rutenio

Osmio

9

Oxígeno

Sb 51 -3 +1+3 +5 Animonio

Ru 44

F

-2

Actinio

Ce

90

39

N 7 -3 +1+3+5 +2+4 Nitrógeno

Cu 29

Vanadio

V

6

Ni 28

Mn 25

Ti 22

C

Co 27

Cr 24

Sc 21

5

0 Argón

0 Criptón

0 Xenón

0 Radón

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3. TIPOS DE SUSTANCIAS: SUSTANCIAS SIMPLES O ELEMENTOS Y COMPUESTOS. En la naturaleza es poco corriente encontrarse con sustancias puras, lo normal es encontrarlas mezcladas. Es tarea de los químicos obtener, a partir de las mezclas, las sustancias puras que las forman. A. Sustancia pura es una porción de materia homogénea cuya composición y propiedades son características e invariables. Llamamos molécula a la cantidad más pequeña de una sustancia pura que conserva las propiedades de la misma. Las moléculas se forman por la unión (enlace químico) de átomos de los diferentes elementos. La fórmula de una sustancia suele indicar la composición de sus moléculas; así el agua, H2O, está formada por moléculas que son la unión de dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno.Algunas sustancias puras son simples o sustancias elementales y otras son compuestos. Las moléculas de las primeras están formadas por un solo tipo de átomos, mientras en los compuestos hay átomos de varias clases, como por ejemplo el agua. B. Sustancias elementales. Sus moléculas están formadas por agrupaciones de átomos del mismo elemento. Las moléculas de los gases nobles son monoatómicas. Su nombre y símbolo son los mismos que los de los átomos: Helio(He), Neón(Ne), Argón(Ar), Kriptón(Kr), Xenón(Xe) y Radón(Rn), y su valencia es cero. Los elementos que forman redes atómicas de enlace metálico o covalente pueden representarse también como si estuviesen formados por moléculas monoatómicas. Son los metales, el Carbono y el Silicio. Ej.: Na, K, Fe, Ag, C, Si,... Los gases más corrientes tienen sus moléculas di, tri, y tetratómicas: - Hidrógeno (H2), Oxígeno (O2), Nitrógeno (N2), Flúor (F2), Cloro (Cl2), Bromo (Br2) y Iodo (I2). - El Oxígeno también forma moléculas triatómicas O3 en el compuesto "ozono". - El Azufre presenta varias formas moleculares o formas alotrópicas: en estado vapor (S2), rómbico (S8), amorfo (Sn). - Las sustancias simples tetratómicas son: Fósforo blanco (P 4), Arsénico (As4) y Antimonio (Sb4). C. Sustancias compuestas o simplemente compuestos. Sus moléculas están constituidas por unión de dos o más tipos de elementos. Así podemos clasificarlos en compuestos binarios, ternarios o cuaternarios. 4. FORMULACIÓN El elemento que se escribe a la izquierda es el más electropositivo (el que tiene número de oxidación positivo), y a la derecha se escribe el más electronegativo (el que tiene número de oxidación negativo). Estas posiciones en general coinciden con la localización que tienen estos elementos en la tabla periódica, los electropositivos a la izquierda y los electronegativos a la derecha. Ejemplos:

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KBr: bromuro de potasio

CaO: óxido de calcio

NaNO3: Nitrato de sodio

KH: hidruro de potasio

NaCl: Cloruro de sodio

CaBr2: bromuro de calcio

Como las moléculas son neutras (carga total nula), el número de oxidación aportado por la parte electronegativa debe ser igual, en valor absoluto, al aportado por la parte electropositiva. Para conseguirlo, el procedimiento más utilizado es intercambiar las valencias o los números de oxidación, y como norma general, aunque con excepciones, simplificar los subíndices resultantes cuando sea posible. Ejemplos: Ca2+ + Cl-1 → CaCl2 Pb4+ + O-2 → Pb2O4 →PbO2 I7+ + O-2 → I2O7 4.1.

NORMAS DE LA NOMENCLATURA

La nomenclatura se encarga de asignar nombres a los compuestos químicos, dependiendo de su función química, a través de ciertas reglas. Las reglas van a depender del sistema de nomenclatura que se emplee, los más comunes son: a) Nomenclatura sistemática o de base estequiométrica. IUPAC b) Nomenclatura de Stock c) Nomenclatura tradicional a) NOMENCLATURA SISTEMÁTICA O IUPAC Se utilizan prefijos numerales griegos hasta doce, y de trece en adelante números árabes: mono, di, tri, tetra, penta, hexa, hepta, octa, enea, deca, endeca, dodeca , 13, 14, etc. Están permitidos también hemi para la relación 1:2 y sesqui para 2:3. Ejemplos:

FeCl3: tricloruro de hierro

CaBr2: dibromuro de calcio

Cl2O5: pentaóxido de dicloro

Pb(OH)4: tetrahidróxido de plomo

Br2O7: heptaóxido de dibromo.

N2O: Oxido de dinitrogeno

NO: Monoxido de nitrógeno

N2O3: Trioxido de dinitrogeno

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CO: Monoxido de carbono

CO2: Dioxido de carbono

b) NOMENCLATURA DE STOCK. Se coloca la valencia o número de oxidación en números romanos, entre paréntesis, a continuación del nombre del elemento. Cuando sea necesario se utiliza el número árabe cero. “Si la valencia es constante no es necesario indicarla”. Se nombran primero el elemento electronegativo, seguida de la del elemento que lo conforme (electropositivo) a y a continuación, si tiene varias valencias, se pone la valencia del elemento entre paréntesis y con números romanos. Ejemplos:

FeCl3: Cloruro de hierro (III)

SnH2: hidruro de estaño (II)

Cu2O: óxido de cobre (I)

Hg (OH)2: hidróxido de mercurio (II)

HClO2: ácido dioxoclórico (III)

H2SO4: tetraoxosulfato hidrógeno

Na2O: Oxido de sodio

MgO: Oxido de magnesio

Fe2O3: Óxido de hierro (III)

FeO: Óxido de hierro (II) CrO3: Oxido de cromo (VI)

(VI)

de

TiO2: Oxido de titanio (IV) Cu2O: Oxido de cobre (I) CuO: Oxido de cobre (II) c) NOMENCLATURA TRADICIONAL. Es el sistema más antiguo y consiste en designar el estado de mayor valencia por la terminación “ico” y el de menor valencia mediante la terminación “ oso”; cuando existe un solo número de valencia puede emplearse la terminación “ ico”. Si tiene más de dos valencias, se emplean los prefijos HIPO..OSO; …OSO; …ICO y PER….ICO, de menor y a la mayor valencia. La I.U.P.A.C. (International Union of Pure and Applied Chemistry) ha desaconsejado su utilización, pues es confusa cuando el elemento tiene más de dos valencias, no es aplicable a los compuestos de coordinación y exige recordar todas las valencias. Ejemplos: FeCl3: cloruro férrico

CuO: óxido cúprico

Pb(OH)2: hidróxido plumboso

HgH2: hidruro mercúrico

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SnSO4: sulfato estañoso

HClO: Ac. Hipocloroso

HClO2: Ac. Cloroso

HClO3: Ac. Clorico

HClO4: Ac. Perclórico

H2SO3: Ac. Sulfuroso HNO2: Ac. Nitroso

H2SO4: Ac. Sulfuric H3PO3: Ac. Fosforoso o fosfonico HNO3: Ac. Nítrico H2CO3: Ac. Carbonico H3PO4: Ac. Fosforico H2Cr2O7: Ac. dicromico H2CrO4: Ac. Cromico HMnO4: Ac. permanganico H2MnO4: Ac. Mangánico

5. COMPUESTOS BINARIOS. Son aquellos compuestos formados por dos clases de átomos. Para formular los compuestos binarios se escriben los símbolos de los átomos y después se pone como subíndice de cada uno la valencia del otro, simplificando los subíndices cuando sea posible. El elemento que posee carácter metálico figura en primer lugar. Si ninguno de los elementos es metálico, se coloca en primer lugar el menos electronegativo. La condición para que la fórmula de un compuesto esté bien escrita es que, la suma de los productos del número de átomos de un elemento por su valencia (con su signo) debe ser nula. Esta regla está basada en que las sustancias deben ser eléctricamente neutras. El elemento más electronegativo actúa con valencia negativa, y el otro u otros, con positiva. 5.1.

COMBINACIONES BINARIAS DEL HIDRÓGENO: HIDRUROS.

Son los compuestos binarios formados por la unión de cualquier elemento de la tabla periódica y el hidrógeno. Se formulan de acuerdo con las normas generales anteriormente expuestas y teniendo en cuenta el orden en las combinaciones binarias entre no metales. Pueden ser de dos tipos: Hidruros metálicos y no metálicos. 5.1.1. HIDRUROS METÁLICOS. Compuestos formados por la unión de un metal y el hidrógeno. El hidrógeno actúa con valencia –1, porque es más electronegativo que los metales que actúan con positiva. Para nombrar a los compuestos de la FAMILIA 1A y 2A por medio de las reglas de la nomenclatura stock no es necesario colocar las valencias entre paréntesis. 1−¿ MH=Metal + H ¿ Ejemplos:

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FORMUL A LiH NaH KH RbH CsH FrH BeH2 MgH2 CaH2 SrH2 BaH2 RaH2 ZnH2 CdH2 CuH CuH2 HgH HgH2 AuH AuH3 FeH2 FeH3 CoH2 CoH3 NiH2 NiH3 SnH2 SnH4 PbH2 PbH4 PtH2 PtH4 PdH2 PdH4 CrH2 CrH3 MnH2

N.TRADICIONAL

N. STOCK

N. SISTEMATICA O IUPAC

FAMILIA 1A Hidruro de litio Monohidruro de litio Hidruro de sodio Monohidruro de sodio Hidruro de potasio Monohidruro de potasio Hidruro de rubidio Monohidruro de rubidio Hidruro de cesio Monohidruro de cesio Hidruro de francio Monohidruro de francio FAMILIA 2A Hidruro berilico Hidruro de berilio Dihidruro de berilio Hidruro magnésico Hidruro de magnesio Dihidruro de magnesio Hidruro cálcico Hidruro de calcio Dihidruro de calcio Hidruro estroncico Hidruro de estroncio Dihidruro de estroncio Hidruro barico Hidruro bario Dihidruro de de bario Hidruro radico Hidruro de radio Dihidruro de radio Hidruro zinico Hidruro de zinc Dihidruro de zinc Hidruro cadmico Hidruro de cadmio Dihidruro de de cadmio +1; +2 Hidruro cuproso Hidruro de cobre (I) hidruro de cobre Hidruro cúprico Hidruro de cobre (II) Dihidruro de cobre Hidruro mercurioso Hidruro de mercurio (I) Hidruro de mercurio Hidruro mercúrico Hidruro de mercurio (II) Dihidruro de de mercurio +1; +3 Hidruro auroso Hidruro de oro (I) Monohidruro de oro Hidruro áurico Hidruro de oro (III) Dihidruro de oro +2; +3 Hidruro ferroso Hidruro de hierro (II) Dihidruro de hierro Hidruro férrico Hidruro de hierro (III) Trihidruro de hierro Hidruro cobaltoso Hidruro de cobalto (II) Dihidruro de cobalto Hidruro cobaltico Hidruro de cobalto(III) Trihidruro de cobalto Hidruro niqueloso Hidruro de niquel (II) Dihidruro de niquel Hidruro niquelico Hidruro de niquel (III) Trihidruro de niquel +2; +4 Hidruro estañoso Hidruro de estaño (II) Dihidruro de estaño Hidruro estanico Hidruro de estaño (IV) Tetrahidruro de estaño Hidruro plumboso Hidruro de plomo (II) Dihidruro de plomo Hidruro plúmbico Hidruro de plomo (IV) Tetrahidruro de plomo Hidruro platinoso Hidruro de platino (II) Dihidruro de platino Hidruro platinico Hidruro de platino (IV) Tetrahidruro de platino Hidruro paladoso Hidruro de paladio (II) Dihidruro de paladio Hidruro paládico Hidruro de paladio (IV) Tetrahidruro de paladio Elementos anfóteros Mn2+; 3+; Cr2+; 3+ Hidruro cromoso Hidruro de cromo (II) Dihidruro de cromo Hidruro cromico Hidruro de cromo (III) Trihidruro de cromo Hidruro manganoso Hidruro de manganeso Dihidruro de manganeso (II) Hidruro lítico Hidruro sódico Hidruro potásico Hidruro rubidico Hidruro cesico Hidruro fráncico

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MnH3

Hidruro manganico

AlH3 AgH

Hidruro aluminico Hidruro argentico

Hidruro de manganeso (III) Al+3; Ag+1 Hidruro de aluminio (III) Hidruro de plata (I)

Trihidruro de menaganeso

Trihidruro de aluminio Hidruro de plata

5.1.2. HIDRUROS NO METÁLICOS. Compuestos formados por la unión de un elemento no metálico y el hidrógeno. Hay que distinguir entre los no metales de los grupos IIIa, IVa y Va, en los que él no metal actúa con valencia positiva, que los de los grupos VIa y VIIa, en que el no metal es negativo. Hidruros de F, Cl, Br, I, S, Se, Te: terminación en “uro” de estos no metales (fluoruro, cloruro, ...). Las disoluciones acuosas tienen carácter ácido (hidrácidos): ácido no metal-hídrico, tienen el carácter ácido debido a que al ponerlos en disolución acuosa liberan iones H+.

1+¿+No metal ME=H ¿ Ejemplos: FORMUL A HF (ac) HCl(ac) HBr(ac) HI(ac) H2S(ac) H2Se(ac) H2Te(ac) NH3 PH3 N2H4 AsH3 SbH3 BH3 CH4 SiH4 H2O

N.TRADICIONAL

N. STOCK

ÁCIDOS HIDRÁCIDOS Ácido fluorhídrico Fluoruro de hidrogeno Ácido clorhídrico Cloruro de hidrogeno Ácido bromhídrico Bromuro de hidrogeno Ácido yodhídrico Yoduro de hidrogeno Ácido sulfhídrico Sulfuro de hidrogeno Ácido selenhídrico Selenuro de hidrogeno Ácido...