Nomenclatura y formulación de Química Inorgánica PDF

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INTRODUCCIÓN A LA NOMENCLATURA INORGÁNICA Manual realizado por: Joaquina Ferrer y Josefina Jiménez (Profesoras Titulares del Dpto. Química Inorgánica, UZ) La Nomenclatura Química recoge el conjunto de reglas que permiten asignar nombres a sustancias simples (elementos) o compuestas (compuestos). Asimismo, establece los criterios para representar abreviadamente a los elementos mediante el empleo de símbolos y a los compuestos mediante fórmulas. Con el fin de evitar confusiones y homogeneizar pautas para toda la comunidad científica internacional es conveniente seguir las reglas de la IUPAC, International Union of Pure and Applied Chemistry. La NOMENCLATURA INORGÁNICA abarca a todos los elementos y sus compuestos, con la excepción de la mayoría de los compuestos de carbono, a los que se aplican las reglas de la Nomenclatura Orgánica.

1. NOMBRES Y SÍMBOLOS DE LOS ELEMENTOS Las sustancias simples o elementos están formadas por átomos idénticos. Los nombres de los elementos (y de los átomos que los constituyen) cambian con los idiomas, pero no los símbolos que suelen ser abreviaturas de los nombres en inglés o en latín. El símbolo E de un elemento puede acompañarse de información complementaria, según una notación genérica: m A E z n

Z: número atómico = número de protones A: número másico = suma del número de protones y neutrones m: carga eléctrica (con signo + / −). Se usa únicamente para representar iones n: número de átomos que forman la especie molecular más sencilla



Disponible gratuitamente (en versión inglesa) en: (a) http://www.iupac.org/publications/pac/; (b) http://www.chem.qmul.ac.uk/iupac/ Versión española, ver referencia 1 en la página 33 de este documento.

1

Los nombres y símbolos de los elementos de números atómicos (Z) entre 1 y 103 se encuentran recogidos en la Tabla 1. Tabla 1. Nombres y símbolos de los elementos Nombre

Símbolo Z

Nombre

Símbolo

Z

Hidrógeno

H

1

Cinc

Zn

30

Helio

He

2

Galio

Ga

31

Litio

Li

3

Germanio

Ge

32

Berilio

Be

4

Arsénico

As

33

Boro

B

5

Selenio

Se

34

Carbono

C

6

Bromo

Br

35

Nitrógeno

N

7

Kriptón

Kr

36

Oxígeno

O

8

Rubidio

Rb

37

Flúor

F

9

Estroncio

Sr

38

Neón

Ne

10

Itrio

Y

39

Sodio

Na

11

Circonio

Zr

40

Magnesio

Mg

12

Niobio

Nb

41

Aluminio

Al

13

Molibdeno

Mo

42

Silicio

Si

14

Tecnecio

Tc

43

Fósforo

P

15

Rutenio

Ru

44

Azufre (Sulfur)

S

16

Rodio

Rh

45

Cloro

Cl

17

Paladio

Pd

46

Argón

Ar

18

Plata (Argentum)

Ag

47

Potasio

K

19

Cadmio

Cd

48

Calcio

Ca

20

Indio

In

49

Escandio

Sc

21

Estaño

Sn

50

Titanio

Ti

22

Antimonio (Stibium) Sb

51

Vanadio

V

23

Teluro

Te

52

Cromo

Cr

24

Yodo

I

53

Manganeso

Mn

25

Xenón

Xe

54

Hierro (Ferrum)

Fe

26

Cesio

Cs

55

Cobalto

Co

27

Bario

Ba

56

Níquel

Ni

28

Lantano

La

57

Cobre (Cuprum)

Cu

29

Cerio

Ce

58

2

Praseodimio

Pr

59

Plomo (Plumbum)

Pb

82

Neodimio

Nd

60

Bismuto

Bi

83

Promecio

Pm

61

Polonio

Po

84

Samario

Sm

62

Astato

At

85

Europio

Eu

63

Radón

Rn

86

Gadolinio

Gd

64

Francio

Fr

87

Terbio

Tb

65

Radio

Ra

88

Disprosio

Dy

66

Actinio

Ac

89

Holmio

Ho

67

Torio

Th

90

Erbio

Er

68

Protactinio

Pa

91

Tulio

Tm

69

Uranio

U

92

Iterbio

Yb

70

Neptunio

Np

93

Lutecio

Lu

71

Plutonio

Pu

94

Hafnio

Hf

72

Americio

Am

95

Tántalo

Ta

73

Curio

Cm

96

Wolframio

W

74

Berkelio

Bk

97

Renio

Re

75

Californio

Cf

98

Osmio

Os

76

Einstenio

Es

99

Iridio

Ir

77

Fermio

Fm

100

Platino

Pt

78

Mendelevio

Md

101

Oro (Aurum)

Au

79

Nobelio

No

102

Mercurio

Hg

80

Laurencio

Lr

103

Talio

Tl

81

Para Z > 103, los nombres y símbolos recomendados por la IUPAC son: Nombre Rutherfordio Dubnio Seaborgio Bohrio Hassio Meitnerio

Símbolo

Z

Rf Db Sg Bh Hs Mt

104 105 106 107 108 109

Nombre Darmstadtio Roentgenio Copernicio Flerovio Livermorio

3

Símbolo Ds Rg Cn Fl Lv

Z 110 111 112 114 116

Observaciones:  El descubrimiento de nuevos elementos continúa, aunque su elevada inestabilidad dificulta su identificación inequívoca. Además, en los últimos años se han producido discrepancias entre grupos de investigadores que han reivindicado a la vez el descubrimiento de un mismo elemento. Por ejemplo, para el elemento de Z = 104, preparado artificialmente en 1965, los investigadores rusos propusieron el nombre de kurchatovio y el símbolo Ku, mientras que el grupo americano lo llamó rutherfordio, con símbolo Rf. Este último ha sido el nombre finalmente reconocido por la IUPAC.  La IUPAC ha establecido un nombre sistemático y un símbolo de tres letras para los átomos con Z > 100 que no tengan nombre aprobado. Para ellos se usan las raíces numéricas: 0 = nil; 1 = un; 2 = bi; 3 = tri; 4 = cuad (quad); 5 = pent; 6 = hex; 7 = sept; 8 = oct; 9 = enn, y se les añade la terminación “-io” (excepto en bi y tri que al final serían bio y trio). Ejemplo: Para Z = 115 sería: ununpentio, y su símbolo Uup  Se recomienda el uso del término wolframio en lugar de tungsteno para el elemento 74W.  Los nombres entre paréntesis se emplean como raíces para la formación de nombres compuestos. Así, se llaman auratos ciertos compuestos de oro o sulfuros algunos compuestos de azufre, en lugar de usar como raíz las palabras oro o azufre, respectivamente.  Los isótopos de un elemento se nombran con el nombre del elemento unido por un guion a su número másico. Por ejemplo: 18O se nombra: oxígeno18. Los isótopos del hidrógeno son los únicos que poseen un nombre especial, que puede usarse para nombrar a sus compuestos: 1H, protio (H); 2H, deuterio (D); 3H, tritio (T).

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1.1. SUSTANCIAS ELEMENTALES Están constituidas por un solo elemento. Las formadas por moléculas (moleculares) se nombran añadiendo al nombre del átomo el prefijo numeral adecuado. Ejemplos: Ar, Xe : argón, xenón…(especies monoatómicas) Cl2, Br2, H2: dicloro, dibromo, dihidrógeno; P4: tetrafósforo Algunos alótropos tienen también nombres tradicionales aceptados. Ejemplos: O3: ozono; P4: fósforo blanco. Las sustancias no moleculares se nombran como el átomo. Ejemplo: Znx o Zn: cinc. En algunos casos, los alótropos no moleculares tienen también nombres vulgares aceptados. Ejemplos: carbono diamante, carbono grafito, fósforo negro.

1.2. IONES SIMPLES Los iones son átomos o grupos de átomos cargados. Si su carga es negativa se llaman aniones, mientras que si su carga es positiva son cationes. Nombres de los aniones: Homoatómicos: Se añade a la raíz del nombre del elemento la terminación “–uro”, seguido de la carga iónica. Esta última se coloca entre paréntesis, inmediatamente después del nombre del ion y sin espacio entre ellos, y puede omitirse cuando no exista ambigüedad. Para especies homopoliatómicas (formadas por varios átomos del mismo elemento) se coloca, además, el prefijo multiplicativo correspondiente. Hay excepciones en español a la terminación ”–uro” para los aniones derivados del oxígeno y algunos del nitrógeno, como se observa en la Tabla 2. Tabla 2. NOMBRES DE IONES NEGATIVOS SIMPLES −

H − D − F − Cl − Br −

I

hidruro deuteruro fluoruro cloruro bromuro

S22 − Se2 − Te2 − N3 N3 −

disulfuro o disulfuro(2−) selenuro telururo nitruro Azida* o trinitruro(1−)

yoduro

P3

fosfuro

−

5

−

I3− − O2 − O22 O2 − − O3 − S2

triyoduro o triyoduro(1-) óxido peróxido o dióxido(2−) superóxido o dióxido(1−) ozónido o trióxido(1−) sulfuro

arsenuro antimonuro carburo acetiluro o dicarburo(2−) siliciuro boruro

As3 − Sb3 − C4 − C 22 − Si4 − B3 −

(*) A pesar de que en el diccionario de la RAE aparece “acida”, en lugar de azida, el origen etimológico y la conexión nemónica se pierden si al traducir el término al español no se permite la pequeña excepción de usar la letra z delante de una vocal débil. Así se considera también en la traducción y adaptación al español de las recomendaciones de la IUPAC de 2005 (ver referencia 1 al final de este documento).

Nombres de los cationes: El nombre de un catión monoatómico (formado por un solo átomo) es el mismo que el del átomo, añadiendo entre paréntesis después del nombre del átomo la carga con el signo más o el estado de oxidación, que pueden omitirse cuando no haya ambigüedad. Na+ : catión sodio (1+) o sodio (I)

Cr 3+: catión cromo (3+)

Los cationes homopoliatómicos (formados por varios átomos del mismo elemento) se nombran añadiendo el número de carga al nombre del elemento con el prefijo multiplicador adecuado. O2+: dióxigeno(1+)

Hg22+: dimercurio(2+)

1.3. LA TABLA PERIÓDICA DE LOS ELEMENTOS En la tabla periódica actual los elementos están ordenados por orden creciente de su número atómico Z, de forma que en un mismo grupo (columna vertical) se encuentran los elementos cuyos átomos presentan el mismo tipo de configuración electrónica externa en su estado fundamental. En consecuencia, los elementos del mismo grupo presentan similitudes en sus propiedades físicas y químicas. Se admite el uso de nombres colectivos para ciertos grupos de elementos. Gases Nobles: Grupo 18; He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn Halógenos: Grupo 17; F, Cl, Br, I , At Calcógenos: Grupo 16; O, S, Se, Te, Po Pnictógenos (poco usado): Grupo 15; N, P, As, Sb, Bi.



También se usa el nombre alternativo de pnicógenos.

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Metales alcalinos: Grupo 1; Li, Na, K, Rb, Cs, Fr Metales alcalinotérreos: Grupo 2; Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra Metales de las tierras raras: Sc, Y y lantánidos Lantánidos (o lantanoides): Elementos 57 a 71 (La-Lu, ambos incluidos) Actínidos (o actinoides): Elementos 89 a 103 (Ac-Lr, ambos incluidos) La Tabla Periódica actual está dividida en 18 grupos o columnas y 7 períodos o filas. La IUPAC recomienda la numeración de los grupos desde el 1 hasta el 18. Ello pretende acabar con la confusión a la que da lugar el empleo de las nomenclaturas anteriores que empleaban las letras A y B, y los números romanos del I al VIII. Según la configuración electrónica externa dividimos, asimismo, los elementos en los bloques siguientes: Bloque “s”: Grupos 1 y 2

Bloque “p”: Grupos 13-18

Bloque “d”: Grupos 3 –12

Bloque “f”: Lantánidos y actínidos.

Por último, podemos hacer una clasificación más general, dividiendo los elementos en dos grandes clases: metales y no metales. La llamada “línea diagonal” divide estos dos grupos de elementos (metales y no metales), aunque algunos elementos situados cerca de dicha línea tienen propiedades intermedias entre ambos y se les conoce como semimetales o metaloides. Los metales incluyen: grupos 1-12 (excepto H), Al, Ga, In, Tl, Sn, Pb, Bi, Po. Los no metales: C, N, P, O, S, Se, F, Cl, Br, I, grupo 18. Se suelen considerar elementos semimetálicos: B, Si, Ge, As, Sb, Te, At.

2. NOMBRES Y FÓRMULAS DE LOS COMPUESTOS 2.1. ESTADO DE OXIDACIÓN (E.O.) También llamado número o índice de oxidación. Es la carga iónica o la carga de un átomo combinado si le asignamos los pares de electrones de cada enlace al elemento más electronegativo. El estado de oxidación se indica, normalmente, con números romanos encerrado entre paréntesis que sigue inmediatamente al nombre del elemento al que se refiere. Puede ser un 7

número positivo, negativo o cero (representado por el número 0). Se sobreentiende que un número de oxidación es siempre positivo, a menos que se use explícitamente el signo menos (−). Los números de oxidación fraccionarios no se usan en nomenclatura. Reglas sencillas para asignar estados de oxidación: - El estado de oxidación de un átomo en un elemento (sin combinar) es cero. - El estado de oxidación de un ion monoatómico coincide con su carga. - El estado de oxidación más alto de un elemento no puede exceder su “número de electrones de valencia” (electrones en orbitales de mayor valor de n). - El estado de oxidación de los elementos del bloque “s” en sus compuestos coincide con su número de grupo: (para los alcalinos, E.O. = I y para los alcalino-térreos, E.O. = II). - El estado de oxidación del flúor en sus compuestos es siempre –I. - Para los elementos del bloque “p” se pueden presentar varios estados de oxidación; los E. O. positivos más comunes varían en dos unidades. Por ejemplo, los E.O. más habituales de los elementos del grupo 15 son V y III. - Los elementos del bloque “d” presentan una gran variedad de estados de oxidación positivos, que generalmente cambian en una unidad. Para estos elementos, además de los electrones de la capa de valencia, pueden ponerse en juego en la formación de enlaces los electrones de orbitales “(n−1)d”. - El estado de oxidación del hidrógeno en sus compuestos es habitualmente +I, excepto en sus combinaciones con elementos menos electronegativos que él (en ese caso, es –I). - El estado de oxidación del oxígeno en sus compuestos es habitualmente –II, excepto en: peróxidos, donde es –I; superóxidos, donde es −1/2; ozónidos, −1/3.

- La suma algebraica de los estados de oxidación de los átomos multiplicados por los correspondientes subíndices es cero para un compuesto neutro e igual a su carga para un ion. Ejemplos: H2SO4: (2 x 1) + 6 + [4 x (−2)] = 0. 8

PO43−: 5 + [4 x (−2)] = −3

Conviene advertir que no se recomienda el uso de números de oxidación al nombrar iones homopoliatómicos para evitar ambigüedades. Los números de oxidación se refieren a los átomos individuales del elemento en cuestión, incluso si están unidos a un nombre que contiene un prefijo multiplicador. Ejemplo: Hg22+, dimercurio(2+), utilizando números de oxidación se llamaría dimercurio(I).

E.O. positivos más frecuentes de los elementos de los grupos 13-15 13

14

15

B, Al, Ga: +3

C, Si: +4, +2

P: +5,+3

In: +3,+1

Ge, Sn: +4, +2

As, Sb: +5,+3

Tl: +3,+1

Pb: +4,+2

Bi:+3

E.O. positivos más frecuentes de los metales de transición 3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Sc

Ti

V

Cr

Mn

Fe

Co

Ni

Zn

+3

+2 +3 +4

+2 +3 +4 +5

+2 +3 +4 +5 +6

+2 +3 +4 +5 +6 +7

+2 +3

+2 +3

+2 +3 +4

Cu +1 +2

Tc

Ru

Pd

+4

Ag +1 +2 +3

Cd

+2 +3 +4

Rh +1

Au +1

Hg +1 +2

Y

Zr

Nb

Mo

+3

+2 +3 +4

+2 +3 +4 +5

+2 +3 +4 +5 +6

+6 +7

+2

+6

+3 +4

+2 +4

+2

+6

+6 +8

La

Hf

Ta

W

Re

Os

+3 +4

+3 +4 +5

+2 +3 +4 +5 +6

+2

+3

+2 +3 +4

+3 +4

+6

+6

+4 +5 +6 +7

Ir +1

Pt +2 +4

+3

+8 Nota: El E.O. se indica normalmente con números romanos. En subrayado se muestra el E.O. más estable.

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2.2. TIPOS DE FÓRMULAS Fórmula empírica o unidad fórmula: Se forma por yuxtaposición de los símbolos atómicos con los subíndices adecuados, de forma que se exprese la composición estequiométrica del compuesto de la forma más simplificada (la relación de números enteros más sencilla). Se suele emplear:  Para sustancias que no contienen moléculas (redes iónicas, metálicas, covalentes no moleculares): NaCl, Na, SiO2  Para sustancias con moléculas de masa molecular relativa variable con la temperatura o con otros parámetros y, también, para los polímeros. Ejemplos: S en lugar de S8, P en lugar de P4. Fórmula molecular: Representa la composición estequiométrica real de la molécula. Se usa para sustancias formadas por moléculas. Ejemplos: O2, NH3, H2O, P4O10 en lugar de P2O5, Hg2C...