Teoría de fotmulación orgánica e inorgánica primer curso PDF

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Teoría de fotmulación orgánica e inorgánica sin ejercicios para el parcial. Nota necesaria: Un 7...

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GRADOS EN INGENIERÍA MECÁNICA, ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA FORMULACION Y NOMENCLATURA QUÍMICA

I.- FORMULACIÓN Y NOMENCLAURA DE COMPUESTOS INORGÁNICOS INTRODUCCIÓN 1.- LOS ELEMENTOS 1.1.- Nombres y símbolos de los elementos 1.2.- Números de oxidación y nomenclatura de iones simples 2.- COMPUESTOS BINARIOS 2.1.- Compuestos binarios con hidrógeno 2.2.- Compuestos binarios con oxígeno 2.2.1.- Óxidos 2.2.2.- Peróxidos 2.3.- Otros compuestos binarios 2.3.1.- Compuestos de un metal y un no metal o sales binarias 2.3.2.- Compuestos de dos no metales 3.- HIDRÓXIDOS 4.- ÁCIDOS OXOÁCIDOS 5.- SALES 5.1.- Sales neutras 5.2.- Sales ácidas 5.2.1.- Derivadas de ácidos oxoácidos 5.2.2.- Derivadas de ácidos hidrácidos 6.- IONES HETEROPOLIATÓMICOS 6.1.- Cationes 6.2.- Aniones 7.- ÓXIDOS, HIDRÓXIDOS Y SALES DOBLES 8.- COMPUESTOS DE ADICIÓN II.- FORMULACIÓN Y NOMENCLAURA DE COMPUESTOS ORGÁNICOS 1. - HIDROCARBUROS 1.1.- Hidrocarburos alifáticos 1.1.1.- Hidrocarburos saturados: alcanos 1.1.2.- Hidrocarburos insaturados: alquenos y alquinos 1.2.- Hidrocarburos aromáticos 2.- COMPUESTOS CON GRUPOS FUNCIONALES 2.1.- Compuestos con grupos funcionales con enlaces sencillos 2.1.1.- Halogenuros de alquilo 2.1.2.- Alcoholes 2.1.3.- Éteres 2.1.4.- Aminas 2.2.- Compuestos con grupos funcionales con enlaces múltiples 2.2.1.- Aldehídos 2.2.2.- Cetonas 2.2.3.- Nitrilos 2.2.4.- Ácidos carboxílicos 1

I.- FORMULACIÓN Y NOMENCLAURA DE COMPUESTOS INORGÁNICOS INTRODUCCIÓN Los nombres y símbolos de todos los elementos químicos que se conocen se encuentran recogidos en la Tabla Periódica, en la que se muestran en orden creciente de número atómico (Z), es decir, del número de protones que contiene el núcleo de un átomo de cada elemento.

Figura 1. Tabla Periódica de los elementos

De forma general, y prescindiendo de los gases nobles, podemos decir que en la parte inferior izquierda de la Tabla Periódica se encuentran los metales (elementos más electropositivos), mientras que en la parte superior derecha de la misma se encuentran los no metales (elementos más electronegativos). A pesar de que no coincide exactamente con el orden correcto de electronegatividades de los elementos, la IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry), en el ámbito de la nomenclatura de compuestos inorgánicos, recomienda que se considere al oxígeno menos electronegativo que a cualquiera de los halógenos (elementos del grupo 17), estableciendo por convenio la siguiente secuencia.

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Figura 2. Convenio que establece la secuencia de los elementos según su electronegatividad De acuerdo con las nuevas normas de nomenclatura sistemática de la IUPAC, las sustancias inorgánicas pueden ser nombradas utilizando tres formas diferentes:  Nomenclatura de composición (o estequiométrica)  Nomenclatura de sustitución  Nomenclatura de adición Sus principales características son:  Nomenclatura de composición (o estequiométrica) Se basa en la composición (no en la estructura) de la sustancia, que se puede indicar de tres maneras diferentes: a) Usando los prefijos multiplicadores mono-, di-, tri-, etc. para compuestos sencillos y bis-, tris-, tetrakis-, etc. para sustancias más complejas. El prefijo mono- solo resulta necesario si hay posibilidad de confusión. Cuando se utilicen prefijos no se pueden realizar contracciones (no es correcto, por ejemplo, tetróxido, pentóxido…), excepto en el caso de "monóxido", contracción que sí es aceptada. b) Mediante los números de oxidación (en adelante N.O.) escritos con números romanos entre paréntesis justo al lado del nombre del elemento (sin dejar ningún espacio). Si el elemento sólo tiene un N.O., éste no se ha de indicar. c) En compuestos iónicos, utilizando los números de carga (en adelante N.C.) escritos con números arábigos (primero el número y después el signo) y entre paréntesis tras el nombre del elemento (sin dejar ningún espacio). Si el elemento sólo tiene un N.O., no se indica el N.C.  Nomenclatura de sustitución Parte de los nombres de los hidruros progenitores (que se verán en el apartado 2.1, correspondiente a la nomenclatura de compuestos binarios con hidrógeno), que se pueden modificar sustituyendo los átomos de hidrógeno por otros átomos o grupos. Los nombres se forman citando como prefijos o sufijos los grupos sustituyentes de los átomos de hidrógeno, unidos sin ninguna separación en el nombre del hidruro progenitor. Esta nomenclatura sólo es recomendada por la IUPAC para los hidruros progenitores y sus derivados y se aplica fundamentalmente a compuestos orgánicos.  Nomenclatura de adición El nombre se construye poniendo los nombres de los ligandos, por orden alfabético, y con prefijos numéricos si fuera necesario, como prefijos del nombre del átomo central. Esta nomenclatura es especialmente indicada para los oxocompuestos, si bien es la menos empleada.

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1.- LOS ELEMENTOS 1.1.- Nombres y símbolos de los elementos De manera general se denominan con el nombre del elemento químico correspondiente. Cuando un elemento se encuentra en la naturaleza en forma de sustancia molecular, su nombre se basa en el número de átomos que tenga la molécula y se indica con el correspondiente prefijo multiplicador. Se aceptan los nombres oxígeno para el dioxígeno (O2), ozono para el trioxígeno (O3) y fósforo blanco para el tetrafósforo (P4), pero no los de hidrógeno para el H2 (dihidrógeno), nitrógeno para el N2 (dinitrógeno), etc. El prefijo mono- se utiliza sólo para los casos en los que el elemento no se encuentra en la naturaleza en estado monoatómico. Fórmula Ag Fe H H2 N2 P4 O2 O3 S8 F2

Nombre sistemático plata hierro monohidrógeno dihidrógeno dinitrógeno tetrafósforo dioxígeno trioxígeno octaazufre diflúor

Nombre aceptado

fósforo blanco oxígeno ozono

1.2.- Números de oxidación y nomenclatura de iones simples El número de oxidación de un elemento equivale al número de cargas positivas o negativas que se le asigna cuando forma parte de un compuesto o cuando se le considera como un ion aislado.

Figura 3. Números de oxidación más frecuentes de algunos elementos

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Los N.O. más usuales de los elementos del sistema periódico suelen aparecer junto a ellos en las tablas periódicas. En gran cantidad de compuestos se puede deducir el N.O. de los elementos que lo forman aplicando unas sencillas reglas: 1.- En un elemento el N.O. de los átomos es 0. 2.- La suma de los N.O. de los átomos que constituyen un compuesto o ion multiplicados por sus correspondientes subíndices es igual a la carga del compuesto o ion. 3.- El hidrógeno actúa con N.O. –1 en los compuestos binarios con metales y +1 en los demás compuestos. 4.- El oxígeno actúa con N.O. –1 en los peróxidos metálicos y –2 en los demás compuestos (excepto en los halogenuros de oxígeno). 5.- En los compuestos binarios actúa con N.O. negativo (y se escribe el último en la fórmula) el elemento más electronegativo según el convenio de la Figura 1. En cuanto a la nomenclatura de iones simples, los cationes monoatómicos se nombran con el N.C. entre paréntesis a continuación del nombre del elemento. Para los homonucleares (aquellos formados por más de un átomo del mismo elemento) se añade el correspondiente prefijo multiplicador. Fórmula catión Na+ Cr3+ Cu+ Cu2+ H+ Fe3+ Hg22+

Nombre con N.C. sodio(1+) cromo(3+) cobre(1+) cobre(2+) hidrógeno(1+) hierro(3+) dimercurio(2+)

Nombre aceptado

hidrón

En cuanto a los aniones, se nombran añadiendo el sufijo -uro (excepto en el caso del oxígeno, cuyo anión denomina óxido) y a continuación el N.C. entre paréntesis. El N.C. se puede suprimir cuando no dé lugar a ninguna ambigüedad. Fórmula anión ClS2HP3O2N3C4S 22O22C22-

Nombre con N.C. Nombre aceptado cloruro(1-) o cloruro sulfuro(2-) o sulfuro hidruro(1-) o hidruro fosfuro(3-) o fosfuro óxido(2-) u óxido nitruro(3-) o nitruro carburo(4-) o carburo disulfuro(2-) dióxido(2-) peróxido dicarburo(2-) acetiluro

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2.- COMPUESTOS BINARIOS  Nomenclatura de composición El método más simple para dar nombre a un compuesto binario utilizando la nomenclatura de composición es a partir de los prefijos multiplicadores, que refleja directamente la fórmula del mismo. Sin embargo, la proporción entre los dos elementos se puede indicar también con el N.O. o, si el compuesto es iónico, con el N.C. Con los prefijos multiplicadores para un compuesto binario se sigue el siguiente procedimiento: 1. Se decide cuál es el elemento más electropositivo (cuyo símbolo aparecerá el primero en la fórmula) y cuál el más electronegativo (cuyo símbolo aparecerá el último en la fórmula) siguiendo el convenio de la Figura 1, empezando por el flúor, que es el más electronegativo de todos los elementos. 2. Para nombrarlo, se escribe primero la raíz del nombre del elemento más electronegativo añadiendo el sufijo -uro (excepto si es el oxígeno, en cuyo caso se utiliza la palabra óxido) seguido de la preposición de y a continuación el nombre del elemento menos electronegativo. Para indicar el proporción de ambos elementos, se antepone al nombre de cada uno el prefijo multiplicador adecuado (mono-, di-, tri-, tetra-, penta-, hexa-...) o bien se añade el N.O. del elemento menos electronegativo después de su nombre, en caso de que éste tenga más de uno. En el caso de compuestos iónicos, también puede indicarse la proporción de los elementos escribiendo el N.C. del elemento menos electronegativo después de su nombre, en caso de que éste tenga más de uno. Fórmula HBr NO NO2 SiCl4 OCl2 FeCl3 BeF2 HgCl2

Nomenclatura de composición Con prefijos multiplicadores Con el N.O. bromuro de hidrógeno bromuro de hidrógeno monóxido de nitrógeno óxido de nitrógeno(II) dióxido de nitrógeno óxido de nitrógeno(IV) tetracloruro de silicio cloruro de silicio(IV) dicloruro de oxígeno cloruro de oxígeno(II) tricloruro de hierro cloruro de hierro(III) difluoruro de berilio fluoruro de berilio dicloruro de mercurio cloruro de mercurio(II)

Con el N.C. no tiene carácter iónico no tiene carácter iónico no tiene carácter iónico no tiene carácter iónico no tiene carácter iónico Cloruro de hierro(3+) Fluoruro de berilio cloruro de mercurio(2+)

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2.1.- Compuestos binarios con hidrógeno De acuerdo con el convenio mostrado en la Figura 1, el N.O. del hidrógeno en estos compuestos será -1 cuando se combina con elementos de los grupos 1-15 (y se escribirá el último en la fórmula) ó +1 cuando se combina con elementos de los grupos 16 ó 17 (y se escribirá el primero en la fórmula).  Nomenclatura de composición Para nombrar las combinaciones de hidrógeno con elementos de los grupos 1-15, se escribe la palabra hidruro seguida de la preposición de y, a continuación el nombre del otro elemento. Se indicará la proporción de los elementos con los correspondientes prefijos multiplicadores o con el N.O. o el N.C. del elemento menos electronegativo (en el caso de los hidruros iónicos), en caso de que éste tenga más de uno. Las combinaciones de hidrógeno con los elementos de los grupos 16 ó 17 (excepto el oxígeno) se nombran escribiendo en primer lugar la raíz del nombre del elemento más electronegativo terminado en -uro, a continuación de hidrógeno y, si es necesario, el correspondiente prefijo multiplicador. La mayoría de éstos poseen propiedades ácidas en disolución, por lo que se les conoce con el nombre genérico de ácidos hidrácidos. 6

Fórmula FeH2 LiH N 2H4 PH3 BH3 B2H6 H2 S HCl

Nomenclatura de composición Con prefijos multiplicadores Con el N.O. dihidruro de hierro hidruro de hierro(II) hidruro de litio hidruro de litio tetrahidruro de dinitrógeno trihidruro de fósforo hidruro de fósforo(III) trihidruro de boro hidruro de boro(III) hexahidruro de diboro sulfuro de dihidrógeno sulfuro de hidrógeno cloruro de hidrógeno cloruro de hidrógeno

Con el N.C. hidruro de hierro(2+) hidruro de litio no tiene carácter iónico no tiene carácter iónico no tiene carácter iónico no tiene carácter iónico no tiene carácter iónico no tiene carácter iónico

 Nomenclatura de sustitución En la nomenclatura de sustitución, las combinaciones de los elementos de los grupos 13 a 17 con hidrógeno tienen un papel principal, ya que se usan como compuestos progenitores. A partir de ellos, por sustitución de átomos de hidrógeno, y desde el punto de vista de la química orgánica, se forman compuestos derivados. Los nombres de los hidruros progenitores se construyen con el sufijo –ano añadido a la raíz del nombre del elemento principal y son los que se indican en la Tabla 1. Son aceptados los nombres no sistemáticos amoníaco, agua e hidrazina. BH3 AlH3 GaH3 InH3 TlH3 B2H6

borano CH4 alumano SiH4 galano GeH4 indigano SnH4 talano PbH4 diborano Si2H6

metano NH3 silano PH3 germano AsH3 estannano SbH3 plumbano BiH3 disilano N 2H 4

azano o amoniaco fosfano arsano estibano bismutano diazano o hidrazina

H 2O H 2S H2Se H2Te H2Po

oxidano o agua sulfano selano telano polano

HF HCl HBr HI HAt

fluorano clorano bromano yodano astatano

Tabla 1. Nombres de los hidruros progenitores Una aplicación inmediata de este planteamiento la encontramos en la nomenclatura cationes heteropoliatómicos que usarán la nomenclatura de sustitución. Los más frecuentes que podemos encontrar son el catión NH4+, que pasa a nombrarse catión azanio (el nombre no sistemático amonio es aceptado), y el catión H3O+, que toma el nombre oxidanio (se acepta el nombre no sistemático oxonio, pero se descarta el nombre hidronio). 2.2.- Compuestos binarios con oxígeno 2.2.1.- Óxidos Los óxidos son combinaciones binarias del ion óxido (O2-) con un elemento de los grupos 1-16, es decir, que esté situado después del oxígeno según la secuencia de los elemento de la Figura 1.  Nomenclatura de composición Para nombrarlos se escribe la palabra óxido seguida de la preposición de y, a continuación el nombre del otro elemento. Se indicará la proporción de los elementos con los correspondientes prefijos multiplicadores o con el N.O. o el N.C. del elemento menos electronegativo (en el caso de los óxidos iónicos), en caso de que éste tenga más de uno. En casos especiales, como en el de los óxidos de nitrógeno(IV) NO2 y N2O4 (en cuya fórmula no se simplifican los subíndices), para distinguir ambos compuestos debe emplearse el nombre con prefijos multiplicadores.

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Fórmula Con prefijos multiplicadores monóxido de carbono dióxido de carbono monóxido de dinitrógeno dióxido de nitrógeno tetraóxido de dinitrógeno dicloruro de pentaoxígeno óxido de litio trióxido de dihierro monóxido de hierro óxido de dicobre dióxido de plomo

CO CO2 N2 O NO2 N 2O 4 O5Cl2 Li2O Fe2O3 FeO Cu2O PbO2

Nomenclatura de composición Con el N.O. Con el N.C. óxido de carbono(II) no tiene carácter iónico óxido de carbono(IV) no tiene carácter iónico óxido de nitrógeno(I) no tiene carácter iónico óxido de nitrógeno(IV) no tiene carácter iónico óxido de nitrógeno(IV) no tiene carácter iónico no tiene carácter iónico óxido de litio óxido de litio óxido de hierro(III) óxido de hierro(3+) óxido de hierro(II) óxido de hierro(2+) óxido de cobre(I) óxido de cobre(1+) óxido de plomo(IV) óxido de plomo(4+)

2.2.2.- Peróxidos Los peróxidos son combinaciones binarias del ion peróxido (O22-) con algunos metales o con el hidrógeno, cuyo peróxido es el más conocido.  Nomenclatura de composición Con la nomenclatura de los prefijos multiplicadores se nombran igual que los óxidos. Con la nomenclatura de los N.O. se denominan como peróxidos y con la nomenclatura de los N.C. se utiliza dióxido(2-). En el caso de H2O2 se acepta el nombre de agua oxigenada. En las fórmulas de los peróxidos, el subíndice 2 del oxígeno no puede simplificarse; es decir, el peróxido de litio debe formularse como Li2O2 y no como LiO. Fórm.

Con prefijos H 2O 2 dióxido de dihidrógeno Na2O2 dióxido de disodio dióxido de cobre CuO2 ZnO2 dióxido de zinc Al2(O2)3 Tris(dióxido) de dialuminio

Nomenclatura de composición Nombre aceptado Con el N.O. Con el N.C. peróxido de hidrógeno no tiene carácter iónico agua oxigenada dióxido(2-) de sodio peróxido de sodio peróxido de cobre(II) dióxido(2-) de cobre(2+) dióxido(2-) de zinc peróxido de zinc peróxido de aluminio dióxido(2-) de aluminio

2.3- Otros compuestos binarios 2.3.1.- Compuestos de un metal y un no metal o sales binarias Entre éstas se pueden incluir las que contienen el ion cianuro (CN-), aunque no son realmente sales binarias. El metal, como elemento menos electronegativo, se escribe a la izquierda en la fórmula. En todas las nomenclaturas, excepto en la de sustitución, se nombra primero el no metal añadiéndole el sufijo –uro seguido de la preposición de y, a continuación, el nombre del metal. Fórmula Na2S Au3N NH4Br Fe(CN)2

Nomenclatura de composición Con prefijos multiplicadores Con el N.O. Con el N.C. sulfuro de sodio sulfuro de sodio sulfuro de sodio nitruro de trioro nitruro de oro(I) nitruro de oro(1+) bromuro de amonio/azanio bromuro de amonio/azanio bromuro de amonio/azanio dicianuro de hierro cianuro de hierro(II) cianuro de hierro(2+) 8

2.3.2.- Compuestos de dos no metales El elemento menos electronegativo se escribe a la izquierda en la fórmula. En todas las nomenclaturas, excepto en la de sustitución, se nombra primero el elemento más electronegativo añadiéndole el sufijo –uro seguido de la preposición de y, a continuación, el nombre del otro elemento. Fórmula SbCl3 SF6 CBr 4

Nomenclatura de composición Con prefijos multiplicadores Con el N.O. Con el N.C. tricloruro de antimonio cloruro de antimonio(III) no tiene carácter iónico hexafluoruro de azufre fluoruro de azufre(VI) no tiene carácter iónico tetrabromuro de carbono bromuro de carbono(IV) no tiene carácter iónico

3.- HIDRÓXIDOS La combinación del ion hidróxido (OH-) con un metal origina los hidróxidos. Aunque son compuestos ternarios se formulan y se denominan como si fueran combinaciones binarias. 

Nomenclatura de composición

Para nombrarlos se escribe la palabra hidróxido seguida de la preposición de y, a continuación el nombre del otro elemento. Se indicará la proporción de los elementos con los correspondientes prefijos multiplicadores o con el N.O. o el N.C. del elemento menos electronegativo (en el caso de los óxidos iónicos), en caso de que éste tenga más de uno. Fórmula Na(OH) Cu(OH)2 Al(OH)3 Pb(OH)4

Nomenclatura de composición Con prefijos multiplicadores Con el N.C. hidróxido de sodio hidróxido de sodio dihidróxido de cobre hidróxido de cobre(II) hidróxido de aluminio hidróxido de aluminio tetrahidróxido de plomo hidróxido de plomo(IV)

Con el N.C. hidróxido de sodio hidróxido de cobre(2+) hidróxido de aluminio hidróxido de plomo(4+)

4.- ÁCIDOS OXOÁCIDOS Los ácidos oxoácidos son combinaciones ternarias que contienen hidrógeno, oxígeno y un tercer elemento X (generalmente un no metal) y que tienen como fórmula general HaXbOc.  Nomenclatura tradicional Para los ácidos oxoácidos la IUPAC propone para la nomenclatura de hidrógeno y la de adición para dar más importancia a la estructura molecular. También se acepta el uso de la nomenclatura tradicional, en la que el N.O. del átomo central X se indica mediante prefijos y sufijos hasta un máximo de cuatro N.O., según se indica a continuación: N.O. Nombre primero (menor) ácido hipo-[raíz del elemento]-oso segundo ácido [raíz del elemento]-oso tercero ácido [raíz del elemento]-ico cuarto (mayor) ácido per-[raíz del elemento]-ico 9

También hay algunos ácidos oxoácidos en los que el átomo central presenta el mismo N.O., pero difieren en el contenido en hidrógeno y oxígeno. Así, tanto en el HIO4 como en el H5IO6, el átomo de yodo presenta N.O. +7, por lo que ambos son ácidos peryódicos, pero que difieren en el contenido de agua. El HIO4 sería el menos hidratado y el H5IO6 el que más agua presenta (de hecho, podemos considerar que H5IO6 = HIO4 + 2 H2O). Para diferenciar el distinto contenido en agua de los oxoácidos se emplean los prefijos meta- (para indicar el men...