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nomeclatura y formulación de compuestos inorgánicos ...

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SALTA FUNDAMENTOS DE QUÍMICA I

Primer Cuatrimestre – Año 2020

GUIA TEORICA NOMENCLATURA Y FORMULACION DE COMPUESTOS INORGÁNICOS Sabemos que 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 oxoácido, 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: 1- El número de oxidación del hidrógeno en los compuestos es generalmente 1+, excepto en los hidruros metálicos en los que es 1-. 2- El 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-. 3- El flúor en sus compuestos tiene siempre número de oxidación 1-. 4- A 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+. 5- Los elementos metálicos siempre tienen números de oxidación positivos. 6- Un átomo de cualquier elemento en el estado libre (no enlazado) tiene un número de oxidación de cero. 7- La suma algebraica de los números de oxidación positivos y negativos de los elementos de un compuesto neutro es cero. 8- La 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 S8 Cu HCl CH4 NaH BaO BaO2 (un peróxido) KNO3 HSO3-

Número de oxidación S=0 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 = 2S = 4+

Regla 6 6 1 7 1 7 4 1, 7 4 2, 7 4 2, 7 4 2 7 1 2 8

1

Observaciones Cada S tiene nº de oxidación 0 Por sustracción Cada H tiene nº de oxidación 1+ Por sustracción

Cada O tiene nº de oxidación 1Por sustracción 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 geográfico 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, neutros 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: S2O6 simplificando: SO3 5+ 2-

Cl (5+)

intercambiando números de oxidación:

Cl2O5 2+ 2-

2

Fe (2+)

Fe2O2 FeO

intercambiando números de oxidación: simplificando:

Nomenclatura: Notación tradicional: óxido de + (nombre del metal) + (terminación -oso, -ico para el menor y mayor número de oxidación, 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+):

Cu 2O: 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) + (número de oxidación 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 OXOACIDOS (ácidos oxigenados). Algunos elementos forman ÓXIDOS NEUTROS, es decir que no reaccionan con el agua para formar ni 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:

3

2+, 3+: óxidos básicos

2+, 3+: óxidos básicos

Mn

Cr 6+,7+: óxidos ácidos

Mn (2+) Mn (3+) Mn (6+) Mn (7+) Cr (2+) Cr (3+) Cr (6+)

Fórmula MnO Mn2O3 MnO3 Mn2O7 CrO Cr2O3 CrO3

Tradicional Óxido manganoso Oxido mangánico Anhídrido mangánico Anhídrido permangánico Óxido cromoso Óxido crómico Anhídrido crómico

6+: óxidos ácidos Stock Óxido de manganeso (II) Óxido de manganeso (III) Óxido de manganeso (VI) Óxido de manganeso (VII) Óxido de cromo (II) Óxido de cromo (III) Óxido de cromo (VI)

IUPAC Monóxido de manganeso Trióxido de dimanganeso Trióxido de manganeso Heptóxido de dimanganeso Monóxido de cromo Trióxido de dicromo Trióxido de cromo

PERÓXIDOS Son compuestos binarios formados por OXIGENO y ciertos METALES. Tienen el grupo O-O donde el número de oxidación del oxígeno es 1-, y se representa siempre en forma de dímero: O22 − (ión peróxido) Formulación: El elemento metálico actúa con número de oxidación positivo y el ión peróxido con 2-, combinados ambos en la relación numérica tal que el compuesto resulte neutro. x+ 2Fórmula general: E2(O2)x E = elemento metálico x = número de oxidación del elemento E Nomenclatura: Tradicional: Peróxido de + (nombre del Metal) + -oso, ico Stock: Peróxido de (nombre del Metal) (número de oxidación en números romanos y entre paréntesis) Ejemplos: Fórmula Li2O2 Cu2O2 CuO2

Tradicional Peróxido de litio Peróxido cuproso Peróxido cúprico

Stock Peróxido de litio Peróxido de cobre (I) Peróxido de cobre (II)

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-) y el metal generalmente con su menor número de oxidación, que es positivo. Na (1+)

NaH

Ca (2+)

4

CaH2

Nomenclatura: Tradicional : Hidruro de + (nombre del Metal) + -oso, ico Stock: Hidruro de (nombre del Metal) (número de oxidación en números romanos y entre paréntesis) Sistemática o IUPAC: (prefijo) + hidruro de + nombre del metal Ejemplos: Fórmula NaH BeH2 PbH2

Tradicional Hidruro de sodio Hidruro de berilio Hidruro plumboso

Stock Hidruro de sodio Hidruro de berilio Hidruro de plomo (II)

IUPAC Monohidruro de sodio Dihidruro de berilio Dihidruro de plomo

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

NH3

N (3-):

C (4-):

CH4

Nomenclatura de hidruros no metálicos que forman HIDRÁCIDOS: Los hidruros formados por la combinación del hidrógeno con los halógenos es decir por los elementos del grupo VIIA, (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: En fase gaseosa: (nombre del no metal)+-uro de hidrógeno En fase acuosa: 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

Sistemática o IUPAC: (nombre del no metal) -uro de (prefijo) + hidrógeno Ejemplo: H2Se: Seleniuro de dihidrógeno Nomenclatura del resto de hidruros Estos compuestos están unidos por enlaces covalentes poco polares y se diferencian de los ácidos hidrácidos en que sus disoluciones acuosas no tienen propiedades ácidas. Los elementos que forman estos compuestos son: N, P, As, Sb, C, Si y B. Se identifican con nombres particulares. Fórmula NH3 PH3 AsH3 SbH3 CH4 SiH4 BH3

Nombre Amoníaco Fosfina Arsina Estibina Metano Silano Borano

5

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: Hidróxido

óxido básico + agua

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(OH)3

Al(3+)

Nomenclatura: Tradicional: Hidróxido de + (nombre del metal) + -oso, -ico. Stock: Hidróxido de (nombre del metal) + (número de oxidación en números romanos y entre paréntesis) Sistemática o IUPAC: (prefijo) + hidróxido de + (prefijo) + (nombre del metal) Fórmula NaOH Ba(OH)2 CuOH Fe(OH)3

Tradicional Hidróxido de sodio Hidróxido de bario Hidróxido cuproso Hidróxido férrico

Stock Hidróxido de sodio Hidróxido de bario Hidróxido de cobre (I) Hidróxido de hierro (III)

IUPAC Hidróxido de sodio Dihidróxido de bario Hidróxido de cobre Trihidróxido de hierro

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 un ion con carga negativa se denomina ANION. 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 ión metálico). Cu(OH)2 (ac)

Cu2+ (ac) + 2 OH1- (ac)

Se pueden llegar a disociar tantos iones OH 1- como los que indica la fórmula del hidróxido, la carga del catión metálico coincide con el número de iones OH 1- disociados, es decir que la disociación puede ocurrir por etapas como se muestra en el siguiente ejemplo: Al(OH)3

Al(OH)21+ + OH-

Al(OH)2+

Al3+ + OH-

Al(OH)21+

Al(OH)2+ + OH-

Nomenclatura de los iones: Los cationes metálicos y los aniones se nombran siguiendo la nomenclatura tradicional:

6

Cu2+ + 2 OH1catión anión cúprico hidróxido

Cu(OH)2 (ac) hidróxido cúprico

OXOACIDOS Son compuestos ternarios formados por hidrógeno, oxígeno y un elemento no metálico o elemento anfótero actuando con su/s número/s de oxidación más alto/s (casos del Mn y Cr). Puede suponerse que derivan de la reacción entre un óxido ácido y el agua. Ecuación de formación: oxoácido (ácido oxohidrogenado)

óxido ácido + agua

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 elemento anfótero) – oxígeno El hidrógeno, en estos compuestos, tiene número de oxidación 1+, el oxígeno 2- y el no metal (o elemento 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, dé 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 número 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:

7

1+

6+

2-

H2 Cr2 Ox Subíndice del oxígeno: X, se determina como: 2(+1) + 2(+6) + (-2)X = 0 X =7 Fórmula: H2Cr2O7 Nomenclatura: Tradicional: (aceptada por la IUPAC para los oxoácidos 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 un prefijo indicando la cantidad de oxígenos, seguido de OXO y el nombre del no metal con la terminación ICO, con el número de oxidación entre paréntesis con números romanos. ácido (prefijo) oxo (no metal)-ico (nº de oxidación) IUPAC: se nombran indicando el número de oxígenos presentes en la fórmula con los prefijos seguido de oxo, el no metal finalizado en ATO y el número de hidrógenos presentes mediante prefijos (di-, tri-, tetra-, etc.) (prefijo) oxo (no metal)-ato de (prefijo)hidrógeno Ejemplos: Fórmula HNO2 H2CrO4 HNO3 HClO4 H2Cr2O7

Tradicional ácido nitroso

Stock ácido dioxonítrico (III)

IUPAC dioxonitrato de hidrógeno tetraoxocromato de ácido crómico ácido tetraoxocrómico (VI) dihidrógeno ácido nítrico ácido trioxonítrico (V) trioxonitrato de hidrógeno ácido ácido tetraoxoclórico (VII) tetraoxoclorato de hidrógeno perclórico ácido ácido heptaoxodicrómico Heptoxodicromato de dicrómico (VI) dihidrógeno

Casos especiales: Algunos óxidos ácidos pueden formar más de un oxoácido al reaccionar con el agua. Este es el caso por ejemplo de los oxoácidos formados por el P(V), P(III), As(V), As(III), Si(IV) y B(III). Para el P(V) los oxoácidos obtenidos se nombran como sigue: P2O5 + H2O P2O5 + 2 H2O P2O5 + 3 H2O

2 HPO3 H4P2O7 2 H3PO4

ácido metafosfórico ácido pirofosfórico ácido ortofosfórico (ác. fosfórico)

Del mismo modo se obtienen oxoácidos análogos para el As (V), P(III) y As(III). El Si (IV) forma los siguientes oxoácidos: SiO2 + H2O SiO2 + 2 H2O 2 SiO2 + 3 H2O

H2SiO3 H4SiO4 H6Si2O7

ácido metasilícico (ác. silícico) ácido ortosilícico ácido pirosilícico

Para el B(III) los oxoácidos obtenidos se nombran de la siguiente manera: B2O3 + H2O B2O3 + 2 H2O B2O3 + 3 H2O 2 B2O3 + H2O

2 HBO2 H4B2O5 2 H3BO3 H2B4O7

ácido metabórico ácido pirobórico ácido ortobórico (ác. bórico) ácido tetrabórico

Disociación Iónica de los hidrácidos y oxoácidos: 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.

8

H1+ (ac) + NO31- (ac) 2 H1+ (ac) + SO42- (ac)

HNO3 (ac) H2SO4 (ac)

Se pueden llegar a disociar tantos cationes H 1+ como hidrógenos tenga el ácido, y un anión oxigenado con tantas cargas negativas como iones H 1+ estén disociados, es decir que la disociación puede ocurrir por etapas como se muestra en el siguiente ejemplo: H1+ (ac) + HSO41- (ac) H1+ (ac) + SO42- (ac)

H2SO4 (ac) HSO41- (ac)

Lo mismo ocurre con los hidrácidos, sólo que el anión está constituido solamente por el elemento no metálico: H1+ (ac) + Cl1- (ac) 2 H1+ (ac) + S2- (ac)

HCl (ac) H2S (ac)

Si el hidrácido tiene más de un hidrógeno la disociación también puede ocurrir por etapas como se muestra en el siguiente ejemplo: H1+ (ac) + HS1- (ac) H1+ (ac) + S2- (ac)

H2S (ac) HS1- (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 ácido ICO OSO HIDRICO

Sufijo del anión ATO ITO URO

IUPAC: Se nombran indicando la cantidad de oxígeno presente con los prefijos griegos seguido de OXO, el no metal finalizado en ATO y se especifica la carga total del anión entre paréntesis. Ejemplos: H2SO4 (ac) 2 H1+ (ac) + SO42- (ac) ácido catión anión sulfúrico hidrógeno sulfat...