FORMULACIÓN Y NOMENCLATURA DE QUÍMICA INORGÁNICA 3º ESO 1 .- DEFINICIONES. SUSTANCIA PURA: Aquella que no puede separarse en otras más sencillas por métodos físicos habituales (Elementos y compuestos) ELEMENTO: Sustancia pura no separable en otras más sencillas por métodos químicos habituales, formada por la misma clase de átomos. Ej: H 2; O 2; N 2; He, Fe; Mg. COMPUESTO: Sustancia pura separable en otras más sencillas (elementos o compuestos) por métodos químicos (reacciones químicas). Ej: H2O; H2SO 4; CH4, C6H12O 6. SÍMBOLO: Representa un elemento químico. H, U, Fe, Mn, etc. NÚMERO DE OXIDACIÓN.- En los compuestos, los átomos están unidos entre sí mediante enlaces. Estos enlaces se producen debido a fuerzas de atracción eléctricas. Hay átomos que tienen tendencia a atraer más los electrones de enlace, se dicen que son más electronegativos. Se denomina número de oxidación de un elemento a la carga que tendría un átomo de este elemento si los electrones de enlace se asignasen totalmente al átomo más electronegativo. FÓRMULAS: Expresan en general la relación más simple en que intervienen los átomos para formar una unidad estructural (molécula o cristal). 2 .- CLASIFICACIONES A) Sustancias simples o elementos. Formadas por uniones de átomos del mismo elemento. Ej: H2, Cl2, S8, Fe. B) Compuestos binarios: Formadas por dos clases diferentes de átomos: H2O, HCl, NH3. Dentro de los compuestos binarios, estudiaremos: Óxidos, Combinaciones binarias del hidrógeno, Sales binarias. C) Compuestos ternarios, cuaternarios, etc.: Formados por tres, cuatro átomos diferentes, etc. Es decir formados por más de dos clases de átomos diferentes. Dentro de los compuestos ternarios, estudiaremos: hidróxidos, oxácidos, oxisales. 1 CLASIFICACIÓN DE LAS SUSTANCIAS DESDE EL PUNTO DE VISTA DE SU COMPOSICIÓN POR CLASES DE ÁTOMOS. . SUSTANCIAS PURAS COMPUESTOS ELEMENTOS H2 , O2 , Cl2 , Fe (BINARIOS(H2O, NH3 ) ÓXIDOS (NO2 , Fe2O3) COMBINACIONES BINARIES DEL HIDRÓGENO Hidrácidos HCl, H2 S Metálicos FeO, Na2 O No metàl·lics NO NO2, H2O Combinaciones binaries con otros no metales NH3 , CH4 SALES BINARIAS NaCl, CaBr2 Hidruros LiH, FeH3 POLIATÒMICOS (H2SO4, NaOH ) HIDRÓXIDS NaOH, Ca(OH)2 OXOÁCIDS H2 SO4 ,HNO3 OXISALES CaSO4 ,Al (NO3 )3 3.-DENOMINACIONES Hay más de una manera de llamar una sustancia química. En general las alternativas son dos, mediante nomenclatura sistemática, o mediante nomenclatura tradicional, esta última únicamente se utiliza para compuestos, de uso muy común y con un nombre tradicional muy utilizado. NOMBRES SISTEMÁTICA: Según la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC), se basan en dos aspectos: a. Indicación de los elementos que intervienen en el compuesto, modificados cuando sea preciso, mediante terminaciones o abreviaturas que nos informan sobre determinados aspectos del compuesto. b. El segundo aspecto es la indicación de las proporciones de los constituyentes. Se utiliza más de una alternativa: i. Sistemática. Uso de prefijos numerales, para indicar la proporción entre los diferentes átomos en el compuesto. ii. Notación de Stock. Indica el número de oxidación en números romanos, entre paréntesis e inmediatamente después del número del elemento al que afecta. Si el elemento únicamente tiene un número de oxidación este no se indica. Ejemplos: PbO 2: i) Dióxido de plomo CaCl 2 ii) dicloruro de calcio b2) Óxido e plomo (IV) b2) Cloruro de calcio NO 2 i) dióxido de nitrógeno ii) Óxido de nitrógeno (IV) Como veremos más adelante en compuestos de metales se utiliza la alternativa b1 y en compuestos de no metales se utiliza la alternativa b2 (en los ejemplos, alternativas más utilizadas, en negrita). NOMBRES TRADICIONALES: Tradicionalmente se ha utilizado un sistema en el que se llamaba a los compuestos mediante dos palabras: La primera para indicar la función a la que pertenece la especie química, o nombre genérico y la segunda llamada nombre específico, para indicar la especie de la que se trata. A este último nombre se le añaden afijos relacionados con el número de oxidación del elemento. Ej: Compuestos con H, O y no metal, reciben como nombre genérico el de ácidos: 4 ELEMENTO Nitrógeno (N) Hierro (Fe) Calcio Nº. OXIDACIÓN -1 -2 -3 +2 +3 +2 Afijos Hipo--oso -Oso -Ico -Oso –Ico -Ico NOMBRE Ácido hiponitroso Ácido nitroso Ácido nítrico Óxido ferroso Óxido férrico Óxido cálcico FÓRMULA HNO HNO 2 HNO 3 FeO Fe 2 O 3 CaO Esta nomenclatura está en desuso, se indicará en qué casos está admitida la nomenclatura tradicional, a lo largo del tema. FORMULACIÓN Y NOMENCLATURA DE LAS DIFERENTES SUSTANCIAS A) ELEMENTOS FORMULACIÓN: Se representan mediante el símbolo del elemento con un subíndice para indicar el número de átomos que hay en la molécula, en caso de que los elementos formen moléculas. Ej: Elementos que forman moléculas monoatòmiques: Gases nobles: He, Ne, Ar, ... Elementos que forman moléculas diatómicas: Cl 2, H 2, N 2, O 2, .... Metales. Se representan únicamente mediante el símbolo del elemento, Fe, Na, Ca, ... NOMENCLATURA: Se nombran mediante prefijos numerales, que indican el número de átomos presentes, seguido del nombre del elemento: EJ:: Nombre sistemático Nombre tradicional H Monohidrogen Hidrógeno atómico H2 dihidrógeno O3 Trioxígeno Ozono Fe Hierro Hierro P5 Pentafósforo Hidrógeno Fósforo B) compuestos binarios Constituidos por dos clases de átomos de elementos diferentes, unidos por algún tipo de enlace. FORMULACIÓN: Primero debemos determinar el orden en que se colocan los símbolos de los elementos en una fórmula dada, observando las siguientes reglas: 5 i) En combinaciones entre dos no metales, escribe el primero el componente que figura antes en la secuencia siguiente: B C Si N P As Sb H O S Se Te F Cl Br I EJ: NH3; SbH 3; H2S; OI2; OF2, O7Cl2 ii) En cualquier otra combinación de un elemento de la secuencia, con otro que no lo es (metales), debe figurar antes en la fórmula el símbolo del elemento que no está en la secuencia. Ej: GeI 4; NaH, Al4Si3. NOMENCLATURA: Como norma general, se dice en primer lugar la raíz del nombre del elemento que se escribe el último en la fórmula, con la terminaciónuro, seguida de la preposición de y del nombre del elemento que figura en primer lugar. B1) COMBINACIONES BINARIAS DEL HIDROGENO B1.1.) Hidrácidos Combinaciones binarias del hidrógeno con los elementos más electronegativos que él, por lo tanto que están tras él en la lista dada anteriormente. Número de oxidación del hidrógeno +1. Número de oxidación de los no metales en sus combinaciones con el hidrógeno (Nº de grupo - 18), es decir -1 para los elementos del grupo 17 y -2 para los elementos del grupo 16. FORMULACIÓN: Siguiendo la norma general, se escribe primero el hidrógeno y luego el elemento con el que se combina, ya que están detrás de él en la lista. Ej: HF; H2S; HCl, etc. NOMENCLATURA: Se utiliza la regla general, nombre del no metal, acabado en -uro de hidrógeno. Ej: HF, Fluoruro de hidrógeno. H2S Sulfuro de hidrógeno. En disolución acuosa, tienen propiedades ácidas y se denominan como ácido seguido del nombre del no metal terminado en-hídrico. Ej: H2S, ácido sulfhídrico. HCl, ácido clorhídrico. 6 B.1.2.) COMBINACIONES CON OTROS NO METALES. Tienen nombres especiales: CH 4 : Metano. NH3 : amoníaco. PH3 : fosfina. SbH3 estibina. BiH3 bismutina. B.1.3.) Hidruros de los METALES. Combinaciones del hidrógeno con un metal. El hidrógeno tiene el número de oxidación -1 en sus combinaciones con metales. Los números de oxidación de los metales de los grupos 1, 2, 3 y 13, 4 y 14, frente al hidrógeno se corresponden con el valor positivo de la última cifra del grupo. Los restos de los metales, el número de oxidación es variable. FORMULACIÓN: Se aplica la norma antes expuesta: Símbolo del metal y a continuación, el símbolo del hidrógeno. Los subíndices expresan la proporción más sencilla de los elementos en el compuesto. Ej: LIH; MgH 2; PbH 4. NOMENCLATURA: Se denominan mediante la palabra hidruro de seguida del nombre del metal y entre paréntesis el número de oxidación en números romanos cuando haya más de uno. Ej: LIH: Hidruro de Litio; FeH 2: Hidruro de hierro (II); FeH 3: Hidruro de hierro (III). B.2) Óxidos Son combinaciones binarias del oxígeno con metales y no metales. El número de oxidación del oxígeno es siempre -2, excepto cuando se combina los halógenos, en este caso es +2. En los grupos 1, 2 y 12 los metales presentan el número de oxidación que se corresponde con la última cifra, es decir: +1 y +2 respectivamente. El resto de los elementos tienen números de oxidación variable. FORMULACIÓN: Siguiendo la norma general, se escribe el elemento que forma el óxido y después el oxígeno, a excepción de las combinaciones con el flúor. NOMENCLATURA: Se denominan mediante la palabra óxido, seguido del nombre del elemento. Para expresar las proporciones de oxígeno y elemento se utilizan dos sistemas ya explicados anteriormente: i) Con óxidos no metálicos, se utiliza la nomenclatura de prefijos numerales: 7 Ej: CO2 : Dióxido de carbono. N2O3: Trióxido de dinitrógeno. O7Cl2: dicloruro de heptaoxígeno, O3Br2: Dibromuro de trioxígeno. El agua es una excepción H2O ii) Con óxidos metálicos, se utiliza la notación de Stock. Óxido de nombre del metal y entre paréntesis y a continuación, el número de oxidación del metal en números romanos. Ej: Fe2O3: Óxido de hierro (III); FeO: Óxido de hierro (II). Na2O: óxido de sodio, CaO: óxido de calcio, en estos casos no se pone ningún número de oxidación debido a que el sodio y el calcio únicamente tienen un número +1 y +2 respectivamente. PERÓXIDOS Compuestos formados por un metal con el ion peroxo, O2 2Oxígeno: nº oxidación (-1). Agua oxigenada o peróxido de hidrógeno H2O2 B.2) COMBINACIONES BINARIAS METALES-NO METALES (SALES BINARIAS) Y NO METALES-NO METALES. B.2.1) SALES BINARIAS El número de oxidación de los no metales coincide con número del grupo - 18. Por ejemplo los número de oxidación de los elementos del grupo 16 será (16-18 = -2). FORMULACIÓN: Se sigue la norma general, primero el metal (no está en la secuencia) y luego el no metal. Ej: FeCl3; Li3N; BaS. NOMENCLATURA: Se sigue la norma general, se añade el sufijo-uro el nombre del no metal seguido de la preposición de y del nombre del metal con el número de oxidación entre paréntesis, si hay más de uno. EXS: FeCl3: Cloruro de Hierro (III); FeCl2: cloruro de hierro (II). NiCl3: Cloruro de níquel (III); BaCl 2: cloruro de bario (el bario tiene un único número de oxidación, +2). B.2.2) NO METALES-NO METALES Siguen las reglas generales de formulación y nomenclatura. CS2: disulfuro de carbono; CCl 4: tetracloruro de carbono, IBr3 tribromuro de iodo, NCl3 tricloruro de nitrógeno, ICl cloruro de iodo. C) COMPUESTOS CON MÁS DE DOS átomos diferentes (poliatómicos) C.1.) Hidróxidos Son las combinaciones de un metal con el anión hidróxido OH -. 8 FORMULACIÓN: Se escribe primero el metal y después el anión hidróxido. Consideramos al anión hidróxido para formular como un átomo con número de oxidación -1. EXS: NaOH, Ca (OH)2, Fe (OH)3; Fe (OH)2 NOMENCLATURA: Se denominan mediante la palabra hidróxido seguida de la preposición de y el nombre del metal (entre paréntesis se pone el número de oxidación del metal si hay más de uno). Ej: Fe(OH)3 Hidróxido de hierro (III); Fe(OH)2: hidróxido de hierro (II); Ca(OH)2: Hidróxido de calcio, el Ca, únicamente tiene un número de oxidación (+2 ). NH4 OH: Hidróxido de amonio. C.2) oxoácidos Los oxácidos más comunes son: HALÓGENOS: números de oxidación: +1, +3, +5, +7. Dan oxácidos con Cl, Br, I pero no con F. El oxácido correspondiente al número de oxidación +3 para el yodo (I) no tiene existencia real y tampoco se conoce ningún derivado suyo. Nº de oxidación (+1): HClO Nº de oxidación (+3): HClO2 Nº de oxidación (+5): HClO3 Nº de oxidación (+7): HClO4 ácido hipocloroso ácido cloroso ácido clórico ácido perclórico CALCÓGENOS: números de oxidación: +4, +6. Estudiaremos los oxácidos del S, Se, Te. Nº de oxidación (+4): H2SO3 ácido sulfuroso Nº de oxidación (+6): H2SO4 ácido sulfúrico NITROGENOIDEOS: números de oxidación: +3, +5. Estudiaremos los oxácidos del N, P, As. Nº de oxidación (+3): HNO2 ácido nitroso Nº de oxidación (+5): HNO3 ácido nítrico 9 Hay que recordar que los oxácidos de P e As son distintos a los de N ya que el número de H que llevan es 3. Estos ácidos con dos hidrógenos más, se denominan ácidos orto-, aunque no es muy utilizado dicho prefijo, pues los ácidos meta no se conocen. Nº de oxidación (+3): H3PO3 ácido fosforoso Nº de oxidación (+5): H3PO4 ácido fosfórico u ortofosfórico CARBONO: número de oxidación: +4. Nº de oxidación (+4): H2CO3 ácido carbónico CROMO Y MANGANESO: No sólo forman ácidos los no metales sino también muchos de los metales de transición, por ejemplo el Cr y Mn. Nº de oxidación (+6): H2CrO4 ácido crómico Nº de oxidación (+6): H2Cr2O7 ácido dicrómico Nº de oxidación (+6): H2MnO4 ácido mangánico Nº de oxidación (+7): HMnO4 ácido permangánico D) IONES Los iones son átomos o agregados de átomos con carga eléctrica, positiva en el caso de los cationes y negativa en el caso de los aniones. Cationes monoatómicos: El símbolo del elemento se acompaña de un superíndice con el valor de la carga seguido del signo más. En+ a) Sistema de Stock: Se nombran con la palabra catión y el nombre del elemento seguido del número de oxidación sin el signo entre paréntesis y en números romanos. Catión Nombre de Stock Nombre común K+ Catión potasio(I) Ion potasio Na+ Catión sodio(I) Ion sodio Mg2+ Catión magnesio(II) Ion magnesio Ca2+ Catión calcio(II) Ion calcio Al3+ Catión aluminio(III) Ion aluminio 10 Fe2+ Catión hierro(II) Fe3+ Catión hierro(III) Cu2+ Catión cobre(II) Cu+ Catión cobre(I) Ag+ Catión plata(I) Au3+ Catión oro(III) Zn2+ Catión cinc(II) Ion cinc Cd2+ Catión cadmio(II) Ion cadmio Ion plata Aniones monoatómicos: El símbolo del elemento se acompaña de un superíndice con el valor de la carga seguido del signo menos. En– En elementos con número de oxidación negativo fijo el número de carga no hace falta indicarlo como se ve en los nombres comunes. Anión Nombre común H– Ion hidruro B3– Ion boruro C4– Ion carburo Si4– Ion siliciuro N3– Ion nitruro P3– Ion fosfuro As3– Ion arseniuro O2– Ion óxido S2– Ion sulfuro Se2– Ion seleniuro Te2– Ion telururo F– Ion fluoruro Cl– Ion cloruro Br– Ion bromuro I– Ion yoduro 11 D.1.2.) Cationes poliatómicos Existen grupos de átomos que tienen carga eléctrica positiva. NH 4+: Ion o catión amonio. H3O + ion o catión Oxonio. D.2.2) aniones poliatómicos Grupos de átomos diferentes que tienen carga negativa. En muchos casos se pueden considerar derivados de la pérdida de un catión hidruro H +, por determinadas moléculas en general oxoácidos. FORMULACIÓN: Se escribe la fórmula del oxoácido, sin el número de cationes H + perdidos y con una carga negativa igual al número de H + perdidos. Ej: NO3-, procede del ácido nítrico que ha perdido un H+. SO42 -, procede del ácido sulfúrico que ha perdido dos H+. HSO4-, procede del ácido sulfúrico que ha perdido un H +. NOMENCLATURA Tradicional. Cuando estos aniones proceden de oxoácidos que se llaman con la nomenclatura tradicional (los que hemos dado en la lista), se nombran con la palabra ion o anión y cambiando las terminaciones -oso e -ico , por -ito y -ato respectivamente. Ej: Ácido nítrico: HNO 3 ------------------------------------------ NO3- Ion o anión nitrato Ácido nitroso: HNO 2 -------------------------------- NO 2 - Ion o anión nitrito Ácido hipocloroso HClO ------------------------- ClO - Ion o anión hipoclorito Ácido sulfúrico H2 SO 4 --------------------------- SO 4 2 - ion o anión sulfato Ácido sulfuroso H2SO 3 --------------------------- SO 3 2 - ion o anión sulfito Ácido sulfúrico H2SO 4 ---------------------------- HSO 4 - ion o anión hidrogenosulfato Ácido fosfórico H3PO 4 -------------------------- HPO 4 2 - ion o anión hidrogenofosfato " " --------------------------- H 2 PO 4 - ion o anión dihidrogeno fosfato " " -------------------------- PO 4 3 - ion o anión fosfato. D) oxisales neutras Provienen de la sustitución de los hidrógenos de un oxoácidos por un metal. Están formadas por un anión poliatómicos y un catión metálico y por lo tanto monoatómico. 12 Ej: Na2CO3 Formada por 2 cationes Na+ por cada anión CO32 -. Cabe recordar que el compuesto es eléctricamente neutro. CaSO 4: formada por un anión Ca2 + por cada anión SO42 FORMULACIÓN: Se escribe primero el catión (casi siempre un metal) tras el nombre del elemento que daba nombre al oxoácido del que provienen y por último el oxígeno. Ej: Al(NO 3) 3 un catión Al 3 + por cada 3 aniones NO3 -. Ca3(PO4) 2, 3 cationes Ca 2 + por cada 2 aniones PO 4 3 -. NOMENCLATURA: Se denominan utilizando la nomenclatura sistemática y la tradicional en los casos que proceden de los oxoácidos de la lista. ii) Nomenclatura tradicional. Se denominan con el nombre de los oxoácidos de los que provienen, cambiando las terminaciones -oso e -ico por -ito y ato respectivamente seguido del nombre del metal y entre paréntesis el número de oxidación de éste si tiene más de uno. Ej: - Cu2SO3 Sulfito de Cobre (I) proviene del ácido sulfuroso H2SO3, de sustituir 2H + por dos Cu +. -CuSO3 Sulfito de cobre (II), proviene del ácido sulfuroso H2SO3, de sustituir 2H + por un cobre Cu 2 +. -Cu2SO4: sulfato de cobre (I), proviene del ácido sulfúrico H2SO4, de sustituir 2H + por dos Cu +. -CuSO4: sulfato de cobre (II), proviene del ácido sulfúrico H2SO4, de sustituir 2H + por un Cu 2 +. E) oxisales ácidas Los oxácidos con más de un hidrógeno no los ceden todos con igual facilidad. Se forman iones que aún contienen átomos de H. Estos iones se pueden combinar con cationes dando lugar a las sales ácidas. ¿Cómo se nombran? Se nombran igual que las sales neutras añadiendo los prefijos hidrógeno- o dihidrógeno- delante del nombre de la sal neutra correspondiente. Si nos dan la fórmula En la fórmula: NaHCO3 a) Está formada por el catión sodio Na+ y el anión hidrogenocarbonato HCO3A partir de la carga del catión (ión positivo) deducimos la carga del anión (ión negativo). Se sigue la nomenclatura de Stock, por lo tanto si el metal puede tener otros números de 13 oxidación se indica entre paréntesis el que tiene en el compuesto. Hidrogenocarbonato de sodio Fe(HSO4)2 Hidrogeno sulfato de hierro (II) Fe2+ catión hierro(II) y anión hidrogenosulfato HSO4- Si nos dan el nombre Hidrogenosulfito de calcio a) Indicar cuál es el catión. Ca2+ De tener varios posibles números de oxidación nos lo tienen que indicar por la nomenclatura de Stock. b) Indicar el oxoácido del cual procede: Ácido sulfuroso (viene de sulfito) H2SO3 c) Deducir el anión a partir del ácido. El anión queda con tantas cargas negativas como hidrógenos pierde el ácido. En nuestro caso queda un hidrógeno luego ha perdido otro HSO3- , por tanto si ahora intercambiamos las cargas como subídices: Ca(HSO3)2 Ejemplos Catión Anión Nombre NaHCO3 Na+ HCO3- Hidrogenocarbonato de sodio Fe(HSO4)3 Fe+3 HSO4- Hidrogenosulfato de hierro(III) Ca(HSO3)2 Ca+2 HSO3- Hidrogenosulfito de calcio Ca(H2PO4)2 Ca+2 H2PO4- Dihidrogenofosfato de calcio K2HPO4 K+ HPO4-2 Hidrogenofosfato de potasio 14 NOMBRAR Cl2 P5 NH 3 PbH 4 AlH 3 H2S FeH 2 MnH 2 CoH 3 PH 3 CuCl 2 NiCl 2 PbCl 4 NiS MnBr2 AuCl 3 AgI Hg 2 Cl 2 Mn2O3 MnO2 Co2O3 H2O N2O NO 2 SO 2 P2O5 P2O3 Al 2 O 3 BaO Al (OH) 3 Mn (OH) 2 Co (OH) 2 Zn (OH) 2 Au (OH) 3 H 2 CO 3 HClO 3 HBrO HIO 2 HClO 4 FORMULAR Dicloro Octaazufre Hidruro de potasio Hidruro de Níquel (II) Metano Ácido clorhídrico Cloruro de hidrógeno Sulfuro de hidrógeno Hidruro de bario Hidruro de cobalto (II) Cloruro de bario cloruro de cesio Cloruro de hierro (II) Sulfuro de manganeso (II) Bromuro de mercurio (II) yoduro de plomo (II) cloruro amónico cianuro de sodio óxido de hierro (II) óxido de cadmio óxido de cobalto (II) Trióxido de dinitrógeno Trióxido de azufre óxido de dinitrógeno trióxido de difósforo óxido de dicloro heptaóxido de dibromo óxido de plata óxido de mercurio (II) Hidróxido de sodio hidróxido de plata hidróxido de cadmio hidróxido de amonio hidróxido de hierro (III) Ácido hipocloroso Ácido bromoso Ácido periódico ácido clórico Ácido carbónico 15 H 2 SO 4 H 3 PO 4 NO 3 ClO 2 H3O+ NH 4 + PO 4 3 WO 4 2 CN OH SO 3 2 NO 2 SO 4 2 CO 3 2 Ca 3 (PO 4) 2 Na 2 SO 3 CuSO 4 Cu (NO 3) 2 Cu 2 SO 4 K 2 CO 3 NH 4 OH NH 4 CO 3 Co (NO3) 3 MnCO 3 NaCN NH 4 CN Ácido sulfúrico Ácido fosfórico Ácido nitroso ion nitrito ion amonio ión cianuro ion fosfato ión sulfito ion fosfato ion sodio ion hierro (III) ion hidróxido ión Oxonio ion perclorato ión bromito ión hipoiodito Sulfato de sodio carbonato de amonio Nitrato de cobalto (III) sulfato de hierro (II) fosfato de cadmio hipoclorito de mercurio (II) bromato de aluminio nitrito de calcio sulfito de bario hidrogenocarbonato de sodio 16