Los elementos pueden ser clasificados en una primera
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FÓRMULAS Y NOMENCLATURA DE LOS COMPUESTOS QUÍMICOS Los elementos pueden ser clasificados en una primera aproximación en metales, no metales y gases nobles. Estos últimos prácticamente no intervienen en combinaciones químicas de modo que no serán considerados. Óxidos Los compuestos más sencillos para analizar son los binarios es decir formados por solo dos elementos. Dentro de ellos puede haber combinaciones entre metales y no metales, entre 2 no metales, pero no entre 2 metales debido a su poca tendencia a ganar electrones. Uno de los elementos más abundantes en la naturaleza y capaz de combinarse con metales y con no metales es el oxígeno. Estos compuestos son denominados genéricamente óxidos, siendo básicos cuando interviene un metal y ácidos cuando interviene un no metal. La diferencias entre ellos es de comportamiento químico, sin embargo no se diferencian en cuanto a la nomenclatura. Puede recordarse que el oxígeno al combinarse lo hace preferencialmente con estado de oxidación -2; así sucede para todos los óxidos, de modo que la tarea es simplemente averiguar cual es el estado de oxidación del elemento que se combina con el oxígeno, y tratar de formar una fórmula usando tantos átomos de uno y otro elemento suficiente para construir un compuesto neutro en donde las cargas fórmulas, positivas y negativas, representadas por los estados de oxidación, coincidan exactamente. Es fácil comprender que si un elemento cualquiera X tiene un estado de oxidación negativo no podrá combinarse para formar un óxido. Si en cambio tiene un estado de oxidación +1, la fórmula esperable es X2O. Por extensión para estados de oxidación del elemento X: +2, +3, +4, +5, +6, +7 y +8, las fórmulas de los correspondientes óxidos serán: XO, X2O3, XO2, X2O5 , XO3, X2O7, y XO4 respectivamente. Para nombrar este tipo de compuestos existen varias posibilidades, optaremos por la más moderna y por ende la más sistemática. Según este sistema de nomenclatura el nombre del compuesto será: óxido de ..........., colocando sobre los puntos suspensivos el nombre del elemento. Para evitar los inconvenientes en los casos de elementos con más de un estado de oxidación, debe agregarse -exclusivamente en estos casos- el número de oxidación entre paréntesis y en números romanos. Ejemplos: K2O: óxido de potasio CaO: óxido de calcio Al2O3: óxido de aluminio En estos casos no es necesaria la aclaración del estado de oxidación del elemento combinado con el oxígeno ya que es único. FeO: óxido de hierro (II) (el estado de oxidación del Fe es +2). Fe2O3: óxido de hierro (III) (el estado de oxidación del Fe es +3). Haremos un brevísimo comentario de otras posibilidades para nombrar óxidos: 1) Indicar el número de átomos de oxígeno intervinientes y el número de átomos del otro elemento mediante prefijos: mono, di, tri, tetra, penta, etc. De este modo tendremos: K2O: monóxido de dipotasio. PbO: monóxido de plomo. PbO2 : dióxido de plomo. Al2O3: trióxido de dialuminio. 2) Utilizar una terminación especial para el nombre de un elemento según el estado de oxidación en el que se encuentre: ico (si actúa con su máximo estado de oxidación) y oso (si actúa con el mínimo). Cu2O: óxido cuproso (el Cu actúa con +1). CuO: óxido cúprico (el Cu actúa con +2). Este sistema tiende, felizmente, a ser desplazado ya que: i) implica conocer ambos estados de oxidación de antemano. ii) se complica cuando existen más de dos estados de oxidación posibles. Hidruros Otro tipo de compuestos binarios corresponde a aquellos donde uno de los elementos es el H. En este caso el estado de oxidación que usa el H varía de acuerdo a que el elemento que se combina con él sea metal (en este caso el H actúa con -1) o no metal (en cuyo caso el H actúa con +1). Los primeros son denominados hidruros metálicos y la construcción y la nomenclatura siguen las mismas normas generales que las de los óxidos. Obviamente, en la nomenclatura es reemplazada la palabra óxido por hidruro. Ejemplos: NaH: hidruro de sodio. CaH2: hidruro de calcio. Cuando el elemento a combinarse es un no metal obtenemos compuestos como CH4, BH3, SiH4, PH3 con nombres triviales como metano, borano, silano y fosfina. Uno aún más importante como el NH3 (amoníaco) que por sus propiedades en solución acuosa se lo incluye en el grupo de hidróxidos. Por último existen otros cinco que son: HF, HCl, HBr, HI y H2S, a los cuales se les asignan nombres sistemáticos: para ello se le agrega la terminación uro al nombre del elemento más electronegativo, de modo que los nombres son: fluoruro de hidrógeno, cloruro de hidrógeno, etc.. Los últimos cinco compuestos, por sus propiedades en solución acuosa, son clasificados como un subgrupo dentro del grupo de los ácidos. 1.3. Hidróxidos Otro grupo importante de compuestos son los denominados hidróxidos, caracterizados por que en solución acuosa todos proporcionan una especie común: el ión oxhidrilo OH . La fórmula general para este tipo de compuestos es M(OH)x donde M es siempre un metal y x es el estado de oxidación del metal lo cual surge claramente a la vista de que el OH tiene una carga negativa. La nomenclatura en estos casos respeta la estructura de la ya vista para óxidos y para hidruros, es decir será de la forma: hidróxido de ............, colocando sobre los puntos suspensivos el nombre del metal y aclarando, en los casos necesarios, el estado de oxidación del metal. Es claro que estos compuestos en agua generan, además de los iones oxhidrilos, los iones metálicos correspondientes. - Un caso particular en este grupo le corresponde al NH3 el cual en agua proporciona OH . Es + posible concebir al NH3(H2O) como NH4OH el cual en agua proporcionar OH y también iones NH4 los cuales se denominan iones amonio. Ácidos Hay otro grupo muy importante de compuestos cuyas propiedades químicas son opuestas a las del grupo que acabamos de analizar; esto se debe a que proporcionan a las soluciones acuosas iones + H (protones) los cuales reaccionan justamente con los iones OH para dar agua (esta reacción es denominada de neutralización). Los compuestos de este grupo se llaman ácidos. Algunos de estos ácidos no tienen oxígeno, siendo este grupo el de los hidrácidos. A él pertenecen cinco compuestos yá vistos: HF, HCl, HBr, HI y H2S. En solución acuosa, estos compuestos son fundamentalmente ácidos de modo que su nombre, cuando están disueltos en agua, se modifica. Los nuevos nombres comenzarán con la palabra ácido a fin de indicar que manifiestan esa propiedad. Además los nombres concluirán con la raíz hídrico de modo de indicar que las propiedades ácidas se manifiestan solo en agua. Por último deberá intercalarse el nombre del elemento combinado al hidrógeno. Así los compuestos se denominarán Ácido fluorhídrico, Ácido clorhídrico, etc.. - - - Estas especies generan protones y aniones del tipo F , Cl , Br , etc., los cuales se denominan floruro, cloruro, bromuro, etc.. -2 El H2S puede proporcionar aniones sulfuros (S ) pero también es posible que retenga uno de los hidrógenos (HS ) en cuyo caso el anión se denomina hidrógeno sulfuro (se admite, aunque es incorrecto formalmente, la denominación, sulfuro ácido). Los oxoácidos conforman el otro subgrupo dentro del grupo de los ácidos. Como su nombre lo indica, estos ácidos se diferencian de los anteriores en que contienen oxígeno. Existe una nomenclatura sistemática para este tipo de compuestos, sin embargo su difusión es tan pobre en nuestro país que optaremos por la vieja nomenclatura clásica. La fórmula general de este tipo de compuestos (hay algunas excepciones) es HyNOx , donde N es un no metal y el número de átomos de oxígeno y de hidrógeno están simbolizados con x e y respectivamente. Normalmente, el valor de x es el mínimo necesario para superar el estado de oxidación del no metal mientras que el valor de y es el necesario para la neutralidad del compuesto. Ejemplo: el nitrógeno actuando con +5 requiere de un mínimo de 3 oxígenos ( 6 cargas negativas en total) con lo cual queda una especie con una carga negativa que requerirá un hidrógeno para conseguir la neutralidad. La fórmula del compuesto será: HNO3 . Todos estos compuestos tendrán como prefijo la palabra ácido debido a su comportamiento químico. Se utilizará además la terminación ico cuando el no metal actúe con su mayor estado de oxidación y la terminación oso si el no metal está con su menor estado de oxidación. Entre aquel prefijo y la terminación se intercala el nombre del no metal. Si existiesen más de dos estados de oxidación distintos, se usarán dos prefijos: per que se asigna al de mayor estado de oxidación e hipo para el de menor estado de oxidación. Dados dos oxoácidos correspondientes al mismo no metal y ambos con igual número de átomos de hidrógeno, aquel que posea mayor número de átomos de oxígeno corresponderá a un mayor estado de oxidación del no metal. A continuación daremos una lista de los principales oxoácidos y su nomenclatura: H NO2 : ácido nitroso (el N actúa con +3) H NO3 : ácido nítrico (el N actúa con +5) H2SO4 : ácido sulfúrico H2SO3 : ácido sulfuroso H2 CO3: ácido carbónico H3PO3 : ácido fosforoso H3PO4 : ácido fosfórico y si el no metal es Cl, Br o I (Simbolizados con x) tendremos: HXO : ácido hipohaloso H XO2 : ácido haloso H XO3 : ácido hálico XO4H : ácido perhálico Obviamente de acuerdo a que X represente a Cl, Br o I, habrá que reemplazar el genérico halo por cloro, bromo o iodo respectivamente. + Todos estos compuestos generan H en solución acuosa y los correspondientes aniones. Así el + NO2H generará H y NO2 . El nombre de estos aniones se construye eliminando el prefijo ácido y reemplazando las terminaciones ico por ato y las terminaciones oso por ito. De este modo los aniones NO2 , NO3 , ClO , ClO2 , ClO3 , ClO4 se denominan nitrito, nitrato, hipoclorito, clorito, clorato y perclorato. En el caso de los ácidos polipróticos (con posibilidad de perder más de un protón) pueden generarse aniones con hidrógenos residuales, los cuales deben incluirse en la nomenclatura. Por 2ejemplo: el ácido sulfúrico puede proporcionar aniones sulfato (SO4 ) o aniones hidrógeno sulfato (HSO4 ). En el caso del ácido fosfórico pueden aparecer tres aniones distintos: fosfato (PO43- ), monohidrógeno fosfato (HPO42- ) y dihidrógeno fosfato (H2PO4 ). Sales El último grupo de compuestos que resta analizar es el de las sales. Estas se construyen simplemente combinando aniones (residuos de los ácidos) y cationes (residuos de los hidróxidos) tratando de neutralizar cargas. La nomenclatura surgirá de combinar el nombre del anión y del catión en ese orden. Ejemplos: + La combinación de un anión como el Cl con un catión como el Na dará la sal NaCl llamada cloruro de sodio. 2- + Entre SO4 y K obtenemos K2SO4 : sulfato de potasio. Entre NO2 y Ca2+ obtenemos Ca(NO2)2 : nitrito de calcio. + Combinaremos el anión PO43- con los cationes Ag , Fe2+ y Fe3+ ; las sales obtenidas serán Ag3PO4, Fe3(PO4)2 y FePO4 las cuales se denominarán fosfato de plata, fosfato de hierro (II) y fosfato de hierro (III) respectivamente. Todas las sales vistas hasta ahora son sales neutras; un grupo ligeramente distinto es el de las sales con hidrógenos residuales llamadas sales hidrogenadas (a veces denominadas sales ácidas). Formaremos algunas combinando al catión Na+ con los aniones HSO4 , HCO3 , H2PO4 y HPO42- . Las sales que podemos formar son NaHSO4 (hidrógeno sulfato de sodio). NaHCO3 (hidrógeno carbonato de sodio o comúnmente llamado bicarbonato de sodio), NaH2PO4 (dihidrógeno fosfato de sodio) y Na2HPO4 (monohidrógeno fosfato de sodio)
