SEMINARIO DE INTRODUCCIÓN A LA NOMENCLATURA DE COMPUESTOS QUÍMICOS Módulo II Coordinadores: ECHENIQUE, Elizabeth Alejandra RODRIGUEZ, Rodrigo Rafael SALUZZO, Carla Romina Seminario de Introducción a Nomenclatura de Compuestos Químicos 2.1. INTRODUCCIÓN En el módulo anterior se describió que en la naturaleza existen numerosos compuestos que deben representarse e identificarse de acuerdo a la capacidad de combinación con que actúan los elementos que intervienen en ellos. Por tanto definimos a la nomenclatura química como el sistema de normas, comunes en todo el mundo, para denominar a los elementos y compuestos químicos. El organismo encargado de dictar tales normas se llama Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC). Toda la materia está formada a partir de unas unidades elementales que existen en un número limitado, estas unidades no pueden ser divididas en partes más sencillas mediante los métodos físicos o químicos usuales (que vimos como los átomos que integran los elementos químicos). En la naturaleza existe 92 elementos químicos, aunque se han creado 20 elementos más mediante procesos que implican reacciones nucleares. A los elementos químicos podemos dividirlos en tres categorías: metales, no metales y metaloides, aquí destacaremos los elementos metálicos y no metálicos. De los 112 elementos que se conocen, sólo 25 son no metálicos; su química a diferencia de los no metales, es muy diversa, a pesar de que representa un número muy reducido, la mayoría de ellos son esenciales para los sistemas biológicos (O, C, H, N, P y S). En el grupo de los no metales se incluyen los menos reactivos: los gases nobles. Las propiedades únicas del H lo apartan del resto de los elementos en la tabla periódica. Los metales en su mayoría provienen de los minerales. Los metales más abundantes en la corteza terrestre que existen en forma mineral son: aluminio, hierro, calcio, magnesio, sodio, potasio, titanio, y manganeso. El agua de mar es una rica fuente de iones metálicos como Na+, Mg+ y Ca+. 2.2. OXIDOS ÁCIDOS También llamados óxidos no metálicos son compuestos formados por la reacción entre un no metal y oxígeno. Son llamados óxidos ácidos porque al reaccionar con agua forman oxácidos. Se les nombra según la cantidad de valencias, como se explica a continuación: Módulo II. Seminario de Introducción a Nomenclatura de Compuestos Químicos NO METAL + OXÍGENO —–> ÓXIDO ÁCIDO O ANHÍDRIDO La fórmula general de un óxido ácido es YnOm, siendo Y el no metal, O el oxígeno, “n” el estado de oxidación del oxígeno que cuando forma óxidos es igual a (-2); y “m” el estado de oxidación del no metal. Como se aprecia para formar el compuesto se intercambian los estados de oxidación de los elementos. Ejemplo: formular el óxido ácido que se forma cuando se hace reaccionar Boro con oxígeno. Resultando: 3 B + O2 B2O3 Como se aprecia el boro tiene estado de oxidación +3 y el oxígeno -2; con lo cual al intercambiar sus estados de oxidación se obtiene el óxido de boro: B2O3. Si presto atención al ejemplo anterior habrá notado que escribimos una ECUACIONES DE FORMACIÓN de los oxidos involucrados, siempre que se escriban ecuaciones químicas es importante entender que hay una equivalencia entre los lados de la ecuación y por lo tanto ambos miembros deben estar correctamente balanceados (es por ello que hay unos números que anteceden a la fórmula química del compuesto). En la ecuación de formación del oxido de boro, en el lado izquierdo la cantidad de átomos de cada elemento debe ser igual a la cantidad de átomos del lado derecho de la ecuación. El balance de ecuaciones se explicará con mayor detalle en la sección 2.4. Nomenclatura tradicional: Se coloca la palabra “óxido” seguido del nombre del no metal siguiendo las reglas vistas en el módulo I (el nombre variará según la cantidad de estados de oxidación que el no metal pueda tomar. Nomenclatura Stock: se nombra colocando la palabra “óxido” seguido de la palabra “de” y a continuación el “nombre del no metal” y entre paréntesis se coloca el número de oxidación usado por el no metal. Nomenclatura por atomicidad: se coloca realiza un conteo de átomos de oxígeno y del no metal, de la forma “prefijo1”-“oxido” de “prefijo2”-“nombre no metal”. Ejemplo: Aprender los tres tipos de nomenclaturas de óxidos ácidos no es difícil, simplemente requiere práctica. A continuación se presentan algunos compuestos con sus tres nombres aceptables. Fórmula Cl2O B2O3 N2O5 Cl2O7 Tradicional óxido hipocloroso óxido de boro óxido nitrico óxido perclorico Atomicidad Monóxido de dicloro Trióxido de diboro pentóxido de dinitrogeno heptóxido de dicloro Módulo II. Numerales de stock óxido de cloro (I) óxido de boro (III) óxido de nitrógeno (V) óxido de cloro (VII) Seminario de Introducción a Nomenclatura de Compuestos Químicos 2.3. OXIDOS BÁSICOS También llamados óxidos metálicos son compuestos formados por la reacción entre un metal y oxígeno. Son llamados óxidos básicos porque al reaccionar con agua forman hidróxidos (que son alcalinos o básicos). Se les nombra según la cantidad de valencias, como se explica a continuación: METAL + OXÍGENO —–> ÓXIDO BÁSICO La fórmula general de un óxido básico es MnOm, siendo M el metal, O el oxígeno, “n” el estado de oxidación del oxígeno que cuando forma óxidos es igual a (-2); y “m” el estado de oxidación del metal. Como se aprecia para formar el compuesto se intercambian los estados de oxidación de los elementos. Ejemplo: formular el óxido basico que se forma cuando se hace reaccionar calcio con oxígeno. Resultando: 2 Ca + O2 2 CaO Como se aprecia el calcio tiene estado de oxidación +2 y el oxígeno -2; con lo cual al intercambiar sus estados de oxidación se obtiene el óxido de calcio: Ca2O2 lo que puede simplificarse como CaO. Nomenclatura tradicional: Se coloca la palabra “óxido” seguido del nombre del metal siguiendo las reglas vistas en el módulo I (el nombre variará según la cantidad de estados de oxidación que el metal pueda tomar. Nomenclatura Stock: se nombra colocando la palabra “óxido” seguido de la palabra “de” y a continuación el “nombre del metal” y entre paréntesis se coloca el número de oxidación usado por el metal. Nomenclatura por atomicidad: se coloca realiza un conteo de átomos de oxígeno y del metal, de la forma “prefijo1”-“oxido” de “prefijo2”-“nombre metal”. Ejemplo: A continuación se presentan algunos compuestos con sus tres nombres aceptables. Fórmula Nomenclatura Números de átomos CaO óxido de calcio Monóxido de calcio Módulo II. Nomenclatura de stock óxido de calcio Seminario de Introducción a Nomenclatura de Compuestos Químicos Cu2O CuO FeO Fe2O3 óxido cuproso óxido cúprico óxido ferroso óxido férrico Monóxido de dicobre Monóxido de cobre Monóxido de hierro Trióxido de dihierro óxido de cobre (I) óxido de cobre (II) óxido de hierro (II) óxido de hierro (III) 2.4. BALANCEO DE ECUACIONES QUÍMICAS Antes de iniciar con la formación y nomenclatura de otras familias de compuestos, se introducirán conceptos relacionados con ecuaciones químicas, y el balance de las mismas. Una ecuación química es una descripción simbólica de una reacción química. Muestra las sustancias que reaccionan (llamadas reactivos o reactantes) y las sustancias que se originan (llamadas productos). La ecuación química ayuda a ver y visualizar los reactivos que son los que tendrán una reacción química y el producto, que es la sustancia que se obtiene de este proceso. Además se puede ubicar los símbolos químicos de cada uno de los elementos o compuestos que estén dentro de la ecuación y poder balancearlos con mayor facilidad. Un caso general de ecuación química sería: Reactivos Productos donde: A, B, C, D, representan la fórmula molecular de las moléculas que reaccionan (lado izquierdo) y los que se producen (lado derecho). a, b, c, d, representan los coeficientes estequiométricos, que deben ser ajustados de manera que sean reflejo de la ley de conservación de la masa. La ecuación química nos indica que a moléculas de la sustancia A, reaccionan con b moléculas de la sustancia B; para formar c moléculas de la sustancia C y d moléculas de la sustancia D. Para poder balancear correctamente una reacción química existen varios métodos, entre ellos el redox, el algebraico (que no se explicarán) y por tanteo. El método por tanteo no es otra cosa que la prueba y error hasta obtener el balanceo correcto, pero empleando algunos consejos se puede aumentar la posibilidad de éxito y balancear una ecuación rápidamente. Para balancear por este o todos los demás métodos es necesario conocer la Ley de la conservación de la materia, propuesta por Lavoisier en 1774. Dice lo siguiente Módulo II. Seminario de Introducción a Nomenclatura de Compuestos Químicos "En una reacción química, la masa de los reactantes es igual a la masa de los reactivos" por lo tanto "La materia no se crea ni se destruye, solo se transforma" Como todo lleva un orden a seguir, éste método resulta más fácil si ordenamos a los elementos de la siguiente manera. Balancear los elementos en el siguiente orden: Metales y/o no metales Oxígenos Hidrógenos De esta manera, nos resulta más fácil, ya que el mayor conflicto que se genera durante el balanceo es causado principalmente por los oxígenos e hidrógenos. Ejemplo: la siguiente ecuación no se encuentra balanceada Fe + O2 Fe2O3 Aplicando el orden de balanceo que se explicó anteriormente primero se balancea el metal, en éste caso el Fe, en el lado izquierdo hay un átomo mientras que en la derecha hay dos átomos de hierro; por lo tanto le corresponde un coeficiente 2. 2 Fe + O2 Fe2O3 Seguimos con los oxígenos, por la izquierda hay dos átomos, y a la derecha hay 3 átomos; con lo cual le correspondería un coeficiente de 3/2. 2 Fe + 3/2 O2 Fe2O3 Así la ecuación química ha quedado balanceada. Módulo II.