Teoria Nomenclatura - Quimica 1
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Universidad Católica Andrés Bello Departamento de Química. Prof. José Gutiérrez Nomenclatura Química. Compuestos inorgánicos. INTRODUCCIÓN Sin duda, en cualquier disciplina, el hablar un mismo idioma genera el entendimiento. En la química, comunicarse requiere de la homogeneización en los nombres asignados a cada una de las sustancias para así lograr un mismo idioma que nos permita identificarlas con el solo hecho de mencionar ese nombre asignado. La necesidad de un sistema general en la nomenclatura química, se hizo sentir de manera muy notoria cuando el número de sustancias conocidas fue en aumento así como también las personas que trabajaban con ellas en las diferentes partes del mundo; de no lograrse, era prácticamente imposible el entendimiento y el intercambio de conocimientos. Bien podría darse el caso de personas hablando de un mismo compuesto pero con distintos nombres y por ello dar la sensación de referirse a algo diferente. La nomenclatura sistematizada ha logrado avances muy significativos, sin embargo se puede apreciar lo fuerte de las costumbres, con lo que se vuelve muy difícil erradicar algunos nombres triviales que han debido ser aceptados. Por ejemplo el Tetra oxo sulfato de hierro (II), sulfato ferroso y sulfato de hierro (II); nombres que corresponden a la fórmula FeSO4, ¿Tres nombres para una misma fórmula? ¡ Acéptalo ! Con cualquiera de los nombres se caracteriza al compuesto por lo tanto puede considerarse como apropiado; mas este ejemplo puede servirnos para mencionar el hecho de que bien podemos aceptar dos o más nombres para una misma fórmula pero jamás dos fórmulas corresponden a un mismo nombre. GENERALIDADES La química tiene como objetivo el estudio de la materia, su naturaleza, estructura, propiedades y transformaciones que en ella pueden ocurrir. Entendemos por materia como todo aquello que existe, encontrándonos que regularmente siempre está formando mezclas de distintos tipos de materiales que podemos separar y diferenciar de acuerdo a su comportamiento y referirnos a ellas con el término sustancias. Sustancia es pues, una muestra de materia en estado de pureza, material de un mismo tipo que por lo tanto debemos diferenciar de otros mediante un nombre; este nombre será asignado procurando dar con él la mayor información posible sobre la sustancia referida. Existe una gran diversidad de sustancias las cuales pueden ser agrupadas en familias de acuerdo a su composición y propiedades, estableciendo así una sistematización de todas ellas que nos permita facilitar su nomenclatura. Dentro de la gran diversidad de sustancias existentes podemos formar dos grupos; uno reúne a poco más de un centenar de sustancias simples o elementales y el otro, al gran número de sustancias compuestas, formadas precisamente por combinaciones que se dan entre las sustancias elementales. Una sustancia es simple cuando no puede ser descompuesta en otra más sencilla al aplicar algún método físico o químico reconocido como de uso común. Las sustancias simples son llamadas también ELEMENTOS y se representan mediante SIMBOLOS que generalmente consta de la primera letra del nombre escrita en mayúscula pudiendo estar acompañada de una segunda letra en minúscula. Las SUSTANCIAS COMPUESTAS pueden descomponerse en sustancias simples y son propiamente llamados COMPUESTOS, se representan mediante FORMULAS las cuales están constituidas por los símbolos de las sustancias elementales que forman al compuesto así como números que especifiquen la proporción de cada uno de los elementos, suerte tal, que la fórmula nos brinde información tanto cualitativa como cuantitativa sobre la composición de la sustancia. La FORMULA de un compuesto se escribe colocando inicialmente el símbolo del elemento menos electronegativo. Sustancias Simples Símbolo Nombre H Hidrógeno Ca Calcio K Potasio O Oxígeno Pb Plomo P Fósforo C Carbono Na Sodio Au Oro Sustancias Compuestas Fórmula Nombre H2O Agua Óxido de Na2O Sodio NH3 Amoníaco CaS Sulfuro de ______________________________________________________________________________________ Nomenclatura Química Página 1 CO KBr Calcio Monóxido de Carbono Bromuro de Potasio (NH4)2S Sulfuro de Amonio Ca(OH)2 Hidróxido de Calcio Al2(SO4)3 Sulfato de Aluminio COMPUESTOS POLIATOMICOS: constituidos por más de tres elementos diferentes. Existen porciones mínimas de las sustancias que no pueden fraccionarse más sin que pierdan las características propias de las sustancias; en el caso de los ELEMENTOS se le conoce como ATOMO y en los COMPUESTOS se le denomina MOLECULA. Las fórmulas de las sustancias compuestas nos dicen claramente si el compuesto está formado por átomos de un sólo elemento, de dos, tres o más; de acuerdo a esto podemos clasificarlas en: COMPUESTOS BINARIOS cuando son dos elementos diferentes los que lo integran, COMPUESTOS TERNEARIOS al ser tres y COMPUESTOS POLI-ATOMICOS en el caso de que los constituyentes sean más de tres; esta diferenciación guarda también regular importancia en la NOMENCLATURA. En este caso, la escritura de las fórmulas sigue los mismos criterios que en los anteriores, pero existen algunos en que es necesario modificarlos para que la fórmula sea más representativa de la forma en que los átomos se encuentran unidos en la molécula. Son ejemplos de fórmulas de compuestos diferentes aunque formados por los mismos elementos. MOLECULAS SENCILLAS: están formadas por un átomo o por la asociación de átomos de un sólo tipo: ESPECIES IONICAS O2 molécula de Oxígeno He molécula de Helio O3 molécula de Ozono Na molécula de Sodio Cl2 molécula de Cloro C molécula de Carbono * La condición de una molécula es que pueda existir en forma libre por ello es que si un átomo puede cumplir con esto se le considera una molécula. MOLECULAS COMPUESTAS: son las formadas por asociación entre átomos de elementos diferentes; y se pueden clasificar en: COMPUESTOS BINARIOS: están formados por átomos de dos elementos diferentes. Se escribe primero el menos electronegativo. H2O Agua K2O óxido de Potasio NaCl Cloruro de Sodio LiI Yoduro de Litio COMPUESTOS TERNARIOS: formados por tres elementos diferentes. En este tipo de compuestos suelen formarse grupos de elementos que deben escribirse encerrados en paréntesis para representar el número de veces que se repita dicho grupo, al igual que en los BINARIOS se escribe primero el elemento o grupo de elementos menos electronegativo. (NH4)2CO3 Carbonato de Amonio KNaLiPO4 Fosfato de Litio Sodio y Potasio HOCN ácido isociánico HNCO ácido ciánico HONC ácido fulmínico Existen fórmulas representativas de átomos o grupos de átomos que por la pérdida o ganancia de electrones han adquirido cierta carga eléctrica a la cual se le conoce como ELECTROVALENCIA, estas especies iónicas o simplemente IONES, pueden presentar carga positiva al originarse por la pérdida de electrones en átomos regularmente de elementos de baja electronegatividad como los METALES; a este tipo de ION se le conoce como CATION. Los NO METALES generalmente tienden a ganar electrones ya que presentan una gran electronegatividad; estos originan iones negativos conocidos con el nombre de ANION. La escritura de las fórmulas para los iones se hace siguiendo los mismos criterio que antes se mencionan para sustancias compuestas, agregando un signo y número alusivo a la cantidad de electrones ganados o perdidos para indicar al catión o al anión. Esta distinción se coloca en la parte superior y a la derecha de la fórmula. (SO4)-2 Anión Sulfato Mg+2 Catión Magnesio (OH)-1 Anión Hidróxido (NH4)+1 Catión Amonio (PO4)-3 Anión Fosfato K+1 Catión Potasio * Los iones Hidróxido y Amonio son excepción ya que primero está escrito el símbolo del elemento más electronegativo. FAMILIAS DE COMPUESTOS ______________________________________________________________________________________ Nomenclatura Química Página 2 Si bien hemos visto alguna forma de clasificar a los compuestos agrupándolos en moléculas simples o compuestas; en compuestos binarios, ternarios o poliatómicos, estas clasificaciones nos sirven de gran ayuda en la escritura de las fórmulas, pero es poca la información que nos brindan sobre las propiedades tanto físicas como químicas de un compuesto, es por ello que resulta indispensable una clasificación que los agrupe de acuerdo a sus propiedades químicas; para tal efecto surgen las siguientes familias: • • • • OXIDOS: son compuestos binarios formados por la combinación del oxígeno con otro elemento, si el elemento es un METAL se le conoce como OXIDO METALICO o también como OXIDO BASICO. En el caso de que fuera un NO METAL se le denomina OXIDO NO METALICO u OXIDO ACIDO, y en ocasiones a algunos se les puede denominar ANHIDRIDOS. ACIDOS: compuestos que al ser disueltos en agua tienen la capacidad de aumentar la concentración de IONES HIDRONIO (H3O)+1 BASES: estas sustancias se caracterizan por aumentar la concentración de IONES HIDROXIDO (OH)-1 cuando están en solución con agua. Si en su fórmula contienen el anión (OH)-1 se les conoce como HIDROXIDOS. SALES: estos compuestos se obtienen como producto de la NEUTRALIZACION de un ACIDO o de una BASE, ya sea por reacción entre ellos mismos o con algún METAL. Estas FAMILIAS de compuestos se han establecido en base a la FUNCION QUIMICA que cada uno de ellos desarrollan al ponerse en contacto con otras sustancias. EJEMPLOS: Los OXIDOS, siendo compuestos BINARIOS se combinan con el agua para producir compuestos TERNARIOS. Los OXIDOS METALICOS producen BASES de ahí el nombre alterno de OXIDOS BASICOS. MgO + Óxido de magnesio K2O Óxido de potasio H2O Æ Agua + H2O Agua Æ Mg(OH)2 Hidróxido de magnesio 2 KOH Hidróxido de potasio Los OXIDOS ACIDOS reciben este nombre porque al reaccionar con el agua producen sustancias con características ACIDAS. SO3 -Óxido de azufre (VI) -Anhídrido sulfúrico -Trióxido de azufre + Æ H2O Agua H2SO4 Ácido sulfúrico CO2 - Óxido de carbono (IV) -Anhídrido carbónico - Bióxido de carbono + P2O5 - Óxido de fósforo (V) - Anhídrido fosfórico -Pentaóxido de difósforo + H2O Æ H2CO3 Ácido carbónico 3 H2O Æ 2 H3PO4 ácido ortofosfórico ácido fosfórico * Estos ácidos son conocidos como OXIACIDOS por la presencia del oxígeno. Un gran número de OXIDOS ACIDOS pueden también ser llamados ANHIDRIDOS dado que se obtienen mediante la deshidratación de algún OXIACIDO al ser sometido a calentamiento. 2 HNO3 Acido Nítrico Æ N2O5 + Anhídrido nítrico H2SO3 Ácido Sulfuroso Æ SO2 Anhídrido sulfuroso + + H2O H2O * La DESHIDRATACION es eliminación del Agua. Por eso el nombre de ANHIDRIDO que significa SIN AGUA. Los ACIDOS pueden ser compuestos binarios o ternarios. Formados por la combinación del HIDROGENO con otro elemento o grupos de elementos de gran electronegatividad cuya principal característica es el aumento de IONES HIDRONIO (H3O)+1 al ser disueltos en agua. Esto les confiere la propiedad de neutralizar los IONES HIDROXIDO (OH)- liberados en las soluciones de las BASES formándose AGUA, además de una SAL producto de la combinación del ION ______________________________________________________________________________________ Nomenclatura Química Página 3 negativo (ANION) y el positivo (CATION) liberados por el ACIDO y la BASE respectivamente. + Mg(OH)2 Æ MgSO4 + + Base Sal + Hidróxido Sulfato Ácido de de sulfúrico magnesio magnesio H2SO4 Ácido HCl + Ácido + Ácido Clorhídrico NaOH Base Hidróxido de sodio Æ NaCl Sal Cloruro de Sodio 2 H2O Agua + H2O + Agua Otra característica de los ACIDOS es la liberación del HIDROGENO presente en ellos cuando reaccionan con algún METAL formándose también una SAL. Zn + Metal + Zinc Fe Metal Hierro + + H2SO4 Æ ZnSO4 + H2 Ácido Sal + Hidrógeno Ácido Sulfato Sulfúrico de zinc Æ FeCl3 + H2 HCl Ácido Sal + Hidrógeno Ácido Cloruro Clorhídrico férrico Las BASES o HIDROXIDOS al ser liberadoras del ANION HIDROXIDO (OH)-1 serán capaces de neutralizar a los ACIDOS quienes liberan el CATION de HIDROGENO (H)+1 formando AGUA, por lo que MUTUAMENTE SE NEUTRALIZAN originando sustancias de una relativa estabilidad. 2 Fe(OH)3 + 3 H2SO4 Æ Fe2(SO4)3 + 3 H2O Base + Ácido Sal + Agua Hidróxido Ácido Sulfato férrico Sulfúrico férrico Æ AlCl3 3 HCl Al(OH)3 + Base + Äcido Sal Hidróxido Cloruro Ácido de de clorhídrico aluminio aluminio + 3 H2O + Agua Como podemos apreciar, las bases son compuestos TERNARIOS con la participación de un METAL quien es realmente el que cede el electrón que le confiere la carga negativa al ANION (OH)-1, quedando él como un CATION. Esto origina que en interacciones entre compuestos que por su fórmula sean llamados hidróxidos, alguno de ellos tenga un comportamiento ACIDO, lo cual depende de la capacidad de ceder electrones de los metales. Aquel que tenga una mayor electronegatividad se comportará como NO METAL y el compuesto que lo posea se comportará como un ACIDO. 3 NaOH + Al(OH)3 Æ Na3AlO3 Base + Äcido Sal Hidróxid Hidróxido Aluminato o de de de sodio sodio aluminio + 3 H2O + Agua A los elementos que dependiendo de las condiciones pueden adquirir características de METAL o de NO METAL se le conoce como METALOIDE o ANFOTERO. Ejemplo: Zn, Mn, Al, Cr, W, As, Sb, etc. Las SALES son sustancias de una relativa estabilidad cuya solubilidad y actividad química depende de los elementos que la integran. Están formados por un CATION el cual proviene de una BASE y de un ANION cuyo origen quizá sea un ACIDO, de los cuales se ha obtenido por NEUTRALIZACION de las características de ACIDO y BASE. Pueden ser compuestos BINARIOS, TERNARIOS o POLIATOMICOS. K2SO4 Sal ternaria NaI Sal binaria KNaLiSO4 Sal poliatómica Las sales pueden reaccionar entre sí para dar productos de mayor estabilidad: AgNO3 + Nitrato de plata KCl Cloruro de potasio Æ AgCl + KNO3 Nitrato Cloruro de de plata potasio * Reacción entre sales en solución, donde se aprecia un desplazamiento de los componentes originándose sales de una mayor estabilidad. En compuestos con CATIONES o ANIONES multivalentes es posible que se den neutralizaciones parciales y por lo tanto las sales que así se originen podrán tener características ácidas o básicas. NaOH Hidróxid o de sodio Mg(OH)2 Hidróxido de magnesio Æ NaHCO3 + H2O Carbonato Ácido Agua ácido de carbónico sodio Sal ácida + H2CO3 + HCl Ácido Clorhídrico Æ Mg(OH)Cl Cloruro de Hidroxi magnesio Sal Básica ______________________________________________________________________________________ Nomenclatura Química Página 4 + A [Fe(CN)6]-3 Este tipo de sales pueden ser neutralizadas con un ion diferente originando SALES MIXTAS. NaHCO3 sal ácida + KOH base Æ KnaCO3 sal mixta + Mg(OH)Cl sal básica + HBr ácido Æ MgBrCl sal mixta + En ocasiones las sales cristalizan absorbiendo moléculas de agua; a estas se les conoce cómo SALES HIDRATADAS, su fórmula se escribe anexándole el número de moléculas de agua a la cual se le conoce como AGUA DE CRISTALIZACION. CaSO4 2 H2O CuSO4 5 H2O Sulfato de Calcio dihidratado Sulfato cúprico pentahidratado SALES DOBLES. Algunas sales se depositan formando cristales de dos tipos de sustancias; como ejemplo citaremos los compuestos llamados ALUMBRES cuya formación contiene SULFATOS DE CATIONES MONOVALENTES Y TRIVALENTES. K2SO4 Al2(SO4)3 24 H2O Sulfato doble de aluminio y potasio hidratado COMPUESTOS DE COORDINACION. También conocidos como compuestos complejos; consisten regularmente en un elemento METALICO CENTRAL al cual se unen varios aniones y/o moléculas llamados LIGANDOS. Se dice que los ligandos están coordinados alrededor del METAL CENTRAL en la primera esfera de coordinación la cual se indica por paréntesis rectangulares y puede ser CATION o ANION. K3[Fe(CN)6] Hexaciano ferrato III de potasio [Cu(NH3)4]Cl H2O [Cu(NH3)4]+ Anión Hexaciano ferrato III cloruro de tetramino cobre I Catión tetraamino cobre I H2O Se puede apreciar que en la escritura de la fórmula de un complejo también se escribe primero el CATION seguido del ANION. CLASIFICACION PERIODICA DE LOS ELEMENTOS: LA TABLA PERIODICA Después de conocer diferentes clasificaciones que existen sobre las distintas sustancias, resulta de gran interés y de singular importancia para una buena NOMENCLATURA de los compuestos, el conocer ciertas características de los elementos de acuerdo al acomodo que guardan en la TABLA PERIODICA. El ordenamiento de los elementos en la tabla periódica no fue hecho al azar, sino más bien es el fruto de un gran número de intentos por agruparlos en función de sus propiedades y el orden seguido es en base a un NUMERO ATOMICO que viene siendo la cantidad de protones existentes en el NUCLEO del átomo. Tal vez la tabla periódica que resulte más común sea la conocida como de "DIECIOCHO COLUMNAS", en esta podemos apreciar 7 renglones horizontales llamados PERIODOS, además de 18 columnas verticales llamadas GRUPOS. El nombre de TABLA PERIODICA la recibe precisamente porque cada cierto número de elementos las propiedades químicas se repiten; quedando colocados uno bajo el otro todos aquellos elementos que presentan propiedades con similitud para formarse así un GRUPO. Los PERIODOS están formados por un conjunto de elementos que teniendo propiedades químicas diferentes, mantienen en común el presentar igual número de niveles con electrones en su envoltura, correspondiendo el número de PERIODO al total de niveles. ______________________________________________________________________________________ Nomenclatura Química Página 5 Las propiedades químicas de los elementos dependen de la distribución electrónica en los diferentes niveles, por ello; todos aquellos que tienen igual número de electrones en su último nivel presentan propiedades químicas similares, correspondiendo el número de período en que se encuentra ubicado, al del último nivel con electrones y el número de grupo guarda relación con la cantidad de electrones en la última capa. La tabla periódica suele dividirse en diversas formas según las propiedades que se deseen estudiar, de tal suerte que se agrupan conjuntos de elementos con características comunes. • METALES, NO METALES Y METALOIDES Aún antes de establecerse la tabla periódica; ya el creador de la SIMBOLOGIA de los elementos J. J. BERZELIUS publicó en 1814 una clasificación sistemática en donde agrupaba dos tipos: los METALES y los NO METALES. Las características de los elementos METALICOS son: En la clasificación periódica de DIECIOCHO columnas podemos apreciar a estos grupos de elementos claramente delimitados, lo cual nos parece razonable si pensamos que las características de ellos dependen de la distribución electrónica, entre más próximos estén los elementos, mayor semejanza tendrán en sus propiedades 1. Conducen con facilidad el calor y la electricidad. 2. Presentan brillo metálico 3. Generalmente pueden ser laminados o estirados formando alambres, propiedades que se conocen como MALEABILIDAD y DUCTILIDAD. 4. Por lo regular a temperatura ambiente son sólidos excepto Hg, Ga, Cs y Fr. 5. Al combinarse con NO METALES ceden electrones por lo que adquieren cargas positivas (CATIONES). Los NO METALES presentan las siguientes características: 1. Son malos conductores del calor y la electricidad. 2. No son maleables ni dúctiles. 3. Reciben electrones al combinarse con los METALES adquiriendo así cargas NEGATIVAS (ANIONES). Algunos elementos suelen comportarse según las condiciones como metales o como no metales; a estos se les conoce como METALOIDES. y esto se debe a que la distribución electrónica presenta también una gran semejanza. Si admitimos que las propiedades químicas de los elementos dependen de la ubicación de los electrones en su envoltura, tenemos una CLASIFICACION DE ELEMENTOS EN FUNCION DE SU DISTRIBUCION ELECTRONICA. En esta clasificación los elementos se agruparon en cuatro bloques según el tipo de orbital atómico en que se ubique su electrón diferencial. ______________________________________________________________________________________ Nomenclatura Química Página 6 - El Nitrógeno se une a tres Hidrógenos en la formación de Amoníaco, su valencia es tres. NH3 A los bloques S y P se les conoce como elementos REPRESENTATIVOS mientras que a los D y F se les denomina elementos de TRANSICION. El bloque S está formado por dos columnas, el P por seis, en el D se observan diez y el F presenta un total de 14. Como se puede observar, el número de columnas corresponde al máximo de electrones que se pueden acomodar en esos tipos de orbitales, los elementos colocados en una misma columna o grupo tendrán igual cantidad de electrones en el nivel más externo y su electrón diferencial estará en el mismo tipo de orbital. Otra clasificación que resulta importante conocer y es de gran utilidad en la NOMENCLATURA es la que nos brinda información sobre la capacidad de combinación de los elementos o sea su VALENCIA así como su ESTADO o NUMERO DE OXIDACION. Existe una clasificación que ubica a los elementos representativos en ocho grupos identificados como A y a los de transición en B. Los elementos representativos son conocidos así porque el número de grupos representa la cantidad de electrones en su CAPA DE VALENCIA o sea el ULTIMO NIVEL y la cantidad de electrones en esa capa nos indica la valencia máxima que el elemento puede presentar. La VALENCIA de un elemento se refiere a la capacidad de combinación que presenta; en el caso de los NO METALES se relaciona con el número de átomos de hidrógeno con que se puede enlazar y en los METALES con cuántos átomos de cloro se une. Ejemplos: - El Calcio se puede unir a dos átomos de Cloro por lo que su valencia es dos. CaCl2 - El Oxígeno forma agua uniéndose a dos hidrógenos, su valencia también será dos. H2O En la NOMENCLATURA DE LAS SUSTANCIAS INORGANICAS resulta de mayor importancia aún conocer el ESTADO DE OXIDACION, este regularmente es la valencia con un signo que expresa la carga adquirida por el elemento al enlazarse con otros diferentes a él; es decir, átomos de distinta electronegatividad. El ESTADO o NUMERO DE OXIDACION generalmente expresa la cantidad de electrones que un átomo aporta en la formación de enlaces con otros átomos de elementos diferentes. Ejemplos: - El CALCIO se une al CLORO formando el compuesto CaCl2; en este caso el Calcio tiene estado de oxidación +2 ya que emplea dos electrones al unirse con el Cloro quien presenta -1, al emplear sólo un electrón. - El OXIGENO forma Agua al unirse con un estado de oxidación de -2 con el HIDROGENO que presenta +1. Existen compuestos que nos permiten establecer diferencias entre VALENCIA y NUMERO DE OXIDACION. Ejemplos: El OXIGENO al formarse el PEROXIDO DE HIDROGENO presenta valencia DOS mientras que su número de oxidación es -1; su fórmula es H2O2 y puede representarse con una estructura en donde se aprecia que cada Oxígeno solo emplea un electrón para unirse al Hidrógeno quien sería el átomo diferente; aún sin embargo son dos los enlaces que forma. Caso similar podemos observar en el Benceno cuya fórmula es C6H6 y los estados de oxidación del Hidrógeno es +1 y para el carbono -1. ______________________________________________________________________________________ Nomenclatura Química Página 7 Aquí observamos que el carbono forma cuatro enlaces por lo que su VALENCIA es cuatro; su NUMERO DE OXIDACION es -1 ya que sólo con un enlace se une a otro elemento diferente. LOS NUMEROS DE OXIDACION EN LA TABLA PERIODICA El conocer la posición del elemento en la Tabla Periódica nos resulta de gran utilidad para determinar su NUMERO DE OXIDACION; Los METALES presentan CARGAS POSITIVAS y los NO METALES suelen Los elementos NO METALICOS al combinarse con elementos de menor electronegatividad tienden a adquirir CARGAS NEGATIVAS, y esta será en un número que permita completar OCHO, al sumar el número de grupo con la cantidad de carga. Así tenemos que: el grupo VII A adquieren -1, en el VI A -2, los del V A -3 y algunos del IV A -4. Los ELEMENTOS DE TRANSICION regularmente presentan estado de oxidación +3; los grupos I y II suelen tener +1 y +2 como ocurre en Cu+1, Ag+1, Au+1 en el grupo I B y Zn+2, Cd+2 y Hg+2 del II B; también suele presentarse Cu+2, Au+3 y Hg+1. Los elementos de transición pueden adquirir números de oxidación positivos de acuerdo también al número de grupo como máximo. LOS NUMEROS DE OXIDACION EN UN COMPUESTO Los elementos que integran un compuesto presentan un estado de oxidación que puede determinarse de acuerdo al conocimiento que tenemos de su colocación en la tabla, algunos elementos suelen presentar sólo un estado de oxidación, pero otros se comportan de manera diferente dependiendo de las características de los elementos con que se combinen o presentar NEGATIVAS aunque también pueden ser POSITIVOS dependiendo del compuesto que forme. ELEMENTOS REPRESENTATIVOS: estos elementos suelen presentar número de oxidación de acuerdo al grupo en que se ubican; el número de grupo nos dice el estado de oxidación máximo del elemento. Los elementos pueden presentar varios estados de oxidación y estos dependen del número de grupo; si el grupo es PAR, los elementos tendrán CARGAS POSITIVAS PARES desde el CERO hasta el NUMERO DE GRUPO. Si es IMPAR, las CARGAS serán IMPARES. también de las condiciones de reacción o ambientales en que se encuentre. Lo anterior se toma en consideración para determinar que número de oxidación presenta cada elemento en un compuesto. REGLAS ARBITRARIAS PARA ASIGNAR NUMEROS DE OXIDACON 1. 2. 3. 4. 5. 6. Los elementos libres o moleculares que no estén combinados con otro diferente presentan carga cero. La suma algebraica de los números de oxidación en los integrantes de un compuesto debe ser igual a cero. En un ion será igual a la carga del ion. Los elementos del grupo I A, II A y III A invariablemente presentan carga de +1, +2 y +3 respectivamente. Generalmente la carga negativa corresponde al elemento más electronegativo y todos lo demás serán positivos. En el Oxígeno es -2, con excepción de los peróxidos por existir enlace entre los oxígenos, será -1. En el Hidrógeno es +1, con la salvedad de combinaciones con elementos de menor electronegatividad que él, como en el caso de los hidruros. ______________________________________________________________________________________ Nomenclatura Química Página 8 Ejemplos: Potasa cáustica: este para hidróxido de potasio. FeCl3 UNA NOMENCLATURA SISTEMATIZADA El Cl es -1 por ser más electronegativo y el Fe es +3 al establecer la suma (-1)3 + 3 = 0. Bajo otras condiciones el Fe será +2 con la fórmula FeCl2. KMnO4 El K es +1 ya que su grupo es IA. El O es -2 ya que es el más electronegativo; mientras tanto al Mn le corresponde +7. La suma algebraica será +1+7+(-2)4 = +1+7-8=0. H2O2 El O será negativo por ser el más electronegativo, pero será -1 ya que existe un enlace entre los oxígenos. Al H le corresponde +1 según la suma (+1)2 + (-1)2 = 0. LiH Caso en el cual el H por ser más electronegativo que el metal presentará estado de oxidación de -1 y el Li +1 NOMENCLATURA Actualmente existe la tendencia a adoptar un sistema de nombres que permita al máximo caracterizar las propiedades de la sustancia. Para ello se da un nombre genérico correspondiente a la familia que agrupe al compuesto según su FUNCION QUIMICA, posteriormente se especifica que elemento presenta determinada FUNCION e incluso el estado de oxidación de éste, lo cual se logra con un manejo de terminaciones y de prefijos según sea requerido. Mas recientemente la NOMENCLATURA STOCK reglamenta el uso del nombre genérico (óxido, hidróxido, ácido, etc.) seguido del elemento que pertenece a determinada familia y con un número romano encerrado en paréntesis le especifica el estado de oxidación NOMBRE DE SUSTANCIAS SENCILLAS. Para simplificar la tarea de asignar nombres a los compuestos, es prudente agrupar a las familias según contengan o no oxígeno. • Con oxígeno; óxidos, hidróxidos, ácidos oxigenados (oxiácidos) y sales oxigenadas (oxisales). • Sin oxígeno: hidruros, hidroácidos y saluros o sales haloideas. • Nomenclatura de compuestos de coordinación • Nomenclatura Moderna UNA NOMENCLATURA COMUN O TRIVIAL. Cabe hacer notar que antes de existir la idea de socializar de manera reglamentada los nombres de las sustancias, fueron apareciendo un alto número de compuestos con nombres usuales o comunes los cuales se aprendían más por la práctica que por sistematización alguna, siendo este motivo la causa de que el NOMBRE TRIVIAL no señale ninguna característica del compuesto. Algunos ejemplos: H2O Agua P3 Fosfina NH3 Amoníaco AsH3 Arsina SiH4 Silano SbH3 Estibina N2H4 Hidracina BH3 Borano Estos son nombres y fórmulas aceptados como correctas. Existen otros nombres que son aplicados a presentaciones industriales de algunos compuestos. Ejemplos: NOMENCLATURA DE COMPUESTOS CON OXIGENO OXIDOS: Esta familia de sustancias reúne sólo a compuestos binarios. Son OXIDOS BASICOS cuando el segundo elemento es un METAL. Algunos ejemplos: Al2O3óxido de aluminio Na2Oóxido de sodio FeO óxido de fierro (II) u óxido ferroso CrO3 óxido de cromo (VI) u óxido crómico CuO óxido de cobre (II) u óxido cúprico Hg2Oóxido de mercurio (I) u óxido mercuroso Son OXIDOS ACIDOS cuando el segundo elemento es un NO METAL. Ácido muriático para el ácido clorhídrico. Vinagre: es el ácido acético. Sosa cáustica: nombre del hidróxido de sodio. CO óxido de carbono (II) o monóxido de carbono N2O3 óxido de nitrógeno (III) o trióxido de dinitrógeno ______________________________________________________________________________________ Nomenclatura Química Página 9 Cl2O3 óxido de cloro (III) o trióxido de dicloro SO2 óxido de azufre (IV) o dióxido de azufre P2O5 óxido de fósforo (V) o pentaóxido de difósforo Br2O7 óxido de bromo (VII) o heptaóxido de dibromo Podemos notar que el nombre de este grupo de compuestos precisa la palabra OXIDO que es el nombre genérico de la familia. Casi la totalidad de elementos presentan la FUNCION QUIMICA de reaccionar con el oxígeno para formar algún tipo de óxido. La nomenclatura se completa especificando el elemento formador del óxido al cual se le añade con número romano al estado de oxidación en caso de que dicho elemento pueda asumir más de uno. Otra nomenclatura también aceptada aunque más antigua, emplea en lugar de números romanos las terminaciones ICO para el estado de oxidación mayor y OSO para el menor. En los metales estas terminaciones son suficientes ya que presentan uno o dos estados de oxidación solamente, pero en el caso de los NO METALES y METALOIDES que suelen presentar más de dos, debemos diferenciarlos con los prefijos HIPO para el estado de oxidación más pequeño o el PER en la carga mucho mayor. El prefijo HIPO se conjuga con la terminación OSO y el prefijo PER con la de ICO satisfaciendo así la necesidad de diferenciar hasta cuatro compuestos formados por un mismo elemento con distintos estados de oxidación. La gran mayoría de los óxidos ácidos también son conocidos por el término genérico ANHIDRIDO. CO anhídrido carbonoso CO2 anhídrido carbónico SO anhídrido hiposulfuroso SO2 anhídrido sulfuroso SO3 anhídrido sulfúrico Cl2O anhídrido hipocloroso Cl2O3 anhídrido cloroso Cl2O5 anhídrido clórico Cl2O7 anhídrido perclórico La expresión anhídrido implica la carencia de agua en estos compuestos lo cual ocurre precisamente en algunos ácidos con oxígeno quienes son deshidratados mediante calentamiento dando lugar a la formación de estos óxidos o anhídridos. Æ SO3 H2SO4 + H2O ácido sulfúrico anh. sulfúrico Æ N2O5 anh. nítrico 2HNO3 ácido nítrico 2H3PO4 Æ P2O5 + H2O + 3 H2O anh. fosfóric o Algunos OXIDOS ACIDOS no pueden nombrarse anhídrido precisamente por no existir ácido alguno que lo produzca por dehidratación. Ejemplos: NO óxido de nitrógeno (II) N2O2 NO2 óxido de nitrógeno (IV) N2O4 Se puede observar que los estados de oxidación del nitrógeno es +2 en NO y de +4 en NO2, los cuales no son comunes para los elementos que integran ese grupo (normalmente +5, +3, +1) característica que podría sernos útil en la nomenclatura de los anhídridos. Los OXIDOS siendo compuestos binarios tienen la FUNCION QUIMICA de reaccionar con agua para formar compuestos ternarios. Æ MgO + H2O Mg(OH)2 ácido fosfórico Oxido de Magnesio Fe2O3 Hidróxido de Magnesio + 3 H2O Æ Oxido férrico Oxido de hierro (III) N2O5 Anh. nítrico + Cl2O + Anh. hipocloroso H2O H2O Æ 2 Fe(OH)3 Hidróxido férrico Hidróxido de hierro (III) H2NO3 Acido nítrico Æ 2 HClO Acido hipocloroso Los OXIDOS BASICOS reaccionan con agua originando a los HIDROXIDOS quienes presentan características BASICAS, mientras que los OXIDOS ACIDOS dan origen a sustancias con características ACIDAS. HIDROXIDOS: Son compuestos ternarios con características básicas (colorean de azul el papel tornasol) que presentan en su fórmula el anión monovalente oxidrilo (OH)-1. NaOH hidróxido de sodio KOH hidróxido de potasio Cu(OH)2 hidróxido cúprico o hidróxido de cobre (II) Cr(OH)3 hidróxido cromoso o hidróxido de cromo (III) Podemos observar en su nomenclatura, primero al nombre genérico HIDROXIDO seguido del elemento al ______________________________________________________________________________________ Nomenclatura Química Página 10 cual se le añade un número romano que especifica su estado de oxidación cuando sea necesario diferenciar compuestos formados por el mismo elemento. Otro modo de diferenciarlos es utilizando la terminación OSO para el estado de oxidación menor o ICO para el mayor. CuOH hidróxido cuproso hidróxido de cobre (I) Cr(OH)6 hidróxido crómico hidróxido de cromo (VI) Fe(OH)2 hidróxido ferroso hidróxido de fierro (II) Fe(OH)3 hidróxido férrico hidróxido de fierro(III) El grado de basicidad de los hidróxidos depende de la electronegatividad del metal. ACIDOS OXIGENADOS (OXIACIDOS): Son compuestos ternarios con características ácidas (colorean de rojo el papel tornasol). Estos compuestos además del oxígeno presentan en su estructura átomos de HIDROGENO el cual al disolverse el compuesto en agua aumentando la concentración de iones hidronio (H3O)+1 en la solución. Según la cantidad de hidrógenos (H)+ presentes en su estructura se clasifican en: MONOPROTICOS con uno, DIPROTICOS con dos y POLIPROTICOS con tres o más. Su nomenclatura es similar a la de los anhídridos pero en estos se usa el nombre genérico ACIDO, después se nombra el no metal con la terminación OSO o ICO según sea su estado de oxidación y de ser requerido, los prefijos HIPO o PER antepuestos al nombre del no metal. H2SO4 ácido sulfúrico H2SO3 ácido sulfuroso H2SO2 ácido hiposulfuroso HClO3 ácido clórico HClO ácido hipocloroso HClO4 ácido perclórico H3PO4 ácido fosfórico HBrO2 ácido bromoso En estos compuestos no empleamos los números romanos ni tampoco los prefijos alusivos a la cantidad de átomos presentes como se hizo en los óxidos ácidos. Cabe recordar que los no metales de los grupos VII A, VI A y V A suelen presentar varios estados de oxidación por lo que las terminaciones OSO e ICO en ocasiones deben de conjuntarse con los prefijos HIPO o PER para lograr la correcta diferenciación de compuestos integrados por los mismos elementos. HClO4 ácido PERclórICO HClO3 ácido clórICO HClO2 ácido clorOSO HClO ácido HIPOclorOSO H2SO4 ácido sulfúrICO H2SO3 ácido sulfurOSO H2SO2 ácido HIPOsulfurOSO Existen ácidos que se forman bajo condiciones especiales originando compuestos diferentes donde participan los mismos elementos con igual estado de oxidación. HPO3 H3PO4 H4P2O7 En los tres casos el fósforo tiene estado de oxidación +5, el oxígeno -2 y el hidrógeno +1, el fósforo determina el nombre de los ácidos como FOSFORICO, pero... ¿ los tres igual ? ¡ No ! se puede diferenciar apoyándonos con prefijos alusivos a condiciones de reacción que determinan el compuesto formado. + P2O5 H2O Æ 2 HPO3 Anh. fosfór ico Acido META*fosfórico *META: más pequeño reacción que ocurre limitado a la cantidad mínima de agua por lo que el ACIDO posee una menor cantidad de HIDROGENO que la presentada por el más común. P2O5 + 3 H2O Æ 2 H3PO4 Acido ORTO*fosfórico *ORTO: el más común, lo correcto. este ácido es el más común, normalmente conocido como ACIDO FOSFORICO; se puede observar que la cantidad de agua es mayor. El ácido ortofosfórico por calentamiento, puede sufrir una parcial deshidratación: 2 H3PO4 Æ H4P2O7 + H2O Acido Acido PIRO*fosfórico fosfórico *PIRO: Fuego (por el calentamiento) El nombre genérico ACIDO implica la disociación del compuesto aumentando en las soluciones la concentración de iones (H3O)+. Por lo que, al no estar en solución, no está disociado ni presenta las características ácidas. En ese caso la nomenclatura como ACIDOS sería incorrecta y el nombre más apropiado es como el de una SAL. SALES OXIGENADAS (OXISALES): Son compuestos ternarios o poliatómicos neutros; es decir, no presentan propiedades básicas ni ácidos y tampoco reaccionan con el agua para producir sustancias con esas propiedades. Se producen mediante reacciones de neutralización de ACIDOS OXIGENADOS con HIDROXIDOS o con METALES. Mg(OH)2 + H2SO4 Æ MgSO4 + 2 H2O ______________________________________________________________________________________ Nomenclatura Química Página 11 base ácido sulfato de Magnesio + H2 + H2SO4 Æ ZnSO4 sulfato de metal ácido Zinc En la nomenclatura de este tipo de sales observamos que las terminaciones OSO e ICO empleados en el nombre de los anhídridos y oxiácidos se sustituyen por ITO y ATO, siendo estas terminaciones aplicadas en el no metal lo que va a caracterizar a las OXISALES. El resto de la nomenclatura sigue igual, en el METAL tendrá que especificarse el estado de oxidación ya sea con números romanos o con terminación OSO o ICO. Zn Fe2(SO4)3 sulfato de hierro (III) o sulfato férrico KClO hipoclorito de potasio CuNO2 nitrito de cobre (I) o nitrito cuproso Ca3(PO4)2 fosfato de calcio NaIO2 yodito de sodio Fe(BrO4)2 perbromato de fierro (II) o perbromato ferroso Recordemos de la existencia de los METALOIDES Li3AlO3 aluminato de litio KMnO4 permanganato de potasio FeCrO4 cromato de fierro (II) o cromato ferroso K2Cr2O7 dicromato de potasio LiCrO2 cromito de litio Na2ZnO2 zincato de sodio Cuando vimos los nombres de OXIACIDOS se mencionó la nomenclatura de ellos como OXISAL si estos no están en solución acuosa. H2SO4 sulfato de hidrógeno HPO3 metafosfato de hidrógeno H4P2O7 pirofosfato de hidrógeno HNO3 nitrato de hidrógeno La existencia de ácido dipróticos y polipróticos permite que ocurran neutralizaciones parciales de estos originando SALES ACIDAS así como también a partir de hidróxidos con múltiples (OH)-1 se pueden formar SALES BASICAS. Estas sales pueden en posterior reacción ser neutralizadas por completo pudiendo dar lugar a la formación de SALES MIXTAS. SALES ACIDAS: NaHCO3 carbonato ácido de sodio o bicarbonato de sodio Mg(HSO4)2 sulfato ácido de magnesio o bisulfato de magnesio SALES BASICAS: Al(OH)Cl2 diclorhidróxido de aluminio o hidroxidicloruro de aluminio Al(OH)2Cl clordihidróxido de aluminio o dihidroxi cloruro de aluminio SALES MIXTAS: NaKCO3 carbonato de potasio y sodio KNaLiPO4 fosfato de litio, sodio y potasio NOMENCLATURA DE COMPUESTOS SIN OXIGENO HIDRUROS: Son compuestos caracterizados por la presencia del Hidrógeno combinado con un metal. Ya que el hidrógeno es más electronegativo que los metales, necesariamente su estado de oxidación será negativo. LiH hidruro de litio CaH2 hidruro de calcio MgH2 hidruro de magnesio Para darles nombre se menciona la palabra HIDRURO que será el nombre genérico para todos aquellos compuestos donde el hidrógeno presente carga negativa. Después se especifica el nombre del metal que interviene. HIDROACIDOS: Sustancias que en solución acuosa son capaces de liberar el ion H+; para ello se requiere que el HIDROGENO esté unido covalentemente con elementos de alta electronegatividad como los halógenos. Para nombrarlos se antepone la palabra ACIDO al no metal y se reemplaza su última vocal por la terminación HIDRICO. HCl ácido clorhídrico HBr ácido bromhídrico H2S ácido sulfhídrico Existen algunas conformaciones entre el carbono con otros elementos de alta electronegatividad que forman también sustancias con características ácidas. HCN ácido cianhídrico HSCN ácido sulfocianhídrico Algunos elementos como el Nitrógeno, el Oxígeno y el Fósforo; aún siendo de alta electronegatividad presentan una distribución estereoquímica de su covalencia con el hidrógeno que no permite formar ácidos y mas bien se consideran bases. NH3 amoníaco PH3 fosfina H2O agua SALES HALOIDEAS O SALUROS: ______________________________________________________________________________________ Nomenclatura Química Página 12 Estos compuestos son conformaciones atómicas entre METALES y NO METALES, generalmente producidos por neutralización de ACIDOS y BASES, o por la acción directa de estos compuestos sobre los METALES. Su nombre se establece mencionando al NO METAL con la terminación URO seguido del METAL. También aquí es necesario determinar estados de oxidación, los cuales estarán señalados por la terminación OSO o ICO en caso de nomenclatura común; o bien los NUMEROS ROMANOS empleados para la NOMENCLATURA STOCK. FeCl2 cloruro ferroso o cloruro de hierro (II) MgS sulfuro de magnesio CuBr2 bromuro cúprico o bromuro de cobre (II) También podemos decir que la terminación HIDRICO que caracteriza a los hidroácidos es sustituida por URO que será lo que identifique la nomenclatura de un HALURO. Fe(CN)3 cianuro férrico o cianuro de fierro (III) KSCN sulfocianuro de potasio PbI2 yoduro plumboso o yoduro de plomo (II) NOMENCLATURA DE COMPUESTOS DE COORDINACION Los también conocidos como COMPUESTOS COMPLEJOS se nombran al igual que los BINARIOS y TERNARIOS mencionando primero al ANION sea o no este el ION COMPLEJO. Ya que la cantidad de este tipo de compuestos se multiplica por el fenómeno de ISOMERIA es prudente señalar que aquí se presenta un resumen de las reglas más importantes de su nomenclatura, los cuales nos sirven para nombrar los complejos más simples y comunes. • Si el ion complejo es un anión, se utilizará la terminación ATO. Si es catión o neutro, el nombre no cambia. • Los constituyentes del complejo se nombran primero los aniónicos, moléculas neutras y el ion metálico central. • A los ligantes aniónicos se les da terminación en "o". Ejemplo: OH-1 hidroxo Cl-1 cloro CN-1 ciano F-1 fluoro CNO-1 cianato O-2 oxo S-2 tio CO3-2 carbonato C2O4-2 oxalato NO3-1 nitrato S2O3-2 tiosulfato • • • NO2-1 nitro SO4-2 sulfato Los nombres de ligandos neutros no cambian, ejemplos: H2O agua (acuo) CO carbonilo NH3 amino NO nitrosilo El número de ligandos simples es indicado por los refijos di-, tri-, tetra-, penta-, hexa-. Para los ligandos complejos como la etilendiamino se emplean bis-, tris, tetrakis, pentakis. El número de oxidación del ion metálico central es indicado por un número romano encerrado en paréntesis. K4[Fe(CN)6] Hexacianoferrato (II) de potasio K+1 [Fe(CN)6]-4 catión anión [Co(NH3)4(H2O)Cl]Cl2 Cloruro de cloro-acuo Tetramino Cobalto (III) [Pt(NH3)4][PtCl6] Hexacloroplatinato (IV) de Tetramino platino (II) [Cu(en)2]SO4 Sulfato de bis (etilendiamino) Cobre (II) [Ni(CO)4] Tetracarbonilo de niquel (0) [Ag(NH3)2]Cl Cloruro de diamino plata (I) [Co(NH3)3Cl3] Tricloro triamino cobalto (III) K3[Al(C2O4)3] Tris oxalato aluminato de potasio Existen nombres triviales que se imponen sobre el nombre moderno. Ejemplo: K3[Fe(CN)6] Ferricianuro de potasio Hexaciano Ferrato (III) de potasio Trivial Moderno La nomenclatura de iones complejos es similar pero anteponiendo la palabra ión. Ejemplo: CATION [Pt(H2O)2Cl2]+2 ión dicloro di-acuo platino (IV) ANION [Pt(NH3)2(CN)6]-2 ión hexaciano diamino platinato (IV) ANION [CoF4]-1 ión tetrafluoro cobaltato (III) CATION [Cr(H2O)6]+3 ión hexa acuo cromo (III) NOMENCLATURA MODERNA La IUPAC (International Union Pure and Aplicated Chemistry) mediante la comisión encargada de revisar constantemente la NOMENCLATURA no ha dejado de presentar modificaciones tratando de perfeccionar reglas para un mejor uso de la NOMENCLATURA QUIMICA; estas reglas se van integrando gradualmente para facilitar su aceptación a un corto plazo. Ejemplos: ______________________________________________________________________________________ Nomenclatura Química Página 13 "En un compuesto poliatómico, el grupo electronegativo debe nombrarse usando la terminación "ATO" después de la raíz de átomo central. Terminados en "o", señalando con prefijos griegos la cantidad de ellos se menciona a los ligandos". Na2CO3 Los iones (CO3)-2 y Na+1 que integran al compuesto se nombran "Tri-oxo-carbonato de Sodio". El nombre CARBONATO se deriva del átomo central de CARBONO, y Trioxo indica la presencia de tres átomos de oxígeno, después de nombrado el anión, señalamos la presencia del sodio. Sin embargo el nombre de carbonato de sodio es aceptado. Ejemplos: K2SO4 Tetra oxo sulfato de potasio (IUPAC) o Sulfato de potasio (Lo acepta la IUPAC) Na2SO3 Tri oxo sulfato de sodio o sulfito de sodio CuClO2 di oxo clorato de cobre (I) o clorito de cobre (I) Cu(ClO2)2 bis-dioxo clorato de cobre (II) o clorito de cobre (II) ______________________________________________________________________________________ Nomenclatura Química Página 14
