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Departamento de Ciencia y Tecnología QUIMICA 1 Comisión B Dra. Silvia Alonso ([email protected]) Lic. Evelina Maranzana ([email protected]) 1 Nomenclatura Introducción La nomenclatura química contiene las reglas que nos permiten asignar un nombre a cada sustancia química. Su objetivo es identificar inequívocamente a una sustancia en particular. La nomenclatura sistemática que se usará en este tutorial, fue desarrollada por una organización de química, llamada: Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC). En algunos casos, se recomendará el uso de otros sistemas de nomenclatura ya que se ha generalizado mucho su uso. 2 Elementos metálicos y no metálicos Para efectos de nomenclatura y estudio de las propiedades químicas una clasificación muy importante de los elementos es en metálicos y no-metálicos. Se puede determinar aproximadamente si un elemento es metal o no-metal por su posición en la tabla periódica. Los metales se encuentran a la izquierda y en el centro de la tabla periódica y los no-metales en el extremo de la derecha. 3 En la tabla 1 se da una distribución de los elementos en las dos categorías. Obsérvese la línea diagonal escalonada que divide aproximadamente la tabla en elementos metálicos y no-metálicos. 4 Cuando se comparan dos elementos, el más metálico es el que se encuentra más hacia la izquierda o más hacia la parte inferior de la tabla periódica. Existen algunas reglas útiles basadas en el concepto del número de oxidación que permiten predecir las fórmulas de un gran número de compuestos. 5 La porción más positiva se escribe primero y se nombra al último. Este puede ser un metal, un ion poliatómico positivo, un hidrógeno, o simplemente la porción menos electronegativa del compuesto. La porción más negativa se escribe de último y se nombra primero. Este puede ser un anión o simplemente el átomo más electronegativo. Ejemplo: cloruro de sodio, yoduro de amonio y sulfato de potasio. 6 + NH 4 I + K 2 SO 4 7 Números de Oxidación Existen algunas reglas útiles basadas en el concepto del número de oxidación que permiten predecir las fórmulas de un gran número de compuestos. Una de las propiedades más importantes de los elementos es su estado de oxidación, o número de oxidación. El número de oxidación está determinado por las siguientes reglas: – El número de oxidación de cualquier átomo sin combinar o elemento libre (por ejemplo, N2) es cero. – El número de oxidación para el oxígeno es – 2 (en los peróxidos es de – 1). 8 Números de Oxidación – El número de oxidación para el hidrógeno es +1 (en los hidruros es de – 1). – Para iones simples, el número de oxidación es igual a la carga del ión. (Así, para Ba2+ el número de oxidación es + 2.) – La suma de los números de oxidación para los átomos de los elementos en una fórmula determinada es igual a cero; en el caso de un ion poliatómico la suma es igual a la carga total. (Un ion poliatómico es una partícula cargada que contiene más de un átomo, por ejemplo, el ion NO3-). 9 Números de Oxidación Existe una correlación definida entre los números de oxidación y los grupos en donde están localizados los elementos en la tabla periódica. Todos los elementos del grupo IA tienen un número de oxidación de +1, los elementos del grupo IIA tienen un número de oxidación de +2 y así sucesivamente. 10 Números de Oxidación En general, un número de oxidación positivo para cualquier elemento es igual al número del grupo del elemento en la tabla periódica. Por ejemplo el nitrógeno es + 5. El número de oxidación negativo para cualquier elemento se puede obtener sustrayendo de 8 el número del grupo y dándole a la diferencia un signo negativo. De acuerdo con la tabla 2 el del flúor es – 1, el del azufre es – 2 y el del nitrógeno es – 3. 11 Números de Oxidación 12 Números de Oxidación Para predecir una fórmula química simplemente se unen los elementos con número de oxidación positivo a aquellos que tienen número de oxidación negativo, sin olvidar que la suma de todos los números en la fórmula final debe ser igual a cero. 13 Números de Oxidación Desafortunadamente, hay muchas excepciones a este sistema de asignar los números de oxidación a partir de la posición de los elementos en la tabla periódica. Muchos elementos (principalmente los de transición), tienen más de un número de oxidación, por lo tanto, estos números deberán memorizarse. En la tabla 3 se dan algunos de estos elementos. 14 IONES POSITIVOS Y NEGATIVOS Para facilitar el aprendizaje de la nomenclatura química es importante conocer los iones (positivos y negativos) más comunes junto con sus nombres y cargas. 15 Iones positivos con cargas variables Los iones que aparecen en la tabla 4 llevan exactamente los mismos nombres de los elementos de los cuales se derivan. Por ejemplo, Na y Mg son átomos de sodio y de magnesio, mientras que Na1+ y Mg2+ son iones de sodio y de magnesio. Estos elementos normalmente forman iones que tienen solamente las cargas que se muestran tal como se aprecia en la tabla 4. 16 Carga de un ión No existe uniformidad en cuanto a la forma de expresar la carga de un ion; así, por ejemplo, algunos autores escriben Mg++, CO3=, otros Mg2+, CO32- o Mg+2, CO3-2,las diferentes formas son equivalentes. 17 IONES POSITIVOS 18 IONES NEGATIVOS 19 Cálculo de Número de Oxidación Ejemplos para determinar los números de oxidación: 1 5 6 0 1 5 2 H N O3 2 1 6 8 0 6 2 Na2 S O4 2 6 8 0 1 6 2 H 2 S O4 6 2 10 16 0 5 2 Ca3 ( P O4 )2 20 Compuestos binarios de dos no metales Todos los compuestos binarios toman la terminación –uro en el primer elemento nombrado. Si dos no metales se combinan para formar solamente un compuesto, éste se nombra escribiendo el nombre del segundo elemento con la terminación –uro y ligados ambos nombres con la preposición “de”. Compuestos de este tipo contienen hidrógeno con otro no metal. 21 Compuestos binarios de dos no metales H Cl H S 2 HCl cloruro de hidrógeno H2S sulfuro de hidrógeno Para otros compuestos binarios de este tipo, donde más de un compuesto binario puede formarse a partir de dos elementos, se utilizan los prefijos griegos que aparecen en la siguiente tabla. Este sistema corresponde al “Sistema Estequiométrico”. 22 Tabla de prefijos griegos PREFIJO GRIEGO NUMERO PREFIJO GRIEGO NUMERO Mono- 1 Hexa- 6 Di- 2 Hepta- 7 Tri- 3 Octa- 8 Tetra- 4 Nona- 9 Penta- 5 Deca- 10 23 PREFIJOS y NUMEROS ROMANOS El prefijo mono no se usa con el primer elemento. Ejemplo. CO monóxido de carbono CO2 dióxido de carbono • Se acepta también el uso de números romanos para indicar los estados de oxidación de los elementos más positivos, esto corresponde al “Sistema Stock”, que es el más recomendado por la IUPAC. 2 2 CO óxido de carbono (II) 4 2 C O2 óxido de carbono (IV) 24 Sistema Clásico El Sistema Clásico, que todavía se utiliza bastante, toma en consideración a los óxidos de no metales que pueden reaccionar con agua para formar ácidos. Estos óxidos de no metal (óxidos ácidos) se nombran como anhídridos. – Ejemplo: CO2 H 2O H 2CO3 anhídrido carbónico agua ácido carbónico 25 Valencia de no-metales para formar anhídridos A continuación se presenta una tabla en la que se indican cuáles son los no metales que pueden formar anhídridos y sus correspondientes números de oxidación. IIIA IVA VA VIA VIIA B C N +3 +4 +3,+5 Si P S Cl +4 +3,+5 +2,+4 +1,+3,+5,+7 As Se Br +3,+5 +2,+4 +1,+5 Sb Te I +3,+5 +2,+4 +1,+5,+7 26 Valencia de no-metales para formar anhídridos Como el no metal puede presentar distintas valencias, se hace necesario distinguir con nombres diferentes los distintos tipos de combinaciones. Esto se indica en el siguiente cuadro. Valencia del no metal Nombre del anhídrido 1ó2 Hipo____oso 3ó4 ____oso 5ó6 ____ico 7 per____ico 27 Valencia de no-metales para formar anhídridos En el caso del C y Si (valencia +4) y del boro (valencia +3) se les da exclusivamente la terminación –ico. Los anhídridos se nombran 1) con la palabra anhídrido y 2) con la terminación correspondiente de acuerdo con su valencia. – Ejemplos • Anhídrido brómico • Anhídrido sulfuroso • Anhídrido peryódico 5 2 Br O Br2O5 4 2 7 2 S O S 2O4 SO2 I O I 2O7 28 Anhídridos 3 • Anhídrido bórico 2 B O B2O3 Dada la fórmula del anhídrido decir su nombre. – – Br2O3 a. Se reconoce que es un anhídrido porque tiene un no metal (el Br) y el oxígeno. b. Para calcular la valencia del no metal se procede así: Se multiplica 3 que es el subíndice del oxígeno) por – 2 (que es su valencia). El producto, con signo cambiado, se divide entre el subíndice del nometal que es 2. O sea: +6 ÷ 2 = 3. c. Como el no metal funciona con valencia +3 ke corresponderá la terminación –oso. El nombre final es anhídrido bromoso. SO3 a. Es un anhídrido ya que posee el no metal S y oxígeno. b. Valencia del no metal: 3 x –2 = -6; +6 ÷ 1 = 6 29 Anhídridos Como tiene valencia +6 le corresponde la terminación –ico. El nombre final es anhídrido sulfúrico. Br2O7 a. Es un anhídrido. b. Valencia del no metal: 7 x –2 = -14; 14 ÷ 2 = 7 c. El nombre final es anhídrido perbrómico. CO2 a. Es un anhídrido. b. Valencia del no metal: 2 x –2 = -4; +4 ÷ 1 = 4 c. El nombre final es anhídrido carbónico. c. • • Algunos compuestos binarios de dos no metales tienen nombres comunes, como agua para H2O y amoníaco para NH3 (el amoníaco es una excepción a la regla general de que la parte más positiva se escribe primero). 30 Compuestos binarios de metal con no-metal Hay dos tipos de metales que debemos considerar: – Metales con número de oxidación fijo (solamente uno). – Metales con número de oxidación variable (más de uno). Metales con número de oxidación fijos. Los metales con número de oxidación fijo (constantes) son los de los grupos IA y IIA, además del Al, Zn, Ag. Los nombres de estos compuestos se escriben como aparecen en los siguientes ejemplos, sin usar ningún prefijo. 31 OXIDOS • • • • • • KI Ag2S CaF2 BaO MgH2 Ca3N2 yoduro de potasio sulfuro de plata fluoruro de de calcio óxido de bario hidruro de magnesio nitruro de calcio Metal + oxígeno óxido Metales con número de oxidación variable De una manera práctica se puede decir, que excepto para los metales IA, IIA, Al, Zn y Ag, todos los demás tienen número de oxidación variable. Si el metal tiene número de oxidación variable, esto debe ser indicado en su nombre. 32 OXIDOS Hay dos sistemas que se deben considerar: – Sistema clásico: Se utiliza para metales con dos estados de oxidación. Usa el sufijo –oso para el menor estado de oxidación e –ico para el mayor. • También usa los nombres latinos ferroso y férrico para el hierro. • Cúproso y cúprico para el cobre. • Estannoso y estánnico para el estaño. • Plumboso y plúmbico para el plomo. • Hay muchas desventajas en este sistema ya que el nombre no hace referencia al número de oxidación real del metal, sino únicamente si usa el más bajo o más alto. 33 OXIDOS – Sistema Stock o Sistema Numeral Romano: Es un sistema más preciso, ya que se indica el número de oxidación real del metal con números romanos entre paréntesis inmediatamente después del nombre del metal. El sistema estequiométrico prácticamente no se usa en este tipo de compuestos. • Considere los siguientes ejemplos de los nombres de algunos cationes comunes utilizando ambos sistemas. – Cu+ = cuproso o cobre (I) – Cu+2 = cúprico o cobre (II) – Fe+2 = ferroso o hierro (II) – Fe+3 = férrico o hierro (III) Dada la fórmula del compuesto binario establecer su nombre: 34 OXIDOS Fórmula Sistema Clásico Sistema Stock Fe+3 + O–2 Fe2O3 Óxido férrico Óxido de hierro (III) Pt+2 + O–2 Pt2O2 PtO Óxido platinoso Óxido de platino (II) Óxido estannoso Óxido de estaño (II) Sn+2 + O–2 Sn2O2 SnO Cu+2 + Cl –- CuCl2 Cloruro cúprico Cloruro de cobre (II) Hg+2 + Br –- HgBr2 Bromuro mercúrico Bromuro de mercurio (II) Au+3 + S–2 Au 2S3 Sulfuro áurico Sulfuro de oro (III) Fosfuro titánico Fosfuro de titanio (IV) No tiene Cloruro de manganeso (II) Ti+4 + P–3 Mn+2 + Cl –- Au3P4 MnCl2 35 Otros compuestos que se nombran como binarios Hay otros pocos compuestos que toman la terminación –uro al igual que los compuestos binarios. Ejemplo: – Compuestos de amonio (NH4+ ). En estos el ion amonio actúa como un simple ion metálico. – (NH4)+ + S-2 (NH4)2S , sulfuro de amonio • (NH4)+ + ClNH4Cl , cloruro de amonio – Cianuros (CN - ). Aquí el ion cianuro actúa como simple anión de un no metal. Ejemplo: • Na+ + CN• Cu+2 + (CN)cobre (II) NaCN cianuro de sodio Cu(CN)2 , cianuro cúprico o cianuro de 36 Acidos Binarios Las sustancias que producen H+ en solución son ácidos. Un compuesto binario formado de hidrógeno con un elemento más electronegativo (no metal) puede actuar como un ácido binario. Por ejemplo cuando el gas cloruro de hidrógeno (HCl) es puesto en solución acuosa, forma ácido clorhídrico. HCl( g ) HCl( ac ) H 2O cloruro de hidrógeno ácido clorhídrico 37 Ejemplos: Compuesto Nombre Nombre del ácido formado en solución acuosa H + + Br - HBr Bromuro de hidrógeno Ácido bromhídrico H + + S -2 H2S Sulfuro de hidrógeno Ácido sulfhídrico H + + CN - HCN Cianuro de hidrógeno Ácido cianhídrico 38 Hidróxidos Estos son compuestos que contienen el grupo OH-. Son comúnmente llamados bases, álcalis, o simplemente hidróxidos. Para escribir la fórmula correcta debe recordarse que el grupo OH- tiene una carga de – 1. Fórmula Nombre Hidróxido de sodio Na+ + OH - Hidróxido de calcio Ca+2 + (OH) - Ca(OH)2 Hidróxido de hierro (III) Fe+3 + (OH) - Fe(OH)3 Hidróxido de estaño (IV) Sn+4 + (OH) - Sn(OH)4 NaOH 39 Acidos Ternarios y sus Sales Esquema general de la fórmula de un oxácido O hidrógeno no metal oxígeno − Ejemplo: H 2CO3 HO C OH Esquema general de la fórmula de una oxisal metal no metal oxígeno O Na+ Ox − Ejemplo: Na 2CO3 C O- Na+ x 40 Reglas para determinar nombres de oxácidos y oxianiones Estado de oxidación del átomo central Nombre del ácido Nombre del oxianión 1o2 Hipo – oso Hipo – ito 3o4 - oso - Ito 5o6 - ico - ato Per - ico Per - ato 7 41 Estados de oxidación del átomo central IIIA IVA VA VIA VIIA B C N +3 +4 +3,+5 Si P S Cl +4 +3,+5 +4,+6 +1,+3,+5,+7 As Se Br +3,+5 +4,+6 +1,+5 Sb Te I +3,+5 +4,+6 +1,+5,+7 42 Formación de oxácidos Los oxiácidos se forman cuando reacciona un anhídrido con agua. La nomenclatura más utilizada corresponde al “Sistema Clásico”. Ejemplo: CO2 H 2O H 2CO3 anhídrido carbónico agua ácido carbónico 43 1 HCO 3 Acido carbónico y bicarbonatos 2 4 6 0 1 4 2 H 2 C O3 ácido carbónico Ca H C O3 2 2 2 2 8 12 0 1 4 2 bicarbonato de calcio carbonato hidrogenado de calcio carbonato ácido de calcio 1 1 1 4 6 0 1 4 2 Na H C O3 bicarbonato de sodio carbonato hidrogenado de sodio carbonato ácido de sodio Al H C O3 3 3 3 3 12 18 0 1 4 2 bicarbonato de aluminio carbonato hidrogenado de aluminio carbonato ácido de alumin io 44 2 Carbonatos CO3 2 1 Fe2 C O3 3 6 3 4 6 0 4 2 Na2 C O3 carbonato de sodio 12 18 0 4 2 carbonato férrico carbonato de hierro (III) IIIA IVA VA VIA VIIA B +3 C +4 N +3,+5 Si +4 P +3,+5 S +4,+6 Cl +1,+3,+5,+7 As +3,+5 Se +4,+6 Br +1,+5 Sb +3,+5 Te +4,+6 I +1,+5,+7 45 Ácido nitroso El ácido nitroso se forma cuando reacciona el anhídrido nitroso con agua. 3 1 3 4 0 1 3 2 2 N 2 O3 H 2O H N O2 anhídrido nitroso agua ácido nitroso IIIA IVA VA VIA VIIA B +3 C +4 N +3,+5 Si +4 P +3,+5 S +4,+6 Cl +1,+3,+5,+7 As +3,+5 Se +4,+6 Br +1,+5 Sb +3,+5 Te +4,+6 I +1,+5,+7 46 Nitritos NO -12 Cu N O2 2 2 2 1 3 4 0 1 3 2 Na N O2 nitrito de sodio 6 8 0 3 2 nitrito cúprico nitrito de cobre (II) IIIA IVA VA VIA VIIA B +3 C +4 N +3,+5 Si +4 P +3,+5 S +4,+6 Cl +1,+3,+5,+7 As +3,+5 Se +4,+6 Br +1,+5 Sb +3,+5 Te +4,+6 I +1,+5,+7 47 Ácido nítrico El ácido nítrico se forma cuando reacciona el anhídrido nítrico con agua. 5 1 5 6 0 1 5 2 2 N 2 O5 H 2O H N O3 agua anhídrido nítrico IIIA IVA VA B +3 C +4 N +3,+5 Si +4 ácido nítrico VIA VIIA P +3,+5 S +4,+6 Cl +1,+3,+5,+7 As +3,+5 Se +4,+6 Br +1,+5 Sb +3,+5 Te +4,+6 I +1,+5,+7 48 Nitratos -1 NO 3 Au N O3 3 3 3 1 5 6 0 1 5 2 Na N O3 nitrato de sodio 15 18 0 5 2 nitrato áurico nitrato de oro (III) IIIA IVA VA VIA VIIA B +3 C +4 N +3,+5 Si +4 P +3,+5 S +4,+6 Cl +1,+3,+5,+7 As +3,+5 Se +4,+6 Br +1,+5 Sb +3,+5 Te +4,+6 I +1,+5,+7 49 Ácido fosforoso El ácido fosforoso se forma cuando reacciona el anhídrido fosforoso con 3 moléculas agua. Lo mismo ocurre con los oxácidos de arsénico (As) y antimonio 3 3 6 0 (Sb). 3 2 1 3 2 P2 O3 3H 2O 2 H 3 P O3 anhídrido fosforoso agua ácido fosforoso IIIA IVA VA VIA VIIA B +3 C +4 N +3,+5 Si +4 P +3,+5 S +4,+6 Cl +1,+3,+5,+7 As +3,+5 Se +4,+6 Br +1,+5 Sb +3,+5 Te +4,+6 I +1,+5,+7 50 Fosfitos PO -3 3 Hg3 P O3 2 6 2 3 3 6 0 1 3 2 Li3 P O3 fosfito de litio 6 12 0 3 2 fosfito mercúrico fosfito de mercurio (II) IIIA IVA VA VIA VIIA B +3 C +4 N +3,+5 Si +4 P +3,+5 S +4,+6 Cl +1,+3,+5,+7 As +3,+5 Se +4,+6 Br +1,+5 Sb +3,+5 Te +4,+6 I +1,+5,+7 51 Ácido fosfórico El ácido fosfórico se forma cuando reacciona el anhídrido fosfórico con 3 moléculas agua. Lo mismo ocurre con los oxácidos de arsénico (As) y antimonio (Sb). 3 5 8 0 5 2 1 5 2 P2 O5 3H 2O 2 H 3 P O4 agua anhídrido fosfórico IIIA IVA VA B +3 C +4 N +3,+5 Si +4 ácido fosfórico VIA VIIA P +3,+5 S +4,+6 Cl +1,+3,+5,+7 As +3,+5 Se +4,+6 Br +1,+5 Sb +3,+5 Te +4,+6 I +1,+5,+7 52 -3 PO 4 Fosfatos 3 5 8 0 3 5 2 3 5 8 0 1 5 2 Al P O4 Li3 P O4 fosfato de aluminio fosfato de litio IIIA IVA VA VIA VIIA B +3 C +4 N +3,+5 Si +4 P +3,+5 S +4,+6 Cl +1,+3,+5,+7 As +3,+5 Se +4,+6 Br +1,+5 Sb +3,+5 Te +4,+6 I +1,+5,+7 53 Fosfato hidrogenado HPO y dihidrogenado H PO -2 4 -1 4 2 H 3 PO 4 ácido fosfórico 1 1 -H + -1 2 4 fosfato dihidrogenado fosfato diácido H PO 2 5 8 0 1 5 2 Na H 2 P O4 fosfato dihidrogenado de sodio fosfato diácido de sodio -H + HPO -24 fosfato hidrogenado fosfato ácido 2 1 1 5 8 0 1 5 2 Na2 H P O4 fosfato hidrogenado de sodio fosfato ácido de sodio 54 Acidos y oxisales con halógeno como elemento central 1 1 2 0 1 1 2 H Cl O ácido hipocloroso VIA 1 1 1 2 0 1 2 Na Cl O hipoclorito de sodio Estado de oxidación del átomo central Nombre del ácido Nombre del oxianión 1o2 Hipo – oso Hipo – ito 3o4 - oso - Ito Br +1,+5 5o6 - ico - ato I +1,+5,+7 7 Per - ico Per - ato IIIA IVA VA VIIA B +3 C +4 N +3,+5 Si +4 P +3,+5 S +4,+6 Cl +1,+3,+5,+7 As +3,+5 Se +4,+6 Sb +3,+5 Te +4,+6 55 Acidos y oxisales con halógeno como elemento central 1 3 4 0 1 3 2 1 3 4 0 1 3 2 H Cl O2 Na Cl O2 ácido cloroso clorito de sodio Estado de oxidación del átomo central Nombre del ácido Nombre del oxianión 1o2 Hipo – oso Hipo – ito 3o4 - oso - Ito 5o6 - ico - ato Per - ico Per - ato 7 56 Acidos y oxisales con halógeno como elemento central 1 5 6 0 1 5 2 1 5 6 0 1 5 2 H Cl O3 Na Cl O3 ácido clórico clorato de sodio Estado de oxidación del átomo central Nombre del ácido Nombre del oxianión 1o2 Hipo – oso Hipo – ito 3o4 - oso - Ito 5o6 - ico - ato Per - ico Per - ato 7 57 Acidos y oxisales con halógeno como elemento central 1 7 8 0 1 7 2 1 7 8 0 1 7 2 Na Cl O4 H Cl O4 perclorato de sodio ácido perclórico Estado de oxidación del átomo central Nombre del ácido Nombre del oxianión 1o2 Hipo – oso Hipo – ito 3o4 - oso - Ito 5o6 - ico - ato Per - ico Per - ato 7 58 Sales Mixtas Si una sal contiene dos cationes, el que tiene la carga más baja se escribe primero y se nombra después del anión; de otra manera la nomenclatura es la misma como para otras salels. Ejemplo: 1 2 5 8 0 1 2 5 2 K Ca P O4 fosfato de potasio y calcio 126 1620 Na2 Ca S O4 2 2 1 2 2 sulfato de disódico de calcio 59 Utilización de la tabla periódica para determinar nombres y fórmulas A partir de las reglas de nomenclatura estudiadas y con los conocimientos de la tabla periódica y estructura atómica, se debe porder deducir correctamente nombres y fórmulas de otras sustancias menos comunes. Ejemplo: determinar el nombre de la fórmula KMnO4 25 Mn 7,6,4,2,3 1 7 8 0 1 7 2 K Mn O4 ¿? 17 Cl 1,3,5,7 Permanganato de potasio 60 61