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FORMULACIÓN Y NOMENCLATURA INORGÁNICA. La tabla periódica. Todos los compuestos químicos existentes están formados por combinaciones de elementos químicos cada uno de los cuales se representa mediante un símbolo. Los elementos se ordenan en la llamada tabla periódica agrupados en grupos (columnas). Los elementos de un mismo grupo tienen propiedades químicas parecidas. Valencia. Las moléculas están constituidas por átomos unidos mediante enlaces químicos. Éstos enlaces se forman mediante intercambio mutuo de electrones. Se llama valencia al nª de electrones cedidos o captados al formar un enlace. Existe una tabla de valencias que debes aprenderte, aunque siempre deberás tener en cuenta las siguientes reglas: 1. La valencia de los átomos que no forman parte de un compuesto químico es cero, incluso cuando forman moléculas diatómicas: Ej: H2, Cl2, Na, etc. 2. La valencia de un ión monoatómico es su propia carga, por ejemplo el Na+ tiene valencia +1. 3. La valencia del oxígeno es –2, salvo en los peróxidos que es –1. 4. El hidrógeno utiliza habitualmente la valencia +1, salvo con los hidruros metálico que actúa con la valencia –1. 1 5. La suma de todas las valencias que intervienen en una sustancia neutra debe ser cero. Ejemplo: Na: +1 2 = +2 Na2Cr2O7 O: -2 7 = -14 2 14 2 V 0 (+) -12 2 V 0 2 V 12 V 6 Cr: V 2 = 2V 0 La valencia V del Cr en este compuesto es +6. 6. La suma de las valencias de todas las sustancias que intervienen en una sustancia cargada es igual a la carga total de dicha sustancia. Ejemplo: SO4-2 8 V 2 O: -2 4 = -8 S: V 1 = V (+) V 2 8 V 6 0 La valencia del S en este compuesto es +6. Ejercicio: Determina la valencia de cada elemento en las siguientes especies quimicas moleculares o iónicas. H 2O SrMnO4 SiO32- Al2S3 AlPO4 PO33- NaNO2 Rb3BO3 LiClO2 H2SO3 IO3 HCl Combinaciones binarias. Las combinaciones binarias son los compuestos formados por átomos de dos elementos diferentes. 2 - La mayoría de los compuestos binarios se nombran citando en primer lugar el elemento que se escribe a la derecha (el más electronegativo) con la terminación –uro y después el elemento de la izquierda. - Las combinaciones binarias del oxígeno se nombran con el término óxido. - Los sistemas de nomenclatura son los siguientes: o Estequiométrica: Se indica el número de átomos de cada elemento mediante los prefijos mono-, di-, tri-, tetra-, penta-, hexa- o hepta-. Si los elementos que se combinan sólo tienen una valencia posible no es necesario utilizar prefijos. o Stock: Se indica la valencia del elemento que se escribe a la izquierda en números romanos ya que la valencia del que se escribe a la derecha es conocida. Si el elemento de la izquierda siempre actúa con la misma valencia no es necesario indicarla. o Tradicional: Algunos nombres tradicionales como agua y amoníaco siguen utilizándose por estar muy arraigados en el leguaje cotidiano. o Antigua (en desuso): Se añade al nombre del elemento que se escribe a la izquierda una terminación (-oso o –ico) y, a veces, un prefijo (hipo- o per-) dependiendo de la valencia con que actúe. Se pueden dar cuatro casos: El elemento tiene sólo una valencia: Se añade –ico o se antepone partícula “de” al nombre del elemento. El elemento tiene dos valencias: Se añade –oso cuando actúe con menor e –ico cuando actúe con la mayor. El elemento tiene tres valencias: hipo-...-oso con la menor, -oso con intermedia y –ico con la mayor. El elemento tiene cuatro valencias: hipo-...-oso con la menor, -oso con segunda, -ico con la tercera y per-...-ico con la mayor. la la la la Para formular una combinación binaria se siguen dos procedimientos distintos en función del sistema de nomenclatura utilizado: 3 - Estequiométrica: Se escriben los símbolos de los elementos en el orden correcto y se asigna a cada uno el subíndice indicado por el nombre. - Stock o Antigua: Se escriben los símbolos de los elementos en el orden correcto, se intercambian las valencias y, si es posible, se simplifican los subíndices. 1. Combinaciones binarias del oxígeno: óxidos. La formula general es XaOb, donde X puede ser un metal o un no metal . La valencia del oxígeno es siempre II. El estado de oxidación que adquiere el oxígeno es casi siempre –2 ya que es el segundo elemento más electronegativo[4]. [3] Para nombrar los óxidos en nomenclatura Stock o Antigua, hace falta saber la valencia del elemento X. Podemos diferenciar dos casos: - El elemento X tiene valencia impar (I, III, V ó VII): En este caso no es posible simplificar los subíndices por lo que el subíndice de X es siempre 2 (valencia del oxígeno) y el subíndice del O es igual a la valencia de X. - El elemento X tiene valencia par (II, IV, VI): En este caso se habrán simplificado los subíndices dividiendo por 2 por lo que la valencia de X será igual al subíndice del O multiplicado por 2. Ejercicio 0.1.- Combinaciones binarias del oxígeno. Formular y nombrar los siguientes compuestos: Óxido de litio Óxido cúprico Óxido fosfórico Óxido de manganeso (III) Óxido de oro (I) Pentaóxido de dicloro Trióxido de dibromo Óxido de estaño (IV) Dióxido de silicio Monóxido de dicobre Óxido peryódico Óxido de boro 4 Monóxido de dicloro Óxido de hierro (II) Óxido de nitrógeno (V) Óxido brómico Óxido de cinc Óxido de cadmio Óxido nitroso Óxido de cobalto (III) CO2 I 2O As2O5 Na2O CrO PtO2 HgO SO3 Rb2O Br2O7 2. Combinaciones binarias del hidrógeno. El hidrógeno actúa siempre con valencia I. Su número de oxidación será +1 cuando se encuentre combinado con un elemento más electronegativo y –1 cuando lo esté con uno de menor electronegatividad. Hidruros metálicos. La fórmula general es MHa. El número de oxidación del H es –1 y el del metal +a. El subíndice del metal es siempre 1 pues la valencia del H es I. El subíndice del H es igual a la valencia del metal (a). Hidrógeno con S, Se, Te, F, Cl, Br, I: hidrácidos. La fórmula general es HaX. El número de oxidación del H es +1. El del no metal X puede ser –1 (F, Cl, Br, I) o –2 (S, Se, Te). Estos compuestos tienen la propiedad de dar disoluciones ácidas cuando se disuelven en agua. Por este motivo, cuando se encuentran en disolución acuosa se nombran con la partícula ácido seguida del nombre del elemento con la terminación – hídrico. En este caso se conocen como hidrácidos. Hidrógeno con otros no metales. La fórmula general es XHa (excepto el agua). Se emplean habitualmente nombres tradicionales: H2O (agua), NH3 (amoníaco), PH3 5 (fosfina), AsH3 (arsina), SbH3 (estibina), CH4 (metano), SiH4 (silano), BH3 (borano). Ejercicio 0.2.- Combinaciones binarias del hidrógeno. Formular y nombrar los siguientes compuestos: Hidruro de sodio Tetrahidruro de estaño Bromuro de hidrógeno Ácido clorhídrico Hidruro de cobalto (II) Sulfuro de hidrógeno Amoníaco Ácido sulfhídrico Hidruro de calcio Estibina Dihidruro de cobre Hidruro de cobre (I) Metano Trihidruro de Boro Ácido Yodhídrico Fluoruro de hidrógeno Hidruro de plomo (IV) Hidruro de aluminio Tetrahidruro de silicio Ácido selenhídrico FeH3 H2Te BaH2 PH3 HgH LiH NH3 HCl AsH3 MgH2 3. Otras combinaciones binarias. Combinaciones binarias metal-no metal: sales binarias. La fórmula general es MaXb donde X es un no-metal diferente de O y H. El no metal es siempre el más electronegativo y por ello se escribe a la 6 derecha y se nombra en primer lugar con la terminación –uro. Al ser más electronegativo, el no metal adquiere estado de oxidación negativo que es siempre el mismo. La valencia del no metal es igual al valor absoluto de su número de oxidación y, por lo tanto, es siempre la misma: Elementos F, Cl, Br, I Número de oxidación -1 S, Se, Te -2 N, P, As, Sb, B -3 -4 C, Si Combinaciones binarias no metal-no metal. La fórmula general es XaYb donde X e Y son no metales diferentes del hidrógeno y el oxígeno. El no metal que se coloca en segundo lugar actúa con estado de oxidación negativo (el mismo que en las combinaciones binarias metal-no metal) y se cita en primer lugar con el sufijo –uro. Ejercicio 0.3.- Otras combinaciones binarias. Formular y nombrar los siguientes compuestos: Cloruro de bario Yoduro de cromo (III) Sulfuro férrico Cloruro de sodio Dibromuro de cobre Tetracloruro de carbono Yoduro de mercurio (II) Seleniuro niqueloso Seleniuro de magnesio Fluoruro de estroncio Cloruro ferroso Bromuro de cromo (II) Nitruro de aluminio Fluoruro de bromo (III) 7 Hexafluoruro de azufre Cloruro de plata Seleniuro de arsenio (III) Pentafluoruro de fósforo Yoduro de calcio Telururo de sodio CaCl2 FeS BrF KBr FeB CS2 CoCl3 CuBr MgSe NiCl2 4. Hidróxidos. Son compuestos formados por combinación de un catión Mn+ (generalmente proveniente de un metal) y el anión OH-. La fórmula general es M(OH)n (MOH si n=1) donde n es la carga del catión. Para formular un hidróxido se escribe en primer lugar el catión, después el anión y se intercambian las cargas en valor absoluto. Los sistemas de nomenclatura utilizados son los mismos que en las combinaciones binarias, esto es, antiguo, estequiométrico y de Stock. Ejercicio 0.4.- Hidróxidos. Formular y nombrar los siguientes compuestos: Hidróxido de sodio Hidróxido de plomo (II) Hidróxido de hierro (III) Hidróxido de potasio Hidróxido crómico Hidróxido platinoso Hidróxido de amonio Trihidróxido de cobalto Dihidróxido de cobre Hidróxido de magnesio NH4OH Al(OH)3 AuOH Ni(OH)2 8 Zn(OH)2 Cd(OH)2 RbOH Mn(OH)2 Ba(OH)2 Pt(OH)4 5. Oxoácidos. La fórmula general es HaXbOc donde X (elemento central) es un no metal, un semimetal o, en algún caso, un metal de transición como Mn y Cr. Para nombrar oxoácidos es necesario conocer el estado de oxidación del elemento central. Para calcularlo se debe tener en cuenta que: - El número de oxidación del H en todos los oxoácidos es +1. - El número de oxidación del O en todos los oxoácidos es –2. - La suma de los números de oxidación de todos los átomos ha de ser 0. De acuerdo con estos tres puntos se puede calcular el estado de oxidación del elemento central X aplicando la siguente fórmula: Número de oxidación de X 2c a b El sistema de nomenclatura más utilizado es el tradicional o antiguo que se basa en la utilización de las terminaciones –oso e -ico y los prefijos hipo- y per- tal como ya se ha explicado (p.e. H2SO4 es el ácido sulfúrico). El método tradicional de formular oxoácidos es el de “anhídrido+agua”, pero es poco recomendable ya que es lento e implica la formulación de reacciones químicas que en la práctica no tienen lugar. El método consiste en lo siguiente: - - Formular el óxido (anhídrido) que tiene el mismo nombre que el ácido. Añadir una molécula de agua. 9 - Simplificar. Un sistema más sencillo y rápido se basa en el ajuste del número de átomos de cada elemento a partir del número de oxidación del elemento central que es conocido por el nombre del ácido: - Se escriben los símbolos de los elementos en el orden correcto (H X O). - El número de átomos de oxígeno se obtiene dividiendo el estado de oxidación del elemento central por dos, eliminando la parte decimal del resultado y sumándole 1. - El número de átomos de hidrógeno se determina teniendo en cuenta que la suma de los números de oxidación ha de ser cero, esto es, número de hidrógenos = 2 x número de oxígenos – estado de oxidación del átomo central. El método más recomendable consiste en memorizar la siguiente tabla que muestra la fórmula de los ácidos más frecuentes en función de la valencia del átomo central: Valencia de X Fórmula I HXO II H2XO2 III HXO2 IV H2XO3 V HXO3 VI H2XO4 VII HXO4 Como se puede observar en la tabla: - Todos los ácidos tienen un átomo del elemento central. 10 - Cuando la valencia del elemento central es impar el ácido tiene un hidrógeno y el número de átomos de oxígeno aumenta a medida que aumenta la valencia del átomo central. - Cuando la valencia del elemento central es par el ácido tiene dos hidrógenos y el número de átomos de oxígeno aumenta a medida que aumenta la valencia del átomo central. Los elementos B, Si, P y As forman ácidos polihidratados, es decir, con un contenido en agua mayor de lo normal. En este caso se antepone al nombre del ácido el prefijo meta- para caracterizar al de menor contenido en agua y orto- para indicar el que tiene mayor contenido en agua[6]. Para formular el ácido meta- se utiliza cualquiera de los métodos anteriormente explicados. Para formular el ácido orto- se puede obtener añadiendo una molécula de agua al ácido meta-. El prefijo orto- puede omitirse mientras que el prefijo meta- debe indicarse siempre. Por ello, el ácido fosfórico es siempre el ortofosfórico. Los diácidos son ácidos que provienen de la condensación de dos moléculas iguales de oxoácidos con pérdida de una molécula de agua. Se reconocen fácilmente por tener dos átomos del elemento central. Se nombran anteponiendo al nombre del ácido de procedencia el prefijo di- o piro- y se puede obtener su fórmula multiplicando el ácido normal por 2 y restando una molécula de agua6. El cromo y el manganeso son metales de transición que acostumbran a formar oxoácidos. Los ácidos más frecuentes son: Ácido crómico: H2CrO4 Ácido dicrómico: H2Cr2O7 Ácido mangánico: H2MnO4 Ácido permangánico: HMnO4 Ejercicio 0.5.- Ácidos. Formular y nombrar los siguientes compuestos: Ácido clorhídrico Ácido hipobromoso Ácido clórico Ácido metafosfórico 11 Ácido nitroso Ácido nítrico Ácido sulfúrico Ácido selenhídrico Ácido mangánico Ácido cloroso Ácido peryódico Ácido fluorhídrico Ácido fosfórico Ácido teluroso Ácido disulfúrico H2SO4 HClO4 HNO2 HIO HI(aq) HMnO4 H3PO3 H2CO3 H2Cr2O7 H2MnO4 H2S(aq) H3PO4 H4P2O7 H4SiO4 H2CrO4 H2SO3 6. Iones. Los iones son especies cargadas eléctricamente. Los cationes tienen carga positiva y los aniones tienen carga negativa. Cationes. Cationes monoatómicos. Son átomos que han perdido uno o más electrones. Se nombran anteponiendo la palabra catión (o simplemente ión) al nombre del elemento. Si puede presentar más de un estado de oxidación, se indica mediante el sistema Stock o el tradicional. Ej: Fe+2: catión (o ión) hierro (II) o catión férroso. 12 Cationes poliatómicos. Los más conocidos son un grupo de sustancias que se pueden considerar provenientes de la adición de un protón a una molécula neutra. Se nombran añadiendo la terminación –onio (H3O+ ión hidronio, NH4+ ión amonio, PH4+ ión fosfonio). Aniones. Aniones monoatómicos. Son átomos que han ganado uno o más elelectrones. Se nombran añadiendo la terminación –uro al nombre del elemento. Ej: S-2: ión sulfuro, F- : ión fluoruro Aniones poliatómicos. La mayoría se pueden considerar provenientes de oxoácidos que han cedido uno o más protones[7]. Los aniones poliatómicos se nombran a partir del oxoácido de procedencia cambiando la terminación –oso por –ito y la terminación –ico por –ato. Para nombrarlos se sigue el siguiente proceso: - Formular el oxoácido de procedencia teniendo en cuenta que la carga del ión indica el número de protones que ha perdido el ácido. - Nombrar el ácido. - Nombrar el anión por cambio de la terminación. Existen iones que se pueden considerar provenientes de ácidos que no han perdido todos los protones. En este caso, la nomenclatura consiste en anteponer al nombre habitual del ión, un prefijo que indique el número de átomos de hidrógeno que tiene. También es posible utilizar la nomenclatura Stock sustituyendo la palabra ácido por ión. El proceso que puede emplearse para formular los iones poliatómicos es el siguiente: - - Obtener el nombre del ácido de procedencia por cambio de la terminación. Formular el ácido. 13 - Eliminar los protones y asignar al anión una carga negativa igual al número de protones eliminados. Ejercicio 0.6.- Iones. Formular y nombrar los siguientes compuestos: Ión hidrógeno Ión sulfato Ión hidruro Ión nitrito Ión níquel (II) Ión fluoruro Ión clorito Ión ferroso Ión manganato Ión sulfuro Ión hidróxido Ión cromato Ión oxonio Ión amonio Ión sodio Ión peryodato Ión nitrato Ión nitruro Ión dicromato Ión dihidrógeno fosfato Ión cobre (II) Ión fosfato Ión hipoclorito Ión fosfonio IO3- Hg+ SO42- Br- MnO4- ClO- Cr2O72- HPO42- 14 H 3O+ Fe3+ 7. Sales. Se pueden considerar sales a todos los compuestos provenientes de la combinación de un catión y un anión diferente de H- (hidruros), O2- (óxidos), OH- (hidróxidos) u otros grupos de compuestos con nombre propio. El sistema de nomenclatura más utilizado es el tradicional para el anión (que se nombra en primer lugar) y el de Stock para el catión. Otras combinaciones posibles son: tradicional (anión) – tradicional (catión), Stock (anión) – Stock (catión), y estequiométrica. Las sales provenientes de ácidos que no han perdido todos los protones se llaman sales ácidas. Al ión hidrógenocarbonato se le sigue llamando bicarbonato. Para formular las sales se puede seguir el siguiente procedimiento: - Formular el catión. - Formular el anión. - Escribir en primer lugar el catión, después el anión, intercambiar las cargas (en valor absoluto) y simplificar. Ejercicio 0.7.- Sales. Formular y nombrar los siguientes compuestos: Cloruro de hierro (II) Fosfato de cadmio Yodato de cromo (II) Nitrato de litio Carbonato de plata Cromato de bario Nitrato férrico Dicromato de potasio Perclorato de cobalto (III) Hipoclorito de sodio Hidrógeno sulfato de sodio Clorato de mercurio (II) 15 Bromato de berilio Ortosilicato de magnesio Sulfato de cromo (II) Sulfuro de bario Permanganato de potasio Cloruro amónico Cu2SO4 LiIO3 HgS Fe2(SO3)3 Ni(ClO2)2 Na2Cr2O7 PbI2 KMnO4 NaHCO3 Ca3(PO4)2 HgNO2 NaCl 16