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1 CAPITULO 2: ATOMOS, MOLECULAS E IONES La teoría atómica de la materia A principios del siglo XIX John Dalton después de analizar un gran número de observaciones, planteó los siguientes postulados: a) Cada elemento se compone de partículas extremadamente pequeñas llamadas átomos (indivisible). b) Todos los átomos de un elemento dado son idénticos, los átomos de elementos diferentes son diferentes y tienen propiedades distintas. c) Los átomos de un elemento no se transforman en átomos diferentes durante las reacciones químicas. d) Cuando se combinan átomos de más de un elemento se forman compuestos, un compuesto dado siempre tiene el mismo número relativo de los mismos átomos. Según la teoría atómica de Dalton los átomos son los bloques de construcción básicos de la materia, son las partículas más pequeñas de un elemento que conserva la identidad química del elemento. Estos postulados explican la ley de la composición constante y la ley de la conservación de la masa que dice que la masa total de los materiales presentes después de una reacción química es la misma que la masa total antes de la reacción. Estructura atómica Diversos experimentos posteriores (más de cien años después) a los postulados de Dalton revelaron que los átomos tienen una estructura más compleja y que están formados por partículas subatómicas. Estas partículas son el protón, el neutrón y el electrón. El protón tiene carga eléctrica positiva, el electrón carga eléctrica negativa y el neutrón carga eléctrica neutra. Los átomos tienen número iguales de protones y electrones, así que no tiene carga eléctrica neta (son neutros). Los protones y neutrones residen en el núcleo del átomo que es extremadamente pequeño, prácticamente todo el volumen de un átomo es el espacio en el que residen los electrones; estos son atraídos hacia los protones del núcleo por la fuerza que existe entre partículas de carga opuesta. La masa de los átomos es extremadamente pequeña del orden de 10-24g, por lo que, se utiliza una unidad llamada unidad de masa atómica o uma, que es igual a 1,66054 x 10-24g. Las masas del protón y del neutrón son casi iguales y ambas son mucho mayores que la del electrón (unas 2000 veces mayor), así que el núcleo contiene casi toda la masa del átomo. 2 Partícula Protón Neutrón Electrón Carga Positiva (1+) Ninguna (neutro) Negativa (1-) Masa (uma) 1,0073 1,0087 5,486 x 10-4 Los átomos también son extremadamente pequeños en su mayor parte de 10-10m, por lo que, se utiliza una unidad llamada angstrom (Å) que es 10-10m. Los diámetros de los núcleos atómicos es del orden de 10-4 Å, o sea, 10000 veces menor que el del átomo. Los electrones que ocupan casi todo el volumen del átomo desempeñan un papel protagónico en las reacciones químicas. Ejercicio: El diámetro de un átomo de carbono es de 1,54 Å. (a) Exprese este diámetro en picómetros. (b) ¿Cuántos átomos de carbono podrían alinearse a lo ancho de una raya de lápiz que tiene 0,20 mm de ancho? Respuestas: (a) 154 pm; (b) 1,3 x 106 átomos. Isótopos, núcleos atómicos y números de masa Todos los átomos de un elemento tienen el mismo número de protones en el núcleo, además, como el átomo es neutro, tienen el mismo número de electrones, pero pueden tener distinto número de neutrones. Los átomos de un elemento que difieren en el número de neutrones se llaman isótopos. Un átomo de un isótopo específico es un núclido. Así nos referiremos a un átomo de 14C como núclido de 14C. Debido a todo esto de definen dos números fundamentales en los átomos: El número atómico y el número másico. 3 Parámetro Número atómico Número másico Símbolo Z A Definición Es igual al número de protones que tiene el núcleo de un átomo. Es igual al número de protones y neutrones que tiene el núcleo de un átomo. De ambas definiciones surge que la diferencia (A – Z) dá el número de neutrones que tiene un átomo. Por convención estos parámetros se ubican al lado del símbolo E del elemento de la siguiente manera: El número atómico (Z) en el ángulo inferior izquierdo y el número másico (A) en el ángulo superior izquierdo. A Por ejemplo: El helio con Z = 2 y A = 4 se representa: E 4 He Z 2 Por lo tanto, tiene dos protones, dos electrones y dos neutrones Ejercicio tipo: ¿Cuántos protones, neutrones y electrones hay en un átomo de 197Au? Solución: el superíndice 197 es el número de masa, la suma de los números de protones y de neutrones. Observando la tabla periódica el oro tiene número atómico de 79. Por tanto, un átomo de 197Au tiene 79 protones, 79 electrones y 197 – 79 = 118 neutrones. Ejercicio de aplicación: ¿Cuántos protones, neutrones y electrones hay en un átomo de 138Ba? Respuesta: 56 protones, 56 electrones y 82 neutrones. Isótopos De acuerdo con la definición de elemento, todos los átomos del mismo elemento tienen necesariamente el mismo número atómico, pero puede tener distinto número másico, por ejemplo: en la naturaleza existen tres clases diferentes de átomos de hidrógeno (hidrógeno, deuterio y tritio), todos poseen Z = 1, pero A puede ser 1, 2 o 3. Los tres átomos tienen el mismo Z, pertenecen al mismo elemento, pero difieren en A, se dice entonces que estos tres átomos son isótopos entre sí. Los isótopos presentan las mismas propiedades químicas, pero difieren en sus propiedades físicas. En la naturaleza existen mezclas isotópicas naturales que es constante para cada elemento. 4 Ejercicio tipo: El magnesio tiene tres isótopos, con números de masa 24, 25 y 26. (a) Escriba el símbolo químico completo para cada uno; (b) ¿Cuántos neutrones hay en un núclido de cada isótopo? Solución: (a) el magnesio tiene número atómico de 12, así que todos los átomos de magnesio contienen 12 protones y 12 electrones. Por tanto, los tres isótopos se representan como (b) El número de neutrones en cada isótopo es el número de masa menos el número de protones. Por tanto, el número de neutrones en un núclido de cada isótopo es 12, 13 y 14, repectivamente. Ejercicio de aplicación: Escriba el símbolo químico completo del núclido que contiene 82 protones, 82 electrones y 126 neutrones. Respuesta: Unidad de masa atómica y masa atómica Para expresar la masa de un átomo conviene usar la unidad de masa atómica (u) que se define así: 5 La unidad de masa atómica (u) es la doceava parte de la masa de un átomo de carbono de número másico 12. En la selección de la unidad se ha recurrido al isótopo más abundante en la naturaleza. La mayor parte de los elementos se dan en la naturaleza como mezcla de isótopos. Podemos determinar la masa atómica promedio de un elemento haciendo el promedio ponderado, este número se denomina comúnmente peso atómico, por ejemplo: el carbono natural se compone de 98,93 % de 12C y de 1,07 % de 13C, por lo que, el peso atómico sería: (0,9893)(12 uma) + (0,0107)(13,00335 uma) = 12,01 uma Ejercicio tipo: En la naturaleza el cloro se encuentra 75,78 % como 35Cl, el cual tiene una masa atómica de 34,969 uma, y 24,22 % como 37Cl que tiene una masa atómica de 36,966 uma. Calcule la masa atómica promedio (es decir, el peso atómico) del cloro. Solución: La masa atómica media se obtiene multiplicando la abundancia de cada isótopo por su masa atómica y sumando los productos: masa atómica promedio = (0,7578)(34,969 uma) + (0,2422)(36,966 uma) = 26,50 uma + 8,953 uma = 35,45 uma. Ejercicio de aplicación: Existen tres isótopos del silicio en la naturaleza: 28Si (92,23 %), que tiene una masa de 27,97693 uma; 29Si (4,68 %) que tiene una masa de 28,97649 uma y 30Si (3,09 %), que tiene una masa de 29,97377 uma. Calcule el peso atómico del silicio. Respuesta: 28,09 uma La tabla periódica Muchos elementos tienen notable similitud entre sí, por ejemplo el litio (Li), el sodio (Na) y el potasio (K) son metales blandos muy reactivos; los elementos helio (He), neón (Ne) y argón (Ar) son gases muy poco reactivos. Por lo tanto, si disponemos los elementos en orden de número atómico creciente y colocando en columnas verticales los elementos que tienen propiedades similares, se tiene lo que se conoce como tabla periódica. Para cada elemento de la tabla se da el número atómico, el símbolo químico y el peso atómico, por ejemplo: 19 Número atómico K Símbolo químico 39,0983 Peso atómico Las columnas (verticales) se denominan grupos y las filas (horizontales) reciben el nombre de períodos. 6 Ejercicio tipo: ¿Cuál par de siguientes elementos esperaría usted que exhibiera la mayor similitud entre sus propiedades químicas y físicas: Ba, Ca, F, He, Mg y P? Solución: Los elementos que están en el mismo grupo de la tabla periódica tienen mayor probabilidad de exhibir propiedades químicas y físicas similares. Por tanto, cabe esperar que el Ca y el Mg sean los más parecidos porque están en el mismo grupo (grupo 2ª, el de los metales alcalino terreos). Ejercicio de aplicación: Localice el sodio (Na) y el bromo (Br) en la tabla periódica. Dé el número atómico de cada uno e indique si se trata de un metal, un metaloide o un no metal. Respuesta: Na, con número atómico 11 es un metal; Br, con número atómico 35, es un metal. Moléculas y fórmulas químicas Muchos elementos se encuentran en la naturaleza en forma molecular, es decir, con dos o más átomos del mismo tipo enlazados entre sí. Poe ejemplo, el oxígeno está presente en una molécula que contiene dos átomos y se representa con la fórmula química O2, el subíndice indica el número de átomos. El oxígeno también existe en otra forma molecular llamada ozono, que consiste en tres átomos de oxígeno, o sea, O3. Aunque ambos tienen átomos de oxígeno sus propiedades son muy diferentes, por ejemplo el oxígeno es indispensable para la vida y el ozono es tóxico, el oxígeno es inodoro y el ozono tiene olor acre fuerte. Los compuestos que están formados por moléculas se denominan compuestos moleculares y contienen más de un tipo de átomo, por ejemplo una molécula de agua consisten en dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno, por tanto se representa con la formula química H 2O. Representación de moléculas 7 La fórmula molecular de una sustancia resume la composición, pero no muestra cómo se unen los átomos para formar la molécula. La fórmula estructural muestra cuáles átomos están unidos a cuales dentro de la molécula, por ejemplo: H O H O H O H Agua H H C H H Agua oxigenada Metano Por lo regular una fórmula estructural no muestra la geometría real de la molécula, esta se puede representar así: Iones y compuestos iónicos 8 El núcleo de un átomo no cambia en los procesos químicos, pero los átomos pueden adquirir o perder electrones fácilmente. Si a un átomo neutro le quitamos o le agregamos electrones se forma una partícula cargada llamada ion. Un ion con carga positiva se denomina catión, uno con carga negativa es un anión. La carga neta de un ion se representa con un superíndice: +, 2+, 3+ que representa la pérdida de 1, 2 o 3 electrones. Los superíndices: -, 2-, 3- representan la ganancia de 1, 2 o 3 electrones. A continuación mostramos esquemáticamente la formación del ion Na+ a partir del átomo de sodio. El cloro con 17 protones y 17 electrones a menudo gana 1 electrón para producir el ion Cl - En general los átomos metálicos tienden a perder electrones para formar cationes y los átomos no metálicos tienden a ganar electrones para formar aniones. Ejercicio tipo: Escriba los símbolos químicos incluido el número de masa, para los siguientes iones: (a) el ion con 22 protones, 26 neutrones y 19 electrones; (b) el ion azufre que contiene 16 neutrones y 18 electrones. Solución: (a) El número de protones 22 es el número atómico del elemento así que se trata del titanio (Ti). El número de masa de este isótopo es 22 + 26 = 48. Dado que el ion tiene tres protones más que electrones, tiene una carga neta de 3+. Por tanto, el símbolo para el ion es 48Ti3+. (b) Consultando la tabla periódica el azufre (S) tiene número atómico 16, o sea, tiene 16 protones. Nos dicen que tiene 16 neutrones, por lo que, el número másico es 9 16 + 16 = 32. Dado que el ion tiene 16 protones y 18 electrones, su carga neta es 2-. Por tanto, el símbolo del ion es 32S2-. Ejercicio de aplicación: ¿Cuántos protones y electrones tiene el ion Se2+. Respuesta: 34 protones y 36 electrones. Además de los iones sencillos como Na+ y Cl- existen iones poliatómicos como NO3- (ion nitrato) y SO42- (ion sulfato). Estos iones consisten en átomos unidos igual que una molécula, pero tienen una carga neta positiva o negativa. Las propiedades químicas de los iones son muy diferentes de las de los átomos de los cuales derivan. Predicción de las cargas iónicas Muchos átomos ganan o pierden electrones con el fin de quedar con el mismo número de electrones que el gas noble más cercano a ellos en la tabla periódica. Los gases nobles son químicamente muy poco reactivos debido a que sus arreglos electrónicos son muy estables. Los elementos cercanos pueden alcanzar estos mismos arreglos estables perdiendo o ganando electrones, por ejemplo: el sodio (Na) al perder un electrón queda con el mismo número de electrones que el neón (Ne) de A = 10. Así mismo el cloro (Cl) al ganar un electrón queda con 18 igual que el argón (Ar). Ejercicio tipo: Prediga las cargas esperadas para los iones más estables del bario y oxígeno. Solución: Supondremos que estos elementos forman iones que tienen el mismo número de electrones que el átomo del gas noble más cercano. El bario tiene número atómico 56 y el gas noble más cercano es el xenón con número atómico 54, por lo que, perdiendo dos electrones se 10 forma el ion estable Ba2+. El oxígeno tiene número atómico 8 y el gas noble más cercano es el neón con número atómico 10, por lo que, ganando dos electrones se forma el ion estable O2-. Ejercicio de aplicación: Prediga la carga del ion del aluminio más estable. Respuesta. 3+. Compuestos iónicos Se forman iones cuando uno o más electrones se transfieren de un átomo neutro a otro, por ejemplo: cuando el Na reacciona con el Cl, un electrón se transfiere desde el Na al Cl, quedando un ion Na+ y un ion Cl-, pero dado que las partículas con carga opuesta se atraen se forma un compuesto llamado cloruro de sodio (NaCl) o sal de mesa. Este es un ejemplo de compuesto iónico. En general los compuestos iónicos son combinaciones de metales y no metales. En contraste los compuestos moleculares solo contienen no metales, por ejemplo el agua H 2O. Ejercicio tipo: ¿Cuáles de los siguientes compuestos cabría esperar que fueran iónicos: N 2O, Na2O, CaCl2, SF4? Solución: los compuestos iónicos son Na2O y CaCl2 porque constan de un metal combinado con un no metal. Predecimos que los otros dos compuestos formados únicamente por no metales son moleculares. Ejercicio de aplicación: ¿Cuáles de los siguientes compuestos son moleculares: CBr4, FeS, P4O6, PbF2? Respuesta: CBr4 y P4O6. Ejercicio tipo: Determine las fórmulas de los compuestos formados por (a) iones Al 3+ y Cl-; (b) iones Al3+ y O2-; (c) iones Mg2+ y NO3-. Solución: (a) Se requieren tres iones Cl- para equilibrar la carga del ion Al3+, por tanto, la fórmula es AlCl3. (b) Se requieren dos iones Al3+ para equilibrar tres iones O2(es decir carga positiva total de 6+ y carga negativa total de 6-), por tanto, la fórmula es Al2O3. (c) Se necesitan dos iones NO3- para equilibrar la carga del ion Mg2+, por tanto la fórmula es Mg(NO3)2 en este caso todo el ion NO3- se debe encerrar entre paréntesis para que quede claro que el subíndice 2 lo comprende totalmente. Ejercicio de aplicación: Escriba las fórmulas de los compuestos formados por los iones siguientes: (a) Na+ y PO43-; (b) Zn2+ y SO42-; (c) Fe3+ y CO32-. Respuestas: (a) Na3PO4; (b) ZnSO4; (c) Fe2(CO3)3. Nomenclatura de compuestos inorgánicos Las reglas de la nomenclatura química se basan en la división de las sustancias en diferentes categorías. La división principal es entre compuestos los compuestos inorgánicos y los orgánicos. Los compuestos orgánicos contienen carbono (C) combinado principalmente con hidrógeno (H), oxígeno (O), nitrógeno (N) y azufre (S). Todos los demás compuestos se llaman inorgánicos. Compuestos iónicos Iones positivos (cationes) 11 a) Los cationes que se forman a partir de átomos metálicos tienen el mismo nombre que el metal, por ejemplo: Na+ ion sodio, Zn2+ ion zinc o Al3+ ion aluminio. b) Si un metal puede formar cationes con diferentes carga, esta se indica con un número romano entre paréntesis después del nombre del metal, por ejemplo: Fe2+ ion hierro (II) Fe3+ ion hierro (III) Cu+ ion cobre (I) Cu2+ ion cobre (II) Generalmente los metales que no tiene carga variable son los metales alcalinos (grupo 1A) y los alcalinos terreos (grupo 2A) y los que tiene carga variable son los metales de transición de los grupos del 3B al 2B (con la excepción del aluminio, zinc y plata). Una nomenclatura que se usa mucho para los iones de carga diferente es: para la carga menor la terminación “oso” y para la carga mayor la terminación “ico”, por ejemplo: Fe2+ ion ferroso Fe3+ ion férrico Cu+ ion cuproso Cu2+ ion cúprico c) Los cationes formados a partir de átomos no metálicos tienen nombres que terminan en “io” por ejemplo: NH4+ ion amonio H3O+ ion hidronio En la siguiente tabla se muestran los nombres y las fórmulas de los cationes más comunes Carga Fórmula Nombre 1+ H+ Ion hidrógeno Li+ Ion litio + Na Ion sodio K+ Ion potasio Cs+ Ion cesio + Ag Ion plata 2+ Mg2+ Ion magnesio 2+ Ca Ion calcio Sr2+ Ion estroncio Ba2+ Ion bario 2+ Zn Ion zinc Cd2+ Ion cadmio 3+ Al3+ Ion aluminio Fórmula NH4+ Cu+ Nombre Ion amonio Ion cobre (I) o cuproso Co2+ Cu2+ Fe2+ Mn2+ Hg22+ Hg2+ Ni2+ Pb2+ Sn2+ Cr3+ Fe3+ Ion cobalto (II) o cobaltoso Ion cobre (II) o cúprico Ion hierro (II) o ferroso Ion manganeso (II) o manganoso Ion mercurio (I) o mercurioso Ion mercurio (II) o mercúrico Ion niquel (II) o niqueloso Ion plomo (II) o plumboso Ion estaño (II) o estañoso Ion cromo (III) o crómico Ion hierro (III) o férrico Iones negativos (aniones) a) Los aniones monoatómicos tiene nombres que se forman eliminando la terminación del nombre del elemento y agregando la terminación “uro”, en el caso del oxígeno la terminación es “ido”, por ejemplo: H- ion hidruro O2- ion óxido N3- ion nitruro 12 Algunos aniones poliatómicos sencillos también tienen esta nomenclatura, por ejemplo: OH- ion hidróxido CN- ion cianuro O22- ion peróxido b) Los aniones poliatómicos que contienen oxígeno tienen nombres que terminan en “ato” o “ito”. Estos aniones se llaman oxianiones. La terminación “ito” se usa para el oxianión que tiene la misma carga pero un átomo menos de oxígeno, por ejemplo: NO2- ion nitrito NO3- ion nitrato SO32- ion sulfito SO42- ion sulfato Se emplean prefijos cuando una serie de oxianiones de un elemento se extiende a cuatro miembros, como el caso de los halógenos. El prefijo “per” indica un átomo de oxígeno más que el oxianión que termina en “ato”; el prefijo “hipo” indica un átomo de oxígeno menos que el oxianión que termina en “ito”, por ejemplo: ClO4- ion perclorato ClO3- ion clorato ClO2- ion clorito ClO- ion hipoclorito c) Los aniones que se obtienen agregando H+ a un oxianión se designan agregando el prefijo hidrógeno o dihidrógeno, por ejemplo: CO32- ion carbonato HCO3- ion hidrógeno carbonato PO43- ion fosfato H2PO4- ion dihidrógeno fosfato Un método usual de nomenclatura utiliza el prefijo “bi”, por ejemplo: el ion HCO3- se llama bicarbonato. Los nombres y fórmulas de los aniones más comunes se dan en la siguiente tabla: Carga 1- 2- 3- Fórmula HFClBrICNOHO2O22S2- Nombre Ion hidruro Ion fluoruro Ion cloruro Ion bromuro Ion yoduro Ion cianuro Ion hidróxido Ion óxido Ion peróxido Ion sulfuro N3- Ion nitruro Fórmula C2H3O2ClO3ClO4NO3MnO4- Nombre Ion acetato Ion clorato Ion perclorato Ion nitrato Ion permanganato CO32CrO42Cr2O72SO42PO43- Ion carbonato Ion cromato Ion dicromato Ion sulfato Ion fosfato Ejercicio de aplicación: La fórmula del ion selenato es SeO42-. Escriba la fórmula del ion selenito. Solución: La terminación “ito” indica un oxianión con la misma carga pero un átomo de O menos que el axianión correspondiente que termina en “ato”, por tanto, el ion selenito tiene un O menos que el ion selenato, o sea: SeO32-. Ejercicio de aplicación: La fórmula del ion bromato es BrO3-. Escriba la fórmula del ion hipobromito. Respuesta: BrO-. 13 Compuestos iónicos Los nombres de los compuestos iónicos consisten en el nombre del anión seguida de la palabra “de” y el nombre del catión, por ejemplo: CaCl2 cloruro de calcio Al(NO3)3 nitrato de aluminio Cu(ClO4)2 perclorato de Cobre(II) o perclorato cúprico Ejercicio tipo: Dé nombre a los siguientes compuestos: (a) K2SO4; (b) Ba(OH)2; (c) FeCl3. Solución: Todos estos compuestos son iónicos y se nombran de acuerdo a las reglas vistas: (a) El catión en este compuesto es K + y el anión es SO42-, por tanto el nombre es sulfato de potasio; (b) En este compuesto el catión es Ba2+ y el anión es OH- (hidróxido), por tanto, el nombre es hidróxido de bario; (c) En este compuesto el catión es hierro, pero para determinar la carga se debe observar que se necesitan tres aniones Cl- para equilibrarlo, o sea, que se tiene catión Fe3+ hierro (III) o férrico, por tanto, el nombre es cloruro férrico. Ejercicio de aplicación: Dé nombre a los siguientes compuestos: (a) NH 4Br; (b) Cr2O3; (c) Co(NO3)2. Respuestas: (a) bromuro de amonio; (b) óxido de cromo (III) u óxido crómico; (c) nitrato de cobalto (II) o nitrato cobaltoso. Ejercicio tipo: Escriba las fórmulas químicas de los siguientes compuestos: (a) sulfuro de potasio; (b) hidrógeno carbonato de calcio o bicarbonato de calcio; (c) perclorato de niquel (II) o perclorato niqueloso. Solución: Para deducir la fórmula química de un compuesto iónico a partir de su nombre es necesario conocer las cargas de los iones: (a) el ion potasio es K+ y el ion sulfuro es S2-, dado que el compuesto debe ser eléctricamente neutro se necesitan dos iones potasio por cada ion sulfuro, por tanto, la fórmula es K2S. (b) el ion calcio es Ca2+ y el ion hidrógeno carbonato (bicarbonato) es HCO3-, por lo que se necesitan dos de estos para equilibrar al calcio, por tanto la fórmula es Ca(HCO3)2. (c) El ion niquel (II) o niqueloso es Ni2+ y el ion perclorato es ClO4-, o sea, se necesitan dos de estos para equilibrar al niquel, por tanto, la fórmula es Ni(ClO4)2. Ejercicio de aplicación: Escriba la fórmula química de (a) sulfato de magnesio; (b) sulfuro de plata; (c) nitrato de plomo (II) o nitrato plumboso. Respuestas: (a) Mg(SO4); (b) Ag2S; (c) Pb(NO3)2. Nombres y fórmulas de ácidos Definiremos ácido como una sustancia cuyas moléculas producen iones hidrógeno (H +) cuando se disuelven en agua. Se escriben con el H como primer elemento, por ejemplo: HCl y H 2SO4. Podemos considerar que un ácido se compone de un anión unido a suficientes iones H + como para neutralizar la carga del anión. Así pues el ion SO42- requiere dos iones H+ para formar H2SO4. El nombre del ácido deriva del nombre del anión. Anión -----------------------uro (cloruro, Cl-) Acido agregar iones H+ Ácido----------------hídrico (ácido clorhídrico, HCl) 14 Anión -----------------------ato Acido agregar iones H+ Ácido-------------------------ico (clorato, ClO3-) (ácido clórico, HClO3) (perclorato, ClO4-) (ácido perclórico, HClO4) -----------------------ito agregar iones H+ Acido----------------------oso (clorito, ClO2-) (ácido clórico, HClO3) (hipoclorito, ClO-) (ácido hipocloroso, HClO) a) Acidos basados en aniones cuyo nombre terminan en “uro” termina en “hídrico”, por ejemplo: Anión Acido correspondiente Cl ion cloruro HCl ácido clorhídrico S2- ion sulfuro H2S ácido sulfhídrico b) Acidos basados en aniones cuyo nombre termina en “ato” termina en “ico” y aniones cuyo nombre termina en “ito” termina en “oso”. Anión Acido correspondiente ClO4 ion perclorato HClO4 ácido perclórico ClO3- ion clorato HClO3 ácido clórico ClO2 ion clorito HClO2 ácido cloroso ClO- ion hipoclorito HClO ácido hipocloroso Ejercicio tipo: Dé nombre a los siguientes ácidos: (a) HCN; (b) HNO3; (c) H2SO4; (d) H2SO3 Solución: (a) El anión que deriva de este ácido es CN- cianuro, por tanto, el ácido es cianhídrico; (b) El anión es NO3- nitrato, por tanto, el ácido es nítrico; (c) El anión es SO42- sulfato, por tanto el ácido es sulfúrico; (d) El anión es SO32- sulfito, por tanto, el ácido es sulfuroso. Ejercicio de aplicación: Escriba las fórmulas químicas del: (a) ácido bromhídrico; (b) ácido carbónico. Respuestas: (a) HBr; (b) H2CO3. Nombres y fórmulas de compuestos moleculares binarios Los procedimientos que se siguen para dar nombre a los compuestos moleculares son similares a los que se emplean para compuestos iónicos: 15 a) Por lo general se escribe primero el nombre del elemento que está más a la derecha en la tabla periódica. Una excepción es el caso de los compuestos que contiene oxígeno, que se escribe siempre último. b) Si ambos elementos están en el mismo grupo de la tabla periódica se nombra primero el que está más arriba. c) Se añade a la terminación “uro” (“ido” en el caso del oxígeno) al primer elemento y se inserta la palabra “de” entre los nombres de ambos elementos. d) Se usan prefijos griegos para indicar el números de átomos de cada elemento, por ejemplo: Cl2O monóxido de dicloro NF3 trifloruro de nitrógeno N2O4 tetróxido de dinitrógeno P4S10 decasulfuro de tetrafósforo Ejercicio tipo: Dé nombre a los siguientes compuestos: (a) SO2; (b) PCl5; (c) N2O3. Solución: (a) dióxido de azufre; (b) pentacloruro de fósforo; (c) trióxido de dinitrógeno. Ejercicio de aplicación: Escriba las fórmulas químicas de: (a) tetrabromuro de silicio; (b) dicloruro de diazufre. Respuestas: (a) SiBr4; (b) S2Cl2. Compuestos orgánicos simples El estudio de los compuestos del carbono se llama química orgánica. En ellos el carbono se combina con hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y algunos otros elementos. Alcanos Los compuestos que solo contienen carbono e hidrógeno se llaman hidrocarburos. En la estructura más sencilla cada átomo de carbono está unido a otros cuatro átomos, y estos se llaman alcanos. Los cuatro alcanos más comunes son: metano (CH4), etano (C2H6), propano (C3H8) y butano (C4H10). Las fórmulas estructurales son: H H C H Metano H H H H C C H H H Etano H H H H C C C H H H Propano H H H H H H C C C C H H H H H Butano El nombre de los alcanos termina en “ano”, en el caso de alcanos con cinco o más átomos de carbono se usan prefijos, por ejemplo: Número de carbonos Prefijo 16 Cinco Seis Siete Ocho Nueve Diez PentaHexaHeptaOctaNonaDeca- Por ejemplo un alcano con ocho átomos de carbono se llama octano, que es componente principal de la nafta. Derivados de los alcanos Los alcoholes se obtiene sustituyendo un átomo de H de un alcano por un grupo –OH. El nombre del alcohol se deriva del alcano añadiendo la terminación “ol”, por ejemplo: H H C O H H H H H C C H H Metanol O H H H H H C C C H H H Etanol O H 1-propanol El prefijo 1 indica que la sustitución se produjo en un carbono extremo, también se puede dar en un carbono intermedio y se denomina 2-propanol (también llamado alcohol isopropílico). En todos estos casos el carbono y otros átomos tienen un enlace sencillo. Sin embargo el carbono también puede formar enlaces múltiples consigo mismo y con otros átomos, por ejemplo: H H C C H H H H O C C O H H H H O H C C C H H H Eteno ácido etanoico propanona (etileno) (ácido acético) (acetona) Ejercicio de aplicación: Considere el alcano llamado pentano: (a) Suponiendo que los átomos de carbono están en línea recta, escriba la fórmula estructural del pentano: (b) ¿Qué fórmula molecular tiene el pentano? Solución: (a) Los alcanos tienen exclusivamente carbono e hidrógeno y cada átomo de carbono está unido a otros cuatro átomos, el prefijo “penta” significa cinco átomos de carbono, por tanto, la fórmula estructural es: 17 H H H H H H C C C C C H H H H H H (b) Una vez escrita la fórmula estructural podemos determinar la fórmula molecular, así el pentano es C5H12. Ejercicio de aplicación: El butano es el alcano de cuatro átomos de carbono. (a) ¿Qué fórmula molecular tiene el butano? (b) ¿Cómo se llamaría y qué fórmula molecular tendría el alcohol derivado del butano? Respuestas: (a) C4H10; (b) butanol, C4H10O