1.1 FORMULACIÓ INORGÀNICA Els òxids són combinacions binàries de l’oxigen amb qualsevol altre element. � Per a la seva formulació s’ha d’escriure primerament el símbol de l’altre element. Els

subíndexs respectius són el resultat de l’intercanvi dels nombres d’oxidació. Cal tenir present que l’oxigen actua amb el nombre d’oxidació –II (O2-).

� Per a la seva nomenclatura són vàlids dos sistemes: Stock i sistemàtic.

� Stock: òxid de – nom de l’element (nombre d’oxidació).

� Sistemàtic: prefix numeral òxid de – prefix numeral nom de l’element. � Exemples:

Fórmula Stock Sistemàtic K2O òxid de potassi òxid de dipotassi

ZnO òxid de zinc òxid de zinc CuO òxid de coure (II) monòxid de coure Fe2O3 òxid de ferro (III) triòxid de diferro PbO2 òxid de plom (IV) diòxid de plom SO3 òxid de sofre (VI) triòxid de sofre CO òxid de carboni (II) monòxid de carboni Amb certs elements metàl·lics fortament electropositius, com els metalls alcalins i alcalinoterris, es poden formar peròxids, que són combinacions binàries de l’oxigen en què actua com a O2

2-. � Exemples:

Na2O2 peròxid de sodi diòxid de disodi BaO2 peròxid de bari diòxid de bari H2O2 peròxid d’hidrogen diòxid de dihidrogen

→ El peròxid d’hidrogen és conegut popularment amb el nom d’aigua oxigenada,

substància emprada com a antisèptic suau. S’utilitza com a decolorant o blanquejant en la indústria tèxtil i en la indústria dels assaonants. Cal esmentar que alguns productes de perruqueria contenen aquesta substància per decolorar el cabell. També és usat per evitar males olors en les aigües residuals.

Els hidròxids, també anomenats, genèricament, bases, són compostos iònics formats per l’anió hidròxid, OH-, i un catió metàl·lic monoatòmic. Òbviament, les seves solucions aquoses són bàsiques a causa de la presència dels ions OH- en la solució. Són compostos que no són binaris, ja que estan formats per més de dos elements, però es comporten com si ho fossin. � Per a la seva formulació s’escriu primer el símbol de l’element que constitueix el

catió i al costat el nombre necessari d’anions hidròxid per tal de neutralitzar la càrrega positiva del catió.

� Per a la seva nomenclatura són vàlids dos sistemes: Stock i sistemàtic.

� Stock: hidròxid de – nom del metall (nombre d’oxidació).

� Sistemàtic: prefix numeral hidròxid de – nom del metall. � Exemples:

Fórmula Stock Sistemàtic NaOH hidròxid de sodi hidròxid de sodi Mg(OH)2 hidròxid de magnesi dihidròxid de magnesi

Cr(OH)3 hidròxid de crom (III) trihidròxid de crom Fe(OH)2 hidròxid de ferro (II) dihidròxid de ferro

→ Si en la fórmula de l’hidròxid només hi ha un anió OH-, no cal utilitzar el parèntesi. → En la nomenclatura sistemàtica, del prefix mono- moltes vegades se sol prescindir.

Els àcids són compostos que quan es dissolen en aigua es dissocien donant protons, H+, i l’anió corresponent. Els protons, al seu torn, en solució aquosa constitueixen l’ió hidroni, H3O

+. Tal com indica el seu nom, són compostos amb propietats àcides. → La IUPAC aconsella anomenar els àcids més usuals amb el nom tradicional que s’ha emprat des de sempre. � Els hidràcids són les combinacions de l’hidrogen amb elements dels grups 16 i 17

(no metalls), com per exemple, F, Cl, Br, I, S, Se i Te. En la nomenclatura, s’afegeix l’acabament –hídric al nom del no metall.

HF àcid fluorhídric H2S àcid sulfhídric

HCl àcid clorhídric H2Se àcid selenhídric

HBr àcid bromhídric H2Te àcid tel·lurhídric

HI àcid iodhídric HCN àcid cianhídric

� Els oxoàcids són àcids que contenen oxigen en la seva composició, a més de

l’hidrogen i un altre element, que pot ser un no metall o bé un element de transició d’elevat nombre d’oxidació.

La nomenclatura tradicional permet distingir el nombre d’oxidació menor de l’àtom central utilitzant el sufix –ós i per al nombre més gran d’oxidació s’usa el sufix –ic. Quant a prefixos, existeixen vàries possibilitats: hipo–, per–, orto–, meta–, di–, tio– (cadascun d’aquests prefixos fa referència a algun aspecte concret de la composició o formació de l’oxoàcid).

HClO àcid hipoclorós H2S2O5 àcid disulfurós

HClO2 àcid clorós H2S2O7 àcid disulfúric

HClO3 àcid clòric H2SeO3 àcid seleniós

HClO4 àcid perclòric H2SeO4 àcid selènic HBrO àcid hipobromós H3PO4 àcid fosfòric

HBrO2 àcid bromós H3AsO3 àcid arseniós

HBrO3 àcid bròmic H3AsO4 àcid arsènic HBrO4 àcid perbròmic H2CO3 àcid carbònic HIO àcid hipoiodós H4SiO4 àcid ortosilícic

HIO2 àcid iodós H2SiO3 àcid metasilícic

HIO3 àcid iòdic H3BO3 àcid bòric HIO4 àcid periòdic HBO2 àcid metabòric HNO2 àcid nitrós H2CrO4 àcid cròmic

HNO3 àcid nítric H2Cr2O7 àcid dicròmic

H2SO3 àcid sulfurós HMnO4 àcid permangànic H2SO4 àcid sulfúric H2MnO4 àcid mangànic

� Es marquen en negreta i cursiva aquells àcids considerats per la COORDINACIÓ DE LES PAAU – QUÍMICA CURS 2000/2001 COM A

CONEIXEMENTS MÍNIMS DE FORMULACIÓ I NOMENCLATURA. Aquesta coordinadora informa, a més, que cal conèixer les càrregues dels

cations que en tenen només una: metalls alcalins, metalls alcalinoterris, Zn2+, Cd2+, Ag+, Al3+, ió amoni NH4

+.

Les sals són el resultat de la reacció entre un àcid i una base. Els protons, característics de les solucions àcides, es neutralitzen amb els ions hidròxid, característics de les bases. Per tant, les sals estan constituïdes per l’anió provinent de l’àcid i el catió que prové de la base. � Per a la seva formulació s’escriu primer el símbol de l’element que constitueix el

catió metàl·lic i, al costat, la fórmula de l’anió. Caldrà prendre el nombre necessari de cations i d’anions per tal que la càrrega total de la sal sigui nul·la.

� Per a la seva nomenclatura cal tenir en compte que s’anomena primerament l’anió i

seguidament el catió. Els anions, corresponents a diferents àcids, canvien de sufixos tal i com es mostra a la taula següent:

Àcid Anió –hídric –ur –ós –it –ic –at

� Les sals neutres són aquelles en què l’anió que les constitueix no conserva cap dels

hidrògens que inicialment tenia l’àcid, és a dir, han estat substituïts totalment pel catió metàl·lic. Per exemple:

Al2(CO3)3 carbonat d’alumini NH4NO2 nitrit d’amoni

CuSO3 sulfit de coure (II) NaCl clorur de sodi K2S sulfur de potassi FePO4 fosfat de ferro (III)

� Les sals àcides són aquelles que encara contenen algun dels àtoms d’hidrogen de

l’àcid de què provenen. Evidentment, no podran formar sals àcides, els àcids que tinguin un sol àtom d’hidrogen. Per exemple:

KHS hidrogensulfur de potassi NaHSO4 hidrogensulfat de sodi Ca(H2PO4)2 dihidrogenfosfat de calci Cu(HSO3)2 hidrogensulfit de coure (II) NH4HCO3 hidrogencarbonat d’amoni Ni2(HPO4)2 hidrogenfosfat de níquel (II)

� Les sals dobles contenen més d’un catió o més d’un anió. Normalment, tant per la

seva formulació com per la seva nomenclatura, s’escriuen els cations i els anions per ordre alfabètic. Per exemple:

AlK(SO4)2 sulfat d’alumini i potassi KMgPO4 fosfat de magnesi i potassi

� La COORDINACIÓ DE LES PAAU – QUÍMICA CURS 2000/2001 considera que cal conèixer els següents anions constituents de sals àcides:

HS- (hidrogensulfur), HCO3- (hidrogencarbonat), HSO3

- (hidrogensulfit), HSO4

- (hidrogensulfat), HPO42- (hidrogenfosfat), H2PO4

- (dihidrogenfosfat).

1.2 FORMULACIÓ ORGÀNICA Els compostos orgànics exerceixen un paper molt important en la vida moderna. Sense comptar que en els organismes dels animals i plantes intervenen substàncies orgàniques, existeix, avui en dia, una poderosa indústria química que subministra al mercat els més variats productes orgànics: detergents, plàstics, fàrmacs, fibres sintètiques, insecticides, pintures, cosmètics... La raó que hi hagi una quantitat tan nombrosa de compostos carbonats s’ha de buscar en la naturalesa de l’àtom de carboni i en la seva situació en la taula periòdica. Com que el carboni ocupa una posició central a la taula, es pot combinar tant amb els elements electronegatius com amb els electropositius. A més, té la capacitat de saturar les seves cadenes amb si mateix i donar origen a cadenes lineals o ramificades. La unió carboni-carboni es pot realitzar mitjançant un enllaç simple (C−C), doble (C=C) o triple (C≡C). Els electrons de valència del carboni són 4 situats al nivell 2 (C: 2s2 2p2). Per aquest motiu, el carboni tendeix a adquirir l’estructura de gas noble (Ne: 2s2 2p6) per compartició d’aquests quatre electrons amb els d’altres àtoms. En tot cas, el carboni forma 4 enllaços covalents. La majoria de les molècules orgàniques tenen una estructura tridimensional. Per representar-les de forma correcta caldrà adoptar algun procediment que informi de l’estructura real de cada molècula. La fórmula molecular d’una substància és aquella que informa dels elements que integren la molècula i del nombre d’àtoms de cadascun d’ells. Per exemple, metà CH4, etè C2H4, benzè C6H6, propà C3H8. La fórmula empírica és la relació més senzilla, amb nombres enters, entre els àtoms d’una molècula. Per exemple, metà CH4, etè CH2, benzè CH, propà C3H8. La fórmula estructural és aquella que informa, més o menys, de com estan integrats els diferents àtoms en la molècula. Segons el grau d’informació que dóna, la fórmula estructural pot ser desenvolupada, semidesenvolupada i model estructural. Per exemple, l’etè es pot formular com:

semidesenvolupada desenvolupada

H

H

H

H

CH2 CH2

Els hidrocarburs són compostos constituïts exclusivament per carboni i hidrogen, i la seva principal font d’obtenció és el petroli. Les possibilitats d’unió entre els àtoms de carboni donen lloc als diferents tipus d’hidrocarburs segons tinguin enllaços simples, dobles o triples, o bé que formin cadenes lineals, ramificades o cicles. � Els hidrocarburs saturats o alcans estan constituïts per àtoms de carboni que

s’uneixen entre si o a àtoms d’hidrogen mitjançant enllaços covalents simples. La seva fórmula general és: CnH2n+2

Per anomenar-los, s’indica la longitud de la molècula utilitzant uns prefixos d’arrel grega que indiquen el nombre d’àtoms de carboni que hi ha a la cadena.

Per als alcans s’utilitza el sufix –à. Exemples:

Nom Fórmula molecular Fórmula semidesenvolupada

Metà CH4 CH4 Età C2H6 CH3 – CH3 Propà C3H8 CH3 – CH2 – CH3 Butà C4H10 CH3 – CH2 – CH2 – CH3 Pentà C5H12 CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH3 Hexà C6H14 CH3 – ( CH2 )4 – CH3 Heptà C7H16 CH3 – ( CH2 )5 – CH3 ... ... ... Els radicals alquil són les agrupacions atòmiques que resulten de suprimir un àtom d’hidrogen en els hidrocarburs saturats. S’anomenen canviant l’acabament –à de l’hidrocarbur per la terminació –il. Exemples:

Radical alquil Fórmula semidesenvolupada

Metil – CH3

Etil – CH2 – CH3 Propil – CH2 – CH2 – CH3

Isopropil

CH

CH3

CH3

... ...

Per anomenar els hidrocarburs ramificats se segueixen les normes de la IUPAC (Unió de Química Pura i Aplicada) següents: 1 Cal escollir la cadena més llarga possible i amb el màxim nombre de ramificacions.

Aquesta cadena és la que dóna nom al compost. 2 Es llegeix en primer terme els radicals per ordre alfabètic, anteposant un número

localitzador que indiqui la seva situació a la cadena. En cas que hi hagi diverses possibilitats, es pren com a correcte el nombre localitzador més petit.

3 Si un mateix radical està repetit dues o més vegades es repeteix el número

localitzador els corresponents cops i s’indica amb els prefixos di–, tri–, tetra– ... Exemples:

CH3 CH

CH3

CH CH3

CH3

2,3-dimetilbutà

CH3 CH2

CH3

CH2

CH2

CH3

CH2

CH3

CH2

CH3

CH2 CH3

3,5-dietil-3,5-dimetiloctà Per anomenar els hidrocarburs cíclics cal precedir el nom de l’alcà amb el prefix ciclo– La fórmula general és CnH2n Exemples:

CH2CH2

CH2 CH2

CH2 CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

ciclopropà ciclobutà

ciclohexà

En cicles monosubstituïts, el carboni en què es troba el radical és, per definició, el número u. Per a compostos polisubstituïts, cal buscar la seqüència de numeració que assigni els valors més baixos possibles als radicals. Quan dues d’aquestes seqüències són possibles, l’ordre alfabètic dels radicals té prioritat. Exemples:

CH3

metilciclopropà

CH3

CH2-CH2-CH3

1-metil-2-propilciclobutà Els derivats halogenats dels hidrocarburs són el resultat de substituir un àtom d’hidrogen, o més d’un, per halògens. La seva nomenclatura es fonamenta en anomenar primerament l’halogen seguit de l’hidrocarbur, anteposant-hi, si cal, el número localitzador corresponent. Són força coneguts els derivats halogenats del metà:

CH3Cl clorometà o clorur de metil CH2Cl2 diclorometà CHCl3 triclorometà o cloroform CCl4 tetraclorur de carboni

Altres exemples:

CH3 CH2 CH2 Cl

1-cloropropà

CH3

Cl

CH3

CH3

2-cloro-2-metilpropà

� Els alquens o olefines són hidrocarburs no saturats que presenten com a mínim un doble enllaç a la seva cadena.

La seva fórmula general és: CnH2n Per anomenar-los, es canvia el sufix –à de l’hidrocarbur saturat pel –è i s’indica la posició del doble enllaç mitjançant el nombre localitzador corresponent a l’àtom de carboni on aquest s’inicia. La cadena comença a numerar-se per l’extrem que tingui més a prop un doble enllaç.

Exemples:

Nom Fórmula molecular Fórmula semidesenvolupada

Etè C2H4 CH2 = CH2 Propè C3H6 CH2 = CH – CH3 1-butè C4H8 CH2 = CH – CH2 – CH3 2-butè C4H8 CH3 – CH = CH – CH3 ... ... ... Quan la cadena té diversos dobles enllaços, se n’indica el nombre i la posició mitjançant un nombre localitzador del carboni en què comencen els dobles enllaços. El doble enllaç té prioritat en l’elecció de la cadena més llarga (cadena principal) i en la numeració d’aquesta.

CH2 CH CH CH CH2 CH3

1,3-hexadiè

CH3 CH

CH2

CH3

CH2 CH2 CH CH3

CH3

3-etil-6-metil-2-heptè � Els alquins, etínics o acetilènics són hidrocarburs no saturats que presenten com a

mínim un triple enllaç a la seva cadena. La seva fórmula general és: CnH2n-2

Per anomenar-los, es canvia el sufix –à de l’hidrocarbur saturat pel –í i s’indica la posició del triple enllaç mitjançant el nombre localitzador corresponent a l’àtom de carboni on aquest s’inicia. Aquest carboni ha de tenir el nombre més baix possible.

Exemples:

Nom Fórmula molecular Fórmula semidesenvolupada

Etí C2H2 CH ≡ CH Propí C3H4 CH ≡ C – CH3 1-butí C4H6 CH ≡ C – CH2 – CH3 2-butí C4H6 CH3 – C ≡ C – CH3 ... ... ...

Quant als hidrocarburs amb dobles i triples enllaços, la IUPAC dóna preferència als dobles enllaços, tant en l’elecció de la cadena principal com en la numeració i nomenclatura. Per tal d’anomenar-los, regeixen les mateixes normes que per a la resta dels hidrocarburs. Exemples:

CH CH CH CH

3-hexen-1,5-dií

CH CH

CH3

CH CH2

3-metil-1-penten-4-í Els hidrocarburs aromàtics tenen una olor característica i són font d’un gran nombre de substàncies de gran interès industrial. L’hidrocarbur aromàtic més important i el primer de la sèrie és el benzè, de fórmula molecular C6H6.

CH

CH

CHCH

CH

CH

Els hidrocarburs benzènics substituïts s’anomenen posant primerament els radicals, precedits, si cal, del nombre localitzador, i després la paraula benzè. Si hi ha dos radicals s’utilitzen els prefixos orto– (o–), meta– (m–) i para– (p–) que indiquen les posicions 1,2, 1,3 i 1,4, respectivament. Exemples:

CH3

metilbenzè

CH3

CH2-CH3

1-etil-2-metilbenzè

naftalè

CH3

CH3

1,3-dimetilbenzèmeta-dimetilbenzèm-dimetilbenzèmeta-xilèm-xilè

` ALCOHOLS I FENOLS Els alcohols i fenols tenen un grup funcional comú, el grup OH. Es representen com: R – OH La seva fórmula s’obté per substitució d’un hidrogen de l’hidrocarbur per un OH. S’anomenen afegint el sufix –nol al nom de l’hidrocarbur. Cal indicar la posició del grup –OH mitjançant el corresponent nombre localitzador que precedeix el nom de l’alcohol. Si la funció alcohol està repetida, cal indicar, amb el prefix corresponent, el nombre de vegades que es repeteix. Exemples: CH3OH metanol CH3 – CH2OH etanol CH3 – CH2 – CH2OH 1-propanol CH3 – CHOH – CH3 2-propanol CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2OH 1-pentanol CH2OH – CH2OH 1,2-etandiol CH2OH – CHOH – CH2OH 1,2,3-propantriol ... ... Els fenols resulten de substituir, en un anell benzènic, un dels hidrògens per un grup OH. En la nomenclatura, s’utilitzen, també, els prefixos orto–, meta– i para–. Exemples:

OH OH

OHfenol

p-difenol

` ALDEHIDS I CETONES Els aldehids i cetones tenen un grup comú anomenat carbonil. Es representen com: R = O La diferència entre ambdues funcions consisteix que els aldehids tenen el grup carbonil en un carboni primari i les cetones en un carboni secundari.

R H

O

R R'

O

aldehid cetona

Els aldehids s’anomenen afegint al nom de l’hidrocarbur el sufix –anal. Les cetones s’anomenen, de manera anàloga, afegint el sufix –ona al nom de l’hidrocarbur. Si cal, s’indica la posició del grup carbonil amb el corresponent nombre localitzador. Si la funció carbonil està repetida, cal indicar, amb el prefix corresponent, el nombre de cops que es repeteix. Exemples: HCHO metanal CH3 – CHO etanal CH3 – CH2 – CHO propanal CH3 – CH2 – CH2 – CHO butanal CHO – CHO etandial CHO – CH2 – CHO propandial CHO – CH2 – CH2 – CHO butandial ... ... CH3 – CO – CH3 propanona CH3 – CO – CH2 – CH3 butanona CH3 – CO – CH2 – CH2 – CH3 2-pentanona CH3 – CH2 – CO – CH2 – CH3 3-pentanona CH3 – CO – CO – CH3 butandiona CH3 – CO – CH2 – CO – CH3 2,4-pentandiona ... ...

` ÀCIDS CARBOXÍLICS Els àcids carboxílics es caracteritzen perquè tenen el grup funcional carboxil. Es representen com: R – COOH

O

OH El nom de l’àcid s’obté afegint al nom de l’hidrocarbur que prové el sufix –noic. Tanmateix, sovint els àcids tenen denominacions vulgars o comercials derivades de la substància natural d’on provenen. Exemples: HCOOH àcid metanoic o fòrmic CH3 – COOH àcid etanoic o acètic CH3 – CH2 – COOH àcid propanoic o propiònic CH3 – CH2 – CH2 – COOH àcid butanoic o butíric CH3 – (CH2)4 – COOH àcid hexanoic o caproic CH2 = CH – COOH àcid propenoic o acrílic C6H5 – COOH àcid benzenocarboxílic o benzoic ... ... Hi ha àcids que tenen dos o més grups carboxílics a la molècula. S’anomenen àcids dipròtics si en tenen dos o tripròtics si en tenen tres. Altres exemples: HOOC – COOH àcid etandioic o oxàlic HOOC – CH2 – COOH àcid propandioic o malònic HOOC – (CH2)3 – COOH àcid pentandioic o glutàric ... ...

` SALS I ÈSTERS Les sals i èsters es formen en substituir l’hidrogen del grup carboxil dels àcids per un radical. Es representen com: R – COO – R’

RO

O R' Els anions dels àcids carboxílics s’anomenen canviant el sufix –noic de l’àcid per l’acabament –at de les sals i èsters (de forma anàloga a la formulació inorgànica d’àcids i sals). Per exemple:

CH3

O

OH

àcid etanoico acètic

CH3

O

O-

ió etanoato acetat

CH3

O

O

CH3

O

O

saletanoat de sodio acetat de sodiNa

CH3

èsteretanoat de metilo acetat de metil

Exemples: HCOO – CH3 metanoat de metil o format de metil CH3 – COO – CH2 – CH3 etanoat d’etil o acetat d’etil CH3 – CH2 – CH2 – COO – CH2 – CH2 – CH3 butanoat de propil CH2 = CH – CH2 – COO – CH2 – CH2 – CH3 3-butenoat de propil C6H5 – COO – CH2 – CH3 benzoat d’etil ... ... S’anomenen halurs d’àcid les sals que resulten de substituir l’hidrogen per un dels halògens: F, Cl, Br o I.

RO

O XR COOX on X equival a

F, Cl, Br o I

` ÈTERS Consisteixen en dos radicals alquílics units per mitjà d’un àtom d’oxigen. Es representen com: R – O – R’ S’anomenen amb l’infix –oxi–, anteposant el prefix indicatiu del radical més senzill i posposant el nom de l’altre radical. Exemples: CH3 – O – CH2 – CH3 metoxietà o etil metil èter CH2 = CH – O – CH2 – CH3 etoxietè o etoxietilè o etil vinil èter CH3 – CH2 – O – CH2 – CH3 etoxietà o èter dietílic CH3 – O – CH2 – CH2 – CH3 metoxipropà o èter metilpropílic ... ... ` COMPOSTOS NITROGENATS: AMINES Són el resultat de la substitució de l’hidrogen de l’amoníac per un radical alquílic. Segons el grau de substitució, es pot parlar d’amines primàries, secundàries o terciàries.

R NH2

amina primària

R NH R'

amina secundària

R N

R'

R''

amina terciària Exemples: CH3 – NH2 metilamina CH3 – NH – CH3 dimetilamina CH3 – CH2 – CH2 – NH2 1-propanamina ... ... ` COMPOSTOS NITROGENATS: AMIDES Es representen com: R – CO – NH2

RO

NH2 S’anomenen addicionant el sufix –amida al nom de l’hidrocarbur. Exemples: CH3 – CO – NH2 etanamida o acetilamida CH3 – CH2 – CO – NH2 propanamida ... ...

La COORDINADORA DE LES PAAU – QUÍMICA 2000-2001 cita, en la taula mostrada a continuació, les funcions i grups funcionals més importants:

� Una definició senzilla del concepte d’ISOMERIA diria que és el fenomen pel qual, malgrat que els compostos químics tinguin la mateixa fórmula molecular, són diferents entre ells i tenen propietats diferents. Cadascun d’aquests compostos s’anomena isòmer.

Feu una recerca bibliogràfica d’alguns exemples del concepte d’isomeria en casos senzills.