Escritura de fórmulas y nomenclatura de compuestos

Química Elemental 06

Ing. Lucas G. Mateo A.

En este capitulo estudiaremos algo de la nomenclatura básica para los compuestos inorgánicos.Estos compuestos se pueden dividir en tres categorías convenientes: compuestos binarios, aquellos que contienen dos elementos diferentes; compuestos ternarios, aquellos que contienen tres elementos diferentes; y los restantes compuestos más complejos, que contienen cuatro o más elementos diferentes. Nuestra exposición sobre la nomenclatura comienza con el estudio de los números de oxidación y el problema de predecir fórmulas para los compuestos.

PREDICCION DE FORMULAS PARA LOS COMPUESTOS•Por convención el símbolo del elemento

más metálico se escribe primero en la formula. Al comparar elementos, el que está más a la izquierda o más debajo de la tabla periódica es el más metálico. Así la formula básica: AlXOY

Al O+3 -2

Al O2 3

NUMEROS DE OXIDACIONUna de las propiedades periódicas más importantes de los elementos es su estado de oxidación o su número de oxidación. Definiremos número de oxidación con las siguientes reglas:1. El número de oxidación para cualquier átomo no

combinado o elemento libre (por ejemplo N2) es cero.

2. El número de oxidación del oxígeno es -23. El número de oxidación del hidrógeno es +1.4. Para iones simples el número de oxidación es igual a

la carga del ión.5. La suma de los números de oxidación de todos los

átomos de los elementos de una fórmula dada es igual a cero; la suma es igual a la carga total en el caso de un ión poliatómico.

La fórmula para el compuesto dióxido de carbono, CO2, muestra que el número de oxidación del carbón es +4; para el boro en el compuesto B2O3 es +3, etc. El examen de una serie de fórmulas conocidas para unos compuestos binarios que contienen oxígeno (Tabla 6-1) muestra una correlación definida entre los números de oxidación y los grupos en los cuales se encuentran localizados los elementos de la tabla periódica. Todos los elementos del grupo IA tienen número de oxidación +1, los elementos del grupo IIA tienen número de oxidación +2 y así sucesivamente. En general, un número de oxidación positivo para cualquier elemento es igual al número del grupo del elemento de la tabla periódica. Por ejemplo nitrógeno es +5, carbono +4.

TABLA 6-1 FORMULAS PARA COMPUESTOS BINARIOS OXIGENADOS DE ALGUNOS ELEMENTOS

I II III IV V VI VII

K2O CaO B2O2 CO2 N2O5 SO3 Cl2O7

Cs2O BaO AL2O3 SiO2 As2O5 CrO3

El número de oxidación negativo de cualquier elemento puede obtenerse restando de 8 el número del grupo y dando la diferencia con signo negativo (Tabla 6-2): del flúor -1, del azufre -2 y del nitrógeno -3.

TABLA 6-2 NUMEROS DE OXIDACION ESPERADOS PARA LOS ELEMENTOSI II III IV V VI VII

+1 +2 +3 +4 +5 +6 +7

-4 -3 -2 -1

La predicción de una formula química consiste simplemente en la unión de elementos con números de oxidación negativos, teniendo en mente que la suma de todos los números en la fórmula final debe ser cero.

Desafortunadamente hay muchas excepciones para este sistema de asignación de números de oxidación a partir de la posición de los elementos en la tabla periódica. La mayor excepción es que muchos elementos tienen más de un número de oxidación y por lo tanto para estos elementos se deben memorizar sus números de oxidación. Sin embargo, antes de memorizar una lista larga, conviene verificar el grupo en el cual se localiza el elemento en la tabla periódica. Si el número de oxidación coincide con el número del grupo no hay razón para memorizarlo, simplemente porque las tablas periódicas están siempre disponibles para los estudiantes de química.

Tabla 6-3. NUMEROS DE OXIDACION DE ALGUNOS ELEMENTOS COMUNES QUE NO SE PUEDEN PREDECIR CON LA TABLA PERIODICA

La Tabla 6-3 da una lista de elementos comunes cuyos números de oxidación deben memorizarse.

La serie de compuestos N2O, NO, NO2, N2O3, N2O4 y N2O5 ilustra algunos de los números de oxidación presentados por el elemento nitrógeno. En estos compuestos el nitrógeno es +1, +2, +4, +3, +4 y +5, respectivamente. Sólo la fórmula N2O5 se puede predecir a partir de relaciones periódicas, pero se pueden encontrar siempre compuestos que obedecen la regla: CO2, SO3 y P4O10; sin embargo CO, SO2 y P2O6 no la cumplen.

Elemento Nro. Oxid

Nombre

Cobalto +2 Cobalto(II), cobaltoso

+3 Cobalto(III), cobáltico

Cromo +3 Cromo (III), crómico

Cobre +1 Cobre(I), cuproso

+2 Cobre(II), cúprico

Hierro +2 Hierro(II), ferroso

+3 Hierro(III), férrico

Plomo +2 Plomo(II), plumboso

+4 Plomo(IV), plúmbico

Manganeso +2 Manganeso(II), manganoso

Mercurio +1 Mercurio(I), mercuroso

+2 Mercurio(II), mercúrico

Níquel +2 Níquel(II), niqueloso

Estaño +2 Estaño(II), estannoso

+4 Estaño(IV), estánnico

NOMENCLATURA DE COMPUESTOSCompuestos binarios cuyos elementos tienen sólo un número de oxidación.

Nombre para el NaCl =

Nombre base del elemento menos metálico

+Terminación +

Preposición

+ Nombre del elemento metálico

Cloruro de Sodio

Clor- + -uro + de + Sodio

TABLA 6-4. NOMENCLATURA DE COMPUESTOS BINARIOS

Fórmula Compuesto

Nombre primer elemento

Nombre segundo elemento

Nombre base elemento segundo

Terminación binaria

Nombre del compuesto

LiF Litio Flúor Flúor- -uro Fluoruro de litio

HCl Hidrógeno

Cloro Clor- -uro Cloruro de hidrógeno

KBr Potasio Bromo Brom- -uro Bromuro de potasio

CaI2 Calcio Yodo Yod- -uro Yoduro de calcio

ZnO Cinc Oxígeno Ox- -uro Oxido de cinc

BaS Bario Azufre Sulf- -uro Sulfuro de bario

NaH Sodio Hidrógeno

Hidr- -uro Hidruro de sodio

Compuestos binarios que contienen un elemento con varios números de oxidación Consideremos los compuestos bien conocidos: monóxido de carbono CO y dióxido de carbono CO2. Estos son ejemplos de compuestos binarios que contienen dos elementos no metálicos, uno de los cuales presenta varios estados de oxidación: el carbono en el CO es +2; en el CO2 es +4. Si seguimos las reglas que se acaban de presentar para compuestos binarios, obtenemos el mismo nombre para ambos: Oxido de carbono.CO = Monóxido de carbonoCO2 = Bióxido de carbono

1 Mono-

2 Bi-

3 Tri-

4 Tetra-

5 Penta-

6 Hexa-

7 Hepta-

8 Octa-

9 Nona-

10

Deca-

TABLA 6-5. NOMBRES PARA ALGUNOS COMPUESTOS BINARIOS

Formula Nombre (Nombre que ya no se usa)

Al2O3 Oxido de aluminio (trióxido de aluminio)

CCl4 Tetracloruro de carbono

CaCl2 Cloruro de calcio (Dicloruro de calcio)

H2O Agua (Oxido de dihidrógeno)

NH3 Amoniaco (Trihidruro de nitrógeno)

N2O Oxido de dinitrógeno

NO Oxido de nitrógeno

NO2 Dióxido de Nitrógeono

N2O3 Trióxido de dinitrógeno

N2O4 Tetróxido de dinitrógeno

N2O5 Pentóxido de dinitrógeno

PCl3 Tricloruro de fosforo

PCl5 Pentacloruro de fosforo

SO Monóxido de azufre

SO2 Dióxido de azufre

SO3 Trióxido de azufre

Compuestos binarios que contienen hidrógeno

Los compuestos binarios de hidrógeno y un no metal se nombran de la misma forma que otros compuestos binarios.Cuando algunos de estos compuestos binarios de hidrógeno y un no metal se mezclan con agua, las propiedades de la solución resultante son bastante diferentes de aquellas de los componentes puros. Estas soluciones acuosas se llaman ácidos. HCl (g) + H2O (l) HCl (aq) Cloruro de Agua ácido clorhídrico Hidrógeno (solución acuosa de cloruro de H)

El nombre ácido clorhídrico se forma con la palabra genérica ácido seguida de la palabra que resulta de añadir la terminación hídrico, correspondiente al hidrógeno, al nombre base Clor del elemento no metálico.

Nombre del HCl (aq)

= Palabra ácido

+ Nombre base del segundo elemento

+ Terminación hídrico

Ácido Clorhídrico

= Ácido + Clor- + hídrico

Ejemplos adicionales de este sistema de nomenclatura:

HF (g) Fluoruro de hidrógeno

HF (aq) Ácido fluorhídrico

HCl (g) Cloruro de hidrógeno HCl (aq) Ácido clorhídrico

HBr (g) Bromuro de hidrógeno

HBr (aq) Ácido bromhídrico

H2S (g) Sulfuro de hidrógeno H2S (aq) Ácido sulfhídrico

H2Se (g)

Selenuro de hidrógeno

H2Se (aq)

Ácido selenhídrico

Compuestos TernariosLos compuestos ternarios tienen tres clases diferentes de átomos. Los compuestos ternarios inorgánicos más importantes son combinaciones de un elemento metálico y de una unidad poliatómica (es decir una unidad de tres o más átomos) consistente en otro elemento de oxígeno.El SO4 es una unidad estructural distinta. Es un ión con carga o número de oxidación -2 y retine su identidad como unidad en muchas reacciones químicas.

Zn (s)

+ H2SO4

H2 (g) + Zn SO4 (aq)

Zinc Ácido sulfúrico

Hidrógeno

Sulfato de Zinc

Los compuestos ternarios que contienen el ión SO4 se llaman sulfatos. Se nombran siguiendo el ión sulfato con el nombre del elemento metálico. El término sulfato se deriva adicionando la terminación –ato al nombre base del elemento distinto del oxígeno presente en la unidad. Algunos otros ejemplos de compuestos ternarios -ato son:

Al2(SO4)3 Sulfato de aluminio KClO3 Clorato de potasio

CaCO3 Carbonato de calcio Na3PO4

Fosfato de sodio

HNO3 Nitrato de hidrógeno

PbCrO4

Cromato de plomo

Compuestos ternarios que contienen hidrógeno y un grupo poliatómico

El compuesto HNO3 se llama correctamente nitrato de hidrógeno y el H2SO4 sulfato de hidrógeno. Estos y otros numerosos compuestos ternarios y de hidrógeno y un ión poliatómico tienen propiedades diferentes cuando se combinan con agua. Un esquema de nomenclatura especial se usa para estas soluciones acuosas ácidas

En este punto consideramos solamente soluciones acuosas de compuestos –ato con hidrógeno. Por ejemplo,

El término ácido nítrico se obtiene añadiendo la terminación –ico al nombre base del elemento distinto de oxígeno o hidrógeno. En este caso el elemento es nitrógeno.

HNO3 (g) + H2O (l)

HNO3 (aq)

Nitrato de hidrógeno

Agua Acido nítrico

Nombre para HNO3 (aq)

= Palabra ácido

+ Nombre base del elemento

+ Terminación -ico

Acido Nítrico ácido nitro -ico

Adiciones y excepciones

Los compuestos que contienen el ión poliatómico OH- se llaman hidróxidos y aquellos que contienen CN- se llaman cianuros. Los hidróxidos inorgánicos se llaman bases; el hidróxido de sodio, NaOH, es también conocido con el nombre de sosa. El cianuro de sodio NaCN y otros cianuros metálicos contienen carbono pero consideran compuestos inorgánicos.El ión poliatómico NH4+, amonio, tiene un estado de oxidación o carga +1. Es el único ión poliatómico positivo que tendremos ocasión de usar en nuestras excepciones; forma muchos compuestos importantes y comunes. El amonio se comporta como un elemento metálico; por lo tanto se menciona al final en el nombre de los compuestos. Cloruro de amonio es NH4Cl. El amoniaco casero es una solución acuosa de amoniaco; se llama hidróxido de amonio pero la fórmula correcta es NH3 (aq).

Un compuesto ternario importante en el estudio de la química orgánica es el ácido orgánico H(CH3CO2), ácido acético. El vinagre es una solución acuosa de este ácido. Las sales inorgánicas de este ácido se llaman acetatos. Las sales son compuestos formados cuando los iones hidrógeno de un ácido se reemplazan por iones metálicos o iones amonio. El acetato de sodio es Na(CH3CO2). El ión poliatómico acetato se representa algunas veces por la fórmula empírica C2H3O2-.El ión poli atómico C2O4 , oxalato, forma compuestos orgánicos importantes para químicos inorgánicos. El ácido oxálico es H2C2O4, veneno encontrado como el ruibarbo. Afortunadamente los alimentos que contienen ácido oxálico pierden su toxicidad cuando se cocinan. Los oxalatos son sales de ácido oxálico; el oxalato de sodio es Na2C2O4.

Oxácidos y sus salesMuchos compuestos contienen los mismos elementos de los compuestos ternarios –ato pero difieren en el número de átomos de oxígeno; para completar se incluye el esquema para nombrarlos. La tabla 6-9 explica la nomenclatura para la serie de iones poliatómicos formados por cloro y oxígeno. Estos iones se combinan con iones hidrógeno para formar compuestos como oxácidos (en solución acuosa). Los compuestos formados por la combinación de estos iones con iones metálicos o iones amonio se llaman oxisales (los compuestos –ato se incluyen en estos grupos). En la 6-10 se dan los nombres de un número de oxácidos y oxisales.

HIDRATOSEl compuesto sulfato cúprico, CuSO4, es un polvo blanco que forma una solución azul cuando se disuelve en agua. Cuando esta solución se evapora, queda un compuesto cristalino azul intenso. Un análisis de composición porcentual muestra que este compuesto tiene la fórmula empírica CuSO9 H10. El compuesto tiene todas las propiedades de un sulfato: da la prueba del ión SO4, se elimina el agua cuando se calienta, el residuo no volátil es CuSO4. Esta evidencia experimental nos muestra que la formula que la fórmula para este compuesto es CuSO4. 5H2O.

Hidrato. Compuesto que contiene moléculas de agua (usualmente llamado agua de cristalización) estructuralmente unidas. La especie de sulfato cúprico que contiene moléculas de agua enlazadas, CuSO4, se llama sulfato de cobre anhidro. Algunos compuestos hidratados importantes son: yeso, CaSO4 .

2H2O; sales de epsom, MgSO4 . 7H2O; soda

de lavado Na2CO3 . 10H2O. Obsérvese que para las formulas para los hidratos reflejan el hecho de que las moléculas de agua actúan como unidades en el compuesto; un punto (.) separa las unidades H2O del resto de los símbolos atómicos.