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martes, 8 de septiembre de 2015

FORMULACIÓN QUÍMICA INORGÁNICA (I): COMPUESTOS BINARIOS

INTRODUCCIÓN

   La fórmula química es la representación de los elementos que forman un compuesto y la proporción en que se encuentran (número de átomos que forman una molécula). También nos informa de cómo se han unido esos átomos (enlace químico). Para nombrarlos se emplean reglas de NOMENCLATURA QUÍMICA propuestas por la IUPAC  (International Union of Pure and Applied Chemistry), un organismo internacional creado, por ej., para unificar la forma de nombrar el ingente número de compuestos orgánicos (compuestos de carbono) que se fue descubriendo en la primero mitad del siglo XX:


La unión entre átomos: el enlace químico.

   Sabemos que los átomos son neutros (igual número de protones en el núcleo que átomos en la corteza). Sin embargo, esto no significa que esa sea su forma más estable. Salvo los gases nobles, todos los elementos tienen tendencia a ganar o perder electrones, para lo cual se unen a otros átomos, formando moléculas o redes cristalina. Dicha tendencia a ganar o perder electrones es la de completar la última capa del átomo (conseguir "el octete electrónico" como un gas noble) consiguiendo así mayor estabilidad.

CLASIFICACIÓN:

La mayoría de compuestos que nos rodean se pueden clasificar en:

1) Compuestos binarios: Formados por dos elementos químicos o átomos distintos.
Distinguimos:
A) Óxidos (O2-). 
- Haluros de oxígeno (F, Cl, Br, I)
B) Hidruros:  Combinaciones con el hidrógeno.
   B1) Hidruros metálicos (MH) En los que M = metal y el hidrógeno actúa con valencia -1
   B2) Hidruros no metálicos (HN o H2N) En los que N = no metal (halógeno, anfígeno) y el hidrógeno actúa con valencia +1.
C) Sales Binarias. Surgen de los hidruros no metálicos (de sustituir H por un M) o de combinarse dos no metales.
D) Peróxidos. Combinaciones con el ion peróxido del oxígeno. 

2) Compuestos ternarios: Formados por tres elementos químicos.
A) Hidróxidos: M(OH)m, donde el grupo hidróxido OHactúa con valencia -1.  M= Metal y m su valencia.
B) Oxoácidos: HaXbOc  Donde X = No metal; a, b y c, no son las valencias.
C) Sales Ternarias: A efectos de formulación surgen de sustituir los H de los oxoácidos por un metal.

3) Combinaciones cuaternarias: Las sales ácidas.



Valencia (estado de oxidación) de los elementos:


Número de carga (valencia) y número de oxidación

Valencia de un elemento es la carga iónica y se escribe en números arábigos (n+/n-). Informa sobre el número de electrones que puede aceptar-ceder (valencia iónica) o compartir (valencia covalente).
- Los metales (o elementos metálicos) tienen tendencia a desprenderse de electrones de su última capa y formar iones de carga positiva (cationes). Por tanto, se considera que la valencia de los metales es positiva. (valencia iónica). Ej: Fe2+
- Los no metales, sin embargo, tienen tendencia a ganar electrones de un átomo metálico (formando iones negativos o aniones) o los comparten con otro no metal. Distinguimos:
- Enlace iónico (Metal + no metal) si se une a un metal (valencia iónica). Ej: Na+ y Cl-
  • Enlace covalente (no metal + no metal) compartiendo electrones de la última capa (valencia covalente).
El número o estado de oxidación de un elemento químico es el número de electrones un átomo recibe (signo menos) o cede (signo más) al formar una sustancia compuesto. Se expresa en número romanos.

A pesar de lo que acabamos de comentar, en internet y en muchos libros siguen confindiéndose ambos términos y se escribe el número de oxidación con números arábigos, o no se escribe primero el número y luego el signo, etc. A la hora de aprender las "valencias" viene bien la siguiente tabla:


NOTA: Según Recomendaciones 2005 para la Nomenclatura de la IUPACla carga sobre un ion debe representarse primero con el número y luego con el signo. Así, se debe escribir que la valencia del ion óxido es 2- , en lugar de -2. 

TABLA PERIÓDICA con estados de oxidación





De forma resumida (Nivel ESO):



Antes de nada, ¿conoces la correspondencia entre los símbolos y los nombres de los elementos químicos? Practica en este enlace



PROFUNDIZACIÓN: Si quieres consultar una Tabla Periódica (o Sistema Periódico) más completo: Aquí




NOMENCLATURAS:


Actualmente la IUPAC acepta la nomenclatura de composición o estequiométrica con prefijos multiplicadores (antigua nomenclatura sistemática) o con número romanos (antiguamente llamada "stock"), la nomenclatura de sustitución (que no estudiaremos) y la nomenclatura tradicional (para nombrar ácidos):

 * Nomenclatura de composición:

a) Nomenclatura SISTEMÁTICA o estequiométrica consiste en leer la fórmula de derecha a izquierda incluyendo prefijos que indican el número de átomos.
b) Nomenclatura de STOCK entre paréntesis y en número romanos se indica el estado de oxidación que actúa el elemento. En el caso que el elemento tenga un solo e.o., se omite

Nomenclatura TRADICIONAL. También se lee de derecha a izquierda pero incluye prefijos y sufijos específicos.

Para más información visita el siguiente enlace: AQUÍ



FORMULACIÓN QUÍMICA INORGÁNICA

0. SUSTANCIAS SIMPLES


   Consideramos sustancias simples a aquellas moléculas constituidas por átomos del mismo elemento. Se formulan con el símbolo del elemento correspondiente (Ej: Hierro, Fe), aunque existen excepciones: 
- Moléculas diatómicas: dioxígeno o, simplemente, oxígeno, O2;  Hidrógeno o dihidrógeno, H2; Nitrógeno o dinitrógeno, N2 ; Flúor o diflúor, F2; Cloro o dicloro, Cl2 
- El ozono (O3)
- El octoazufre (S8

1. COMPUESTOS BINARIOS

A) ÓXIDOS:

- Son combinaciones binarias de un elemento y el oxígeno. Exactamente, con el ión óxido (O2-)

- El oxígeno se escribe a la derecha, salvo con los halógenos (HALUROS DE OXÍGENO). Ej: OF2  se considera una sal de flúor porque el flúor es el elemento más electronegativo del Sistema Periódico.

Si el elemento es un metal, tenemos los llamados óxidos metálicos y si se trata de un no metal tenemos los óxidos no metálicos (antiguamente llamados anhidros, denominación desaconsejada por la IUPAC). 


FORMULACIÓN:


La fórmula se simplifica si la valencia del elemento que se combina con el oxígeno es par.

NOMENCLATURA:

Prefijos multiplicadores IUPAC (antigua Sistemática)

Mono-: Para cuando hay "1 átomo" de elemento.


Di-: 2 átomos.


Tri-: 3 átomos. 


Tetra-: 4 átomos.


Penta-: 5 átomos.


Hexa-: 6 átomos.


Hepta-: 7 átomos.


Octa-: 8 átomos. 


Nona-: 9 átomos. 


Deca-: 10 átomos.

- Se lee de derecha a izquierda.

Ejemplos de óxidos básicos o metálicos (Metal + Oxígeno): 

-----------------Nomenclatura de composición o estequiométrica 
Fórmula
Con prefijos multiplicadores
Con números romanos
Al2O3
Trióxido de dialuminio
Óxido de aluminio
PtO2
Dióxido de platino
Óxido de platino (IV)
HgO
Monóxido de mercurio
Óxido de mercurio (II)
Li2O
(Mon)óxido de dilitio
Óxido de litio 
CaO
Óxido de calcio
Óxido de calcio 
Au2O3
Trióxido de dioro
Óxido de oro (III)
Fe2O3
Trióxido de dihierro
Óxido de hierro (III)
FeO
Monóxido de hierro
Óxido de hierro (II)

PRACTICA: Formulación interactiva de ÓXIDOS 1  y 2

Nota: Anteriormente los óxidos no metálicos recibían el nombre de anhídridos.


Ejemplos de óxidos ácidos o no metálicos (No metal + Oxígeno): HALUROS DE OXÍGENO
   
--------------Nomenclatura de composición o estequiométrica 

------------------------------------------------------------------------------------------------------------
NEW! Según las recomendaciones IUPAC 2005 los halógenos (todos, y no solo el Flúor) son considerados más electronegativos que el oxígeno, luego se escribirán a la derecha de la fórmula y se nombrarán como una sal binaria: Ej: O5Cl2  (dicloruro de pentaoxígeno). 
------------------------------------------------------------------------------------------------------------


ACTIVIDADES:

1. Nombra los siguientes compuestos: CuO; N2O5; HgO y Hg2O

2. Formula y nombra todos los óxidos que pueden formarse los siguientes metales: el níquel, el cobalto, la plata, el platino, el oro, el cínc, el cromo y el cadmio.

3. Formula y nombra todos los óxidos que pueden formarse con los siguientes no metales: el boro, el silicio, el carbono, el azufre y el bromo.

4. Nombra todos los halogenuros del cloro.





B) HIDRUROS:

B1) Con "metales": HIDRUROS METÁLICOS   (Metal-H) 

- Son combinaciones binarias de un metal e hidrógeno. 
- El hidrógeno actúa con la "valencia" -1.
- El metal siempre tiene estado de oxidación positivo (neutralidad).
- Se escribe a la derecha de la fórmula. 
- Se forman mediante enlace iónico y son sólidos cristalinos. 

FORMULACIÓN:


NOMENCLATURA:

* Con prefijos multiplicadoresprefijo de cantidad-Hidruro + de + prefijo de cantidad-elemento
  Ejemplo: FeH3: Trihidruro de hierro
- El prefijo "mono-" se omite.

Con números romanosHidruro de + Elemento (entre paréntesis el estado de oxidación del elemento en números romanos). Recuerda que sólo se indica el número romano cuando hay más de una valencia.
  Ejemplos de hidruros metálicos: 
  FeH3: Hidruro de hierro (III)
  AlH3 Hidruro de aluminio   NO HACE FALTA INDICAR número de oxidación porque el aluminio solo actúa con el estado de oxidación +3 ("solo tiene una valencia").

B2) Con "no metales": HIDRUROS NO METÁLICOS 

- Son combinaciones binarias de un no metal e hidrógeno. 
- El hidrógeno actúa  estado de oxidación +
- Se escribe a la izquierda o derecha de la fórmula según la electronegatividad de los "participantes". 
- Se forman mediante enlace covalente dando lugar a moléculas. 

- Distinguimos:
a) Los hidruros de los grupos 13, 14 y 15 (IIIA, IVA y VA, respectivamente): -3, -4
b) Los hidruros de los anfígenos (grupo 16 ó VIA) y halógenos (grupo 17 ó VIIA): HIDRÁCIDOS. (El hidrógeno se escribe a la izquierda). -1, -2

a) Grupos 13 ó IIIA, 14 ó IVA  y 15 ó VA.

FORMULACIÓN:

NHn

No metal (N) =  N   P    As   Sb    Bi    B   C   Si


NOMENCLATURA:

* Nomenclatura de sustitución:

Grupo 14 ó IVA
C, Si,  Con valencia 4-
Grupo 15 ó VA
N, P, Ar, Sb Con valencia 3-
Fórmula
Nombre
Fórmula
Nombre
CH4
Metano
NH3
Amoníaco o Azano
SiH4
Silano
PH3
Fosfano
 Grupo 13 ó IIIA    
BH3                        Borano
AsH3
Arsano
SbH3
  BiH3  
Estibano
Bismutano

                                                                                                                                    
* IUPAC: (di, tri ...)hidruro de (no metal)  
Ejemplo: CH4 Tetrahidruro de carbono. 

No se nombran expresando números de oxidación en números romanos (antigua  nomenclatura Stock).

b) Ácidos hidrácidos: Grupos 16 ó VIA y 17 ó VIIA.

- El hidrógeno actúa con número de oxidación +1.
- Se coloca a la izquierda en la fórmula, ya que son combinaciones con los elementos más electronegativos del S.P.
- El no metal actúa con número de oxidación negativo -1 (halógeno: F, Cl, Br, I)  o -2 (anfígeno: S, Se, Te).

FORMULACIÓN:



                        No metal (N) =  F   Cl    Br   I    S    Se   Te  

NOMENCLATURA:

Según el estado, se nombran:
- En estado gaseoso: elemento-uro de hidrógeno (recuerda: de dcha a izqda)
- En estado líquido: Ácido raíz del elemento-hídrico


En la siguiente tabla se recogen los hidruros no metálicos:

Fórmula

En estado gaseoso

Preferida IUPAC

En estado líquido (aq)

Nombres importantes tradicionalmente

Grupo 16 ó VIA : O, S, Se, Te  Con valencia -2

H2O
Agua
H2S
Sulfuro de hidrógeno
Ácido sulfhídrico
H2Se
Seleniuro de hidrógeno
Ácido selenhídrico
H2Te
Telururo de hidrógeno
Ácido telurhídrico
Grupo 17 ó VIIA : F, Cl, Br, I  Con valencia -1
HF
Fluoruro de hidrógeno
Ácido fluorhídrico
HCl
Cloruro de hidrógeno
Ácido clorhídrico
HBr
Bromuro de hidrógeno
Ácido bromhídrico
HI
Yoduro de hidrógeno
Ácido yodhídrico/iodhídrico

No se nombran por nomenclatura Stock
* Se puede npmbrar con de dihidrógeno o hidrógeno.

Aunque el no metal puede tener varias valencias covalentes, en estos compuestos SOLO actúan con una, la que coincide con su valencia iónica, la positiva.  

PRACTICA: Actividad interactiva de hidruros y aquí (Hidruros metálicos)


ACTIVIDADES:

5. Nombra lo siguientes hidruros de todas las formas posibles: 
SbH3, CuH, AsH3, NH3, AlH3, LiH, BaH2, H2Se, HClAgH, GaH3, CH4, AuH3, HBr, SiH4 , CrH2, H2Te, CoH3 , FeH3,  HF, SnH2, RbH, H2S, VH5, HF, PH3, CaH2, MgH2, BeH2, CsH, NaH, GeH4, SnH4, HI, ZnH2

6. Formula los siguientes hidruros:


Compuesto
Fórmula

Compuesto
Fórmula
Hidruro de magnesio


Hidruro de titanio (III)

Hidruro de manganeso (IV)


Hidruro de hafnio (IV)

Hidruro de calcio


Dihidruro de bario

Trihidruro de hierro


Trihidruro de nitrógeno

Ácido yodhídrico


Sulfuro de dihidrógeno

Tetrahidruro de carbono


Ácido sulfhídrico

Tetrahidruro de molibdeno


Dihidruro de rodio

Hidruro de cromo (III)


Hidruro de platino (III)

Dihidruro de níquel 


Hidruro de cobre (I)

Dihidruro cobalto


Hidruro de cadmio

Cloruro de hidrógeno


Hidruro de zinc

Trihidruro de cobalto


Hidruro de sodio

Telururo de hidrógeno


Hidruro de indio (III)

Pentahidruro de vanadio


Hidruro de aluminio

Ácido bromhídrico


Ácido telurhídrico


7.  Formula según su nombre vulgar:



Compuesto
Fórmula
azano

fosfano

arsano

estibano

metano

silano



C) SALES BINARIAS:

- Las sales son compuestos que pueden considerarse formados por la unión de aniones y cationes. O, a efectos de formulación, como si surgieran de sustituir en los hidruros los hidrógenos por un metal. 
- Se escribe a la derecha el elemento más electronegativo, como siempre.


FORMULACIÓN:

a) SALES METAL - NO METAL: A efectos de formulación, de sustituir metal por hidrógeno de hidrácido. Actúan con valencias iónicas: positivas para el metal y negativas para el no metal.
Ejemplos: 
Ej: La formación del FeS podemos verla de dos formas:
(1) Por iones que intercambian valencia (OJO: se simplifican las fórmulas): Fe (II) + S (II) -  FeS
(2) En el sulfuro de hidrógeno, el metal (hierro (II), en este caso) sustituye al hidrógeno
Ej: Pb (IV) + Te (II) -  PbTe2

Se simplifican las valencias. 


b) SALES NO METAL - NO METAL: Son compuestos covalentes, con diversas propiedades. Se debe colocar a la derecha de la fórmula el elemento más electronegativo (a la dcha de la siguiente secuencia):

B, Si, C, Sb, As, P, N, H, Te, Se, S, At, I, Br, Cl, O, F  (+EN)

Como puedes ver, los elementos más electronegativos son átomos pequeños y están situados a la dcha y arriba del S.P.

NOMENCLATURA: IUPAC - Nomenclatura estequiométrica o de composición: 

Añadir el sufijo -uro a la raíz del nombre del elemento halógeno (precedido de di, tri, ... si fuera necesario) que queda a la derecha de la fórmula,  éste entra siempre con la valencia más pequeña. 

Los nombres terminados en -URO pueden ser: BORURO, CARBURO, SILICIURO, NITRURO, FOSFURO, ARSENIURO, ANTIMONIURO, SULFURO, SELENIURO, TELURURO, FLUORURO, CLORURO, BROMURO, YODURO.

Ejemplos:

a) Metal - No metal:

Fórmula
Con Prefijos multiplicadores
Con números romanos
FeCl3
Tricloruro de hierro
Cloruro de hierro (III)
LiF
Fluoruro de litio
Fluoruro de litio
Al2Se3
Triseleniuro de dialuminio
Seleniuro de aluminio
PbBr4
Tetrabromuro de plomo
Bromuro de plomo (IV)

b) No metal - no metal: Existen menos, nombrar por prefijos multiplicadores.
          
           Con Prefijos multiplicadores
CCl4  Tetracloruro de carbono
PF5   Pentafluoruro de fósforo
BN    Nitruro de boro

Aclaración prefijo MONO-: El prefijo MONO- obligatoriamente debe ir en: Compuestos del tipo: FeO, CuO, CO, ... Combinaciones del oxígeno con elementos de la tabla que tengan más de una valencia y la fórmula quede en una relacion 1:1


D) PERÓXIDOS:

Son combinaciones de un elemento metálico (del grupo 1 y 2) con el ion peróxido, de valencia 2-:
También se forman con metales como la plata (1+), el cobre (1+, 2+),...
NOMENCLATURA: 

Grupo 1: Alcalinos  ¡LA FÓRMULA NO SE SIMPLIFICA!

                         Tradicional / Con prefijo multiplicador
H2O2   Peróxido de hidrógeno / Dióxido de dihidrógeno  (Agua oxigenada)
Li2O2  Peróxido de litio / Dióxido de dilitio
Na2O2 Peróxido de sodio / Dióxido de disodio
...
Grupo 2: Alcalino térreos.
                        Tradicional / Con prefijo multiplicador
BeO2 Peróxido de berilio / Dióxido de berilio
MgO2 Peróxido de magnesio / Dióxido de magnesio
CaO2 Peróxido de calcio / Dióxido de calcio
...

Como has visto, se nombran igual que los óxidos pero cambiando la palabra óxido por peróxido


ACTIVIDADES:

8A. Nombra las siguientes sales. 


LiI, Sc2S3, AgCl, AuBr3, CrF2, Co2Te3, FeCl3, MnI2, V2Se5, NaF, ZnS,  Li2Se, CaTe, BaS, AlF3, CrCl3, BaF2, CuI, Ga2Te3, SnS2,  GeCl4, BeS, CsF, MgCl2, NaI, AlI3

8B. Formula las siguientes sales:


Compuesto
Fórmula

Compuesto
Fórmula
Ioduro de cobre (I)


Bromuro de titanio (III)

Cloruro de manganeso (IV)


Cloruro de hafnio (IV)

Sulfuro de calcio


Difluoruro de bario

Trifluoruro de hierro


Sulfuro de hierro (III)

Bromuro de hierro (II)


Telururo de iridio (II)

Sulfuro de bismuto (III)


Seleniuro de wolframio

Ditelururo de molibdeno


Dibromuro de rodio

Seleniuro crómico


Cloruro de platino (III)

Fluoruro niqueloso


Cloruro de cobre (II)

Bromuro cobáltico


Ioduro de cadmio

Sulfuro de cobalto (III)


Ioduro de zinc (II)

Triioduro de cobalto


Sulfuro de sodio

Ioduro de magnesio


Yoduro de Indio (III)

Pentasulfuro de divanadio


Telururo de aluminio

Telururo de lantano (III)


Sulfuro de molibdeno (II)



9. Formula y nombra todos los peróxidos del grupo 1 y 2.


Errores comunes al formular:REFUERZO:

La mayoría de los errores corresponden a:
  • No saber los símbolos que corresponden a cada elemento
  • Utilizar mal los prefijos, sufijos y las raíces de los nombres de los elementos
  • Utilizar mal las valencias
  • Poner a la izquierda el elemento que tiene que ir a la derecha, y viceversa
  • Escribir con mayúscula el nombre del elemento: Sería incorrecto escribir óxido de Hierro (II). Lo correcto sería: Óxido de hierro (II)
Vamos a repasar cuestiones relacionadas con los símbolos de los elementos:
- El símbolo de muchos elementos proviene de su nombre en latín, no de su nombre castellano. Así, es un error común que al hierro (cuyo símbolo es Fe, del latín ferrum) se le asigne el símbolo H (que corresponde al hidrógeno), o incluso Hi (que ni siquiera es un símbolo químico).
Los elementos que suelen confundirse son: Fósforo (P), flúor (F), sodio (Na), azufre (S), cobre (Cu), mercurio (Hg), plata (Ag), oro (Au), potasio (K), magnesio (Mg) y manganeso (Mn), antimonio (Sb),...
Otro error común en formulación es escribir CL (por cloro), CO (por cobalto) o MG (por magnesio); en lugar de Cl, Co y Mg. Cuando un símbolo tiene una sola letra (como H), ésta se escribe en mayúscula. Si el símbolo tiene dos o más letras, la primera es mayúscula, y las demás minúsculas. De esta manera, distinguiremos en una fórmula carbono (C) y oxígeno (O) de cobalto (Co):
H2CO3 = aćido carbónico
CoH2 = hidruro de cobalto (II)
- Hay que vigilar las raíces de los nombres de los elementos:
Algunos elementos cambian la raíz de su nombre para adaptarles un sufijo (y a veces, un prefijo). lo cual suele ser fuente de errores. Como ejemplos clásicos tenemos el "ácido azúfrico" (en vez de sulfúrico) o el "óxido plomoso" (en lugar de plumboso). Los elementos más importantes a los que hay que cambiar su raíz para nombrar sus compuestos son (ejemplo entre paréntesis):
  • Azufre: sulfur- (sulfuroso) o sulf- (sulfhídrico)
  • En la "antigua" nomenclatura tradicional (ya no permitida en óxidos, hidruros, sales): Hierro: ferr- (ferroso, férrico); Oro: aur- (aúrico); Plata: argent- (argéntico); Plomo: plumb- (plúmbico), Estaño: estánn- (estánnico); Cobre: cupr- (cúprico).






1 comentario:

  1. Como bien sabéis, existen muchas formas de nombrar los compuestos inorgánicos y tenéis que conocer las distintas nomenclaturas (tradicional, sistemática y stock); aunque más adelante os indiquen o prioricen el uso de unas u otras (como ocurre en la Ponencia de Química para selectividad : http://www.upo.es/ponencia_quimica/export/sites/ponencia_quimica/Descargas/PONENCIA_DE_QUxMICA-NOMENCLATURA_2005.pdf)

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