ESTRUCTURA DE LA MATERIA Y NOMENCLATURA

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1 Universidad de Concepción Facultad de Ciencias Químicas Tubo de Rayos Catódicos Química General I Placas cargas eléctricamente d Unidad II ESTRUCTURA DE LA MATERIA Y NOMENCLATURA Pantalla Fluorescente Haz de electrones Alto Voltaje 1 Imán 2 Placas fotográficas antiguas. Bloque de Pb Rayos β Rayos γ Rayos α Substancia Radioactiva Ej: Radio Placas cargadas eléctricamente Películas fotográficas modernas. Placas fotográficas 3 Hoy en día los chips CCD (charge-coupled device), dispositivo de carga acoplada) han desplazado a las placas fotográficas 4 partículas desviadas Haz de Partículas α Fuente de partículas α La mayoría de las partículas no se desvían Lámina de oro ultradelgada Pantalla fluorescente circular Haz incidente de partículas α Circuito de una cámara fotográfica Circuito de una webcam 5 Resultado esperado por Rutherford. Haz saliente de partículas α 6

2 Partícula α desviada Numero atómico Partículas α salientes Partículas α incidentes Partícula α rebotada Símbolo Gas inerte Núcleos de carga positiva Gas inerte Metal Blando reactivo Metal Blando reactivo Metal Blando reactivo Átomos de oro de la lámina 7 8 Número atómico (Z) 19 Gas inerte Gases Nobles Metales alcalinos K Símbolo químico Masa atómica (u) Alcalinos terreos Halogenos Representativos Metales de Transición Representativos Dr. Antonio Buljan Unidad 2 Lantanoides y Actinoides

3 Representación gráfica de las moléculas Moléculas 3D. Pero se puede representar en 2D. Alótropos del carbono: Fórmula estructural: Da la conectividad entre los átomos en la molécula (existen 2D y 3D) grafito Fórmula estructural 2D Fórmula estructural en perspectiva 3D Modelo de barras y esferas diamante fullereno Nanotubo de carbono grafeno Modelo espacial (Bioquímicos) Predicción de la Carga de Ion monoatómico Metales de transición 15 Red cristalina del NaCl 16 Comparación estructural entre compuestos iónicos y compuestos moleculares. Qué información da la fórmula de un compuesto iónico? Compuesto iónicos: son eléctricamente neutros. Suma de las cargas de los iones: CERO. Na108Cl108 NaCl Fórmula química de un compuesto iónico, en realidad es la fórmula empírica de un cristal cualquiera del compuesto. 17 Cloruro de Sodio (comp. iónico) Sulfato de Estroncio (comp. iónico) Ácido benzoico (comp. molecular) 18

4 2.7. Nomenclatura de compuestos inorgánicos. En los inicios de la química los compuestos se nombraban según su apariencia, características, aplicaciones, etc. Ej.: Leche de magnesia: Mg(OH) 2 Gas hilarante (N 2 O) Sal de Epsom (MgSO 4 ) Soda Cáustica (NaOH) Potasa cáustica (KOH) Aceite de vitriolo (H 2 SO 4 ) ácido muriático (HCl) Hoy se conocen más 30 millones de compuestos químicos Se necesita un procedimiento sistemático para nombrarlos. Compuestos orgánicos: C + (H, O, N, S) Compuestos inorgánicos: todo el resto. 19 Sin embargo, por conveniencia los siguientes compuestos e iones se consideran inorgánicos: CO monóxido de carbono. CN ion cianuro. CO 2 dióxido de carbono. CO 3 ion carbonato. CS 2 sulfuro de carbono. HCO 3 ion carbonato ácido. Nomenclatura de compuestos iónicos Compuesto iónico catión(+) + anión () Con excepción de catión amonio (NH 4+ ) todos los cationes se derivan de átomos metálicos. Los compuestos iónicos se clasifican en: Compuestos binarios (2 elementos) Ej.: NaCl, KF, MgO, Al 2 O 3, CuCl 2, etc. Compuestos ternarios (3 elementos) Ej.: NaCN, Mg(OH) 2, Na 2 CO 3, CuSO 4, etc. 20 TABLA: Algunos cationes comunes derivados de elementos metálicos. Elemento Nombre del catión Na Sodio Na + Ion o catión sodio K Potasio K + Ion o catión potasio Ca Calcio Ca 2+ Ion o catión calcio Al Aluminio Al 3+ Ion o catión aluminio Para nombrar los aniones monoatómicos, se toma el nombre del elemento y se le agrega el sufijo uro. TABLA: Nomenclatura uro de algunos aniones monoatómicos comunes. Grupo 14 Grupo 15 Grupo 16 Grupo 17 Carburo (C 4 ) Nitruro (N 3 ) Óxido (O ) Fluoruro (F ) Siliciuro (Si 4 ) Fosfuro (P 3 ) Sulfuro (S ) Cloruro (Cl ) Selenuro (Se ) Bromuro (Br ) Teleruro (Te ) Ioduro (I ) *El ion óxido es una excepción a la regla 21 Con las tablas anteriores, ya podemos nombrar algunos compuestos iónicos sencillos. Ejemplos: fórmula nombre fórmula nombre Li 3 N nitruro de litio K 2 S sulfuro de potasio CaCl 2 cloruro de calcio KF fluoruro de potasio Al 2 O 3 óxido de Na 2 O óxido de sodio aluminio Algunos metales de transición pueden formar más de un tipo de ion. Ej.: Cu + ion cuproso sufijo oso para el ion de menor carga Cu 2+ ion cúprico sufijo ico para el ion de mayor carga Fe 2+ ion ferroso Fe 3+ ion férrico Esta nomenclatura hoy está obsoleta. 22 Esta forma de nombrar los distintos iones de metales de transición es muy limitado, ya que no especifica la carga que tiene el ion. Existe otro sistema para nombrar los compuestos iónicos de metales de transición: SISTEMA STOCK (). Ej.: Mn 2+ Mn 3+ Mn 4+ MnS Mn 2 S 3 MnS 2 ion manganeso (II) ion manganeso (III) ion manganeso (IV) sulfuro de manganeso (II) sulfuro de manganeso (III) sulfuro de manganeso (IV) Propuesto por Alfred Stock 23 Aniones poliatómicos más comunes Fórmula Nombre Fórmula Nombre O 2 Ion peróxido PO 3 4 Ion fosfato OH Ion hidróxido HPO 4 Ion fosfato ácido CN Ion cianuro H 2 PO 4 Ion fosfato diácido CO 3 Ion carbonato SO 3 Ion sulfito HCO 3 Ion carbonato ácido SO 4 ion sulfato ClO Ion hipoclorito HSO 3 Ion sulfito ácido ClO 2 Ion clorito HSO 4 Ion sulfato ácido ClO 3 Ion clorato CH 3 COO Ion acetato ClO 4 Ion perclorato MnO 4 Ion permanganato NO 2 Ion nitrito CrO 4 Ion cromato NO 3 Ion nitrato Cr 2 O 7 Ion dicromato 24

5 Ejemplos de compuestos iónicos con aniones poliatómicos Nomenclatura de compuestos moleculares. Fórmula NaNO 3 Na 2 CO 3 Fe(NO 3 ) 2 Fe(NO 3 ) 3 CuSO 4 NaHCO 3 (NH 4 ) 3 PO 4 Nombre Nitrato de sodio Carbonato de sodio Nitrato de hierro (II) Nitrato de hierro (III) Sulfato de cobre (II) Hidrógeno Carbonato de sodio ó Carbonato ácido de sodio Fosfato de amonio Compuestos moleculares: están formados por unidades discretas (las moléculas). En general están formados por elementos no-metálicos. Su nomenclatura es similar a la del compuestos iónicos y la mayoría son binarios. Ej.: HCl cloruro de hidrógeno. HBr bromuro de hidrógeno Si se tiene dos elementos que forman dos o más compuestos, distintos, se utilizan prefijos griegos para diferenciarlos. Ej. CO monoóxido de carbono CO 2 dióxido de carbono SO 2 SO 3 NO NO 2 N 2 O 4 dióxido de azufre trióxido de azufre monoóxido de nitrogeno. dióxido de nitrogeno. tetraóxido de dinitrógeno. Existe una serie de compuestos importantes que se nombran usando su nombre común: Fórmula Nombre Fórmula Nombre B 2 H 6 diborano NH 3 amoniaco CH 4 metano PH 3 fosfina SiH 4 silano H 2 O agua Obs.: Se nombra primero el elemento de familia mayor. Si ambos pertenecen a la misma familia, se nombra primero el que pertenece al menor periodo Ácidos y Bases Nomenclatura de ácidos Ácido: sustancia que libera iones hidrógeno (H + ) cuando se disuelve en agua (Def. de Arrhenius) Los aniones cuyo nombre termina en uro, provienen de ácidos cuyo nombre termina en hídrico. Ej.: HBr(ac) ácido bromhídrico. HCl(ac) ácido clorhídrico. HF(ac) ácido fluorhídrico. Obs.: Estas especies reciben estos nombres cuando están disolución acuosa: Ej.: HCl(g) cloruro de hidrógeno. HCl(ac) ácido clorhídrico. 29 Los oxácidos son ácidos que en su formula contienen oxígeno, hidrógeno y otro elemento (X). H n XO m Ej.: H 2 CO 3 ácido carbónico H 2 SO 4 ácido sulfúrico HNO 3 ácido nítrico HClO 3 ácido clórico Con frecuencia, dos o más oxácidos tienen el mismo átomo central, pero diferente número de átomos de O. Así, si se tiene un ácido HXO n, n = 1 4, la nomecl. a seguir es la sgte: Oxácido Oxianión n ác. per ico per ato 4 ác. ico ato 3 ác. oso ito 2 ác. hipo oso hipo ito 1 30

6 Ej. Familia de oxácidos del cloro y sus aniones. ácido fórmula anión fórmula ác. perclórico HClO 4 perclorato ClO 4 ác. clórico HClO 3 clorato ClO 3 ác. cloroso HClO 2 clorito ClO 2 ác. hipocloroso HClO hipoclorito ClO También existen oxácidos que tienen varios hidrógenos ácidos y los van liberando gradualmente. Ej.: ácido fosfórico, H 3 PO 4 H 3 PO 4 H + + H 2 PO 4 (Anión fosfato diácido) H 2 PO 4 H + + HPO 4 (Anión fosfato ácido) HPO 4 H + + PO 3 4 (Anión fosfato) Nomenclatura de bases Base: sustancia que libera iones hidróxido (OH ) cuando se disuelve en agua (Def. de Arrhenius) Ej.: KOH hidróxido de potasio Mg(OH) 2 hidróxido de magnesio NH 3 amoniaco. Esta es una base, ya que en sol. acuosa, el NH3 produce iones OH. Hidratos. Estos son compuestos que tiene una cantidad definida de moléculas de agua dentro de su estructura cristalina. También se le llama agua de cristalización Ej.: MgSO 4 7H 2 O sulfato de magnesio heptahidratado Para indicar en la formula del hidrato el número de moléculas de agua se utilizan los siguientes prefijos griegos: Número de moléculas de agua prefijo 1 Mono 2 Di 3 Tri 4 Tetra 5 Penta 6 Hexa 7 Hepta 8 Octa 9 Nona Ej.: CuSO 4 5H 2 O sulfato de cobre(ii) pentahidratado SO 4 Cu 2+ H 2 O Estas moléculas de agua se puede eliminar calentando la sal hidratada. calor Ej.: CuSO 4 5H 2 O(s) CuSO 4 (s) + 5H 2 O(g) 33 Sulfato de cobre(ii) deshidratado 34 FIN UNIDAD 2 35