Introducción a la Química del Laboratorio UNIDAD II: LOS COMPUESTOS, SUS ENLACES Y NOMENCLATURA

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1 Introducción a la Química del Laboratorio Clase#12 UNIDAD II: LOS COMPUESTOS, SUS ENLACES Y NOMENCLATURA OBJETIVOS 1. Explicar la formación de los tipos de compuesto según la función química. 2. Escribir fórmulas y nombres de compuestos inorgánicos atendiendo a su función química. 3. Mostrar interés en la aplicación de la notación y nomenclatura de los compuestos inorgánicos según su función química CONTENIDO 1. Notación química 2. química, tipo de sustancia 3. Valencia, estados de oxidación, cálculo del estado de oxidación 4. Nomenclatura de los compuestos binarios: 4.1. Óxidos 4.2. Hidruros 4.3. Hidrácido 4.4. Sal binaria CONTENIDO Cuando la química se encontraba en pañales no había un sistema para nombrar los compuestos. Los químicos solían emplear nombres como azúcar de plomo, vitriolo azul, cal viva, sales de Epsom, leche de magnesio, yeso y gas de la risa. Éstos son nombres comunes. Al ampliarse los conocimientos en el campo de la Química se hizo evidente que el uso de nombres comunes para referirse a compuestos produciría mucha confusión. En la actualidad se conocen cuatro millones de compuestos químicos y sería imposible memorizar los nombres comunes de todos ellos. La solución fue, por supuesto, un sistema de nomenclatura de los compuestos en el cual el nombre indica la composición del compuesto. Este sistema permite nombrar un compuesto conociendo su fórmula, y también escribir la fórmula del compuesto si se conoce su nombre. En términos generales se llama nomenclatura al conjunto de nombres que se integran dentro de una disciplina. La nomenclatura de las sustancias químicas se rige por un conjunto de reglas y recomendaciones impuestas por la comunidad científica internacional con el objetivo de unificar los criterios y facilitar el entendimiento entre los grupos de trabajo que desarrollan su actividad en diferentes áreas geográficas y de investigación. Se entiende por notación química, a la representación escrita de sustancias por medio de símbolos y fórmulas. Los símbolos son abreviaturas que representan un átomo de elementos, por ejemplo: Ca = calcio. En lo que respecta a las fórmulas, es la representación escrita de la composición de una sustancia, en el que se utilizan símbolos, subíndices y paréntesis, por ejemplo: Ca(OH)2 = hidróxido de calcio. Es importante aclarar que si existe un coeficiente que se colocan delante de las fórmulas o de los símbolos, estos multiplicadores afectan a toda la fórmula, por ejemplo: 3H2O, representa 3 moléculas de agua en el que existen 6 átomos de hidrógeno y 3 átomos de oxígeno.

2 Se plantea la existencia de diferentes sistemas o métodos a los efectos de nombrar o formular a las sustancias: El Común o Vulgar es todo nombre no ajustado a un sistema prefijado y que está muy arraigado en el lenguaje químico convencional. Generalmente hace referencia a la etimología, origen, propiedad notable o reglas en desuso, por lo que se recomienda memorizarlos. vulgar Usos NaOH Soda caústica Manufactura de papel, jabón, limpiadores, etc. NH 3 amoníaco Fertilizantes, fibras, plásticos, explosivos, limpiadores H 2O agua Solvente universal Ca(OH) 2 Cal apagada Manufactura de metales, control de la contaminación H 3PO 4 Ácido fosfórico Fertilizantes, detergentes, alimentos El Funcional es el que resulta de la combinación de dos palabras que establecen la identificación de un compuesto, basándose en la función química que lo constituye. El primer vocablo indica el nombre genérico y el segundo, el nombre específico, indicativo de la especie química concreta de la que se trata. Funcional Usos H 2SO 4 Ácido sulfúrico Fertilizantes, manufactura de productos químicos Na 2CO 3 Carbonato de sodio Detergentes, vidrios, limpiadores HNO 3 Ácido nítrico Fertilizantes, plásticos, explosivos, etc. SO 2 Anhídrido sulfuroso Contaminante atmosférico Este tipo de nomenclatura si bien se encuentra muy arraigado en casos concretos, se pretende que desaparezca por ser arbitrario, ambigua en algunos casos y requerir de un gran número de excepciones. El nombre sistemático es el que indica la naturaleza y las proporciones de los constituyentes de una sustancia. Está formado a base de un sistema de prefijos y sufijos, que indican en el primer caso la estequiometría y en el segundo caso la naturaleza de las especies implicadas. sistemático Usos BCl 3 Tricloruro de boro Producción de compuestos de boro CO Monóxido de carbono Serio contaminante del aire N 2O 4 Tetróxido de dinitrógeno Componente del combustible para naves espaciales NO 2 Dióxido de nitrógeno Serio contaminante ambiental 2

3 La estequiometría de los constituyentes en un compuesto puede indicarse directamente, haciendo uso de prefijos numerales, o indirectamente, mediante el sistema stock. Los prefijos numerales sólo pueden utilizarse cuando en una sustancia existen varios constituyentes idénticos. Si los constituyentes son monoatómicos, los prefijos son: Prefijo Numeral Prefijo Numeral Mono 1 hexa 6 di 2 hepta 7 tri 3 octa 8 tetra 4 nona 9 penta 5 deca 10 El sistema stock consiste en colocar entre paréntesis, e inmediatamente después del nombre del elemento un número romano que indique el estado de oxidación del mismo. Sistema Stock Usos SO 3 óxido de azufre (VI) Fabricación de ácido sulfúrico N 2O óxido de nitrógeno ( I ) Anestesia, oxidante para combustible de alta energía CO 2 óxido de carbono ( IV ) Efecto invernadero FÓRMULA QUÍMICA La fórmula química constituye la representación gráfica de la estructura y composición de las sustancias mediante el uso de símbolos, así como de las cantidades de átomos de cada elemento. Sustancia Simple Sustancia Compuesta O2 dioxígeno subíndice SO 2 dióxido de azufre subíndice Cada fórmula anterior indica que la sustancia dioxígeno está formada por dos átomos de oxígeno y en su composición está presente el elemento químico oxígeno; en el caso del dióxido de azufre, la integran los elementos químicos azufre y oxígeno, estando constituida por un átomo de azufre y dos de oxígeno. VALENCIA La valencia es el número entero que se utiliza para describir la capacidad de combinación de un elemento en un compuesto. 3

4 Así el átomo de Oxígeno es capaz de unirse con dos de Hidrógeno (H), podemos decir que su valencia es 2, y si un átomo de Cloro (Cl) es capaz de unirse con uno de Hidrógeno (H), su valencia será 1. También podría definirse la valencia como el número de electrones ganados, perdidos o bien compartidos por un átomo de un elemento. NÚMEROS DE OXIDACIÓN La molécula de agua está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno, es decir para formar una molécula de agua un átomo de oxígeno se combina con dos átomos de hidrógeno, se plantea entonces que la valencia del oxígeno es 2. Cada átomo de un compuesto se caracteriza por un estado de oxidación, debido a los electrones ganados o perdidos (totalmente en los compuestos iónicos o parcialmente en los covalentes) con respecto al átomo aislado. El número (positivo en los que pierden electrones, negativo en los que ganan electrones) que indica este estado se llama número de oxidación del elemento en dicho compuesto. El número de oxidación (n.o) se define como la carga eléctrica formal (puede que no sea real) que se asigna a un átomo en un compuesto. Para asignar el n.o. a cada átomo en una especie química se emplea un conjunto de reglas (que se pueden deducir fácilmente a partir de la configuración electrónica), que se pueden resumir del modo siguiente: 1. El n.o. de todos los elementos libres es cero, en cualquiera de las formas en que se presenten: Ca metálico, He, N2, P4, etc. (En moléculas con átomos iguales, N2, H2, etc., los electrones del enlace están compartidos equitativamente y no se pueden asignar a ninguno de los átomos). 2. El n.o. de cualquier ión monoatómico es igual a su carga eléctrica. Así, los n.o. del S 2, Cl, K + y Zn 2+ son, respectivamente, 2, 1, +1 y +2, que coinciden con sus respectivas cargas eléctricas (reales). 3. El n.o. del Hidrógeno en sus compuestos es +1, excepto en los hidruros metálicos, que es El n.o. del Oxígeno en sus compuestos es 2, excepto en los peróxidos, que es El n.o. de los metales alcalinos (grupo IA) es siempre El n.o. de los metales alcalinotérreos (II A) es siempre El n.o. del Flúor en sus compuestos es siempre 1. El n.o de los demás halógenos varía desde ±1 a +7, siendo positivo cuando se combina con el Oxígeno o con otro más electronegativo. 4

5 8. La suma algebraica de los n.o. de los átomos de una molécula es cero, y si se trata de un ion, igual a la carga del ion. Ejemplo 1: Na +1 (Carga del ión) +1 Cl -1 Al +3 (Número de oxidación) -1 (Número de oxidación) +3 (Número de oxidación) Recordemos que los elementos de los grupos IA y IIA forman iones de carga +1 y +2 respectivamente, y los del VIIA y VIA, de carga 1 y 2 cuando son monoatómicos. Ejemplo 2: a) Para calcular el número de oxidación del S en el Na2SO3, no podemos recurrir a la tabla periódica, ya que da varios números para este elemento. Nos basaremos en los elementos que no tienen opción, que son el Na: +1 y el O: X -2 Na2 S O3 Nota: es frecuente colocar los números de oxidación individuales en la parte superior de cada elemento. La suma de los números de oxidación en este caso debe ser igual a 0, ya que la especie en cuestión no posee carga residual: (+1) x 2 + X + (-2) x 3 = X - 6 = 0 X = Na2 S O3 En este caso, como hay un solo átomo de S, la totalidad de la carga le corresponde a él. b) Para calcular el número de oxidación del Cr en el Cr2O7-2 nos basaremos en el O: -2 X _ 2 (Cr2 O7) -2 2 x X + (-2) x 7 = -2 (Suma igual a la carga del ión) resolviendo, encontramos que X = _ 2 (Cr2 O7) -2 5

6 Iones monoatómicos (cationes y aniones) más comunes Li Be B Fe Cu F fluoruro S sulfuro S N nitruro Cl Na Mg Al Co Hg Cl cloruro Se seleniuro Se P fosfuro Br K Ca Ga Ni Br bromuro Te teluriuro Te As arseniuro I Rb Sr In I ioduro O óxido Po Cs Ba Tl H hidruro Ag H Zn Hg Cd +2 El catión mercurio con número de oxidación +1, se escribe Hg 2 Iones poliatómicos más comunes NOTACIÓN Y NOMENCLATURA Compuestos Binarios La palabra binario proviene del latín binare, de binus: doble; lo que nos permite inferir que un compuesto binario es aquel que está formado por átomos de dos elementos diferente. Estos compuestos se clasifican en: 1. Óxidos 2. Hidruros 3. Hidrácidos 4. Sales binarias Óxidos Son compuestos binarios formados por la combinación de un elemento y oxígeno. Hay dos clases de óxidos que son los óxidos básicos y los óxidos ácidos. Óxidos básicos: Son compuestos binarios formados por la combinación de un metal y el oxígeno. Su fórmula general es: M2Ox (donde M es un metal y X es el número de oxidación del metal. El 2 corresponde al número de oxidación del oxígeno) (el número de oxidación de los elementos se intercambian entre ellos y se pone como subíndice. (si son par se simplifica) 6

7 # de oxidación N. Sisitemática Na2O Monóxido de disodio Ca2O2= CaO Monóxido de calcio Fe2O2=FeO Monóxido de hierro Fe2O3 Monóxido de dihierro Pb2O4= Dióxido de PbO2 plomo N. Stock (la más frecuente) Óxido de sodio Óxido de calcio Óxido de hierro (II) Óxido de hierro (III) Óxido de plomo (IV) N. Tradicional Óxido sódico Óxido cálcico Óxido ferroso Óxido férrico Óxido plúmbico Para nombrar los óxidos básicos u óxidos metálicos (según la nomenclatura más usada), se seguirán las reglas siguientes: Ejemplos: Li 2O MgO Al 2o 3 Cu 2O CuO Óxido de litio Óxido de magnesio Óxido de aluminio Óxido de cobre (I) Óxido de cobre (II) En el caso de formular a los óxidos metálicos, se seguirán las reglas siguientes: Reglas 1. Catión 2. Anión Óxido de sodio 3. Se intercambian las cargas (número de oxidación) que pasan a ser subíndices Óxidos ácidos: Son compuestos binarios formados por un no metal y oxígeno. Su fórmula general es: N2OX 7

8 Donde N es un no metal y X es el número de oxidación del no metal (el oxígeno). # de oxidación N. Sisitemática N. Stock N. Tradicional (la más frecuente) Cl 2O Monóxido de dicloro Óxido de cloro (I) Anhídrido +1 hipoclororo +2 SO Monóxido de azufre Óxido de azufre (II) Anhídrido sulfuroso +3 I 2O 3 trióxido de diodo Óxido de iodo (II) Anhídrido iodoso +4 SeO 2 Dióxido de selenio Óxido de selenio Anhídrido selenioso (IV) +5 Br 2O 5 Penóxido de dibromo Óxido de bromo Anhídrido brómico (V) +6 SO 3 Trióxido de azufre Óxido de azufre Anhídrido sulfúrico (VI) +7 I 2O 7 Heptóxido de diodo Óxido de iodo (VII) Anhídrido periódico s de los óxidos de nitrógeno por la nomenclatura tradicional 2 NO Óxido nitroso 4 NO 2 Óxido nítrico 3 N 2O 3 Anhídrido nitroso 5 N 2O 5 Anhídrido nítrico Los números de oxidación se intercambian entre ellos y se pone ponen como subíndice, si son par se simplifican. Para nombrar los óxidos ácidos u óxidos no metálicos (según la nomenclatura más usada), se seguirán las reglas siguientes: Se antepone el prefijo que nos indica la cantidad de átomos de oxígeno a la palabra óxido + de + se antepone el prefijo que nos indica la cantidad de átomos del no metal al nombre del no metal Ejemplo: SO3 P2O5 Trióxido de azufre Pentóxido de difósforo En el caso de formular a los óxidos no metálicos, las reglas resultan ser muy fáciles por cuanto el nombre nos indica la cantidad de átomos de cada elemento escribiendo primero el catión (no metal) situando su subíndice según el prefijo que antecede al nombre del no metal y luego el anión (óxido) situando el subíndice según el prefijo que antecede al nombre de la palabra óxido. 8

9 Dióxido de carbono Trióxido de dinitrógeno CO2 N2O3 Peróxidos: Se caracterizan por llevar el grupo PEROXO, representado por O 2 2. Se pueden consideran como óxidos con más oxígeno que corresponde por la valencia de este elemento. Hidruros: Son compuestos binarios formados por la combinación de un elemento e hidrógeno. Hay dos clases de hidruro que son los hidruros metálicos e hidruros volátiles. Hidruro metálico: Número de oxidación +1 H 2O 2 Peróxido de hidrógeno (Agua oxigenada) +1 Na 2O 2 Peróxido de sodio +2 Ca 2O 4 = CaO2 Peróxido de calcio +2 Ba 2O 4 = BaO 2 Peróxido de bario Son compuestos binarios formados por un Metal e Hidrógeno. general MHX. Donde M es un metal y X representa el número de oxidación del metal. El Hidrógeno presenta número de oxidación -1. # de oxidación N. Sisitemática N. Stock (la más frecuente) N. Tradicional NaH Monohidruro de Hidruro de sodio Hidruro sodio sódico FeH2 Dihidruro de hierro Hidruro de Hidruro hierro (II) ferroso FeH3 Trihidruro de hierro Hidruro de Hidruro SnH4 Tetrahidruro de estaño hierro (III) Hidruro estaño (IV) de férrico Hidruro estánnico Para nombrar los hidruros metálicos (según la nomenclatura más usada), se seguirán las reglas siguientes: Hidruro + nombre del metal (número de oxidación entre paréntesis y con número romano) 9

10 Ejemplo: CuH2 CuH Hidruro de cobre (II) Hidruro de cobre (I) En el caso de formular a los hidruros metálicos, se seguirán las reglas siguientes: Catión del metal + anión hidruro (H -1 ) [intercambiando las cargas que pasan a ser los subíndices] Hidruro de cobalto (II) Hidruro de manganeso (IV) Hidruros volátiles: Son compuesto binarios formados por la unión de un elemento del grupo VI A o VII A al catión hidrógeno (H +1 ). Para nombrar los hidruros volátiles se seguirán las reglas siguientes: donde las raíces más frecuentes son: Símbolo (VII Raíz Símbolo (VI Raíz A) A) F Flúor fluor S Azufre sulf Cl Cloro clor Se Selenio seleni Br Bromo brom Te Telurio teluri I Yodo iod Ejemplo: Raíz del no metal terminado en URO + de + hidrógeno HCl H2S Cloruro de hidrógeno Sulfuro de hidrógeno 10

11 En el caso de formular a los hidruros volátiles, se seguirán las reglas siguientes: Catión hidrógeno (H +1 ) + anión del no metal (VI A o VII A) [intercambiando las cargas que pasan a ser los subíndices] Ejemplo: Seleniuro de hidrógeno Merece estudio aparte de sustancias binarias, donde uno de sus elementos es el hidrógeno los cuales suelen nombrarse utilizando nomenclatura común o bien por nombres que no indican específicamente la cantidad de átomos de hidrógeno presente. Amoníaco Monosilano Diborano Metano Agua Fosfina NH3 SiH4 B2H6 CH4 H2O PH3 Hidrácidos Compuesto binario formado por la unión de un no metal del grupo VI A o VII A al catión hidrógeno (H +1 ) disuelto en agua. Puede definirse además, como un hidruro volátil disuelto en agua, por tanto presentan igual fórmula que los hidruros volátiles, pero difieren en algunas propiedades. También se le conoce como ácidos binarios. Para distinguir a los hidrácidos se utiliza el símbolo (ac), que significa acuoso. Para nombrar a los hidrácidos, se seguirán las reglas siguientes: Ácido + raíz del no metal terminado en HÍDRICO Ejemplo: HCl (ac) H2S (ac) Ácido clorhídrico Ácido sulfhídrico 11

12 En el caso de formular a los hidrácidos, se seguirán las reglas siguientes: Catión hidrógeno (H +1 ) + anión del no metal (VI A o VII A) [intercambiando las cargas que pasan a ser los subíndices] + entre paréntesis (ac) Ejemplo: Ácido selenhídrico Sales Binarias: Compuestos binarios formados por un metal (catión) y un no metal (anión). Para nombrar a las sales binarias, se seguirán las reglas siguientes: Raíz del no metal terminado en URO + de + nombre del metal (que si tiene número de oxidación variable, entre paréntesis y con número romano) Ejemplo MgCl2 Fe2S3 Cloruro de magnesio Sulfuro de hierro (III) En el caso de formular a las sales binarias, se seguirán las reglas siguientes: Metal (catión)l + no metal (anión) [intercambiando las cargas que pasan a ser los subíndices] 12

13 Estudio en casa 1. El Bromo es un líquido de color rojo, su molécula se representa por Br 2. Conteste: a. El Bromo es una sustancia simple o compuesta? Por qué? b. Qué elemento forma a la sustancia Bromo? 2. El bromuro de plata tiene fórmula AgBr y es utilizada como reactivo en el arte de la fotografía. a. Cuánto elementos químicos componen al bromuro de palta? b. Es el bromuro de plata una sustancia simple o compuesta? Explique. c. qué elementos forman la sustancia bromuro de plata? 3. Dado el nombre y la fórmula de las siguientes sustancias: Ácido nitroso (HNO2) Fiflúor Óxido de plomo (IV) a. Determine la cantidad de átomos de cada elemento en las fórmulas. b. Determine el número de oxidación del nitrógeno en el ácido nitroso. c. Determine el número de oxidación del flúor. d. Determine el número de oxidación del plomo en el óxido. 13