INORGÁNICA 1.- Introducción. Elemento químico es cada sustancia que contiene una sola clase de átomos. Compuesto sustancia formada por una combinación fija y constante de átomos de diferentes elementos. Fórmula química de una sustancia cualquiera, indica los elementos que la forman y la proporción en que se encuentran sus átomos. Las normas de formulación y nomenclatura las establece la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada: IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry). Existen tres sistemas de formulación: - Notación Stock, consiste en colocar con números romanos y entre paréntesis, el número de oxidación del elemento que no es oxígeno, en los óxidos, que no es hidrógeno en los hidruros etc. - Nomenclatura sistemática, se utilizan prefijos numerales griegos, mono, di, tri, tetra, penta..para indicar la composición del compuesto. - Nomenclatura tradicional, sigue unas determinadas reglas. 2.- Estados de oxidación Algunas reglas básicas para conocer el número de oxidación son: - El número de oxidación de todos los elementos, o átomos aislados es cero. - El número de oxidación del oxígeno en todos sus compuestos es II excepto en los peróxidos que es I y cuando se combina con el fluor que es +II. - El número de oxidación del hidrógeno es siempre +I excepto en los hidruros metálicos que es I. - El número de oxidación de los metales es siempre positivo. - En las sales binarias, el metal tiene número de oxidación positivo y el no metal negativo. - En los oxoácidos, el oxígeno actúa con número de oxidación II, el no metal con número de oxidación positivo y el hidrógeno con +I. - En los compuestos neutros, la suma de los números de oxidación de todos sus átomos ha de ser igual a cero. - En los iones, la suma de los números de oxidación de todos sus átomos ha de ser igual a la carga del ión. 1
TABLA DE VALENCIAS Los elementos que vamos a considerar y sus estados de oxidación más frecuentes son los que aparecen en la siguiente tabla: I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII XIII XIV XV XVI XVII H + 1 Li Na K Rb Cs Be Mg Ca Sr Ba Cr,3,6 Mn,3,4,6,7 Fe,3 Co,3 Ni,3 Pd,4 Pt,4 Cu,2 Ag Au,3 Zn Cd Hg,2 B +3-3 Al +3 C,4-4 Si +4 Sn,4 Pb,4 N,2,3,4,5-3 P,3,5-3 As +3,5-3 Sb +3,5-3 Bi +3 O -2,1 S,4,6-2 Se,4,6-2 Te,4,6-2 F Cl,3,5, 7 Br,3,5, 7 I,3,5, 7 XV III 2
3.- Sustancias simples Son las que están formadas por átomos de un único elemento. - Los gases nobles son siempre monoatómicos. - Algunos elementos, cuando se encuentran en estado gaseoso, se presentan como moléculas diatómicas. Los más frecuentes son H 2 (hidrógeno gas), O 2 (oxígeno gas), N 2 (nitrógeno gas), F 2 (flúor gas), Cl 2 (cloro gas), Br 2 (bromo gas), I 2 (yodo gas) - El oxígeno se puede presentar también en forma de molécula triatómica O 3 (ozono). - El resto de los elementos son poliatómicos pero se representan simplemente por el símbolo del elemento. 4.- Normas generales de formulación y nomenclatura de combinaciones binarias Combinaciones binarias son compuestos en los que intervienen dos elementos distintos. - Se escriben los elementos en el orden que indica la siguiente lista: Metales B Si C Sb As P N H Te Se S I Br Cl O F - Se coloca como subíndice de cada elemento la valencia del otro y se simplifica si se puede. - Se nombra el elemento situado en segundo lugar con la terminación -uro, seguido del nombre del elemento escrito en primer lugar. (Las combinaciones binarias del oxígeno se nombran con el término óxido). LiF fluoruro de litio SrH 2 hidruro de estroncio SiO 2 oxido de silicio Al 2 S 3 sulfuro de aluminio Ag 3 P fosfuro de plata ZnTe telururo de cinc - Si el elemento que esta escrito a al izquierda puede presentar varios estados de oxidación, los diferentes compuestos se distinguen de alguna de las siguientes maneras: Nomenclatura sistemática: Se utilizan los prefijos mono, di, tri, etc., para indicar el número de átomos de cada elemento que hay en la fórmula. (el prefijo mono se omite en la segunda parte del nombre) Sistema Stock: Se indica la valencia del elemento de la izquierda en números romanos entre paréntesis. Fór Nomenclatura sistemática Sistema Stock mula FeO monóxido de hierro oxido de hierro (II) Fe 2 O 3 trióxido de dihierro óxido de hierro (III) PCl 3 tricloruro de fósforo cloruro de fósforo (III) 5.- Combinaciones binarias del hidrógeno El estado de oxidación del hidrógeno es I si se combina con un metal y +I si lo hace con un no metal. Podemos clasificarlos en tres grupos: 5.1.- Hidruros metálicos Se formulan y se nombran siguiendo las normas generales. LiH hidruro de litio mono hidruro de litio SrH 2 hidruro de estroncio dihidruro de estroncio AlH 3 hidruro de aluminio trihidruro de aluminio FeH 2 ohidruro de hierro (II) dihidruro de hierro 3
5.2.- Hidruros no metálicos 5.2.a.-Hidrácidos Son las combinaciones del hidrógeno con los elementos del grupo 17 (F, Cl, Br, I) y del grupo16 (S, Se, Te). Su fórmula general es H a X, donde X es el no metal y a = 1 si X es F, Cl, Br o I y a = 2 si se trata de S, Se, o Te. Se pueden nombrar siguiendo las normas generales, pero también con la palabra ácido seguida del nombre del elemento con la terminación -hídrico. La segunda forma es la utilizada cuando estos compuestos están en disolución acuosa. HCl cloruro de hidrógeno o ácido clorhídrico H 2 S sulfuro de hidrógeno (dihidrógeno) o ácido sulfhídrico H 2 Te telururo de hidrógeno (dihidrógeno) o ácido telurhídrico HF fluoruro de hidrógeno o ácido fluorhídrico Hay un compuesto formado por H, C y N que se nombra siguiendo el mismo sistema: HCN cianuro de hidrógeno o ácido cianhídrico 5.2.b.-Combinaciones del hidrógeno con el resto de los no metales Su fórmula general es XH a. De la misma forma que el compuesto de fórmula H 2 O lo conocemos con el nombre de agua y no utilizamos la nomenclatura sistemática, todos estos compuestos se conocen con nombres no sistemáticos: NH 3 amoníaco CH 4 metano BH 3 borano PH 3 fosfina SiH 4 silano AsH 3 arsina SbH 3 estibina 6.- Combinaciones binarias del oxígeno El oxígeno se combina con casi todos los elementos, con estado de oxidación II. El oxígeno se escribe siempre en segundo lugar, pues con la excepción del flúor, el oxígeno es el elemento más electronegativo (el penúltimo de la lista). Se nombran utilizando el término óxido. Si el elemento presenta varios estados de oxidación, y por tanto, puede tener varios posibles óxidos se especifica con el sistema Stock o mediante los prefijos de la nomenclatura sistemática. Ag 2 O monóxido de diplata óxido de plata Cl 2 O 5 pentaóxido de dicloro óxido de cloro (V) SO 3 dióxido de azufre óxido de azufre (IV) SiO 2 Dióxido de silicio oxido de silicio FeO monóxido de hierro óxido de hierro (II) Fe 2 O 3 trióxido de dihierro óxido de hierro (III) Los combinaciones del oxígeno con algunos elementos presentan algunas particularidades: Óxidos del carbono CO monóxido de carbono u óxido de carbono (II) CO 2 dióxido de carbono u óxido de carbono (IV) 4
El CO es el único compuesto de carbono con estado de oxidación +II. Oxidos de: Cr, Mn y N Cr : CrO monóxido de cromo. Oxido de cromo (II) Cr 2 O 3.trióxido de dicromo. Oxido de cromo (III) CrO 3...trióxido de cromo. Oxido de cromo (VI) Mn: MnO.monóxido de manganeso. Oxido de manganeso (II) Mn 2 O 3 trióxido de dimanganeso Oxido de manganeso (III) MnO 2 dióxido de manganeso Oxido de manganeso (IV) MnO 3...trióxido de manganeso Oxido de manganeso (VI) Mn 2 O 7...heptaóxido de manganeso Oxido de manganeso (VII) N N 2 O.. monóxido de dinitrógeno Oxido de nitrógeno (I) NO...monóxido de nitrógeno Oxido de nitrógeno (II) N 2 O 3...trióxido de dinitrógeno Oxido de nitrógeno (III) NO 2..dióxido de nitrógeno Oxido de nitrógeno (IV) N 2 O 5...pentaóxido de dinitrógeno Oxido de nitrógeno (V) 7.- Otros compuestos binarios Sales binarias Las combinaciones de un metal con un no metal, que no sea el hidrógeno ni el oxígeno, se denominan sales binarias. Se formulan y nombran según las normas generales de los compuestos binarios. El no metal actúa con su estado de oxidación negativo por situarse siempre a la derecha. KBr bromuro de potasio SnSe seleniuro de estaño (II) o diseleniuro dre estaño BaCl 2 cloruro de bario Au 2 S 3 sulfuro de oro (III) o disulfuro de oro Combinaciones no metal-no metal Para su formulación y nomenclatura se siguen las normas generales. Es muy importante tener en cuenta que el elemento de la derecha actúa siempre con estado de oxidación negativo y el de la izquierda con estado de oxidación positivo. PCl 5 pentacloruro de fósforo cloruro de fósfor (V) CS 2 disulfuro de carbono sulfuro de carbono As 2 Se 3 triseleniuro de arsénico seleniuro de arsénico (III) 8.- Hidróxidos La fórmula general de los hidróxidos es M(OH) n, donde M es el metal y n su número de oxidación. Se nombran de forma similar a los compuestos binarios, utilizando la palabra hidróxido.. NaOH hidróxido de sodio Ca(OH) 2 hidróxido de calcio Cr(OH) 2 hidróxido de cromo (II) o dihidróxido de cromo Cr(OH) 3 hidróxido de cromo (III) o trihidróxido de cromo En el caso de los metales de transición (los del centro de la tabla) sólo generan hidróxidos los estados de oxidación más bajos, es decir, no existen los hidróxidos de de cromo (VI), de manganeso (VII) (VI) El amoníaco (NH 3 ) es un gas, al disolverlo en agua se produce un compuesto de propiedades básicas que recibe el nombre de hidróxido de amonio NH 3 + H 2 O NH 4 OH El grupo amonio (NH + 4 ) puede aparecer en otros compuestos y se comporta como si en conjunto tuviese estado de oxidación +I. NH 4 Cl cloruro de amonio (NH 4 ) 2 S sulfuro de amonio NH 4 CN cianuro de amonio 5
9.- Oxoácidos (sencillos) Por ácidos entendemos un conjunto de sustancias que tienen propiedades comunes. Desde el punto de vista químico se caracterizan porque en disolución acuosa se disocian liberando protones. Se clasifican en hidrácidos (ya han sido estudiados) oxoácidos y ácidos orgánicos. La fórmula general de los oxoácidos es siempre del tipo H a X b O c donde X es un no metal o un metal de transición en los estados de oxidación más elevados( +VI en el cromo o +VI y +VII en el manganeso, el nitrógeno sólo con valencias impares). En los oxoácidos sencillos b= 1 En estos compuestos el estado de oxidación del hidrógeno es +I y el del oxígeno es II. Se tiene que cumplir que la suma algebraica de los números de oxidación tienen que ser igual a cero: a.1 + b.nº ox X + c.(-2) = 0 Nomenclaturas sistemáticas de oxoácidos La IUPAC ha ideado varios sistemas para conseguir la máxima sistematización en la nomenclatura de oxoácidos. Los ejemplos que siguen explican por sí solos cuál es el criterio seguido para alcanzar dicha sistematización. Fórmula (A) Nomenclatura sistemática funcional (B) Nomenclatura sistemática (Stock) Nombre estequiométrico HClO ácido oxoclórico (I) oxoclorato (I) de hidrógeno monoxoclorato de hidrógeno HClO 2 ácido dioxoclórico (III) dioxoclorato (III) de dioxoclorato de hidrógeno hidrógeno H 2 SO 3 ácido trioxosulfúrico(iv) trioxosulfato (IV) de trioxosulfato de dihidrógeno hidrógeno H 4 SiO 4 ácido tetraoxosilícico tetraoxosilicato de tetraoxosilicato de tetrahidrógeno H hidrógeno 2 S 2 O 7 ácido heptaoxodisulfúrico(vi) heptaoxodisulfato (VI) heptaoxodisulfato de dihidrógeno (VI) dehidrógen OBSERVACION - Para nombrar oxoácidos (maneras A y B) es necesario conocer el estado de oxidación del elemento central. Para calcularlo se debe tener en cuenta que: - El número de oxidación del H en todos los oxoácidos es. - El número de oxidación del O en todos los oxoácidos es 2. - La suma de los números de oxidación de todos los átomos ha de ser 0. - Si el elemento central lleva subíndice se emplean los prefijos habituales mono- di- etc. - Si el elemento central tiene un solo estado de oxidación, se omite. Ej (H 4 SiO 4 ).. Regla nomenclatura sistemática funcional Acido numeral-oxo-raíz (X)- terminación-ico (valencia X) HBrO 2 Acido dioxobrómico (III). Regla nomenclatura sistemática Stock Numeral-oxo-raíz(X)-terminación-ato (valencia X) de hidrógeno HBrO 2 dioxobromato (III) de hidrógeno. Regla nomenclatura estequiométrica Numeral-oxo-raíz(X) terminación ato de numeral-hidrógeno HBrO 2 dioxobromato de (mono)hidrógeno - Para formular oxoácidos ( maneras A y B ) es necesario conocer el número de hidrógenos aplicando la fórmula: suma de todos los estados de oxidación igual a cero. 6
10.-Sales neutras Sales binarias: Ya estudiadas cuando se habló de combinaciones binarias no metal-metal. Ejemplo: KCl cloruro de potasio. Oxisales. Son las sales de los oxoácidos. Derivan de éstos por sustitución de los átomos de hidrógeno por átomos metálicos o grupos atómicos (normalmente, el grupo NH 4 + ).También podemos considerarlas como la unión de un catión y un oxoanión ( el conjunto ha de ser eléctricamente neutro). FORMULACION M x (R) n M es el símbolo del metal x es el número de hidrógenos sustituidos Hay que calcularlo aplicando la fórmula suma de todos los estados de oxidación igual a cero. R representa el resto del ácido, es decir, el conjunto de átomos que quedan en la molécula del ácido después de sustituir sus átomos de hidrógeno por metales. N valencia del metal M SISTEMÁTICA STOCK: - Se sigue el mismo sistema de la nomenclatura sistemática Stock de los ácidos. - Si el resto de ácido (oxoanión) tiene subíndice, se puede hacer constar con los prefijos: bis-, tris-, tetrakis-, pentakis-, etc. En este caso el nombre del oxoanión se encierra entre corchetes. - No obstante, si se indica el estado de oxidación del metal (catión ) no son necesarios estos últimos prefijos, pues la fórmula quedaría perfectamente establecida, sin embargo se facilita la comprensión. - Para nombrar estas sales es necesario calcular la valencia del elemento central (no metal) de la misma forma que en los ácidos. - Si el metal (catión) tiene más de una valencia, es necesario tantear Veamos algunos ejemplos: Fe 2 (CO 3 ) 3 tris[trioxocarbonato] de hierro trioxocarbonato de hierro (III) Ca(ClO 2 ) 2 Bis [dioxoclorato (III) ]de calcio dioxoclorato (III) de calcio Fe(NO 3 ) 2 bis[trioxonitrato(v)] de hierro trioxonitrato(v) de hierro (II) Mn 2 (SO 4 ) 3 tris[tetraoxosulfato(vi)] de manganeso tetraoxosulfato (VI) de manganeso(iii) NaNO 3 trioxonitrato (V) de sodio K 2 SO 4 tetraoxosulfato(vi) de potasio Fe 2 (Cr 2 O 7 ) 3 tris [heptaoxodicromarto(vi)] de hierro heptaoxodicromato (VI) de hierro (III) Regla: Numeral-oxo-raíz(X)-terminación-ato (valencia X) de M (valencia M) Fe(NO 3 ) trioxonitrato(v) de hierro (II) ESTEQUIOMÉTRICA: Se sigue el mismo sistema de nomenclatura estequiométrica de los oxoácidos. Regla: Numeral griego-numeral-oxo-raíz(x) terminación ato (ValenciaX)de numeral-metal Al 2 (CO 3 ) Ni 3 (PO 3 ) 2 tris[trioxocarbonato ] de dialuminio bis[trioxofosfato(v) ] de triniquel 7
11- Iones Son átomos o grupos de átomos con carga eléctrica. Si tienen carga positiva se denominan cationes y si tienen carga negativa aniones Cationes Se forman cuando un átomo de un metal pierde electrones (los de su última capa) y por tanto queda cargado positivamente. Se representan mediante la fórmula : X n+ Donde n representa el número de cargas positivas en exceso del elemento X (su nº de oxidación). H +, Li +, Ca 2+, Fe 3+,, Al 3+, Pb 4+ : Se antepone la palabra catión o ión al nombre del elemento y a continuación la carga expresada en números romanos entre paréntesis si es necesario y que corresponde a la nomenclatura Stock. H + ión hidrógeno Li + ión litio Fe 3+ ión hierro (III) Sn 2+ ión estaño (II) (El cromo y el manganeso sólo forman cationes con nº de oxidación y +3 y el nitrógeno no forma cationes porque no es un metal)) Cationes poliatómicos Grupo de átomos con carga positiva. Se nombrar añadiendo la terminación onio a un prefijo indicativo del compuesto de procedencia. + + NH 4 ión amonio PH 4 ión fosfonio H 3 O + ión hidronio u oxonio Aniones monoatómicos. Se forman cuando un átomo de un no metal gana electrones y por tanto queda cargado negativamente. FORMULACION: Se representan mediante la fórmula: X n- Donde n simboliza el número de cargas negativas en exceso. : Basta con anteponer la palabra catión o ión al nombre del elemento y a continuación el nombre del no metal terminado en -uro Cl - ión cloruro Te 2+ ión telururo P 3+ ión fosfuro Aniones poliatómicos Se pueden considerar que provienen de otras moléculas por pérdida de uno o más iones hidrógeno. El más sencillo es el OH - ión hidróxido hidroxilo u oxidrilo, que procede de la pérdida de un ión hidrógeno del agua H 2 O - H + OH - Sin embargo la mayoría proceden de un oxoácido que ha perdido o cedido sus hidrógenos. - Así: HClO 3 ClO 3 + H + SISTEMATICA STOCK Se utiliza la palabra anión o ión seguido del nombre sistemático del ácido (sin nombrar los hidrógenos). Nomenclatura sistemática(stock) ClO - ClO 2 - ClO 3 - ClO 4 - SO 4 2- Cr 2 O 7 2- Ión monoxoclorato (I) Ión dioxoclorato (III) Ión trioxoclorato (V) Ión tetraoxoclorato (VII) Ión tetraoxosulfato (VI) Ión heptaoxodicromato (VI) (en los iones siempre se cumple que la suma del número de oxidación de cada átomo por el número de ellos ha de ser igual a la carga del ión) 8
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