Introducción a la Química (#10017) – Curso 2013 – Guía 1 - página 1 de 10

Universidad Nacional de Luján - Dto. de Ciencias Básicas

INTRODUCCIÓN A LA QUÍMICA - 2013

1 - Guía complementaria de nomenclatura química (inorgánica)

La nomenclatura es un conjunto de reglas que se diseñan con la finalidad de asignar de forma sistemática y ordenada- nombres a objetos relacionados. En el caso que nos ocupa, se trata de asignar nombres a las sustancias químicas inorgánicas, de modo que la asociación entre el nombre y el producto nombrado sea lo más sencilla que sea posible operando de modo que el nombre de cada sustancia evoque fácilmente algunas de las propiedades importantes de los elementos que la constituyen. La institución encargada de establecer las reglas para nombrar las sustancias químicas es la IUPAC (sigla en inglés de la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada). Es probable que el aprendizaje de estas reglas le resulte algo difícil, si llegara a ser así, piense que mucho peor sería que cada una de los casi veinte millones de sustancias conocidas tuviera un nombre propio, como se intentó al comienzo, cuando los alquimistas conocían pocas sustancias. De todos modos, aún persisten varios “nombres propios” para un puñado de sustancias –el agua y el amoníaco, por ejemploy otros derivados de antiguos intentos de normalización sistemática –dióxido de carbono, trióxido de azufre, por ejemplo.

Recuerde que de ninguna manera estas guías pretenden reemplazar a los libros que usted debe consultar, sólo intentan orientarlo, ayudarlo ordenadamente, a fijar mediante la ejercitación los conocimientos adquiridos. La primera gran clasificación de los compuestos es en orgánicos e inorgánicos: toda la sistematización que comenzamos a presentar se refiere a éstos últimos. Los compuestos inorgánicos se pueden clasificar según distintos criterios: por ejemplo, por la cantidad de átomos en su mínima unidad (monoatómicos, diatómicos, triatómicos, etc.), por la variedad de elementos que lo componen (binarios, ternarios) o según familias de compuestos relacionados por tener comportamientos químicos similares (la misma “función” química), por ejemplo, en fórmulas genéricas : Binarios:

Ternarios:

Óxidos básicos : Óxidos ácidos : Hidruros metálicos : Hidruros no metálicos (hidrácidos): Hidrosales : Oxoácidos : Oxosales :

XO YO XH HY XY HYO XYO

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Cuaternarios:

Sales ácidas : Sales básicas :

donde X : metal; Y : no metal ; H : hidrógeno; sin importar cuantos átomos de cada uno.

XHYO X(OH)YO

O : oxígeno,

Usaremos en el curso dos sistemas de nomenclatura: la llamada tradicional o clásica -que por la fuerza del uso no ha sido desplazada y sigue en uso- y la basada en los números de oxidación, hasta hace poco conocida como de números de Stock, a veces nombrada “IUPAC”, aunque en realidad, este organismo ha propuesto varias nomenclaturas distintas en las últimas décadas. Ambos sistemas se apoyan en el mismo criterio: brindar en los nombres información acerca de cuales son los elementos combinados y con qué estado de oxidación están actuando. El número de oxidación es un valor convencional que sirve para expresar el la proporción en que se combinan distintos elementos. Reemplaza al concepto más elemental de “valencia”, pero a diferencia de éste puede adoptar valores positivos o negativos. La fórmula química de un compuesto se representa con los símbolos de los elementos que lo constituyen, muchas veces acompañados por números que, escritos como subíndice a continuación del símbolo del elemento, indican la atomicidad, esto es, la cantidad de átomos de ese elemento presentes en la unidad mínima (molécula o unidad). La ausencia de este subíndice implica la presencia de un solo átomo. Así, cuando escribimos H2O queremos expresar que la unidad fundamental de esa sustancia se compone de dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxigeno. Con respecto al análisis cuantitativo, se encontrará que (en números redondos) 2 g del elemento hidrógeno se han combinado con 16 g del elemento oxígeno, para dar 18 g de la sustancia agua, proporción constante que aparecerá en todo análisis elemental de agua pura Esto también puede leerse así: si le asignamos al hidrógeno la posibilidad de formar solamente una unión con cualquier otro elemento, entonces el oxígeno muestra el doble de capacidad de formar uniones; así se establece en principio, la valencia, una escala de valores de combinación, ej. : H=1 , O=2. Pasando de los números naturales a los enteros, si le asignamos el valor 1 (uno positivo) al hidrógeno, entonces el número de oxidación del oxígeno deberá ser -2 (dos negativo). Las reglas para la asignación de los números de oxidación de los elementos en sus compuestos son:

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1- En todos los compuestos neutros, la suma algebraica de los números de oxidación de los elementos que forman el compuesto, multiplicados por sus respectivas atomicidades debe ser nula (cero). En los iones, dicha suma debe ser igual a la carga del ión. 2- El número de oxidación de cualquier sustancia simple debe ser cero, no importa su estado alotrópico. 3- El hidrógeno presenta en todos sus compuestos con otros no metales número de oxidación +1. En compuestos binarios con metales presenta número de oxidación -1 4- El oxígeno presenta en todos sus compuestos número de oxidación -2 con estas excepciones: cuando forma parte de peróxidos, superóxidos ó en combinación con el flúor. 5- Los metales alcalinos (grupo 1) y catión amonio NH4+, presentan en todos sus compuestos número de oxidación +1 6- Los metales alcalino-térreos (grupo 2) presentan en todos sus compuestos número de oxidación +2 7- El flúor presenta en todos sus compuestos número de oxidación -1 8- El cloro, el bromo y el yodo presentan número de oxidación -1 en sus compuestos binarios pero pueden adoptar valores de +1, +3, +5 ó +7 en sus compuestos oxigenados binarios y en los ternarios con oxígeno más hidrógeno ó metales. Observar estas reglas, sobre todo la primera, lo guiarán para escribir correctamente las fórmulas. Además, observe la Tabla periódica, tenga en cuenta que el ordenamiento de los elementos no es caprichoso sino función de propiedades periódicas. Los grupos (columnas) reúnen elementos con propiedades químicas similares, de modo que si conoce la fórmula y nombre de los compuestos de algún elemento, los de su grupo serán análogos. Reconozca a los elementos como metales ó no metales y aquellos que pueden presentar ambos comportamientos (anfóteros ó metaloides) Veamos unos pocos ejemplos: En el H2S el número de oxidación del azufre debe ser -2, puesto que la suma de el doble del número de oxidación del hidrógeno (1, por convención) y el número de oxidación del azufre, debe ser cero. En el CaSO4, conocemos los números de oxidación del oxígeno (-2) y del calcio (2, por la regla 6). Si llamamos x al valor desconocido, el número de oxidación del azufre en ese compuesto, tenemos 2 + x + 4 * (-2) = 0 x=8–2=6 En el FeSO3 conocemos solamente el valor del número de oxidación del oxígeno, pero podemos encontrar en la tabla periódica de los elementos que los estados de

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oxidación esperables para el hierro son 2 y 3, y para los compuestos oxigenados del azufre, 4 y 6. Entonces probamos: si S(VI) y Fe(III), 3 + 6 – 6 = 3 0, no se cumple la regla 1. si S(VI) y Fe(II), 2 + 6 – 6 = 2 0, ídem si S(IV) y Fe(III), 3 + 4 – 6 = 1 0, ídem si S(IV) y Fe(II), 2 + 4 – 6 = 0, los números de oxidación serán 4 para el S, 2 para el Fe.

Como nombrar según Stock los compuestos inorgánicos sencillos Nuevamente, esta guía de ejercitación puede ayudarlo a introducirse en el tema si no le resulta familiar: pero es excesivamente simplificada y puede inducirlo a error en casos específicos. Para estudiarlo, recurra a los libros recomendados en la bibliografía. Comenzando con los compuestos binarios del oxígeno, se nombran como “óxido de“ seguido del nombre del otro elemento, poniendo a la derecha de éste, en números romanos y entre paréntesis su número de oxidación, a menos que éste sea único: Na2O óxido de sodio (el sodio –regla 5- es siempre +1) FeO óxido de hierro (II) (el hierro puede ser +2 o +3, aquí debemos aclarar cual es el estado de oxidación) CaO óxido de calcio (el calcio –regla 6- es siempre +2) Recuerde que el agua (H2O) es una excepción, y no se la nombra de esta manera. Para nombrar los compuestos binarios que no tienen oxígeno ni hidrógeno, primero hay que elegir cual es el que “hace” de metal y cual el que “hace” de no-metal. Por ahora, puede orientarse con la tabla periódica de los elementos: el carácter “metálico” decrece en diagonal del francio al fluor. Se lo nombra como “no-metaluro de metal”, indicando el estado de oxidación, si se prestara a confusión: NaCl cloruro de sodio (el sodio –regla 5- es siempre +1, el cloro -1 –regla 8) FeCl3 cloruro de hierro (III) (el hierro puede ser +2 o +3, aquí debemos aclarar) Observe que en la fórmula se escribe siempre primero el más “metálico” del par, aunque invirtamos el orden para nombrarlo. Para nombrar los compuestos binarios del hidrógeno, se complica un poco: cuando el otro elemento es un metal, decimos “hidruro de“ más el nombre del metal y su estado de oxidación si fuera necesario, si es un no-metal, decimos “no-metaluro de hidrógeno“. LiH hidruro de litio (el litio –regla 5- es siempre +1)

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FeH2 hidruro de hierro (II) (el hierro puede ser +2 o +3, aquí debemos aclarar) HCl cloruro de hidrógeno Observe la inversión, hidrógeno atrás, hidrógeno adelante, según la condición de metal o no-metal del acompañante. Para nombrar los compuestos ternarios con oxígeno pero sin hidrógeno, elegimos, como recién, al metal y al no-metal, y decimos “no-metalato de metal”, acompañando con los números de oxidación, si fuera necesario. Volviendo al ejemplo anterior: FeSO3 sulfato (IV) de hierro (II) Observe que Al2(SO4)3 se llama sulfato (IV) de aluminio, pero el AlO3Li3 es el aluminato de litio Para nombrar los compuestos ternarios con oxígeno e hidrógeno, nuevamente debemos separar los casos en los que “el otro” es metal, o no-metal. Los compuestos ternarios de oxígeno, hidrógeno y no-metal, se llaman igual que antes, como si el hidrógeno fuera un metal: H2SO3 sulfato (IV) de hidrógeno H2SO4 sulfato (VI) de hidrógeno Los compuestos ternarios de oxígeno, hidrógeno y metal, se llaman “hidróxido de metal”, más su estado de oxidación si fuera necesario: NaOH hidróxido de sodio Ca(OH)2 hidróxido de calcio Fe(OH)3 hidróxido de hierro (III) Bien, esto se puede complicar, asegúrese de resolver los ejercicios antes de encarar casos menos fáciles. Como nombrar en forma tradicional los compuestos inorgánicos sencillos La nomenclatura tradicional ofrece más dificultades al momento de estudiarla, pero persiste fundamentalmente porque los nombres con ella asignados contienen más información acerca de la naturaleza química del compuesto nombrado. Así, los compuestos binarios de los no-metales con el hidrógenos, que tienen propiedades ácidas, se llaman “ácido no-metalhídrico” HCl ácido clorhídrico H2S ácido sulfhídrico

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De la misma forma, los compuestos ternarios de no-metal, oxígeno e hidrógeno, que también tienen propiedades ácidas, se nombran como tales. Para indicar el estado de oxidación (la valencia, originalmente) del no metal, se modifica su nombre con sufijos y prefijos, por ejemplo Stock tradicional Clorato (I) de hidrógeno ácido hipocloroso Clorato (III) de hidrógeno ácido cloroso Clorato (V) de hidrógeno ácido clórico Clorato (VII) de hidrógeno ácido perclórico Cuando el no metal presenta un solo valor para su número de oxidación, se usa sólo la terminación “ico” (como el ácido bórico, por ejemplo). Los compuestos ternarios de metal, oxígeno e hidrógeno, que tienen propiedades alcalinas, se llaman “hidróxidos”, modificando el nombre del metal para indicar su estado de oxidación: Stock tradicional hidróxido de cobre (I) hidróxido cuproso hidróxido de cobre (II) hidróxido cúprico Los compuestos ternarios de manera similar: Stock Clorato (I) de sodio Clorato (III) de sodio Clorato (V) de sodio Clorato (VII) de sodio Y Nitrato (V) de hierro (II) Nitrato (V) de hierro (III)

metal, no-metal y oxígeno (oxosales) de llamas de tradicional hipoclorito de sodio clorito de sodio clorato de sodio perclorato de sodio nitrato ferroso nitrato férrico

A los compuestos binarios que por reacción con agua dan compuestos ácidos no se los llama óxidos sino “anhidridos”. Así Óxido de Nitrógeno (III) anhidrido nitroso Óxido de Nitrógeno (V) anhidrido nítrico pero en cambio Óxido de Nitrógeno (I) óxido nitroso Óxido de Nitrógeno (II) óxido nitrico porque son como los Óxido de hierro (III) óxido férrico Óxido de sodio óxido de sodio que no producen ácidos por combinación con el agua.

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Similarmente, a los compuestos binarios de no-metal con el hidrógeno que muestren comportamiento ácido (hidrácidos), se los llama “ácido” con el nombre del no-metal terminado en “hídrico” Cloruro de hidrógeno ácido clorhídrico Sulfuro de hidrógeno ácido sulfhídrico pero hidruro de boro hidruro de boro porque por muy no-metal que parezca el boro, se observa experimentalmente que el H3B no tiene características de ácido. Finalmente, los compuestos binarios de metal y no-metal (sales binarias) se llaman como “no-metaluro de metal”, modificando la terminación de éste último según su estado de oxidación. Cloruro de hierro (II) cloruro ferroso Cloruro de hierro (III) cloruro férrico Sulfato (VI) de sodio sulfato de sodio Hasta aquí, una visita superficial a las dos formas más usadas de nombrar sustancias químicas. Habrá observado que la nomenclatura de Stock es de uso más simple, que en cambio la tradicional, si bien es mas difícil de usar al momento de elegir el nombre para un compuesto, ofrece mucha más información acerca de sus posibles propiedades químicas a quién escucha su nombre. Preste atención, no mezcle reglas de las dos nomenclaturas al nombrar un compuesto -por ejemplo, está mal llamar sulfito de hierro (II) al FeSO3 - y recuerde que muchos compuestos tienen nombre propio –está mal llamar al amoníaco hidruro de nitrógeno, que el NH4+ se llama amonio, el SiH4 silano, etc. Si es –perdón, para la gente común- difícil elegir que comer en un restaurante donde la carta está escrita en francés, piense como será estudiar química sin saber como se llaman las sustancias. Ejercitación de Nomenclatura de compuestos químicos 1. Escriba el nombre (nomenclatura clásica y numerales de Stock) de los siguientes compuestos, identificando a que grupo de compuestos químicos pertenece. Recuerde las reglas de asignación de números de oxidación Na2O SO3 Li2O CaO Cl2O5 Br2O7 Al2O3 SO2 Cu2O Fe2O3 I 2O 3 B2 O 3 KOH CuOH H2SO4 H2CO3 HClO HNO3 HIO4 Fe(OH)3 HBrO3 HCl H 2S Al(OH)3 HNO2 H3PO4 CaSO4 KCl HgOH HF H2SO3 Sn(SO3) Cu(NO3) Na2CO3 K2SO4 Fe(NO3)3 BaSiO3 Al2(SO3)3 Ga(ClO4)3 MgS KClO4 Fe(ClO4)2 KNO2 Ca(NO3)2 Na2SO4 Cu(BrO3)2 RbIO K3PO4 CuSO4

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2. Escriba las fórmulas químicas de los Óxidos: Óxido de rubidio Óxido hipobromoso Óxido de magnesio Óxido de azufre (IV) Óxido titánico Óxido plumboso Óxido de fósforo(V) Óxido auroso Óxido sulfúrico Óxido de bromo (III) 3. Escriba las fórmulas químicas de los siguientes ácidos Hidróxido ferroso Hidróxido de oro (I) Ac. nítrico Hidróxido de berilio Iodato(V) de hidrógeno Ac.sulfhídrico Bromato(VII) de hidrógeno Hidróxido cuproso Hidróxido de aluminio Ac. bórico Hidróxido niqueloso Nitrato (III) de hidrógeno 4.: Escriba la fórmula de las siguientes sales: Sulfato (IV) de aluminio Carbonato de plomo (II) Nitrato (V) de hierro (III) Nitrato (III) de magnesio Sulfato (VI) de estaño (IV) Bromato (VII) de estaño (II) Cloruro de sodio Cloruro de calcio Iodato (I) de galio

Sulfuro de sodio

e hidróxidos: Sulfato(IV) de hidrógeno Ac. clorhídrico Ac. carbónico Hidróxido niquélico Hidróxido plúmbico Hidróxido de cobre (II)

Sulfato (IV) de cobre (I) Carbonato de potasio Sulfato (VI) de cesio Clorato (I) de niquel (III) Carbonato plúmbico

5. Complete los siguientes gráficos para los diferentes elementos; en los casos en que halla mas de un número de oxidación considérelos todos. a) Óxidos Elementos Nº de Fórmula Nomenclatura Nomenclatura oxidación molecular clásica IUPAC Niquel Bromo Aluminio Carbono Magnesio

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b) Ácidos Elementos

Nº de oxidación

Fórmula molecular

Nomenclatura Nomenclatura Clásica IUPAC

c) Hidróxidos Elemento Nº de oxidación

Fórmula molecular

Nomenclatura Nomenclatura clásica IUPAC

Cloro Azufre Nitrógeno Carbono

Plomo Cobre Potasio Aluminio

d) Oxosales: Elemento Metálico

Número de oxidación

Sodio

Catión

Elemento No Metálico

Número de oxidación

(I)

Nitrógeno

(V)

Galio

( III )

Azufre

( VI )

Cobre

( II )

Carbono

( IV )

Hierro

( III )

Iodo

( III )

Calcio

( II )

Bromo

( VII )

Anión

Fórmula Molecular Nomenclatura Nomenclatura Clásica I.U.P.A.C.

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6. ¿Cuál es la diferencia entre un compuesto inorgánico y un compuesto orgánico? 7. Clasifique cada uno de los siguientes compuestos como inorgánico u orgánico: a) NH4Br, b) CCl4, c)NaHCO3 d) NaCN, e) CH4, f) CaCO3 g) CO, h) CH3COOH. 8. Defina los siguientes términos: compuesto binario, compuesto ternario, ácido, oxoácido, oxoanión, base, hidrato. 9. Describa el uso y las ventajas del sistema de los numerales de Stock frente a la nomenclatura tradicional, para nombrar compuestos inorgánicos. 10. Dé dos de ejemplos en cada caso de un ácido que contenga uno o más átomos de oxígeno y de un ácido sin átomos de oxígeno. 11. Nombre los siguientes compuestos: a) KH2PO4, b) K2HPO4, c)HBr (gas), d) HBr (en agua), e) Li2CO3, f) K2Cr2O7, g) NH4NO2, h) PF3, i) PF5, j) P2O3, k) CdI2, 1) SrSO4, m) Al(OH)3, n) KClO, o) Ag2CO3, p) FeCl2, q) KMnO4, r) CsClO3, u) Fe2O3, v) TiCl4, w) NaH, x)Li3N, y) Na2O, s) KNH4SO4, t) FeO, z) Na2O2. 12. Escriba las fórmulas de los siguientes compuestos: a) nitrito de rubidio, b) sulfuro de potasio, c) sulfuro ácido de sodio, d)fosfato de magnesio, e) fosfato ácido de calcio, f) fosfato diácido de calcio, g) heptafluoruro de yodo, h) sulfato de amonio, i) perclorato de plata, j) cromato (VI) de hierro (III), k) cianuro de cobre (I), l) clorito de estroncio, m) ácido perbrómico, n) ácido yodhídrico, o) fosfato amónico disódico, p) carbonato de plomo (II), q) fluoruro de estaño (II), r) decasulfuro de tetrafósforo, s) óxido de mercurio (II), t) yoduro de mercurio (I), u) sulfato (VI) de cobre (II) pentahidratado 13. Las siguientes denominaciones están mal, indique en cada caso la razón: a) Sulfato de Calcio (II), b) Perclorato de Hierro (III), c) Óxido de hidrógeno, d) Carbonato de hierro