Formulación. 1.Introducción. La formulación es la representación mediante lenguaje químico de la composición de una molécula. Para ello se indica el número de átomos de cada uno de los elementos que componen la molécula. La nomenclatura consiste en asignar el nombre correcto a la fórmula de un compuesto químico. Los átomos pueden ganar o perder electrones adquiriendo con ello carga eléctrica. Un átomo con carga recibe el nombre de ión. Si un átomo neutro capta un electrón, adquiere carga negativa y se convierte en un ión negativo o anión. Cuando un átomo neutro cede un electrón, se queda con carga positiva y se convierte en un ión positivo o catión. La forma de representar un ión es mediante el símbolo del elemento con un superíndice que indica la carga que ha adquirido el átomo al perder o ganar electrones. Ejemplos: Ca2+, Cl-, Na+, O2-, Al3+, Ti4+, F-,... Los iones también pueden ser agrupaciones de varios átomos, como por ejemplo: SO42-, NH4+, PO43-,... Se define valencia de un átomo como el número de átomos de hidrógeno que puede unirse a un átomo de dicho elemento, o ser sustituidos por él. Dicha valencia coincide generalmente con la carga de los iones que forma dicho átomo. Así, en los iones del ejemplo de arriba, las valencias de cada elemento serían: calcio (+2), cloro (-1), sodio (+1), oxígeno (-2), aluminio (+3), titanio (+4), flúor (-1),... Muchos elementos poseen varias valencias, incluso de distinto signo. En general, los metales de transición poseen todos varias valencias positivas, y los no metales suelen tener varias positivas y una sola negativa. La valencia de todos los átomos la puedes encontrar en cualquier Tabla Periódica de bolsillo. De todas formas, aquí tienes un cuadro con casi todas ellas: Elemento Litio Sodio Potasio Rubidio Cesio Plata Berilio Magnesio Calcio Estroncio Bario Cinc Cadmio Aluminio Galio Cobre Mercurio Oro Hierro Cobalto Níquel Germanio Estaño Plomo Platino Cromo

Símbolo Li Na K Rb Cs Ag Be Mg Ca Sr Ba Zn Cd Al Ga Cu Hg Au Fe Co Ni Ge Sn Pb Pt Cr

Valencia(s)

+1

+2

+3 +1, +2 +1, +3 +2, +3

+2, +4 +2, +3, +6

Elemento Manganeso

Símbolo Mn

Vanadio Hidrógeno Flúor Cloro Bromo Yodo Oxígeno Azufre Selenio Teluro Nitrógeno

V H F Cl Br I O S Se Te N

Fósforo Arsénico Antimonio Bismuto Boro Carbono Silicio Helio Neón Argón Kriptón Xenón

P As Sb Bi B C Si He Ne Ar Kr Xe

Valencia(s) +2, +4, +5, +6, +7 +2, +3, +4, +5 -1, +1 -1 -1, +1, +3, +5, +7 -2 -2, +2, +4, +6 -3 +1, +2, +3, +4, +5 -3, +3, +5 -3, +3 -4, +2, +4 -4, +4

0

Una vez aprendidas las valencias de todos los elementos, el siguiente paso para escribir una formula correctamente es conocer el orden en que han de escribirse los símbolos de los elementos. Cuando sólo haya dos elementos el orden es siempre el siguiente: a la izquierda el catión y a la derecha el anión. Lógicamente, los únicos elementos que pueden actuar como aniones son los no metales, sin embargo como camiones podrán actuar metales y no metales. Ejemplos: NaCl, MgH2, Al2O3, FeCl3, I2O5, NH3, CCl4, H2S,... Cuando la molécula tenga más de dos elementos, siempre habrá un grupo de ellos que formara un anión o un catión, como por ejemplo, CaSO4, donde el catión es Ca2+ y el anión es SO42-. Para nombrar un compuesto también es importante el orden, que es justamente el contrario que para escribir la fórmula, es decir, se nombra primero el anión y luego el catión. Para asignar el número de moléculas de cada elemento que intervienen en la molécula, lo más fácil es intercambiar la valencia de cada uno y simplificar si se puede como se muestra en los siguientes ejemplos: Na+ + Cl- → NaCl Ca2+ + F- → CaF2 Li+ + O2- → Li2O Al3+ + S2- → Al2S3 Por último, hace falta saber que existen tres tipos o formas de nomenclatura, la sistemática, la de Stock y la funcional. Generalmente usaremos la primera y a veces la segunda. La tercera está en desuso pero algunos nombres todavía perviven o son más fáciles de recordar por lo que la usaremos a veces. Las características de cada tipo las veremos a continuación. La nomenclatura sistemática se basa en indicar mediante prefijos (mono-, di-, tri-, tetra-,...) el número de átomos de cada tipo presentes en la molécula: Fe2S3 Trisulfuro de dihierro CCl4 Tetracloruro de carbono Cu2Cl Monocloruro de dicobre La nomenclatura de Stock utiliza números romanos para indicar la valencia del catión. Por ejemplo: Fe2S3 Sulfuro de hierro (III) CCl4 Cloruro de carbono (IV) Cu2Cl Cloruro de cobre (I) La nomenclatura funcional sólo la utilizaremos para nombrar los oxoácidos pues su nomenclatura sistemática o de Stock resulta demasiado compleja para este curso. También veremos algunos nombres de compuestos que se han mantenido a lo largo del tiempo como anhídrido carbónico u óxido férrico. Una vez visto todo esto pasemos a ver los distintos tipos de compuestos.

2.Compuestos binarios. 2.1.Compuestos con hidrógeno. 1.1.Hidruros metálicos. El hidrógeno puede actuar con valencias +1 y –1. Cuando el hidrógeno se combina con metales, como éstos sólo pueden tener valencias positivas, necesariamente tendrá que actuar con –1, y por tanto, será el anión y se escribirá a la derecha. Para nombrarlos el esquema es: hidruro de [nombre del metal]. Ejemplos: NaH KH MgH2 BeH2 AlH3

Hidruro de sodio Hidruro de potasio Hidruro de magnesio Hidruro de berilio Hidruro de aluminio

Observa que el número de átomos de hidrógeno siempre coincide con la valencia del metal.

1.2.Hidruros no metálicos o hidrácidos. Cuando el hidrógeno se combina con no metales típicos como los halógenos o la familia del oxígeno, siempre actúa con valencia negativa (-1) y por tanto ha de escribirse a la izquierda. El esquema para nombrar estos compuestos es: [nombre del no metal]-uro de hidrógeno. Existe otra posibilidad para nombrarlos que se basa en las propiedades ácidas de este tipo de compuestos y que sigue este esquema: ácido [nombre del no metal]-hídrico. Ejemplos:

Compuesto HF HCl HBr HI H2S H2Se H2Te

Nombre Fluoruro de hidrógeno Ácido fluorhídrico Cloruro de hidrógeno Ácido clorhídrico Bromuro de hidrógeno Ácido bromhídrico Yoduro de hidrógeno Ácido yodhídrico Sulfuro de hidrógeno Ácido sulfhídrico Seleniuro de hidrógeno Ácido selenhídrico Telururo de hidrógeno Ácido telurhídrico

Observa que el número de hidrógenos coincide con la valencia negativa del no metal.

1.3.Hidruros covalentes. Hasta ahora hemos visto combinaciones de hidrógeno con metales típicos y con no metales típicos. Sin embargo, existe una serie de compuestos entre hidrógeno y algunos no metales y semimetales que no se sabe exactamente en que grupo incluirlos. Por ello se utilizan los nombres funcionales que siempre se han usado y que son los siguientes: H2O NH3 PH3

Agua Amoniaco Fosfina

AsH3 Arsina SbH3 Estibina CH4 Metano

SiH4 Silano GeH4 Germano BH3 Borano

2.2.Compuestos con oxígeno. 2.1.Óxidos. Los óxidos son combinaciones de oxígeno con cualquier elemento, metálico o no metálico. Aunque todos los óxidos siguen las mismas reglas de nomenclatura, los dividiremos en dos grupos según se combinen con metales (óxidos básicos) o con no metales (óxidos ácidos). A) Óxidos básicos. Los óxidos básicos son combinaciones de oxígeno (como anión) y metales (como catión). Todos ellos se nombran siguiendo este esquema: óxido de [nombre del metal]. Cuando un metal tiene varias valencias posibles, hay que distinguir los distintos óxidos de alguna manera. Podemos aplicar las nomenclaturas sistemática y de Stock. Ejemplos: Compuesto Fe2O3 FeO Cu2O CrO Cr2O3 CrO2

Sistemática Trióxido de dihierro Monóxido de hierro Monóxido de cobre Monóxido de cromo Trióxido de dicromo Dióxido de cromo

De Stock Óxido de hierro (III) Óxido de hierro (II) Óxido de cobre (I) Óxido de cromo (II) Óxido de cromo (III) Óxido de cromo (IV)

Importante: Cuando el elemento metálico sólo tiene una valencia posible se nombrará tan sólo escribiendo óxido de [nombre del metal]. Por ejemplo: Compuesto Nombre Na2O Óxido de sodio MgO Óxido de magnesio Sc2O3 Óxido de escandio B) Óxidos ácidos. Los óxidos ácidos son combinaciones de oxígeno con no metales y se nombran igual que los básicos (mediante nomenclatura sistemática y de Stock). Sin embargo todavía persiste la nomenclatura funcional que los nombra como anhídridos. Esta forma esta desaconsejada por la IUPAC pero conviene que conozcas que existe. Como ejemplos: Compuesto CO2 CO Cl2O Cl2O3 Cl2O5 Cl2O7

Sistemática Dióxido de carbono Monóxido de carbono Monóxido de dicloro Trióxido de dicloro Pentaóxido de dicloro Heptaóxido de dicloro

De Stock Óxido de carbono (IV) Óxido de carbono (II) Óxido de cloro (I) Óxido de cloro (III) Óxido de cloro (V) Óxido de cloro (VII)

Funcional Anhídrido carbónico Anhídrido carbonoso Anhídrido hipocloroso Anhídrido cloroso Anhídrido clórico Anhídrido perclórico

De momento no hace falta que sepas que significan los prefijos hipo- y per- y los sufijos –ico y –oso que aparecen en la nomenclatura funcional puesto que no es necesario aprenderla.

2.2.Peróxidos. Los peróxidos son, al igual que los óxidos, combinaciones de oxígeno con otros elementos. La diferencia entre ambos es que en los óxidos el oxígeno actúa con su valencia normal (-2) y en los peróxidos actúa con valencia –1 y siempre van dos oxígenos juntos, es decir, son combinaciones de elementos con el grupo O22-. Nunca se puede simplificar la fórmula de los peróxidos No son muy abundantes, pero uno de ellos es bastante famoso, se trata del peróxido de hidrógeno, H2O2, comúnmente llamado agua oxigenada. Para nombrarlos, lo más fácil es utilizar la nomenclatura sistemática igual que en los óxidos pero existe otra forma, funcional, que consiste en anteponer la palabra peróxido. Ejemplos: Compuesto Na2O2 Cu2O2 CuO2

Sistemática Dióxido de disodio Dióxido de dicobre Dióxido de cobre

Funcional Peróxido de sodio Peróxido cuproso Peróxido cúprico

2.3.Combinaciones sin hidrógeno ni oxígeno: Sales. Las sales son combinaciones binarias que no contienen hidrógeno ni oxígeno. Como anión tiene que actuar necesariamente un no metal y como catión cualquier elemento. Para nombrarlos se puede utilizar la nomenclatura sistemática o la de Stock. El esquema para ambos tipos es el siguiente: [nombre del anión]-uro de [nombre del catión]. La diferencia entre ambos tipos es la utilización de prefijos mono-, di-, tri-, tetra,... o de la valencia del catión entre paréntesis. Ejemplos: Compuesto FeCl3 FeCl2 Au2S3 CCl4 CuSe

Sistemática Tricloruro de hierro Dicloruro de hierro Trisulfuro de dioro Tetracloruro de carbono Monoseleniuro de cobre

De Stock Cloruro de hierro (III) Cloruro de hierro (II) Sulfuro de oro (III) Cloruro de carbono (IV) Seleniuro de cobre (II)

Lógicamente, cuando el catión sólo tenga una valencia posible no hace falta poner ni prefijos ni la valencia entre paréntesis. Ejemplos: Compuesto NaCl AgI MgF2 Sc2S3

Nombre Cloruro de sodio Yoduro de plata Fluoruro de magnesio Sulfuro de escandio

3.Compuestos ternarios. Los compuestos ternarios son combinaciones de tres elementos. Existen combinaciones con un número mayor de elementos pero no las veremos. El problema de este tipo de compuestos surge al tratar de averiguar cuál es el catión y cuál el anión porque, lógicamente, uno de los dos debe contener varios elementos. En los casos que vamos a estudiar, siempre será el anión el que contenga varios átomos mientras que el catión será siempre de un solo átomo. Hay que tener en cuenta que, al intercambiar las valencias para asignar el número de átomos de cada elemento que intervienen, el anión habrá que encerrarlo entre paréntesis: Al2(SO4)3, Ca(OH)2, Fe(NO3)3. El único caso de catión poliatómico que veremos será el ión amonio: NH4+.

3.1.Hidróxidos o bases. Los hidróxidos son combinaciones de metales, como catión, con el grupo hidróxido como anión. El grupo hidróxido es la unión de un oxígeno y un hidrógeno con una carga negativa común: OH-. Para nombrarlos se puede usar la nomenclatura sistemática o la de Stock cuando sea necesario, mediante el esquema siguiente: hidróxido de [nombre del metal]. Ejemplos. Compuesto Pb(OH)4 Pb(OH)2 CuOH Cu(OH)2

Sistemática Tetrahidróxido de plomo Dihidróxido de plomo Hidróxido de cobre Dihidróxido de cobre

De Stock Hidróxido de plomo (IV) Hidróxido de plomo (II) Hidróxido de cobre (I) Hidróxido de cobre (II)

Como siempre, para cationes con una sola valencia sólo hay que escribir hidróxido de [nombre del catión]. Algunos ejemplos:

Compuesto NaOH NH4OH Mg(OH)2 Al(OH)3

Nombre Hidróxido de sodio Hidróxido de amonio Hidróxido de magnesio Hidróxido de aluminio

3.2.Oxoácidos. Son combinaciones de oxígeno, hidrógeno y no metal (a veces, pueden ser algunos metales como V, Cr o Mn) que se obtienen por adición de una molécula de agua a los óxidos ácidos. Para escribir la formula se coloca el elemento no metálico en el centro, el hidrógeno en la izquierda y el oxígeno en la derecha. La forma más fácil de obtener la fórmula es sumar una molécula de agua al correspondiente óxido. Por ejemplo: CO2 + H20 → H2CO3 N2O5 + H2O → H2N2O6 → HNO3 SO3 + H2O → H2SO4 Hay que hacer notar que el elemento central siempre actúa con valencia positiva, y ésta puede ser múltiple. Para nombrar estos compuestos utilizaremos la nomenclatura funcional o tradicional porque la sistemática o la de Stock resultan demasiado complicadas. Esta nomenclatura funcional se basa en el esquema siguiente: ácido prefijo[nombre del no metal]-sufijo. Ejemplos: ácido sulfúrico, ácido perclórico, ácido hiponitroso, ácido bromoso,... Los prefijos y sufijos que se añaden al nombre del no metal se refieren a la valencia con la que actúa el no metal en el compuesto en cuestión, como se indica en el siguiente cuadro:

per-/-ico -ico -oso hipo-/-oso

III A

IV A

+3

+4 +2

Valencias de los grupos VA VI A +5 +3 +1

VII A +7 +5 +3 +1

+6 +4 +2

Veamos algunos ejemplos: Compuesto HClO HClO2 HClO3 HClO4 H2SO2 H2SO3 H2SO4

Nombre Ácido hipocloroso Ácido cloroso Ácido clórico Ácido perclórico Ácido hiposulfuroso Ácido sulfuroso Ácido sulfúrico

Compuesto HNO HNO2 HNO3 H2CO2 H2CO3 HBO2

Nombre Ácido hiponitroso Ácido nitroso Ácido nítrico Ácido carbonoso Ácido carbónico Ácido bórico

Ácidos meta, piro y orto. A veces los ácidos se forman por la adición de más de una molécula de agua al correspondiente óxido. Esto sólo es posible en algunos elementos como fósforo, arsénico, antimonio, silicio y boro. Veamos algunos ejemplos: P2O5 + H2O → H2P2O6 → HPO3

Ácido metafosfórico

P2O5 + 2 H2O → H4P2O7

Ácido pirofosfórico

P2O5 + 3 H2O → H6P2O8 → H3PO4

Ácido ortofosfórico

SiO2 + H2O → H2SiO3

Ácido metasilícico

SiO2 + 2 H2O → H4SiO4

Ácido pirosilícico

SiO2 + 3 H2O → H6SiO5

Ácido ortosilícico

B2O3 + H2O → H2B2O4 → HBO2

Ácido metabórico

B2O3 + 2 H2O → H4B2O5

Ácido pirobórico

B2O3 + 3 H2O → H6B2O6 → H3BO3 Ácido ortobórico En algunos casos, es más conocido el ácido orto que el meta, como ocurre con los ácidos de fósforo. En ese caso al ácido ortofosfórico se le puede llamar simplemente fosfórico. Esto ocurre, en general, en los ácidos de los elementos del

grupo V A (fósforo, arsénico y antimonio) y III A (boro); para todos ellos, el ácido “normal” sería el orto. Sin embargo en los ácidos de los elementos del grupo IV A (silicio) el ácido “normal” es el meta y podemos suprimir el prefijo en su nombre. Por lo tanto cuando nombramos al ácido fosfórico o al ácido bórico, nos estamos refiriendo al ácido ortofosfórico y al ortobórico; sin embargo, cuando nombramos al ácido silícico, nos referimos al ácido metasilícico. Ácidos di, tri, tetra,... De todos ellos sólo son importantes los ácidos di ( o diácidos). La forma más fácil de formularlos es multiplicando por dos la fórmula del ácido normal y restarle una molécula de agua. Ejemplos: H2SO3 × 2 → H4S2O6; H4S2O6 – H2O → H2S2O5

Ácido disulfuroso

H2CrO4 × 2 → H4Cr2O8; H4Cr2O8 – H2O → H2Cr2O7

Ácido dicrómico

Lógicamente, los ácidos tri ( o triácidos) se obtendrán multiplicando por tres la fórmula del correspondiente ácido y restando una molécula de agua. Peroxoácidos. Son ácidos con un átomo de oxígeno de más, es decir, en ellos se ha sustituido un ión O 2- por un ión peróxido O22-. Ejemplos: Compuesto Nombre H2SO5 Ácido peroxosulfúrico H2CO4 Ácido peroxocarbónico

3.3.Oxosales. Las oxosales son sales derivadas de los oxoácidos mediante la sustitución de iones hidrógeno, H+, por cationes metálicos. Para formularlos, se intercambia la valencia del catión con la del anión que, en este caso, estará formado por varios átomos: H2SO4 → 2 H+ + SO42-

SO42- + Na+ → Na2SO4

HNO3 → H+ + NO3-

NO3- + Ca2+ → Ca(NO3)2

H2CO3 → 2 H+ + CO32-

CO32- + Al3+ → Al2(CO3)3

Para nombrarlos se usa el siguiente esquema: [nombre del anión] de [nombre del catión]. El nombre del anión se deriva del correspondiente ácido sin más que cambiar la terminación –ico por –ato, y la terminación –oso por –ito. También hay que tener en cuenta la valencia del catión. Para ello, se utilizará la nomenclatura de Stock, es decir, se pondrá la valencia del metal entre paréntesis y con números romanos. Ejemplos: Compuesto Na2SO4 Ca(NO3)2 Fe2(SO3)3 Cu3(PO4)2 KMnO4 CuSO3 Na2S2O8 Co2(Cr2O7)3 NaClO Cu2SiO3

Nombre Sulfato de sodio Nitrato de calcio Sulfito de hierro (III) Ortofosfato de cobre (II) Permanganato de potasio Sulfito de cobre (II) Peroxodisulfato de sodio Dicromato de cobalto (III) Hipoclorito de sodio Metasilicato de cobre