Funciones Químicas. Formulación y Nomeclatura

   FORMULACIÓN Y NOMENCLATURA

Contenidos.

1.-      Fórmulas empíricas y moleculares.

2.-      Concepto de número de oxidación.

3.-      Determinación del nº de oxidación

4.-      Combinaciones binarias. Nomenclatura Stock y sistemática.

4.1.        Óxidos

4.2.        Combinaciones binarias con H.

4.3.        Sales binarias.

5.-      Hidróxidos y cianuros

6.-      Ácidos oxácidos. Nomenclatura tradicional y sistemática.

7.-      Sales.

7.1.        Sales ternarias.

7.2.        Sales ácidas.

Fórmulas químicas

·         Empírica.

·         Molecular.

·         Semidesarrollada.

·         Desarrollada o estructural.

1. Fórmula empírica

Expresa mediante símbolos y subíndices los elementos que forman el compuesto y la relación mínima en que sus átomos e iones están presentes en él (proporción ente átomos).

Ejemplo:

CH.

No existe ninguna molécula formada exclusivamente por un átomo de C y uno de H.

Fórmula molecular

Expresa mediante símbolos y subíndices los elementos que forman el compuesto químico y el nº de átomos de cada elemento que están presentes en una molécula de éste.

NO PUEDE SIMPLIFICARSE.

Ejemplos:

C₆H₆ (benceno), C₂H₂ (etino)

Ambas sustancias tienen la fórmula empírica anterior (CH)

2. Fórmula desarrollada o estructural

Es una representación que indica la forma de unión de los átomos que constituyen el compuesto químico.

Ejemplos

                                          H  H  H
                                           |    |    |
H–O–H.                       H–C–C–C–O–H
                                           |    |    |
H₂O                                  H  H   H      C₃H₈O

3. Fórmula semidesarrollada

Se utiliza preferentemente en química orgánica.

Se desarrollan solo algunos enlaces (normalmente los que constituyen las cadenas).

Ejemplo:

CH₃–CH₂–CH₂OH

• Estado o número de oxidación.
• Es la carga que tendría un átomo si todos su enlaces fueran iónicos. No es, pues, carga real.

Los estados de oxidación positivos de los no-metales sólo se dan cuando se combinan con otro no metal más electronegativo (generalmente Oxígeno).

Los átomos de los elementos, formen moléculas con un átomo o con varios tienen E.O. = 0.

Ejemplo:

Fe, H₂, P₄

Todos tienen estado de oxidación igual a 0.

Principales números de oxidación de los elementos.

Grupos principales

Grupo 1:       H: –1,+1; Li, Na, K, Rb, Cs: + 1

Grupo 2:       Be, Mg, Ca, Sr, Ba: + 2

Grupo 13:     B: –3,+3; Al: +3

Grupo 14:     C: –4,+2,+4; Si: –4,+4; Sn, Pb: +2,+4

Grupo 15:     N: –3,+1,+2,+3,+4,+5; P: –3,+1,+3,+5; As, Sb: –3,+3,+5

Grupo 16:     O: –2; S, Se. Te: –2,+2,+4,+6

Grupo 17:     F: –1 (elemento más electronegativo); Cl, Br, I: –1;+1,+3,+5,+7

Elementos de transición

Grupo 4:       Ti: +4;                         Grupo 5:       V: + 5

Grupo 6:       Cr: +2,+3,+6             Grupo 7:       Mn: +2,+3,+4,+6,+7

Grupo 8:       Fe: +2,+3                  Grupo 9:       Co: +2,+3

Grupo 10:     Ni: +2,+3, Pt:  +2,+4

Grupo 11:     Cu: +1,+2; Ag: +1; Au: +1,+3

Grupo 12:     Zn, Cd: +2: Hg: +1,+2

Estado de oxidación (E.O.) en elementos, oxígeno e hidrógeno.

Los átomos de los elementos, formen moléculas con un átomo o con varios tienen E.O. = 0

Ejemplo: Fe, H₂, P₄

El oxígeno suele tener E.O. = –2, excepto en O₂ (0), peróxidos (–1) y cuando se une al F (+2).

El hidrógeno suele tener E.O. = +1. excepto en los hidruros metálicos (–1)

Cálculo del estado de oxidación (E.O.)

La suma de los E.O. de una molécula neutra es “0” y en el caso de un ion coincide con su carga.

Ejemplo:

Determinar el E.O. del S en el H₂SO₄.

Como es una molécula neutra: (+1) x 2 + E.O. (S) + (–2) x 4 = 0

De donde, despejando queda:    E.O. (S) = +6

Ejercicio:

Determinar el E.O. del cloro en las siguientes especies: AlCl₃, LiClO₂, HCl, NaClO₃, ClO^–, ClO₄^–.

·         AlCl₃ :              +3 + 3x = 0                  Þ        x = –1

·         LiClO₂ :         +1 + x +(–2) x 2 = 0       Þ        x = +3

·         HCl :              +1 + x = 0                       Þ        x = –1

·         NaClO₃ :       +1 + x + (–2) x 3 = 0        Þ        x = +5

·         ClO^–:              x + (–2) = –1                   Þ        x = +1

·         ClO₄^–:            x +(–2) x 4 = –1                Þ        x = +7

Tipos de nomenclatura

Tradicional (no la vamos a usar salvo en ácidos y sales que contengan oxígeno).

Stock (se pone en números romanos entre paréntesis el estado de oxidación).

Sistemática (IUPAC) (se ponen prefijos griegos: mono, di, tri... Indicando el número de átomos).

Compuestos binarios (formados sólo por dos átomos o grupos).

·         Óxidos

·         Peróxidos.

·         Hidruros

·         Sales binarias.

·         Hidróxidos

·         Cianuros.

En la formulación se pone primero delante el elemento menos electronegativo.

Óxidos.

·         De un metal.

·         De un no-metal.

·         Peróxidos.

·         Óxidos dobles.

Los óxidos metálicos tienen características básicas y forman hidróxidos al añadirles agua.

Los óxidos no metálicos tienen características ácidas y forman los ácidos oxácidos con agua.

Nomenclatura Stock.

Se pone primero el elemento menos electronegativo seguido del oxígeno.

Cuando el elemento tenga varios E.O. se indica éste entre paréntesis.

Ejemplos:

·         CO                 óxido de carbono (II)

·         Cu2O             óxido de cobre (I)

·         PbO2              óxido de plomo (IV)

·         Cl2O7             óxido de cloro (VII)

1. Nomenclatura Sistemática

Se nombra con prefijo-óxido de prefijo-metal sólo en el caso de que el elemento tenga varios E.O.

Ejemplos:

·         CO                 monóxido de carbono

·         Cu2O             óxido de dicobre

·         PbO2              dióxido de plomo

·         Cl2O7             heptóxido de dicloro

PerÓxidos.

Son derivados del H₂O₂ (agua oxigenada o peróxido de hidrógeno) por sustitución de los hidrógenos por metales.

El anión O₂^2– no puede simplificarse. Se nombra como “peróxido de metal”.

Ejemplos:

·         Na₂O₂                        peróxido de sodio

·         CaO₂              peróxido de calcio.

Hidruros

·         De un metal.

·         De un no-metal.

Hidruros metálicos (M + H).

2. Nomenclatura Stock.

Sólo se usa con los metales de transición.

Cuando haya ambigüedad se pone el E.O. entre paréntesis.

Ejemplos:

·         CoH₂             hidruro de cobalto (II)

·         CuH               hidruro de cobre (I)

Nomenclatura Sistemática

Se nombran con la siguiente sintaxis: “prefijo-hidruro de metal”.

Ejemplos:

·         LiH                 hidruro de litio

·         SnH₄              hidruro de estaño

·         CoH₂             dihidruro de cobalto

·         CaH₂              hidruro de calcio

Los metales del grupo 14 sólo tienen el E.O. = +4 al combinarse con H (o “–4” los no-metales)

Hidruros no metálicos (H + No-Metal de los grupos 13, 14 y 15)

Hay varios de estos compuestos que tienen nombre propio:

·         H₂O                agua

·         PH₃                fosfina o fosfamina

·         NH₃                amoniaco

·         AsH₃              arsina o arsenamina

·         CH₄                metano

·         SbH₃              estibina

·         SiH₄               silano

·         BH₃                borano

También puede usarse a nomenclatura sistemática: tetrahidruro de silicio, trihidruro de boro…

Hidruros no metálicos (H + No-Metal de los grupos 16 y 17)

Nomenclatura Única

Se nombran con la sintaxis: “No metal terminado en “uro” de hidrógeno”.

Ejemplos:

·         H₂S                Sulfuro de hidrógeno

·         HCl                 cloruro de hidrógeno

·         HBr                bromuro de hidrógeno

Los hidruros no-metálicos de los grupos 16 y 17 cuando están disueltos en agua tienen características ácidas por lo que se llaman ácido no-metal terminado en “hídrico”

Ejemplos:

·         HCl (ac):       ácido clorhídrico

·         H₂S (ac):       ácido sulfhídrico

Sales binarias (M + No-Metal)

Nomenclatura Stock

Se nombran con la sintaxis: “No-metal terminado en “uro” de metal (E.O.)” (sólo en el caso de que el metal tenga más de uno).

Nota: El no-metal actúa siempre con E.O. negativo.

Ejemplos:

·         Li₂S                sulfuro de litio

·         FeCl₂             cloruro de hierro (II)

·         Co₂C             carburo de cobalto (II)

·         Al₂Se₃            seleniuro de aluminio

Nomenclatura Sistemática

Se nombran con la sintaxis: “Prefijo+No-metal terminado en “uro” de prefijo+metal” (sólo en el caso de que el metal tenga varios E.O.)

Ejemplos:

·         Li₂S                sulfuro de litio

·         FeCl₂             dicloruro de hierro

·         Co₂C             carburo de dicobalto

·         Al₂Se₃            seleniuro de aluminio

Hidróxidos (M + OH) y Cianuros (M + CN)

Hidróxidos: Son combinaciones de un metal con grupos OH^– (hidroxilo) (M+OH)

Cianuros: Son combinaciones de un metal con grupos  CN^– (cianuro) (M+CN)

Aunque son compuestos ternarios se formulan igual que las sales binarias dado que tanto el OH^–como el CN^– son grupos de átomos que permanecen unidos.

Nomenclatura Stock

Ejemplos:

·         AuOH                        Hidróxido de oro (I)

·         HCN              Cianuro de hidrógeno

·         NaOH            Hidróxido de sodio

·         NaCN            Cianuro de sodio

·         Al(OH)₃          Hidróxido de aluminio

·         Fe(CN)₂         Cianuro de hierro (II)

·         Sn(OH)₄         Hidróxido de estaño(IV)

Nomenclatura Sistemática

Ejemplos:

·         AuOH                        Monohidróxido de oro

·         HCN (ac)      Ácido cianhídrico

·         NaOH            Hidróxido de sodio

·         NaCN            Cianuro de sodio

·         Al(OH)₃          Hidróxido de aluminio

·         Fe(CN)₂         Dicianuro de hierro

·         Sn(OH)₄         Tetrahidróxido de  estaño

Ácidos oxoácidos (H_aN_bO_c) (Óxido No Metálico + Agua)

El E.O. del no-metal es el mismo que en el óxido.

Sabiendo la fórmula se puede calcular fácilmente el E.O. del no-metal (o metal de transición) sabiendo que E.O.(H) = +1 y E.O.(O) = –2.

Los ácidos oxoácidos más corrientes tienen un sólo átomo de no-metal y 1 átomo de H los provenientes de óxidos no-metálicos de grupos impares y 2 átomos de H los que provienen de grupos pares.

Nomenclatura Tradicional.

Es aceptada por la IUPAC.

Se nombra anteponiendo la palabra “ácido” a los prefijos “hipo”, “per” o sin prefijo y los sufijos “oso” o “ico” según el E.O. del no-metal siguiendo la siguiente tabla:

Grupo	14	15	16	17
ácido hipo____oso		+1	+2	+1
ácido ____oso	+2	+3	+4	+3
ácido ____ico	+4	+5	+6	+5
ácido per___ico				+7

Ejemplos de ácidos oxoácidos

·         H₂CO₃           ácido carbónico

·         HNO₃             ácido nítrico

·         H₂SO₄            ácido sulfúrico

·         HClO₃            ácido clórico

·         H₂SeO₂         ácido hiposelenioso

·         HBrO                         ácido hipobromoso

·         H₂SiO₂           ácido silicioso

·         HIO₄               ácido periódico

·         HAsO₂           ácido arsenioso

Otros ácidos oxoácidos.

Ácidos procedentes de metales de transición (E.O. superiores).

Polihidratados: Se obtienen por adición de más de una molécula de agua sobre el óxido no-metálico.

Diácidos: Se obtienen por adición de una molécula de agua sobre dos de óxido no-metálico.

Tioácidos: Se obtienen por sustitución de algún átomo de oxigeno del ácido por azufre.

Ácidos procedentes de metales de transición

• Algunos metales de transición tienen varios E.O. y actúan como metales con los inferiores y como no-metales con los superiores.

Procedentes del Cromo (Cr)

(E.O.=+6)  H₂CrO₄: ácido crómico.

Procedentes del Manganeso (Mn)

(E.O.=+6)  H₂MnO₄:            ácido mangánico
(E.O.=+7)  HMnO₄:              ácido permangánico.

• Ácidos polihidratados (óxido no-metálico + n H₂O)

“n” es 3 en no-metales de los grupos 13, 15 y 16; “n” es 2 en no-metales del grupo 14 (Si) y 5 en no-metales del grupo 17 (I).

Se nombran anteponiendo el prefijo “orto”

Ejemplos:

ácido ortotelúrico:             TeO₃ + 3 H₂O ® H₆TeO₆

ácido ortoperyódico:        I₂O₇ + 5 H₂O ® H₁₀I₂O₁₂ ® H₅IO₆

• Hay “orto” ácidos que son más corrientes que los monohidratados (“meta”) y que suelen nombrarse sin especificar el prefijo “orto”, tales como el ácido fosfórico (H₃PO₄), el ácido silícico (H₄SiO₄) y el ácido bórico (H₃BO₃)

Sin embargo, se llama al HPO₃ ácido metafosforico, al H₂SiO₃ ácido metasilícico y al HBO₂ ácido metabórico.

Diácidos:

Se obtienen por adición de una molécula de agua sobre dos de óxido no-metálico.

Ejemplos :

2 SO₃ + H₂O  ®  H₂S₂O₇               ácido disulfúrico
2 CrO₃ + H₂O  ®  H₂Cr₂O₇             ácido dicrómico

Tioácidos:

Se obtienen por sustitución de algún átomo de oxigeno del ácido por azufre.

Ejemplos:

·         H₂S₂O₃:         ácido tiosulfúrico

·         H₂CSO₂:        ácido tiocarbónico

Nomenclatura Sistemática

Válida para oxoácidos normales, polihidratados, diácidos , tioacidos...

Se pueden nombrar de dos formas distintas:

Con ácido prefijo-oxo + prefijo-elemento terminado en “ico” + (E.O.)

Con oxoanión [prefijo-oxo + prefijo-elemento terminado en “ato” + (E.O.)] de hidrógeno.

Ejemplos

Nombrar: H₂SO₄ y H₅IO₆

·         H₂SO₄            Tetraoxosulfato (VI) de hidrogeno
                               Ácido tetraoxosulfúrico (VI)

·         H₅IO₆                 Hexaoxoyodato (VII) de hidrógeno
                   Ácido hexaoxoyódico (VII)

Sales oxoácidas (ternarias)

Nomenclatura Tradicional.

Es aceptada por la IUPAC.

Se nombra utilizando los prefijos “hipo”, “per” o sin prefijo y los sufijos “ito” o “ato” según el E.O. del no-metal seguido del metal + (E.O) (sólo si es necesario), siguiendo la siguiente tabla:

Grupo	14	15	16	17
hipo____ito		+1	+2	+1
____ito	+2	+3	+4	+3
____ato	+4	+5	+6	+5
per___ato				+7

Ejemplos:

·         Na₂SO₄         sulfato de sodio

·          AgNO₃          nitrato de plata

·         Al₂(SO₂)₃       hiposulfito de aluminio

·         KClO₄            perclorato de potasio

·         CaCO₃           carbonato de calcio

·         PbSeO₃         selenito de plomo (II)

·         Cu(BrO₂)₂     bromito de cobre (II)

·         Mg₃(PO₄)₂     ortofosfato de magnesio

Nomenclatura Sistemática

Se nombra el oxoanión como  prefijo-oxo + prefijo-elemento terminado en “ato” + (E.O.) seguido del nombre del metal + E.O de éste (en caso de ser necesario)

Cuando exista más de un oxoanión por molécula puede anteponerse los prefijos: bis, tris, tetrakis... para indicar el nº de oxoaniones.

Ejemplos:

·         Na₂SO₄         tetraoxosulfato (VI)de sodio

·         AgNO₃           trioxonitrato (V) de plata

·         CaCO₃           trioxocarbonato (IV)de calcio

·         Cu(BrO₂)₂     dioxobromato (III) de cobre (II)

·         Al₂(SO₂)₃       dioxosulfato (II) de aluminio

·         KClO₄            tetraoxoclorato (VII) de potasio

·         PbSeO₃         trioxoseleniato (IV) de plomo (II)

·         Mg₃(PO₄)₂     bis[tetraoxofosfato (V)] de magnesio

Sales ácidas

Se producen por la sustitución de alguno de los hidrógenos de los ácidos oxácidos por metales manteniendo algún átomo de H.

Ejemplos:

·         NaHCO₃

·         NaH₂PO₄

·         K₂HPO₄

Nomenclatura Sistemática

Se antepone al nombre del oxoanión el prefijo “hidrógeno” o “dihidrógeno”

Ejemplos:

·         NaHCO₃        hidrógeno trioxocarbonato (IV) de sodio (Bicarbonato de Sodio)

·         NaH₂PO₄      dihidrógeno tetraoxofosfato (V) de sodio  (Bifosfato de Sodio), o Dihidrogeno fosfato de Sodio. 

K₂HPO₄          hidrógeno tetraoxofosfato (V) de Potasio. (Bifosfato de Potasio)


Fuente: Informaciones recopiladas por diferentes autores.