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PRÓ LO G O Al dirigirse a e s tu d ia n te s q u e se inician en el e s tu d io de la Q u ím ic a , he p ro c u rad o escrib ir un te x to s im plif icado , q u e , p o r su exposic ión «s is tem ática» , les ayude a ra z o n a r y no re c a rg a r ex ces iv am en te su m e m o r ia . Su fácil lec tu ra y sus precisos c o n ten id o s — tab las , d iag ram as d e fo rm u la c ió n , e jerc ic ios p rá c t ic o s . . .— hacen posib le al lec to r la c o m p re n s ió n de los d iversos tem as p o r sí m ism o. E n su p re p a ra c ió n se b u sc a ro n c o m o o b je t iv o s fu n d a m e n ta le s los re lac io n ad o s a con tinuac ión : — H a c e r llegar al e s tu d ia n te u n a visión c o n c re ta , ex ah us tiva y ac tu a l izad a de la fo rm u lac ió n q u ím ica , p u es la m a y o r ía de los a u to re s de tex to s de Física y Q u ím ic a se lim itan a incluir en és tos unas n o c io n es de fo rm u lac ió n , c ir cuns tanc ia q u e d a al a lu m n o u na visión in co m p le ta , no fac i l i tándose así el a p re n d iz a je de la p ro p ia m a te r ia . — Sim plificar, a p ro fe so re s y a lu m n o s , el t r a b a jo en clase. — A m p l ia r el re d u c id o c a m p o de pub licac iones ex is ten te en a ju s te d e e c u a c iones qu ím icas . Se ha p re te n d id o o f re c e r un m an u a l q u e c o n te n g a los c o n c e p to s necesar ios p a ra la c o m p re n s ió n de la e sc r i tu ra y la lec tu ra de las fó rm u las qu ím icas . P a ra c o n seguir tal fin, se han o m it id o d e l ib e ra d a m e n te a lgunos fu n d a m e n to s c ien tíf icos, su s t i tuyéndo los p o r aqu e llo s recu rsos q ue p u e d a n facilitar la c o m p re n s ió n . E n la exposic ión de los d is tin tos tem a s , se h a d a d o p r io r id a d a la n o m e n c la tu ra y fo rm ulac ión «sis tem áticas» — re c o m e n d a d a s p o r la I U P A C (U n ió n In te rn a c io nal de Q u ím ic a P u ra y A p l ic a d a )— , a u n q u e ta m b ié n se d esa rro l lan las n o rm a t i vas «Stock» y « funcional» , ya q u e el a lu m n o al rea l iza r es tud ios su p e r io re s , aún e n c o n tra rá t ra ta d o s c ien tíf icos escritos en s is tem a func iona l; al m ism o t ie m p o se p re te n d e d a r re sp u e s ta a u n a re i te ra d a p re g u n ta del a lu m n o : « ¿có m o se n o m b r a r ía es te c o m p u e s to de to d a s las fo rm as posib les?» . T a m b ié n a p o r ta el te x to un m é to d o sencillo y rá p id o de a ju s te de ecuac iones qu ím icas po co d ifu n d id o — m é to d o de C o ef ic ien te s m o le c u la re s— , y d esa rro l la en su to ta l id ad un g ran n ú m e ro de a ju s tes p o r el m é to d o del Ió n -e lec tró n . Mi m ás s incero a g ra d e c im ie n to a q u ien es m e h a n e s t im u lad o y a y u d a d o d u ra n te la confección de es ta «guía» de fo rm u lac ión . EL AUTOR 5 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ J TEMA 1. ELEMENTOS 1. INTRODUCCION Desde épocas prehistóricas el hombre ha buscado el origen y natura leza de todo lo que le rodea. Tras una etapa teológica y cosmológica en la Grecia clásica los filósofos especulan sobre el mundo, así, se habla de un principio tangible, que para Thales de Mileto es el agua, para Anaxímenes el aire y para Heráclito el fuego. Poco después, Empédocles nos habla de estos tres principios juntos al que se une la tierra. Los cuatro principios, con sus cuatro cualidades: caliente, frío, seco y húmedo, serían la base de la teoría aceptada por Aristóteles. Poco a poco durante toda la Edad Media los alquimistas van constru yendo las bases del saber de la Química y se van descubriendo los distintos elementos y reacciones hasta llegar a la época actual en la que se conocen 105 elementos de los cuales 15 han sido producidos artificialmente. 2. TABLA DE ELEMENTOS Elemento Símbolo N.° atómico Estado natural* Actinio Ac 89 Aluminio Al 13 Americio Am 95 ................. (a) Antimonio Sb 51 Argón Ar 18 Arsénico As 33 Astato At 85 7 Elemento Símbolo N.° atómico Estado natural* Azufre S 16 Bario Ba 56 Berilio Be 4 Berkelio Bk 97 ................ (a) Bismuto Bi 83 Boro B 5 Bromo Br 35 ............................................................................... 0 ) Cadmio Cd 48 Calcio Ca 20 Californio Cf 98 ................. (a) Carbono C 6 Ce rio Ce 58 Cesio Cs 55 Cinc Zn 30 Cloro C 1 17 ................. (g) Cobalto Co 27 Cobre Cu 29 Cromo Cr 24 Curio Cm 96 ................ (a) Disprosio Dy 66 Einstenio Es 99 ................ (a) Erbio Er 68 Escandio Se 21 Estaño Sn 50 Estroncio Sr 38 Europio Eu 63 Fermio Fm 100 ................ (a) Flúor F 9 ................ (g) Fósforo P 15 Francio Fr 87 Gadolinio Gd 64 Galio Ga 31 Germanio Ge 32 Hafnio Hf 72 Hahnio Ha 105 ................. (a) Helio He 2 w ................. (g) Hidrógeno H 1 ................ (g) Hierro Fe 26 Holmio Ho 67 Indio I n 49 Iodo I -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 53 8 Elemento Símbolo N.“ atómico Estado natural* Iridio Ir 77 Kriptón Kr 36 ................. (g) Kurchatovio Ku 104 ................. (a) Lantano La 57 Lawrencio Lw 103 ................. (a) Litio Li 3 Lutecio Lu 71 Magnesio Mg 12 Manganeso Mn 25 Mendelevio Md 101 ................. (a) Mercurio Hg 80 ........................................ (O Molibdeno Mo 42 Neodimio Nd 60 Neón Ne 10 ................. (g) Neptunio Np 93 ................ (a) Niobio Y T ^ 1 Nb T • 41 nNíquel Ni 28 Nitrógeno N 7 ................. (g) Nobelio No 102 ................. (a) Oro Au 79 Osmio Os 76 Oxígeno O 8 ................. (g) Paladio Pd 46 Plata Ag 47 Platino Pt 78 Plomo Pb 82 Plutonio Pu 94 ................. (a) Polonio Po 84 Potasio K 19 Praseodimio Pr 59 Promecio Pm 61 ................. (a) Protactinio Pa 91 Radio Ra 88 Radón Rn 86 Renio Re 75 Rodio Rh 45 Rubidio Rb 37 Rutenio Ru 44 Samario Sm 62 Selenio Se 34 Silicio Si 14 9 Elemento Símbolo N.° atómico Estado natural* Sodio Na 11 Talio TI 81 Tantalio Ta 73 Tecnecio Te 43 ................. (a) Teluro Te 52 Terbio Tb 65 Titanio Ti 22 Torio Th 90 Tulio Tm 69 Uranio U 92 Vanadio V 23 Wolframio W 74 Xenón Xe 54 ................. (g) Yterbio Yb 70 Ytrio Y 39 Zirconio Zr 40 * Sin notación específica de su estado = sólidos 1 = líquidos g = gaseosos a = obtenidos artificialmente 3. ORIGEN DEL SIMBOLO DE ALGUNOS ELEMENTOS Ag: Argentum (Latín) P: Phosphorus Au: Aurum (Latín) (Portador de luz) Cu: Cuprum (Latín) Pb: Plumbum (Latín) Fe: Ferrum (Latín) S: Sulphurium (Latín) Hg: Hydrargyrum Sb: Stibium (Latín) (Plata líquida) Sn: Stannum (Latín) K: Kalium (Latín) Sr: Stroncium (Latín) Na: Natrium (Latín) 4. CLASIFICACION PERIODICA DE LOS ELEMENTOS En el Sistema Periódico aceptado hoy en día, los elementos están orde nados de izquierda a derecha y de arriba a abajo en orden creciente de su número atómico (n.° de protones). 10 A las líneas verticales se las llama grupos, y en ellas, se encuentran los elementos de propiedades químicas similares e idéntica estructura electró nica en su última capa. Existen 16 grupos, divididos en dos subgrupos A y B (1A, 2A... 8A. IB, 2B... 7B, C e r o ) . Cada línea horizontal constituye un PERÍODO, en ellas, están situados los elementos que tienen el mismo número de capas electrónicas. En total hay 7 períodos (I al VII). El 1 ,er período encuadra 2 elementos ► Muycorto El 2.° y 3.er períodos encuadran 8 elementos ► Cortos El 4 .°y 5.°períodos encuadran 18elem entos------ ► Largos El 6 .° y 7.° períodos encuadran 32 e lem en tos------ ► Muy largos Algunos grupos reciben nombres específicos: 7B (excepto el H) ----------------------------► Halógenos 6B ----------------------------► Anfígenos 5B --------------------------> Nitrogenoideos 4B ----------------------------► Carbonoideos 3B ----------------------------► Tórreos 1A -----------------------------► Metales alcalinos 2A ----------------------------► Metales alcalino-térreos El grupo 8A, está compuesto por tres tríadas de elementos. El hidrógeno no ocupa lugar lógico en el Sistema; tanto si se coloca en el grupo 1 A, como en el 7B (ya que no es ni metal alcalino, ni halógeno). Cada elemento posee un electrón más que el elemento que le precede en su período, a este electrón se le llama D i f e r e n c i a d o r . Nota: Los subgrupos A y B se deben a que únicamente los períodos 2.° y 3.° contienen 8 elemen tos, los cuales determinan los grupos 1 al 7 y el CERO de los Gases Nobles. El 4.° y 5.° períodos contienen 18 elementos, los cuales, para referirlos a los 8 grupos de la tabla, se dividen en un primer subperíodo de 7 elementos (elementos A de los grupos 1 al 7), un grupo de 3 elementos (el 8A), un segundo subperíodo de 7 elementos (elementos B del 1 al 7), y el gas noble final. 11 SI ST EM A PE R IO D IC O * o CVJ * §X * w E oCO 9 § -CVJ 5 Iw o> 2 < ” 2 CO w § ¿ s 1 Xe 54 1 3 1 .3 0 18 -8 CO CM co c a ? o c » 7 B x ^ . o> 8 OÍ u . 2¡ £ - lO — a i £o *> 3 3 ® O) fc. o> ^ OQ 2 CO 1 0 5 CM ^ ców r- IT) c o ^ CM 2 < 5^ 6 B c o co O ” s co t— CD oj- 2 ( / ) c m ° 8 0 ) ® «P ( / ) * CM « 5 • m CM <o H - co CO O <0 O S T Q . S 5 B z 5 *CVJ E -»r^ - o> a s 1 3 3 T- o> < 2 í o je• O CM vn 0 ) " « B i 8 3 2 0 9 .0 0 32 -1 8- 5 4 B c o o o - J • - ” ¿ c o <5 3 0 0 8 ü " i S o C ? , ( /> £ CM 0 0 5 - * 1 s Á 3 B m C^VJ 00• oM T~ **>CD ™ 3 co a> <D* co ^ CVJ 3 CM o 10 ? ? 8 • T- CO C - c¿«■■i oo 2CO co •«r co F ° § co C \J CD < CO < < CD <ID < < CO £ 8 - r «y3 ^ 0 , -I S 3 E p > £ S 1 Ól —J co ° S ^ S 5 * co 3 ° - O 52. *p Z S s g E 8 2 H 8 ^ » «S* TJ w o. s * ® Í5 id 'V u ® ® UJ R o E 8 2 LL g ^ 5 o 8 2 X ^ 8 8 sm c\. <0 2t ® üJ s 8 s U cvj 00 0 5 CNJ. efe O S LO m ^ 8 u S 2 F *" 8 h~ 05 mTí C\J W A m £ 2 8 T3 !n 2 O ^ « 3 05 5? r ' f E 52- 9 O X 2 © CM* Cvj 3 *2 <7 LLI a IT> O) --- c "T 9 E 52- 9 < 5 E 8 2 co *■ á "9 05 srTí CM 3 cm o> 0 . Í3 5 ío E J ? 0l 8¡ 3 CT) R co 9 Q . 52- 9z st Nd 60 14 4, 27 21 -9 -2 3 ^ 8 2 D w ¿ ^ O) o <>-« o> ü- 8 3 _ có 9C0 <N 9 CL 8 ® 52 § S co CM CMIo> 2 A Be 4 9 .0 1 3 2- 2 CM ^ 8 » s s cvj 3 g S * s 3 w 2 / . r - 00 cm C/) c¿ CD 3 ^ (u co co (D ^ £ ° o c o g «o CM <0 CM <D DC £ < 8 8 X ^ c o o 3 —¡ \ «> - ■ J V / (Vi " 8 r o cn¡ t7 CM O CVJ 3 - 8 o í ^ ” s f ^ CO CD J 3 ga 00 O C có « S cm" T </) CO CO O " ® r ^ 00 CO CM 7 i . a ® LL 2 G R U P O O Q O c r tu — = * * co•CVJ > co > CVJ co • _ co > * CVJco• — co > có9CVJ o . © (D ® © © © © N .° c a p a s u n a d o s ... ... ... ... . tr e s cu at ro .. . c in c o se is ... ... ... ... s ie te ... ... ... . z < O < i ' C en d>T3 C 'O d>c 3 C d>en 3 - a 3 C E i - d>•t—l d> - o c '3■4-» C / 3 0) C / 3’éñ d> c '0 )¡ - 03 Q - d )u.■4—*c d> en 03T3 03 u-u d> O c d>en 03 Oco XU> 3 d> T3 O a .cw ' CC/3 fN— veU 13 en 03> • r—* 03 d> u C d ) E o o E wC -oenen WX* ■4-’ ^ c . a § E c'2 § 03 X> en ^ 03 en W2 '03 E03E 3 9- hJ * oao en O "O 3 3 33 C/3o c d) E 13 en jD d> T 3 j- O T 3 03 • *—< d ) C <L)u- d ) T3 C 'O u« d) — d ) 13 3 U» c d )3 O caj <u en d> T 3 Cc *o 13> • f"™*c -D3 en > .3 a .3 d ) — C 3 ’ a ? d>i— a -cn T ¡ 3 " r> en l/"> jD C u E d> ’ q? o Q - . r 3 en j z 3 o = 3 d ) • •—1 u- £ WC3 • d> ^ 3 en en 3 12 5. GENERALIDADES Los átomos al unirse forman moléculas, siendo éste el principio funda mental de la constitución de los cuerpos. La molécula es la parte más pequeña de una sustancia que posee todas las propiedades de ésta. Todo lo que nos rodea en la naturaleza es una mezcla de sustancias, muchas de las cuales se han procurado aislar o purificar con el fin de obte ner de ellas alguna utilidad. En la actualidad, se conocen la mayor parte de las sustancias que pode mos encontrar en el Universo; unas están constituidas por un sólo tipo de átomos, otras, son combinaciones de diversos átomos. A las primeras se les llama sustancias simples y a las segundas compuestas. Tanto en las sustancias compuestas como en las simples, la fórmula no es más que la expresión abreviada de su composición. Estas fórmulas se obtienen experimentalmente a partir de los porcentajes en peso de cada uno de los elementos que las constituyen. Distinguiremos dos clases de fórmulas: las moleculares y las desarro lladas. Las primeras expresan, simplemente, de qué átomos está formada la molécula de la sustancia, mientras que las desarrolladas explican de qué modo están unidos los átomos que la forman. 13 6. VALENCIAS DE LOS ELEMENTOS QUÍMICOS* M e t a l e s Nombre Litio Sodio Potasio Rubido Cesio Plata Berilio Magnesio Calcio Estroncio Bario Radio Cinc Cadmio í Aluminio {Galio í Cobre (Mercurio Oro (Hierro Cobalto Níquel Germanio Estaño Plomo Platino Cromo Manganeso Vanadio Símbolo Li Na K Rb Cs Ag Be Mg Ca Sr Ba Ra Zn Cd Al Ga Cu Hg Au Fe Co Ni Ge Sn Pb Pt Cr Mn V Valencia** 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 1,2 1,2 1.3 2.3 2.3 2.3 2.4 2.4 2.4 2.4 2,3,6 2,3,4,6,7 2 ,3,4,5 * Elemento químico: Es toda sustancia, que no puede descomponerse en otras más senci llas por métodos químicos. * * La valencia de un elemento se define como el número de átomos de hidrógeno, que pue den unirse con un átomo de dicho elemento, o ser sustituidos por él. 14 N O M ETALES* * * * * * * * * * Nombre Símbolo Valencia** Con O ConH Hidrógeno*** Flúor Cloro Bromo Iodo Oxígeno Azufre Selenio Teluro Nitrógeno Fósforo Arsénico Antimonio Bismuto Boro Carbono Silicio * * * * H F C1 Br I O S Se Te N P As Sb Bi B C Si 1 1 1.3.5.7 1.3.5.7 1.3.5.7 2.4.6 2.4.6 2.4.6 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3 2,4 4 1 1 1 1 2,1 2 2 2 3 3 3 3 3 3 4 4 G a s e s n o b l e s Nombre Símbolo Valencia f Helio He Neón Ne c < Argón Ar E Kriptón Kr R Xenón Xe O v Radón- Rn La valencia de los no metales al combinarse con un metal, es la misma que tienen frente al hidrógeno. La valencia de un no metal, se considera negativa si está combinada con metales o hidrógeno (las del cloroy azufre en NaCl, H,S), y positiva, cuando se combina con algún no metal más electronegativo que él. Por ejemplo, las del S y N en SO,, NO, (el oxígeno es más electronegativo). Solamente reseñamos las valencias más frecuentes de cada elemento. La valencia de los no metales con el hidrógeno, es la menor de las que poseen con el oxígeno, a excepción del carbono, que es la mayor. El oxígeno actúa con valencia 1, únicamente en los peróxidos. 15 TEMA 2. FORMULACIÓN Y NOMENCLATURA 1. INTRODUCCION Estableceremos en primer lugar, las diferencias existentes entre los conceptos de formulación y nomenclatura, ya que, por ir íntimamente ligados, se suelen identificar; podemos decir que: Formular: Es escribir en lenguaje químico la composición de una molé cula de cualquier compuesto químico. Para ello se indica el número de áto mos de cada uno de los elementos que componen la molécula, obtenién dose así su fórmula. Ejemplos: Ca 11, k 2cT Nombrar: Es asignar el nombre correcto a la fórmula de un compuesto químico. Ejemplos: Hidruro de calcio (CaH2) Óxido de dipotasio (K,Ó). No todos los compuestos que encuentre el lector existen realmente, pero su interés didáctico nos ha llevado a formularlos. 2. CLASES DE NOMENCLATURAS — Funcional o clásica — Sistemática — Stock Funcional: Recibe este nombre por fundamentar la identificación de los compuestos en la F u n c ió n química que los constituye. Tiende a desa parecer, porque admite bastantes arbitrariedades y su estudio resulta poco racional. 17 Para diferenciar los nombres de los compuestos químicos que forma un mismo elemento, utiliza los prefijos (hipo, per, hiper) y las terminaciones (oso,ico). Si un elemento posee una única valencia, para nombrar el compuesto que forma, se expresa la raíz del nombre del elemento acabada en ico. Para distinguir los compuestos que forma un elemento con: 2 valencias: 1 /' (menor) 2 .a (mayor) Prefijo Terminación oso ► ico - 1.a (menor) ►— oso 3 valencias: | - 2.a (intermedia) ► — ico - 3.a (mayor) -----► per ............. ico 1.a ► hipo oso 4 valencias ) - 2 / - 3 / oso ico - 4.a ► per ico I- 1.a ► hipo ............ oso- 2 .a ► — oso - 3.a ► — ico - 4.a ► per ............ ico - 5.a *■ hiper ............ ico Sistemática: Reconoce las sustancias indicando la proporción de cada uno de sus constituyentes. Las diferencias que existan entre dos compues tos cuyos componentes sean monoatómicos, las refleja por el número de átomos que los constituyen; para ello utiliza los prefijos, mono (1), di (2), tri (3), tetra (4), penta (5), hexa (6)... El prefijo mono se suele omitir, salvo casos excepcionales. El nombre de los compuestos se obtiene al escribir la proporción de sus componentes de derecha a izquierda, excepto en los H lD R Á C lD O S y SALES que se siguen reglas específicas. 1<S Si los constituyentes del compuesto son poliatómicos, los prefijos utili zados son: Bis ► Para reflejar 2 grupos poliatómicos. Tris ► Para reflejar 3 grupos poliatómicos Tetraquis ------► Para reflejar 4 grupos poliatómicos Pentaquis ------► Para reflejar 5 grupos poliatómicos Hexaquis ► Para reflejar 6 grupos poliatómicos Heptaquis ► Para reflejar 7 grupos poliatómicos Stock: Es característico de ella, indicar el nombre genérico del com puesto, a continuación el nombre del elemento que lo forma y, por último, la valencia de éste expresada con números romanos y encerrada en un paréntesis. Se utiliza preferentemente para nombrar compuestos en los que inter vienen metales. Si el elemento que forma el compuesto tiene valencia úni ca, se puede suprimir. La IUPAC (Unión Internacional de Química Pura y Aplicada), reco mienda el uso d e la S i s t e m á t i c a y el olvido de la funcional. Enlaces: Los átomos de los elementos se unen unos a otros porque todos ellos tienen necesidad de captar o ceder electrones. A las uniones que forman los átomos, se les llama enlaces. Al formarse un enlace, siempre hay unos átomos que ceden electrones y otros que los captan (o comparten). Para estudiar la formulación y nomenclatura de los compuestos quími cos, los dividiremos en dos grandes grupos: B IN A RIO S y N o BINARIOS. / Compuestos binarios: V Hidruros A Oxidos Peróxidos Sales haloideas Combinaciones No metal-no metal Metal-metal ( - Oxoácidos Compuestos no binarios: | - Hidróxidos l - Sales 19 3. FORMULACIÓN Compuestos binarios cuya molécula la constituyan: Metal y no metal: Se escribe a la izquierda el símbolo del metal, y a con tinuación el símbolo del no metal; una vez escritos se intercambian sus valencias. Ejemplos: Na,O Fe2°3 Dos no metales: Se intercambian sus valencias, y se escriben de acuerdo con el orden establecido por la IUPAC, que es: M e t a l e s B Si,C B i ,S b ,A s ,P ,N H T e ,S e ,S I ,B r ,C l F Ejemplos: C O , NFf, HCÍ Si las valencias (subíndices) de los elementos que forman un com puesto son múltiplos de algún número entero, se deben simplificar, salvo que se especifique lo contrario. Ejemplos: Ca20 2 = CaO* H 2N A = N 0 3H (hemos dividido por 2).* Diagrama de formulación (Para compuestos binarios) Orden de los elementos Elementos Valencias Intercambio de valencias Simplificación Compuesto * La valencia 1, al simplificar, se suprime TEMA 3. HIDRUROS Son compuestos resultantes de la unión del hidrógeno y cualquier otro elemento. Tipos ( ~~ Metálicos -* formados por hidrógeno y metal l - No m etálicos------► constituidos por hidrógeno y no metal 1. HIDRUROS METALICOS Nomenclatura: Para nombrarlos en cualquier tipo de normativa, se emplea la palabra hidruro acompañada de las características particulares de cada una de ellas. Ejemplos: Sistemática Stock Funcional o vulgar* NaH — ► CaH 2 — ► PbH2 — ► PbH4 - — ► hidruro de sodio o monohidruro de sodio hidruro de calcio o dihidruro de calcio dihidruro de plomo tetrahidruro de plomo hidruro de sodio (I) hidruro de calcio (II) hidruro de plomo (II) hidruro de plomo (IV) hidruro sódico hidruro cálcico hidruro plumboso hidruro plúmbico Si el metal tiene una única valencia (Na, Ca...) los prefijos (mono, di...) se pueden suprimir, ya que no existe posibilidad de confundirlo con un segundo hidruro del metal. * El nombre vulgar (funcional) de un compuesto, es aquél que no se ajusta a un sistema de nomenclatura prefijado, pero que está muy arraigado en el lenguaje químico. Al com puesto fundamental de la naturaleza (H 20 ) todos lo conocemos por su nombre vulgar «AGUA». 21 2. HIDRUROS NO METÁLICOS Hidruros de los grupos (F, Cl, Br, I) y (S, Se, Te): Los grupos de no metales (F, Cl, Br, I) y (S, Se, Te), al combinarse con Fl, dan lugar a com puestos cuyas disoluciones acuosas manifiestan carácter ácido, por lo que a ellos se les denomina H lD R Á C lD O S . Excepcionalmente, la nomenclatura sistemática para nombrarlos le da la terminación uro al no metal, y lo acompaña de la palabra hidrógeno. La funcional cambia la palabra hidruro por ácido, escribiendo después la raíz del nombre del no metal acabado en hídrico. Ejemplos: Sistemática Funcional HC1 H F H 2S H 2Se cloruro de hidrógeno fluoruro de hidrógeno sulfuro de hidrógeno seleniuro de hidrógeno ácido clorhídrico ácido fluorhídrico ácido sulfhídrico ácido selenhídrico Hidruros de los grupos (N, P, As, Sb, Bi) y (C, Si): Según la IUPAC, el FI lo escribiremos a la derecha. La nomenclatura sistemática los nombra de la misma forma que a los hidruros metálicos. Sus nombres funcionales son arbitrarios, no siguen ninguna regla. Ejemplos: Sistemática Stock* Funcional o vulgar n h 3 p h 3 AsH3 SbH3 BiH3 c h 4 s íh 4 trihidruro denitrógeno trihidruro de fósforo trihidruro de arsénico trihidruro de antimonio trihidruro de bismuto tetrahidruro de carbono tetrahidruro de silicio hidruro de nitrógeno (III) hidruro de fósforo (III) hidruro de arsénico (III) hidruro de antimonio (III) hidruro de bismuto (III) hidruro de carbono (IV) hidruro de silicio (IV) amoniaco fosfina o fosfamina arsina o arsenamina estibina o estibamina bismina o bismutina metano silano * Aunque la nomenclatura Stock no es aconsejable para nombrar compuestos en los que no intervienen metales, el escribirla puede servir de ayuda para recordar valencias. 22 Algunos elementos no metálicos pueden enlazarse consigo mismos dando lugar a hidruros más complejos; sus fórmulas no deben simplifi carse. Ejemplos: N2H4 hidrazina (nombre vulgar) P2H4 difosfina (nombre vulgar) Nomenclatura: Se recomienda nombrar a estos hidruros más comple jos indicando el número de átomos del elemento no metálico, seguido de la raíz de su nombre acabada en ano. Ejemplos: Fórmula desarrollada* P2H 4 difosfano H 2S5 pentasulfano Sn2H 6 diestannano H S S S S S H H Sn Sn H 3. EJERCICIOS** I. Formular: t — hidruro de aluminio \ * — tetrahidruro de estaño y ’ — ácido yodhídrico -A — telururo de hidrógeno — hidruro de potasio V H — trihidruro de oro (u H y© dihidruro de platino ' hexahidruro de cromo Cr dihidruro de germanio Ge vj hidruro de oro i\, vt hidruro de plata Cyr. H dihidruro de bario" U y{ * Cada guión representa un enlace; el número de enlaces que forme un elemento, deter minará su valencia en el compuesto. ** Las soluciones a los ejercicios propuestos en este capítulo y los siguientes se encuentran al final del libro. 23 Nombrar: r í f HBr , , f < t - BH, HC1 NH, - H 2S F eH 3 SbH, - FeH, H,Se RbH - P tH4 — ZnH^ H 2Se2 —- s í3h 8 As2H 4 III. Indicar si son verdaderas (V) o falsas (F), las siguientes corresponden cias: — P H 5 -------------- pentahidruro de plomo — HBr -------------- ácido bromhídrico — R aH 2 ------------- hidruro de radio — KH-, -------------- hidruro de potasio — HF ---------------- hidruro de flúor IV. Investiga y completa conocimientos sobre los HIDRUROS: — Representa mediante guiones los enlaces entre átomos de varios hi druros. Indica qué tipos de enlace se presentan en ellos. Describe características generales y peculiares de los hidruros. Localiza industrias de producción de hidruros. Resume algún proceso de obtención de hidruros. Diseña montajes de laboratorio para la obtención de hidruros. 24 PRACTICAS DETECTOR DE HIDROGENO Este aparato se fundamenta en rápidamente que sale el aire del la propiedad que posee el hidró- interior de la misma. En consecuen- geno de ser el gas más ligero de los cia, aumenta la presión en la cáma- conocidos, se difunde a través de un ra, la cual hace subir el mercurio del medio poroso más rápidamente que tubo en U por el brazo que contiene el aire u otro gas cualquiera. los hilos de un circuito de timbre Se utiliza para detectar la pre- eléctrico. Cuando el mercurio esta- sencia de hidrógeno en el aire de blece contacto cerrando el circuito, lugares mal ventilados, tales como se oye una señal de alarma, submarinos o instalaciones indus- El aparato puede regularse de triales donde se obtiene hidrógeno modo que dé la señal para ciertas como subproducto. concentraciones mínimas de hidró- En dichos lugares se corre peli- geno, evitando así posibles explo- gro de que se forme una mezcla siones. explosiva de hidrógeno y aire. Desde un 10 hasta un 65% de El hidrógeno contenido en el hidrógeno en volumen, constituye aire, penetra por las paredes poro- el intervalo de mezclas explosivas sas de la cámara del detector más de hidrógeno y aire. PARED POROSA TIMBRE PILA TUBO DE MERCURIO 25 CLORURO DE HIDRÓGENO: OBTENCIÓN Uno de los métodos más emplea- mientras el matraz se somete a una dos en el laboratorio para preparar llama poco intensa. HC1, consiste en atacar la sal común El cloruro de hidrógeno co cón h 2s o 4 ciéndose la reacción: concentrado, produ- mienza a desprenderse, y puede recogerse disolviéndolo en un poco NaCl + H ,S 0 4 > NaHSO, + H C lt d e a Su a - Como el HC1 es insoluble en el Se deja caer el ácido lentamente H 2S 0 4 concentrado, la reacción no (gota o gota) sobre la sal, de un es reversible, y resulta práctica- embudo de llave o bureta mente completa. h 2s o 4 HCI 1/777//// 2ZZZZZZZ2ZZ3 * Son combinaciones del oxígeno con cualquier otro elemento. Clases* í ~~ Metálicos -► uniones de oxígeno y metal - No metálicos------► formados por oxígeno y no metal 1. ÓXIDOS METÁLICOS Su nomenclatura es similar a la de los hidruros. Ejemplos: Sistemática Stock Funcional k 2o Cu20 CuO FeO Fe20 3 Fe30 4 CaO óxido de dipotasio óxido de dicobre óxido de cobre óxido de hierro trióxido de dihierro óxido de potasio (I) óxido de cobre (I) óxido de cobre (II) óxido de hierro (II) óxido de hierro (III) óxido potásico óxido cuproso óxido cúprico óxido ferroso óxido férrico (óxido ferroso-férrico (magnetita cal viva FeO + Fe :03—►Fe.iOq óxido de calcio 2. ÓXIDOS NO METÁLICOS A muchos de ellos, la nomenclatura funcional los llama anhídridos, pero la IUPAC desaconseja esta denominación. La nomenclatura funcio nal llama anhídridos a aquéllos óxidos a los que sumándoles una molécula de agua, dan como resultado la fórmula molecular de un ácido. 27 Ejemplos: Sistemática Stock Funcional s o 2 s o 3 ci2o ci2o 3 ci2o 5 ci2o 7 La; dióxido de azufre trióxido de azufre óxido de dicloro trióxido de dicloro pentaóxido de dicloro heptaóxido de dicloro s combinaciones del oxígei óxido de azufre (IV) óxido de azufre (VI) óxido de cloro (I) óxido de cloro (III) óxido de cloro (V) óxido de cloro (VII) no con azufre (valencia 2), anhídrido sulfuroso anhídrido sulfúrico anhídrido hipocloroso anhídrido cloroso anhídrido dórico anhídrido perclórico son poco frecuentes. Observaciones en el grupo (F, Cl, Br, I): Entre los óxidos del cloro, es más frecuente encontrar C102 que C120 3. — Por ser el flúor más electronegativo (mayor poder para captar electro nes) que el oxígeno, al nombrar el óxido (OF2) se cambia la termina ción ido por uro (SISTEM ÁTICA): O F2 .... difluoruro de oxígeno. (Forma correcta) F20 .... óxido de flúor. (Forma incorrecta, además de no guardar el orden IUPAC). Ejemplos: Sistemática Stock Funcional n 2o 3 N A c o c o 2 trióxido de dinitrógeno pentaóxido de dinitrógeno monóxido de carbono dióxido de carbono óxido de nitrógeno (III) óxido de nitrógeno (V) óxido de carbono (II) óxido de carbono (IV) anhídrido nitroso anhídrido nítrico óxido carbónico anhídrido carbónico Las bebidas carbónicas, refrescos, gaseosas, sifón, champán, etc., contienen C02 a pre sión superior a la atmosférica. El nitrógeno, con valencias que son poco frecuentes en él (1, 2,4) forma los siguientes óxidos: Sistemática Stock Funcional n 2o NO n o 2 monóxido de dinitrógeno monóxido de nitrógeno dióxido de nitrógeno óxido de nitrógeno (I) óxido de nitrógeno (II) óxido de nitrógeno (IV) óxido nitroso o subóxido de nitrógeno óxido nítrico bióxido de nitrógeno La funcional en algunos casos utiliza los prefijos bi (2), y sub (por debajo del valor normal). 28 tetraóxido de dinitrógeno Aunque son poco usuales, las relaciones de valencia (1-2) y (3-2) del oxígeno con otro elemento, se pueden nombrar con los prefijos hemi (mi tad de oxígeno) y sesqui. N ,0 ................ hemióxido de nitrógeno 0 , 0 ................ hemióxido de cloro N , 0 3 ................ sesquióxido de nitrógeno F e ,0 , ................sesquióxido de hierro El Mn y el Cr a pesar de ser metales, forman algunos óxidos que pue den considerarse como estructura base de algunos ácidos, por lo que hemos creído conveniente exponerlos en este apartado de óxidos no metálicos. Ejemplos: Sistemática Stock Funcional MnO Mn20 ^ M n 0 2 M nOs Mn20 7 CrO Cr20 3 C r 0 3 óxido de manganeso trióxido de dimanganeso dióxido de manganeso trióxido de manganeso heptaóxido de dimanganeso óxido de cromo trióxido de dicromo trióxido de cromo óxido de manganeso (II) óxido de manganeso (III) óxido de manganeso (IV) óxido de manganeso (VI) óxido de manganeso (VII) óxido de cromo (II) óxido de cromo (III) óxido de cromo (VI) óxido manganoso óxido mangánico anhídrido manganoso anhídrido mangánico anhídrido permangánico óxido cromoso óxido crómico anhídrido crómico Observaciones: con con Los elementos (Br, I) forman compuestos similares a los del valencias (1, 3, 5, 7). Los elementos (Se, Te) forman compuestos similares a los del |_S valencias (4, 6). Los elementos (P, As, Sb, Bi) forman compuestos similares a los del |_N con valencias (3, 5). El Si forma compuestos similares a los del [Cj con valencia (4). 29 3. EJERCICIOS I. Formular: — óxido de cesio trióxido de dibismuto óxido de plata pentaóxido de diyodo óxido de radio pentaóxido de dibromo trióxido de teluro heptaóxido de diyodo trióxido de digalio óxido de platino (IV) trióxido de diarsénico óxido de estroncio (II) II. Nombrar - OF, SnO S i0 2 NiO BeO SeO- Li,Ó PbO SeO, SnO Sb20 3 GeO III. Indicar si son verdaderas (V) o falsas (F), las siguientes corresponden cias: H g 0 2 a i 2o 3 Cu2Ó 3 ZnO óxido de mercurio (IV) óxido de aluminio óxido de cromo (III) óxido de cinc (II) IV. Amplía conocimientos: — Resalta con guiones los enlaces entre átomos de varios óxidos Especifica qué tipos de enlace se presentan en ellos. Anota las propiedades generales y peculiares de los óxidos Localiza industrias de producción de óxidos. Sintetiza algún proceso de obtención de óxidos. Disena montajes de laboratorio para la obtención de óxidos 30 PRÁCTICA OBTENCIÓN DE OXÍGENO 1. Método de Lavoisier D urante doce días consecutivos calentó Lavoisier el m ercurio c o lo cado en la retorta, al cabo de ese t iem po vio que el m ercurio estaba cubierto de un p o lvo rojo y, que el aire de la cam pana se había redu cido a los 4/5 del vo lu m en primitivo y ya no era com burente . A l calentar fu ertem en te el polvo rojo de la retorta, ob tu vo de n u evo m ercurio y un vo lum en de gas igual a la d ism inución previa m en te observada en el aire de la cam pana y que dicho gas era tota l m en te com burente . Lavoisier d ed u jo , que este gas p roven ía del aire encerrado en la cam pana que se había com binado con el mercurio de la retorta. L o llam ó O x í g e n o . RETORTA ► MERCURIO CAMPANA COLECTOR DE OXÍGENO CUBETA DE MERCURIO 31 2. Por electrólisis del agua A través de agua, que previa m ente se ha hecho conductora aña d iéndole un p oco de ácido sulfúrico o sosa caústica, se hace pasar una corriente c o n t i n u a que libera o x í gen o en el ánodo e h idrógeno en el cátodo. El volumen obtenido de oxígeno es la mitad del volumen correspon diente de hidrógeno, resultado con cordante con: H2Q ► H, + 1/2 O, óxido de dihidrógeno (A g u a ) Voltámetro de Hofmann para la obtención de oxígeno y de hidrógeno por electrólisis del agua. Y ** • % 32 s Podemos definirlos como óxidos que han captado aún más oxígeno. Se caracterizan por llevar en su molécula el grupo Peroxo ( - 0 - 0 - ) , al cual le quedan dos valencias libres (cada guión representa un enlace) que le permiten dos uniones con otro u otros átomos, por lo que la valencia del oxígeno en estos compuestos es uno. Sus fórmulas no se deben simplificar, para resaltar que se trata de un peróxido. 1. NOMENCLATURA Su nomenclatura funcional se diferencia de la de los óxidos en que debemos anteponer el prefijo per. La sistemática sigue las mismas reglas que en los óxidos. Ejemplos: Sistemática Funcional Fórmula desarrollada* Na20 2 Cu:0 2 C u 0 2 dióxido de disodio dióxido de dicobre [o cobre (I)] dióxido de cobre [o cobre (II)] H A dióxido de dihidrógeno A 1 A hexaóxido de aluminio peróxido sódico peróxido cuproso peróxido cúprico peróxido de hidrógeno o agua oxigenada ([H 20 + l / 2 0 2 = H 20 2] peróxido de aluminio Na Cu H Al — o - o - Na — o - - o - — Cu é o o - - H / O - - 0 \ — o - - o '"‘Al ^ o - - o - ' * Representamos la fórmula desarrollada, como ayuda para comprender la estructura de estos compuestos. 33 Los peróxidos deben llevar grupos Peroxos completos; así por e jem plo, el peróxido de aluminio (ver ejemplo en la página anterior) no sería A 103 por incluir un número impar de oxígenos.* 2. EJERCICIOS I. Formular: — dióxido de mercurio (I) — dióxido de mercurio (II) — hexaóxido de cromo (III) — peróxido férrico — los peróxidos del oro — dióxido de bario dióxido de cobalto peróxido de galio dióxido de cromo (II) peróxido estánnico peróxido estannoso los peróxidos del vanadio II. Nombrar: — Li20 2 — CaO, — Cs70 , P t 0 4 — Rb20 2 — V2O l(1 BeO, — M n 0 4 — COoO(, Ni2Ó"6 — GeO, — PbÓ4 * El grupo peroxo realmente es el IÓN (O; ). El concepto de ión será estudiado más ade lante (tema 7). Aunque aún no hemos hablado de iones, queremos hacer constar la existencia de combi naciones entre iones metálicos y los iones O 2 y O j ; a las primeras se las conoce vulgar mente por hiperóxidos y a las segundas por ozónidos. Ejemplos: Sistemática Funcional A g+ + O 7 - -----> A g 0 2 dióxido de plata hiperóxido de plata Au3+ + 3 0 ; -----► A u0 6 hexaóxido de oro hiperóxido aúrico Li+ + O 7 — ► l í o 3 trióxido de litio ozónido de litio Hg2+ + 207 — > HgOó hexaóxido de mercurio ozónido mercúrico 34 — Refleja con pequeños trazos los enlaces entre átomos de varios róxidos. III. Investiga y completa conocimientos: Señala los tipos de enlace que se presentan en ellos. Reseña características generales y singulares de los peróxidos. Utilidad industrial de los peróxidos. Resume algún proceso de obtención de peróxidos. Diseña montajes de laboratorio para la obtención de peróxidos. PRÁCTICA EL AGUA OXIGENADA Es un compuesto muy inestable que se descompone según la reac ción: H20 2 —► H ,0 + 1/2 0 2 + 23,8 Kcal Las partículas de polvo y la luz aceleran catalíticamente la veloci dad de descomposición. Sus disolu ciones concentradas y el líquido anhidro, se envasan en frascos con las paredes interiores revestidas de parafina para impedir que se disuel va el vidrio, puesto que el agua oxi genada ataca el vidrio algo más in tensamente que el agua y al volver se el líquido alcalino, la descompo sición del peróxido de hidrógeno tendría lugar con mayor rapidez. Como catalizadores negativos — estabilizantes— de sus disolucio nes se utilizan alcohol, éter, áci dos, etc. La concentración de las disolu ciones de agua oxigenada se suele expresar en VOLÚMENES; nos indi can los volúmenes de oxígeno que pueden obtenerse en la descompo sición de 1 volumen de la disolu ción. Así por ejemplo, un agua oxi genada de 10 volúmenes, contiene 3% de oxígeno. Para reconocer la presencia de peróxido de hidrógeno en una diso lución; se añade un poco de H, C r 0 4 a la disolución, y si aparece cierta coloración azul, el resultado es positivo. La estructura espacial del peró xido de hidrógeno no es plana, podemos representarla imaginando los átomosde oxígeno situados en el lomo de un estuche o caja y los átomos de hidrógeno en las cubier tas abiertas 106°; siendo la abertura entre enlaces de 100°. 36 TEMA 6. COMPUESTOS BINARIOS SIN H Y SIN O Forman este grupo de com p u estos , las S a l e s H a l o i d e a s (un iones metal-no metal) y las COMBINACIONES: a) No metal-no metal; b) Metal- metal. 1. METAL-NO METAL Podemos considerarlas resultantes de sustituir los hidrógenos de los hidruros no metálicos con características ácidas (hidrácidos), por metales (es decir como sales S im p l e s ). Para nombrar estos compuestos se indica la raíz del nombre del no metal, acabada en uro, seguida del nombre del metal. Ejemplos: Sistemática Stock Funcional NaCl cloruro de sodio cloruro de sodio (I) cloruro sódico o sal común AuBr bromuro de oro bromuro de oro (I) bromuro auroso AuBr3 tribromuro de oro bromuro de oro (III) bromuro aúrico K2S sulfuro de dipotasio sulfuro de potasio (I) sulfuro potásico CaC2 dicarburo de calcio carburo de calcio (II) carburo cálcico Obtención del carburo de calcio F ó r m u la d e s a rro l la d a ! \ / |CaO -f 3C —► CaC2 + CO Ca' 37 2. NO METAL-NO METAL Se pueden considerar resultantes de sustituir los hidrógenos de los hidruros no metálicos con características ácidas (hidrácidos), por no me tales. Para nombrarlos, se da la terminación uro, al no metal situado a la derecha de acuerdo con el orden IUPAC (el más electronegativo). Ejemplos: * Sistemática Stock BrCl IBr, s f 4 As2Te3 cloruro de bromo pentabromuro de yodo tetrafluoruro de azufre n iletururo do diarsonioo cloruro de bromo (I) bromuro de yodo (V) fluoruro de azufre (IV) telururo de arsénico (III) 3. METAL-METAL Para formular estas combinaciones, se escriben los elementos por orden alfabético de acuerdo con sus símbolos. Las valencias de los metales que intervienen, no se corresponden con los valores estudiados en nuestra tabla. En las fórmulas se puede alterar el orden alfabético, para dar énfasis al carácter iónico de algún componente. Al elemento que se nombra en primer lugar se le da la terminación uro. Ejemplos: Sistemática AlCo Ag,Al AgCd, aluminiuro de cobalto aluminiuro de triplata tricadmiuro de plata * En algunas de estas combinaciones puede parecer que los no metales intervienen con valencias poco frecuentes, pero esto es debido a que el no metal situado a la izquierda (el menos electronegativo) está unido consigo mismo, como se ve en la representación de la fórmula desarrollada: Ejemplo: \ /P2F4 tetrafluoruro de difósforo fluoruro de fósforo (III) P — P (Sistemática) (Stock) F "^F 38 4. EJERCICIOS I. Formular: — sulfuro de diplata — cloruro de litio — cloruro de níquel (III) — diyoduro de selenio — triyoduro de galio — sulfuro de germanio — trisulfuro de dihierro — dibromuro de estroncio — difosfuro de triníquel — disulfuro de germanio — bromuro de yodo (I) — seleniuro de teluro II. Nombrar: — P2S5 — SiF4 — NI, — AuBa — FeL — BiCl5 — AgCl — RbCl III. Amplía conocimientos: — Representa con guiones los enlaces entre átomos de varias combinacio nes no metal-no metal. Especifica qué tipos de enlace has encontrado en las representaciones anteriores. D escribe prop iedades generales y peculiares de las S a l e s H a l o i d e a s y las com binaciones m etal-m etal. Localiza industrias de producción de los componentes estudiados en este apartado. ¿Cómo obtendrías compuestos binarios sin H y sin O? B^Se, SI2 ZnTe FeS 39 TEMA 7. IONES 1. INTRODUCCION Para poder comprender el concepto de ion, debemos recordar previa mente dos cosas: a) Los gases nobles se caracterizan por ser químicamente inactivos; no reaccionan con ningún elemento, esta cualidad se debe a que todos ellos poseen 8 electrones en la capa externa de su estructura electróni ca, excepto el He que tiene 2. b) Todos los átomos son eléctricamente neutros, ya que poseen igual número de protones (cargas positivas) que de electrones (cargas eléctri cas negativas), pero a pesar de ello, por tendencia natural intentan que dar inactivos, estado que logran cuando su última capa contiene 8 elec trones, igual que los gases nobles. Un átomo podrá conseguir 8 electrones en su capa exterior de alguna de estas dos formas: I. Perdiendo todos los electrones de su última capa, para que la penúltima que contiene 8 , pase a ser la última. Así dejará de ser neutro y quedará cargado positivamente, recibiendo ahora el nombre de IÓN; indicaremos este estado con el signo (+ ) Ejemplo: IÓN sodio: N af 41 El átomo de Na al perder el electrón de su tercera capa, consigue inac tividad, siendo ahora la 2 .a capa la exterior (con 8 electrones). II. Tomando los electrones necesarios para completar 8 electrones en su última capa. De esta forma pierde su neutralidad, quedando cargado negativamente, y recibiendo el nombre de IÓN; estado que reflejamos con el signo ( —). Ejemplos: Átomo de oxígeno: O 1.a capa 2 e2 .a capa 6 e IÓN oxígeno: O (oión óxido) 1.a capa 2 e 2 .a capa 8 e El átomo de oxígeno al captar 2 electrones para su última capa, queda inactivo, ya que ésta contiene 8 electrones. La carga de los ion es (que es al m ism o tiem po su V a l e n c i a ), se expresa de la siguiente forma: o ; siendo En símbolo del átomo (o grupo de átomos) número de electrones perdidos o ganados Si «n» es igual a uno, sólo se escribe el signo ( + ) o ( —). Podemos por tanto definir los IONES como: A Atomos (o grupos de átomos) que han ganado o perdido electrones, por lo que están cargados eléctricamente. A los iones positivos se les llama C a t i o n e s y a los negativos A n i o n e s . 2. CATIONES Dependiendo del número de átomos que los constituyan, se clasifican en: — monoatómicos — poliatómicos Cationes monoatómicos: Se nombran con la palabra ión (o catión), seguido del nombre del elemento que los originó. Si un átomo puede dar lugar a más de un catión, deberemos indicar con notación Stock el número de electrones ganados o perdidos en cada caso. 42 Ejemplos: Sistemática Funcional* K + Co2 + Co3 + H 4 ión potasio ión cobalto (II) ión cobalto (III) ión hidrógeno ión potásico ión cobaltoso ión cobáltico ,1 • «ií• • 1 , ■ i**,, —til*’<• V*Vi'’• \V • • i . i ■ ■ ’V 1 , '/A i• ■ •! • ión hidrógeno (o protón) La mayor parte de los cationes monoatómicos proceden de elementos metálicos (los metales tienden a ceder electrones en número igual a su valencia), pero algunos de ellos también pueden proceder de un no metal, en cuyo caso, la IU PA C aconseja usar la palabra C a t i ó n para resaltar su origen. Ejemplo: Cl+ ............ catión cloro Cationes poliatómicos: Podemos distinguir dos tipos: a) Que contengan oxígeno. Para nombrarlos escribiremos el vocablo IÓN (o catión), a continua ción el número de átomos de cada uno de los elementos que lo forman, y por último se expresa con notación Stock la valencia del átomo caracterís tico del ión (el que acompaña al oxígeno). Para hacer referencia al oxígeno se emplea el vocablo O xo . Ejemplos: Átomo característico Sistemática CrO’* s 2o r Cr S ión dioxocromo (VI) catión pentaoxodiazufre (VI ) Para determinar la valencia del átomo característico (n.° de electrones cedidos), debemos tener en cuenta dos cosas: — Cada átomo de oxígeno necesita captar 2 electrones para completar su última capa. — El átomo característico cederá un número de electrones igual a los que necesite el oxígeno, más los de la carga del ión. * La nomenclatura funcional, utiliza las terminaciones oso e ico para distinguirlos. 43 Aplicación. CrO i* S2Oi2 + Electrones que aporta el C r necesarios al oxígeno. . 2 - 2 = 4 carga del ión ................. + 2 Total 6 valencia del Cr = VI Electrones que aportan los dos azufres necesarios al oxígeno carga del ión ............. valencia del S = 12 2 VI . 5 • 2 = 10 + 2 Total 12 Bastantes iones que contienen oxígeno se conocen por su nombre vul gar, éste resulta de dar la terminación ilo al nombre del átomo característi co. Estos nombres están aceptados provisionalmente por la IUPAC. Ejemplos: Nombre vulgar * Atomo característico Valencia c o 2+ ión carbonilo C IV c i o + ión clorosilo C1 III c \ o +2 ión clorilo C1 V c io + ión perclorilo C1 VII Si un ión resulta de sustituir en otro algunos átomos de oxígeno por áto mos de azufre, se antepone al nombre del primitivo ión, el prefijo tio. Ejemplo: A partir del C 0 2+ obtenemos: CS2+ ión tiocarbonilo. Si el sustituyente del oxígeno es el selenio, se antepone el prefijo seleno: CSe2+ ............... ión selenocarbonilo. b) Resultantes de adicionar protones a aniones monoatómicos. La adición se hace en número suficiente para que el ión resultante no sea eléctricamente neutro. Para nombrarlos, se indica la raíz del nombre del anión acabada en onio. S2~ + 3 H + ------► H3S+: iónsulfonio P3_ + 4 H + ------► PH+: iónfosfonio H 20 + H + ------► H30 +: ión oxonio (o hidronio) 44 El orden de colocación de los elementos es el aconsejado por la IUPAC. El vocablo HlDRONlO se debe usar para hidrataciones indefinidas del protón ( H +), pero no como nombre del H 30 + , resultante de la monohidra- tación del protón. IEste ión conserva su nombre vulgar, ya que realmente debería llamarse nitronio. 3. ANIONES También se clasifican en: — monoatómicos — poliatómicos Aniones monoatómicos: Se nombran con el vocablo ión, seguido de la raíz del elemento que lo forma acabada en uro. La carga del ión es la valen cia con que actúa el elemento frente al hidrógeno. Ejemplos ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ Sistemática F- ión fluoruro c r ión cloruro s : ión sulfuro Se2- iónseleniuro N3- ión nitruro p 3 - ión fosfuro H ” ión hidruro c 4- ión carburo Aniones poliatómicos: En estos aniones, al átomo característico se le considera unido a otros átomos llamados ligandos. Para nombrarlos se escriben en primer lugar los nombres de los ligan- dos acabados en «o», a continuación el del átomo característico termina do en ato, y por último, se expresa en notación Stock la valencia de este átomo. 45 Las referencias al o x íg en o y al azufre se resaltan con las palabras Oxo y T ío . Ejemplos: Átomo característico Sistemática CIO, C1 ión trioxoclorato (V) M n 0 4 Mn ión tetraoxomanganato (VII) p s ' - P ión tetratiofosfato (V) s2o?- S ión heptaoxodisulfato (VI) s o 3f - S ión trioxofluorosulfato (VI) • El átomo característico es el escrito a la izquierda. Para deducir la valencia del átomo característico (n.° electrones cedi dos), tendremos en cuenta 3 cosas: — Cada átomo de oxígeno necesita captar 2 electrones. — El átomo característico debe ceder un número de electrones igual a los que necesite el oxígeno, menos los de la carga del ión. — El captador de electrones siempre será el átomo más electronegativo. Así, en aquellos iones en que el azufre ha sustituido al oxígeno, será el azufre el que capte electrones. Excepción: Por ser el flúor un elemento aún más electronegativo que el oxígeno, en aquellos iones en los que forme parte, el átomo característico deberá ceder también los electrones que el flúor necesite. Aplicación: necesario al oxígeno ... 3 • 2 = 6 carga del ión ................. — 1 Total 5 valencia del C1 = V | necesarios al azufre .... 4 • 2 = 8 carga del ión ................. — 3 Total 5 valencia del P = V | necesarios al oxígeno .. 7 • 2 = 14 carga del ión ................. - 2 Total 12 valencia del S = 12 2 - VI 2 2- Electrones que 7 * aportan los 2 azufres PS13- Electronesque aporta el P ^ Electrones que u ° 3 —► aporta el C1 46 Excepción: s o 3f Electrones que aporta el S necesarios al oxígeno 3 necesarios al flúor ...... carga del ión ................ 2 valencia del S = VI 6 1 1 6 Los nombres sistemáticos por resultar un poco complejos se suelen simplificar; por ello, se omite el número de átomos de los ligandos y la valencia del átomo característico. En caso contrario, se originarían confu siones: Ejemplos: Al ión tetraoxosulfato (VI) [SOj ] se le puede llamar ión sulfato (VI) Al ión trioxocarbonato (IV) [CO3 ] se le puede llamar ión carbonato Al ión trioxosulfato (IV) [SO3 ] se le puede llamar ión sulfato (IV) 4. NOMBRES FUNCIONALES (VULGARES) También son frecuentes los nombres vulgares en algunos aniones; en ellos, para indicar la proporción de oxígeno se utilizan los prefijos hipo (menor) y per (mayor), y las terminaciones ito (menor) y ato (mayor). En un mismo ión se puede incluir un prefijo y una terminación, escri biendo entonces: hipo ......... ito (mínimo) per .......... ato (máximo) Ejemplos: Funcional Átomo característico Valencia Sistemática CIO- ión hipoclorito Cl (i) ión monoxoclorato (I) CIO, ión clorito Cl (n i) ión dioxoclorato (III) c í o . ión clorato Cl (V) ión trioxoclorato (V) C1O 4 ión perclorato Cl (VII) ión tetraoxoclorato (VII) Si el átomo característico actúa con igual valencia en dos aniones, para distinguir sus nombres vulgares se utilizan prefijos que reflejan la propor ción de oxígeno: meta (menor) y orto (mayor). 47 Funcional Átomo característico Valencia SiOf ión metasilicato Si IV S i O f ión ortosilicato Si IV Para denotar que el ión porta dos átomos del elemento característico, se utiliza el prefijo di (o piro). P,0 )- ............. ión difosfato (o pirofosfato) También se puede cambiar la terminación ato por ito cuando se quiera expresar una menor proporción de oxígeno. SOj~ .............. ión sulfito SO 2^ ............. ión sulfato N O ; .............. ión nitrito N O ¡ ión nitrato Excepciones: A algunos iones poliatómicos, excepcionalmente, también se les da la terminación uro, como a los monoatómicos. 1^ ......... ióntriyoduro S; ......... ión disulfuro NHí^ ......... iónamiduro CN~ ......... ión cianuro C\ ......... ión acetiluro H F ; ......... ión hidrogenodifluoruro 5. IONES DERIVADOS DEL OXÍGENO A los iones que derivan del oxígeno se les da la terminación ido. HO~ ......... ión hidróxido* Oí ......... ión peróxido O ; ......... ión hiperóxido Oy ......... ión ozónido O 2- ......... ión óxido * No es correcto llamar al ión (H O - ) hidroxilo — nombre de uso frecuente— , ya que este nombre se debe usar para referirnos al (HO) neutro o al catión (H O +). Aunque según la IU PA C el ión hidróxido debe escribirse como ( H O ) , también se puede admitir su orden inverso (O H - ). 48 Para finalizar el estudio de iones, creemos oportuno dar el nombre de algunos iones ciertamente complejos y que al lector le pueden ser de utili dad: CNS- ión sulfocianuro - Fe(CN)¿- ión ferricianuro - Fe(CN)J- ión ferrocianuro CNO~ ión cianato — S3OI- ión tritionato $2^6 ión ditionato — H O 2 ión hidrogenoperóxido — WOJ- ión tungstato N O O 2 ión peroxonitrito — c 2o 24 * ión oxalato — h c 2o ¡ * bioxalato, oxalato ácido 0 hidrógeno oxalato - c 4h 4o s - ión tartrato - C2H 302* ión acetato SbHÍ ión estibonio (excepción en la nomenclatura por acabar el nombre del elemento en onio) * Proceden de compuestos orgánicos. 6. TABLA DE ANIONES POLIATOMICOS Sólo incluimos aquellos aniones que es necesario conocer perfecta mente por originar los oxoácidos y las sales más corrientes. A losaniones se los puede considerar procedentes de moléculas de oxoácidos que han perdido protones. Por ejemplo: — H + HCIO3 --------- ► CIO 3 [ión trioxoclorato (V)] * * —2H + H 2C 0 3 ►COíí [ión trioxocarbonato (IV)] -3 H + H 3P 0 4 -------—►PO^ [ión tetraoxofosfato (V)] * * El valor de la carga negativa de los iones es igual al número de protones que pierde cada oxoácido, ya que proceden de compuestos neutros. 49 Todos los elementos situados en una misma columna de la tabla forman el mismo tipo de aniones, excepto los encuadrados como particulares. Con el fin de no recargar la tabla, sólo se reflejan los formados por el elemento que se cita en primer lugar. Frecuentes* Cl,Br, I S, Se Te N P As Sb Si, C B Mn,Cr Múlti ples c i o - c i o ¡ CIO; CIO; SO2- SO; N O ; N O ; P O ; P2Oj- p o r P O ; p2o r POj- A sO ; A^Oj- A sO 2- AsOj SbO ; Sb2Oj SbQ3- SiOj- BOT M n 0 4- s 2o r Cr2O r P30?; Parti culares i o r SiOj- B O ; Mn0 4 Poco frecuentes* Cl,Br,I S, Se Te N P As Sb Si, C u13 Mn,Cr Múlti ples Particular i o í " SO;- T eO 2- TeO 2- N O 2 n 2o > P H O 2- PH 20 ; SbO ; s 2o 2- s 2o r s 2o 2- p2° ; Aunque menos frecuentes, vamos a estudiar ahora, aniones proceden tes de oxoácidos que no han perdido todos sus hidrógenos. Esto se debe a que no dejan libres con igual facilidad a todos ellos. H 2c o 3 H C 03 ión trioxocarbonato (IV) de hidrógeno ión carbonato ácido 0 ión h 2s o 4 H S04 ión tetraoxosulfato (VI) de hidrógeno bicarbonato ión sulfato ácido h 2s ° 3 H S03 ión trioxosulfato (VI) de hidrógeno 0 ión bisulfato iónsulfito ácido + 4 X1 0 ión bisulfito h 3p o 4 h 2p o ¡ ión tetraoxofosfato (V) de hidrógeno ión fosfato diácido * También existen otras combinaciones de estos elementos con el oxígeno, pero unas dan como resultado oxoácidos y otras no. 50 Por último, vamos a exponer los aniones que resultan de algunas bases D é b i l e s , que en ocasiones se disocian como ácidos ( A n f o t e r o s ) . Ejemplos: Sistemática Funcional Al(OH), ------► A lO ; + H , 0 + Zn(O H ), ------► ZnO¡~ + 2 H + Sn(OH), ------► SnO?" + 2H + Sn(OH )4 ------► SnOj- 4- 4H + A IO 2 ZnO¡~ SnO¡~ SnO¡- ión dioxoaluminato ión dioxocincato ión dioxoestannato ión tetraoxoestannato ión aluminato ión cincato ión estannito ión estannato 7. EJERCICIOS I. Formular: ión manganeso (II) ión tiocarbonilo ión cloronio Cationes ión dioxoselenio (VI) ión fluorosilo ión calcio ion cinc ión cromo (III) ión arsonio II. Nombrar Br+ N O + H,Se+ 3 +Al n o : Cu2+ SbO+ H,Br+ BÓ+ Aniones III. Formular: ión disulfito ión bromuro ión trioxoborato ión plumbito ión dioxofosfato (III) ión arseniuro ón aluminato ón plumbato ón tetraoxoestannato (IV) ón telururo ón tiosulfito ón cincato IV. Nombrar: B3 - SeO2" CrO2 HS P20 ) s b 2- s 2o r C r ,0 2" B rÓ : ASO4 M nO : H C O ; . . . X . * V AV •> \* 51 V. Deduce la valencia del átomo característico de los iones poliatómicos encuadrados en los apartados (II) y (IV). VI. Investiga y completa conocimientos: — Refleja con trazos los enlaces entre átomos de iones poliatómicos. — Especifica qué clases de enlaces has encontrado en los iones. 52 TEMA 8. OXOÁCIDOS Compuestos formados por oxígeno, hidrógeno, y no metal. El lugar del no metal puede ser ocupado por metales de transición cuando éstos se combinan con un gran número de oxígenos (sus máximas valencias). El Mn, Cr y V principalmente, a pesar de ser metales (de transición) generan oxoácidos. 1. NOMENCLATURA El nombre sistemático resulta al indicar el del ión poliatómico que ori gina el oxoácido, seguido del vocablo hidrógeno. El no recordar la funcional, implicaría el olvido de nombres aún muy familiares en el campo de la Química. La Stock no resulta tan sencilla como en los compuestos binarios, por lo que creemos conveniente omitirla para no recargar excesivamente la memoria. 2. FORMULACIÓN Para obtener la fórmula de un oxoácido, adicionaremos H + y en algu nos de ellos también agua, a la composición del ión que lo genere. La funcional obtiene los oxoácidos como combinaciones de anhídridos con agua, pero este proceso carece de rigor científico, puesto que real mente resultan de combinaciones entre aniones y cationes. En la obtención de oxoácidos se nos pueden presentar los casos que a continuación se describen: 53 I . Q u e el elemento característico del oxoácido (no metal o metal de tran sición); genere un sólo compuesto con cada una de sus valencias frente al oxígeno. Reúnen esta condición: Cl, Br, I* S ,S e ,T e N, C C r y M n Reglas que segu irem os en el diagrama de F o r m u l a c i ó n : — El número de oxígenos multiplicado por su valencia, debe superar la valencia del elemento característico. — La carga del ión, será la valencia del elemento característico menos el resultado del producto anterior. Es siempre negativa. — Sumaremos tantos (FE) como cargas tenga el ión; así el oxoácido resul tante será neutro (estable). ORDEN DE COLOCACIÓN Componentes S O S O c: O Cr O Cl O Cl O Valencias 6 2 4 2 4 2 6 2 1 2 3 2 Número de oxígenos 4(4*2 = 8 ) 3(3*2= 6 ) 3(3*2= 6 ) 4(4*2= 8 ) 1 ( 1 *2 = 2 ) 2(2*2= 4) Ión 1 (N Tf oC/D s o r 1 fN CO Oo n 0 1 c i o - c i o 2 Suma deH + 2H+ + SOj- 2H+ + SO2" 2H++ CO2- 2H+ + CrO2" H+ + C1CT H+ + CIO; Oxoácidos h ,s o 4 H2S 0 3 h 2c o 3 H2Cr04 HCIO HC102 Ejemplos: Sistemática Funcional h 2s o 4 tetraoxosulfato (VI) de hidrógeno ácido sulfúrico h 2s o 3 trioxosulfato (IV) de hidrógeno ácido sulfuroso h 2c o 3 trioxocarbonato (IV) de hidrógeno ácido carbónico H 2C r 0 4 tetraoxocromato (VI) de hidrógeno ácido crómico HCIO oxoclorato (I) de hidrógeno ácido hipocloroso h c i o 2 dioxoclorato (III) de hidrógeno ácido cloroso h c i o 3 trioxoclorato (V) de hidrógeno ácido dórico h c i o 4 tetraoxoclorato (VII) de hidrógeno ácido perclórico h n o 3 trioxonitrato (V) de hidrógeno ácido nítrico h n o 2 dioxonitrato (III) de hidrógeno ácido nitroso H 2M n 0 3 trioxomanganato (IV) de hidrógeno ácido manganoso H 2M n 0 4 tetraoxo manganato (VI) de hidrógeno ácido mangánico H M nO , tetraoxo manganato (VII) de hidrógeno ácido permangánico * El flúor sólo forma una combinación con el oxígeno (F = valencia l ) ,p o r lo q u esó lo o r i - gina un oxoácido. El yodo, excepcionalmente no forma HIO,, sin embargo genera HsIOft. 54 II. Elementos que den lugar a 2 oxoácidos con una de sus valencias frente al oxígeno. Uno de los oxoácidos será el simple, y el segundo, el hidra tado del primero. Incluiremos en este apartado, Si y B. Las reglas de construcción del diagrama de formación, son las mismas del apartado (I). Oxoácido hidratado h 2s í o 3 + h 2o = h 4s í o 4 La nomenclatura funcional para distinguir estos oxoácidos, utiliza los prefijos meta (mínimo de agua) y orto (máximo de agua). Ejemplos: Sistemática Funcional h 2s í o 3 h 4s í o 4 trioxosilicato (IV) de hidrógeno tetraoxosilicato (IV) de hidrógeno ácido metasilícico ácido ortosilícico h b o 2 h 3b o 3 simple: dioxoborato (III) de hidrógeno hidratado: trioxoborato (III) de hidrógeno ácido metabórico ácido bórico u ortobórico III. Elementos que generan 3 oxoácidos con sólo una de sus valencias frente al oxígeno. Uno de ellos será el simple, el segundo será el hidratado del primero, y el tercero (doble), es resultado de la unión de 2 moléculas del hidra tado restándole una molécula de agua. Poseen esta singularidad P, As, Sb y V. Las reglas del diagrama de L o r m u l a c i Ó n son las del apartado (I). La nomenclatura funcional diferencia los 3 compuestos por medio de los prefijos meta (mínimo), piro (intermedio), y orto(máximo). Componentes Si O Valencia 4 2 Número de oxígenos 3(3 • 2 = 6) Ión SiC>2- Suma de H+ 2H + + S iO , ' Oxoácido simple h 2s í o 3 55 Oxoácido hidratado h p o 3 + h 2o — h 3p o 4 Oxoácido doble* 2 [H3POJ = H6P2Os H4P20 7 Ejemplos: Sistemática Funcional h p o 3 h 4p2o 7 h 3p o 4 trioxofosfato (V) de hidrógeno heptaoxodifosfato (V) de hidrógeno tetraoxofosfato (V) de hidrógeno ácido metafosfórico ácido pirofosfórico o difosfórico ácido ortofosfórico Observaciones: Con valencia (3), el «P» forma compuestos análogos al fósforo valencia (5); en nomenclatura funcional acabarán en oso. Los elementos (P, As y Sb) pueden presentar valencias (1,7) con el oxígeno. Algunos autores suprimen el prefijo orto (funcional), denominando por ejemplo, a los ácidos ortofosfórico y ortofosforoso, simplemente fosfórico y fosforoso. 3. OTRAS CLASES DE ACIDOS Oxoácidos múltiples Son oxoácidos que poseen en su molécula más de un átomo del ele mento característico. * Este es el proceso de obtención de los oxoácidos múltiples. Componentes P O Valencia 5 2 Número de oxígenos 3(3 • 2 = 6 ) Ión p o ; Suma H+ H + + POf" Oxoácido simple HPO3 56 Resultan por unión de varias moléculas de oxoácidos, a las que se quita una molécula de agua por cada unión. Para diferenciarlos, la funcional utiliza los prefijos di (o piro), tri, tetra, etc. Ejemplos: Sistemática Funcional I T Q 2 [H2SO4 ] - H 4S2O 8 ---- -► H 2S2O 7 n n 2[H 2C r 0 4] = H4Cr20 8 — —*■ H 2G-2O7 3 [H3P 0 4] - H 9P3O 12 ~ 2H'C¿ H5P3O 10 jheptaoxodisulfato (VI) (de hidrógeno íheptaoxodicromato (VI) (de hidrógeno (decaoxotrifosfato (V) (de hidrógeno í ácido disulfúrico (0 ácido pirosulfúrico (ácido dicrómico (0 ácido pirocrómico ácido trifosfórico La IUPAC, desaconseja el uso del prefijo piro para nombrar esta clase de ácidos. Tioácidos Son compuestos que resultan de sustituir alguno de los oxígenos de los oxoácidos por azufre. Son conocidos por su nombre funcional, que se obtiene anteponiendo tio al nombre del oxoácido. H 2S 0 4 (sustituimos 1 oxígeno por 1 azufre) ------► H 2S 0 3S = H 2S20 3 ácido tiosulfúrico H 2S 0 3 (sustituimos 1 oxígeno por 1 azufre) ------► H,SO,S = H 2S20 2 ácido tiosulfuroso Acidos con carbono y nitrógeno Es característico de ellos contener en su molécula C y N enlazados entre sí; para comprender mejor su estructura, representamos su fórmula desarrollada. Se nombran como hidrácidos formados por el ión cianuro (CN-). Sistemática Funcional Fórmula desarrollada HCN cianuro de hidrógeno ácido cianhídrico H - C = N HOCN cianuro-oxo de hidrógeno ácido ciánico H - O - C = N 57 4. ÁCIDOS FUNDAMENTALES* Entre el gran número de ácidos que se pueden formular, hemos selec cionado aquellos cuyas fórmulas y nombres debemos retener en memoria por ser los más empleados en Química. Como ejercicio, sugerimos al lector que escriba el nombre de cada uno de estos compuestos: Sistemática Funcional (H C l I HBr I h i H 2S HCN h 2c o 3 í h n o 2 I h n o 3 H 3P0 4 j h 2s o 3 [ h 2s o 4 h c i o 3 H M n0 4 * La nomenclatura funcional considera a los oxoácidos como combinaciones de anhídridos con el agua: s o 3 + h 2o — ► h :s o 4, c o 2 + h 2o — ► h 2c o 3, C IO + HX> ------► H X T O , = H C L O También por adición de agua, y a partir del H I04 (ácido peryódico o metaperyódico) se explica la formación de: H I04 + H20 ----- ► H3I 0 5 ácido piroperyódico o mesoperyódico HI04 + 2H20 ----- ► H5I 0 6 ácido ortoperyódico 58 5. EJERCICIOS I. Formular: — ácido arsenioso u ortoarsenioso — trioxotelurato (IV) de hidrógeno — oxoyodato (I) de hidrógeno — ácido selénico — ácido fosforoso u ortofosforoso — ácido telúrico — dioxonitrato (II) de hidrógeno — pentaoxodisulfato (IV) de hidrógeno — trioxoseleniato (IV) de hidrógeno — tetraoxobromato (VII) de hidrógeno — hexaoxoyodato (VII) de hidrógeno — decaoxotrifosfato (V) de hidrógeno — tetraoxomanganato (VII) de hidrógeno — trioxovanadato (V) de hidrógeno II. Escribir los nombres sistemáticos y funcionales de las fórmulas: H,B40 7 — PENO, — (HPO,), — H 3PO, H5I 0 6 — H > H Ó 3 — H 4S b ,0 7 — H,V3Ó 9 PESO, — H¡AsS3 — HSCÑ — H N 0 4 H6T eÓ 6 — H 2N2Ó 2 — HBiO, — HPO, III. Amplía conocimientos: — Escribe la fórmula desarrollada de varios oxoácidos. ¿Qué tipos de enlace has encontrado en ellos? Señala características generales y peculiares de los oxoácidos. Interés industrial de los oxoácidos. Sintetiza algún proceso de obtención de oxoácidos. Diseña montajes de laboratorio para la obtención de oxoácidos. 59 PRÁCTICA OBTENCIÓN DE HNO, En el laboratorio y a partir del NaNO, podemos preparar H N O , en grandes cantidades, basta ha cer reaccionar H 2S 0 4 concentrado y NaNO, a temperatura superior a la del ambiente. La reacción que tiene lugar es: H 2S 0 4 + N a N 0 , ^ N a H S 0 4 + HNO, A temperaturas ordinarias no se obtiene H N O , ya que la reacción es reversible, pero al calentar, se pro ducen vapores de HNO, que rom pen el equilibrio, éste en conse cuencia, se desplaza a la derecha produciendo HNO,. Por medio de refrigerantes en friados con agua se condensan los vapores de H N O , y, se recogen en vasijas que no sean atacadas por el ácido (vidrio o gres). El líquido resultante no es puro, su color amarillento se debe a la presencia de óxidos de nitrógeno procedentes de la descomposición de una pequeña parte del ácido. Para obtener el HNO, puro e incoloro, se somete al producto a una corriente de aire que elimina los óxidos. COLECTOR DE VAPORES REFRIGERANTE 60 TEMA 9. HIDRÓXIDOS O BASES Son compuestos que forman los metales con el ión hidróxido (HO ). 1. FORMULACION La fórmula general es la siguiente: M(OH)x Siendo: M = símbolo del metal ; x = valencia del metal Al formular el ión hidróxido se puede cambiar el orden de sus compo nentes ( O H ) . Las valencias de los metales son positivas y la del grupo (O H “) es uno negativa, por lo que escribiremos un número de grupos (OH ) igual a la valencia del metal para así obtener un compuesto neutro. Ejemplos: Sistemática Stock Funcional o vulgar NaOH KOH Ca(O H )2 Pb(O H )4 Pb(OH )2 NH4(OH) hidróxido de sodio hidróxido de potasio dihidróxido de calcio tetrahidróxido de plomo dihidróxido de plomo hidróxido de amonio hidróxido de sodio hidróxido de potasio hidróxido de calcio (II) hidróxido de plomo (IV) hidróxido de plomo (II) hidróxido de amonio (I) 1 hidróxido sódico (ososacaústica (hidróxido potásico (o potasa í hidróxido cálcico [o cal inerte hidróxido plúmbico hidróxido plumboso hidróxido amónico 61 2. EJERCICIOS I. Formular: — hidróxido de hierro (II) — hidróxido de hierro (III) — dihidróxido de cinc — trihidróxido de boro — tetrahidróxido de estaño — hidróxido aúrico — hidróxido bárico — hidróxido auroso dihidróxido de platino trihidróxido de cobalto hidróxido de níquel (II) hidróxido de cromo (III) tetrahidróxido de platino hidróxido de cobre dihidróxido de cobalto II. Nombrar: — Cr(O H ), — Sr(OH), — Rb(O H ) — G e(O H )4 — Cu(O H ), — AgOH — Sn(OH),“ — Be(OH), — Ni(OH); - M g(O H )2 — M n(OH), — G e(O H ), — Cd(OH)," — G a(O H )3 a i (o h ); III. Como actividad que sirva para completar conocimientos sobre Hidró- XIDOS proponemos: — Describir características generales y peculiares de los hidróxidos. Localizar industrias de producción de hidróxidos. Resumir algún proceso de obtención de hidróxidos. Diseñar montajes de laboratorio para la obtención de hidróxidos. 62 PRACTICA SOSA CAUSTICA: OBTENCION cátodo, donde se libera hidrógenoyLa célula Nelson: Es uno de los montajes más utilizados en la pro ducción de hidróxido de sodio. En ella, tiene lugar un proceso de elec trólisis a través de un ánodo de car bón y un cátodo de acero perfora do; el ánodo se mantiene lleno de salmuera (disolución sobresaturada de sal común). Para evitar que los productos que se forman en los electrodos reaccionen, se dispone de un dia fragma o tabique poroso de asbes to. Durante el transcurso de la elec trólisis se producen Na +, H 30 + y CE. — El cloro liberado se recoge fuera de la célula, y los iones N a + y H , 0 + atraviesan el diafragma y llegan al se produce hidróxido de sodio, todo ello, debido a la reacción iónica: N a+ + H 30 + ------► NaOH + H2f La disolución cáustica (lejía) gotea por los orificios laterales y se recoge en una cubeta; esta disolu ción contiene algo de NaCl, que se elimina en gran parte al someter la disolución a un proceso de evapora ción que concentra el hidróxido de sodio. La sosa caustica se emplea en la elaboración de jabones, refina miento del petróleo, fabricación de rayón, celofán, papel, lejías, rege neración del caucho, etc. 63 CUBA DE ACERO CIERRE DE PIZARRA CUBETA (NaOH) DIAFRAGMA TEMA 10. SALES 1. INTRODUCCION Llamamos sales a los compuestos que resulten de unir un catión con un anión distinto de los aniones hidruro (H ), óxido (O 2 ) e hidróxido (OH"). Si el catión es simple (F , C1 , S" , etc.), se forman sales (NaCl, K2S, etc.) que ya hemos estudiado (S a l e s H a l o i d e a s ). A quí estudiaremos las sales que se obtengan a partir de aniones poliatómicos ( N 0 2, SOj , etc.). Tipos de sales: — Neutras — Acidas — Múltiples — Oxisales — Básicas 2. SALES NEUTRAS Podemos considerarlas procedentes de uniones entre cationes metáli cos y aniones poliatómicos. La nomenclatura funcional las considera resul tado del desplazamiento de todos los hidrógenos de un oxoácido por áto mos metálicos. Nomenclatura: La sistemática expresa el nombre del anión que la origi na, seguido del nombre del metal y la notación Stock de la valencia de éste cuando sea necesario. En la práctica, se utiliza, la sistemática simplificada, que consiste en suprimir prefijos y valencias, siempre que no lleve a confusión. 65 Aunque actualmente la IU PA C no admite los nombres antiguos (fun cionales), todavía en uso, de muchas sales, no hemos querido olvidarlos ya que el lector los encontrará aún en numerosos textos. La funcional cambia las terminaciones oso e ico del oxoácido, por ito y ato respectivamente, indicando después las características del metal. Formulación: A continuación ilustraremos con un diagrama la formu lación de sales. Orden de los componentes* Componentes Na+ NO ; Cu+ s o r Fe2+ s o r Fe3+ s o r Valencias 1 • ) V 1 1 X 2 X 3 Xf 2 Intercambio de valencias Na, (NO,), / Cu2 \ (so 4), Fe2 X (SO,)2 ) Fe2 (SO,), Simplificación Na NO, Cu2 s o 4 Fe so . no posible Sal NaNO, Cu2S 0 4 F eS 0 3 Fe2(S 0 3)3 Ejemplos: Sistemática Sistemática simplificada Funcional nitrato sódico NaN03 trioxonitrato (V) de sodio nitrato (V) de sodio o nitrato de Chile NaN02 dioxonitrato (III) de sodio nitrato (III) de sodio nitrito sódico Ca(N03)2 bis [trioxonitrato (V)] de calcio nitrato (V) de calcio nitrato cálcico Cu2S04 tetraoxosulfato (VI) de cobre (I) sulfato (VI) de cobre (I) sulfato cuproso CuS04 tetraoxosulfato (VI) de cobre (II) sulfato (VI) de cobre (II) sulfato cúprico Cu2S 0 3 trioxosulfato (IV) de cobre (I) sulfato (IV) de cobre (I) sulfito cuproso Fe2(S03)3 tris [trioxosulfato (IV)] de hierro (III) sulfato (IV) de hierro (III) sulfito férrico / NaClO j * ■. • • • ■ oxoclorato (I) de sodio clorato (I) de sodio i hipoclorito 1 sódico NaC102 dioxoclorato (III) de sodio clorato (III) de sodio \ clorito sódico NaC103 trioxoclorato (V) de sodio clorato (V) de sodio clorato sódico / NaC104 tetraoxoclorato (VII) de sodio clorato (VII) de sodio jperclorato(sódico * En la nomenclatura de sales en las que el metal posee valencia única, los prefijos bis, tris, etc., se pueden suprimir; por ejemplo en el C a (N 0 3)2. La valencia 1, al simplificar se suprime. La valencia de los iones es igual al número de cargas que posee. Al intercambiar valencias se omiten las cargas de los Io n e s . 66 f Sistemática Sistemática simplificada Funcional SnSi03 trioxosilicato (IV) de estaño • x. & silicato (IV) de estaño í metasilicato [ estannoso (NH4)2S04 tetraoxosulfato (VI) de bis amonio sulfato (VI) de amonio V í sulfato 1 amónico (carbonato sódico Na2C 0 3 trioxocarbonato (IV) de sodio carbonato (IV) de sodio jo sosa solvay, [o sosa de lavar KCN cianuro de potasio* NaCN cianuro de sodio* K2Cr20 7 % heptaoxodicromato (VI) de potasio í dicromato (potásico 3. s a l e s A c i d a s Se llaman así aquellas sales que contienen átomos de hidrógeno en su molécula. Estas sustancias se deben a que los ácidos con más de un hidrógeno no ceden todos ellos con igual facilidad, por lo que existen aniones con áto mos de hidrógeno que dan lugar a esta clase de sales. Los átomos de hidrógeno del anión pueden ser desplazados por catio nes. Nomenclatura: Se antepone el número de hidrógenos al nombre de la sal neutra, al contrario que en los oxoácidos, donde el hidrógeno se nom braba al final. (Ver excepciones de la funcional.) f Ejemplos: Sistemática k 2h p o 4 k h 2p o 4 Ca(H 2P 0 4)2 A1(H2P 0 4) 3 Cu2H P 0 4 CuHPO, N a H C 0 3 hidrógenofosfato (V) de potasio dihidrógenofosfato (V) depotasio í bis [dihidrógeno fosfato (V)] de calcio \ [o dihidrógeno fosfato (V) de calcio] (suprimimos bis) í tris [dihidrógenofosfato (V)] de aluminio ([o dihidrógeno fosfato (V) de aluminio] (suprimimos tris) hidrógenofosfato (V) de cobre (I) hidrógenofosfato (V) de cobre (II) hidrógenocarbonato (IV) de sodio * Todos los cianuros son venenosos. Unos miligramos bastan para provocar la muerte. 67 Excepciones (en la funcional): En la funcional se puede indicar de tres formas la presencia de hidrógeno en una sal*: — Colocando los prefijos mono, di, tri, etc., delante del nombre del metal. Así se refleja el número de hidrógenos que han sido sustituidos en el oxoácido por átomos metálicos. — Especificando el número de hidrógenos no sustituidos en el oxoácido. Para ello sitúa los prefijos di, tri, etc., delante de la palabra ácido. — Escribiendo simplemente bi, delante del nombre de la sal. Ejemplos: Funcional k 2h p o 4 k h 2p o 4 Ca(H 2P 0 4)2 N a H C 0 3 N a H S 0 3 NaHSO, fosfato dipotásico fosfato monopotásico fosfato monocálcico (o fosfato diácido de calcio) carbonato monosódico (o carbonato ácido de sodio, bicarbonato sódico) sulfito monosódico (o sulfito ácido de sodio o bisulfito sódico) sulfato monosódico (o sulfato ácido de sodio o bisulfato sódico) 4. SALES MULTIPLES Se caracterizan por tener más de un anión o más de un catión en su molécula. Podríamos considerar que resultan de sustituir los hidrógenos de un óxiácido por varios cationes. Nomenclatura: Se escribe en primer lugar el nombre de los aniones y a continuación el de los cationes. Todos estos nombres deben ir separados por un guión y escritos en orden alfabético. Para resaltar el orden alfabético se pueden escribir los nombres con su inicial en mayúscula. * Existen sales que a pesar de poseer hidrógeno en su molécula no son ácidas. Son aquéllas en que el hidrógeno forma parte del anión. Ejemplo: N a ,P H 0 3 ............. fosfanato de sodio 68 Los prefi jos no se tienen en cuenta al deducir la ordenación alfabética. La presencia de dos, tres, e tc . , cationes en la sal, se refleja con las pala bras doble, triple, etc., aunque se pueden omitir. Formulación:
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