Formulación y Nomenclatura en Química Inorgánica

QUÍMICA 2º BACHILLERATO Tema 0

Formulación y Nomenclatura en Química Inorgánica

José Manuel Bélmez Macías

Índice Introducción ............................................................................................................................. 2

Números de oxidación ............................................................................................................. 2

Compuestos binarios................................................................................................................ 3

HIDRUROS METÁLICOS ...................................................................................................... 3

HIDRUROS NO METÁLICOS................................................................................................ 4

COMPUESTOS COVALENTES BINARIOS.......................................................................... 5

ÓXIDOS METÁLICOS ........................................................................................................... 5

ANHÍDRIDOS (ÓXIDOS NO METÁLICOS)........................................................................... 5

PERÓXIDOS.......................................................................................................................... 6

SALES BINARIAS.................................................................................................................. 7

Compuestos ternarios y cuaternarios...................................................................................... 7

HIDRÓXIDOS......................................................................................................................... 7

OXOÁCIDOS.......................................................................................................................... 7

OXOSALES NEUTRAS ......................................................................................................... 8

OXOSALES ÁCIDAS ............................................................................................................. 9

Cationes y aniones ................................................................................................................... 9

CATIONES MONOATÓMICOS ............................................................................................. 9

CATIONES POLIATÓMICOS ................................................................................................ 9

ANIONES MONOATÓMICOS.............................................................................................. 10

ANIONES POLIATÓMICOS................................................................................................. 10

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TEMA 0

Formulación y nomenclatura en Química Inorgánica

IIInnntttrrroooddduuucccccciiióóónnn La necesidad de unas reglas específicas para nombrar la ingente cantidad de sustancias conocidas deriva de la universalidad del conocimiento, de forma que científicos del mundo entero interpreten unívocamente las mismas expresiones. Con tal fin, la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC) propone y renueva periódicamente una serie de reglas encaminadas a unificar criterios en cuanto a formulación y nomenclatura de sustancias corresponde, entre otros aspectos.

NNNúúúmmmeeerrrooosss dddeee oooxxxiiidddaaaccciiióóónnn De los estudios realizados por los primeros químicos preocupados de la composición íntima de la materia surgieron leyes fundamentales que gobiernan las combinaciones de elementos para formar compuestos. Uno de estos principios es: “En un compuesto, las cantidades de cada uno de los elementos presentes se hallan en relación de números enteros sencillos” Así, en el agua, la relación entre la cantidad de hidrógeno y oxígeno determinada experimentalmente es:

1

2

Oátomosnº

H átomos nº

Pudiendo obtenerse la fórmula molecular H2O, donde se detallan los elementos que componen el agua y la cantidad en la que se encuentra cada uno. En dicho compuesto la unión entre átomos tiene lugar por compartición de electrones de cada átomo, en concreto de dos que aporta el oxígeno y uno por cada átomo de hidrógeno. En otros compuestos, en lugar de existir una compartición hay una transferencia total o parcial de electrones. Pero, independientemente de la forma en que ocurre la unión, la fórmula surge del balance de electrones puestos en juego. La cantidad de electrones puesta en juego por un elemento viene definida por su número de oxidación (en la tabla 0.1 se resumen los más usuales), y como veremos son los datos utilizados en la composición de nombres y fórmulas, por lo que conviene conocerlos.

Tabla 0.1: números de oxidación habituales

H +1 -1 F -1

Li, Na, K, Rb, Cs, Ag +1 Cl, Br, I, -1 +1 +3 +5 +7

Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Cd +2 O -1 -2

Al, Ga, In +3 S, Se, Te -2 +2 +4 +6

Fe, Co, Ni +2 +3 N -3 +1 +2 +3 +4 +5

Cu, Hg +1 +2 P, As, Sb -3 +3 +5

Sn, Pb, Pd, Pt +2 +4 C, Si -4 +2 +4

Au +1 +3 B -3 +3

Cr +2 +3 +6

Mn +2 +3 +4 +6 +7

Bi +3 +5

V +2 +3 +4 +5

Mo, W +2 +3 +4 +5 +6

En la nomenclatura, es necesario conocer los números de oxidación de cada uno de los elementos, para ello se atiende a las siguientes reglas: El número de oxidación de un elemento libre es cero.

Química Cuántica


El número de oxidación de un ion monoatómico es igual a su carga.

El número de oxidación del hidrógeno es +1, excepto en los hidruros metálicos, donde es -1.

El número de oxidación del oxígeno es -2, excepto en los peróxidos, que es -1. Con el flúor actúa con +2.

Los metales actúan con números de oxidación positivos.

La suma algebraica de los números de oxidación de todos los átomos de un compuesto neutro es igual a cero, si el compuesto es cargado esta suma debe ser igual a la carga.

Ejemplo: Calcular el número de oxidación del Cl en el ácido cloroso (HClO2):

3º

0)2(2º1

0º2ºº

Cl

Cl

OClH

Oxn

Oxn

OxnOxnOxn

Ejemplo: Calcular el número de oxidación del azufre en el ion sulfato ( 24SO )

6º

0)2(4º

2º4º

S

S

OS

Oxn

Oxn

OxnOxn

En la formulación hemos de saber que del balance de los números de oxidación de todos los átomos surge la carga del compuesto y que, a menos que se indique lo contrario, las fórmulas se simplifican a las cantidades de elementos más sencillas que guarda la misma proporción. Ejemplo: en el amoniaco, que es un compuesto neutro donde hidrógeno y nitrógeno actúan con números de oxidación +1 y -3, respectivamente, podemos pensar en una fórmula del tipo NaHb, tal que:

013

cargaºº

ba

OxnbOxna amoniacoHN

se obtiene: ab 3

luego son fórmulas posibles: NH3, N2H6, N3H9, N4H12,..., N100H300, sin embargo, la más sencilla de todas y realmente verdadera es NH3.

CCCooommmpppuuueeessstttooosss bbbiiinnnaaarrriiiooosss

HIDRUROS METÁLICOS Son compuestos binarios formados por combinación de un metal actuando con cualquiera de sus números de oxidación, con hidrógeno, que actúa con número de oxidación -1. Para nombrarlos se emplea cualquiera de los siguientes sistemas.

Tradicional Se nombran utilizando la palabra HIDRURO seguida del nombre del metal terminado en el sufijo –OSO o –ICO según actúe con el menor o mayor número de oxidación. Si el metal tiene un solo número de oxidación se emplea –ICO. Para metales con más de dos números de oxidación no se usa esta nomenclatura. Ejemplos:

AuH hidruro auroso

NaH hidruro sódico

SnH4 hidruro estannico

Tema 0: Formulación y Nomenclatura en Química Inorgánica


Stock Se nombra utilizando la expresión HIDRURO DE seguida del nombre del metal con su estado de oxidación entre paréntesis con números romanos. Si el metal sólo posee un número de oxidación éste se omite. Ejemplos:

CoH3 hidruro de cobalto (III)

PbH2 hidruro de plomo (II)

LiH hidruro de litio

Sistemática Se nombran como mono-, di-, tri-, tetra-, ... hidruros del metal, indicando el prefijo el número de átomos de hidrógeno, (suele omitirse el prefijo mono- si no produce ambigüedad) Ejemplos:

MnH2 dihidruro de manganeso

FeH3 trihidruro de hierro

AgH hidruro de plata

HIDRUROS NO METÁLICOS Son combinaciones binarias del hidrógeno (actuando con +1) con no metales, empleando estos sus respectivos números de oxidación negativos. En sus fórmulas se escribe primero y se nombra en segundo lugar el elemento que aparece primero en la siguiente lista:

B Si C Sb As P N H Te Se S At I Br Cl O F El primero en nombrarse se hace añadiendo la partícula final –URO seguido de DE y el nombre del otro elemento. Ejemplos:

BH3 hidruro de boro

H2S sulfuro de hidrógeno

Cabe decir que para compuestos que contienen oxígeno no se emplea esta nomenclatura, sino la de óxidos., también que existen nombres tradicionales arraigados, compatibles con los científicos, para los hidruros de N, P, As, Sb, C y Si:

NH3 amoniaco / hidruro de nitrógeno

PH3 fosfina, fosfamina o fosforamina / hidruro de fósforo

AsH3 arsina o arsenamina / hidruro de arsénico

SbH3 estibina o estibamina / hidruro de antimonio

CH4 metano / hidruro de carbono

SiH4 silano / hidruro de silicio

BH3 borano / hidruro de boro

Los hidruros de F, Cl, Br, I, S, Se y Te son ácidos en disolución acuosa (propiedad que ya estudiaremos con detalle), de ahí que se denominen en conjunto como hidrácidos. Por este motivo pueden nombrarse como ACIDO + NO METAL + -HÍDRICO:

HF ácido fluorhídrico / fluoruro de hidrógeno

HCl ácido clorhídrico / cloruro de hidrógeno

HBr ácido bromhídrico / bromuro de hidrógeno

HI ácido yodhídrico / yoduro de hidrógeno

H2S ácido sulfhídrico / sulfuro de hidrógeno

H2Se ácido selenhídrico / seleniuro de hidrógeno

H2Te ácido telurhídrico / telururo de hidrógeno

Química Cuántica


COMPUESTOS COVALENTES BINARIOS Son los formados por la unión de dos no metales y para nombrarlos se emplea el mismo protocolo que en los hidruros con la lista ya conocida:

B Si C Sb As P N H Te Se S At I Br Cl O F En ellos el elemento más a la derecha actúa con número de oxidación negativo y el de la izquierda con cualquiera de los suyos positivos, recomendándose el empleo de las nomenclaturas de stock y sistemática. Ejemplos:

BrF3 fluoruro de bromo (III) / trifluoruro de bromo

B2S3 sulfuro de boro / trisulfuro de diboro

As2Se5 seleniuro de arsénico (V) / pentaseleniuro de diarsénico

ÓXIDOS METÁLICOS Son compuestos formados por oxígeno, actuando con -2, y un metal. Para formularlos se escribe primero el metal y luego el oxígeno siendo los subíndices los resultantes de simplificar, si fuera necesario, el intercambio de sus número de oxidación. La nomenclatura es, en cualquiera de los sistemas, igual que la de los hidruros metálicos cambiando la palabra hidruro por ÓXIDO. Ejemplos:

K2O óxido de dipotasio / óxido de potasio / óxido potásico

Fe2O3 trióxido de dihierro / óxido de hierro (III) / óxido férrico

Cu2O monóxido de dicobre / óxido de cobre (I) / óxido cuproso

Cr2O3 trióxido de dicromo / óxido de cromo (III)

PbO monóxido de plomo / óxido de plomo (II) / óxido plumboso

BaO monóxido de bario / óxido de bario / óxido bárico

ANHÍDRIDOS (ÓXIDOS NO METÁLICOS) Son compuestos formados por oxígeno actuando con -2 y un no metal con cualquiera de sus números de oxidación positivos. La nomenclatura de stock y sistemática se nombran igual que los óxidos metálicos. Ejemplos:

SO2 óxido de azufre (IV) / dióxido de azufre

Cl2O óxido de cloro (I) / monóxido de dicloro

N2O5 óxido de nitrógeno (V) / pentaóxido de dinitrógeno

En la nomenclatura tradicional se nombran como ANHÍDRIDO seguido del nombre del no metal añadiendo ciertos prefijos y/o sufijos, según corresponda:

Si el no metal tiene cuatro números de oxidación HIPO ... OSO cuando actúa con el menor ... OSO al actuar con el siguiente ... ICO si emplea el tercero PER ... ICO cuando utiliza el mayor de ellos Ejemplo

Cl2O anhídrido hipocloroso

Cl2O3 anhídrido cloroso

Cl2O5 anhídrido clórico

Cl2O7 anhídrido perclórico



Si el no metal tiene tres números de oxidación Se sigue el mismo convenio suprimiendo per ... ico. Ejemplo:

SO anhídrido hiposulfuroso

SO2 anhídrido sulfuroso

SO3 anhídrido sulfúrico

Si el no metal tiene dos números de oxidación

Se emplea -OSO al actuar con el menor, e –ICO cuando actúa con el mayor. Ejemplo:

P2O3 anhídrido fosforoso

P2O5 anhídrido fosfórico

Si el no metal sólo tiene un número de oxidación

Se utiliza la terminación –ICO. Ejemplo:

B2O3 anhídrido bórico

En el caso del nitrógeno se emplea:

N2O3 anhídrido nitroso

N2O5 anhídrido nítrico

N2O óxido nitroso

NO óxido nítrico

NO2 dióxido de nitrógeno

Existen metales que al actuar con altos números de oxidación se comportan como no metales formado anhídridos, estos son

CrO3 anhídrido crómico

MnO3 anhídrido mangánico

Mn2O7 anhídrido permangánico

V2O5 anhídrido vanádico

MoO3 anhídrido molíbdico

WO3 anhídrido wolfrámico

PERÓXIDOS Son compuestos formados por la unión de un metal de los grupos 1, 2 , 11, 12 o hidrógeno con el ion

peroxo: 22O (se considera que el oxígeno actúa con número de oxidación -1).

Se formulan y nombran como los óxidos metálicos pero no se simplifican las fórmulas (si se hiciera no se representaría la situación real y además se provocaría confusión con los óxidos). Ejemplos:

Li2O2 peróxido lítico / peróxido de litio

CaO2 peróxido cálcio / peróxido de calcio

Hg2O2 peróxido mercurioso / peróxido de mercurio (I)

H2O2 peróxido de hidrógeno / agua oxigenada

Química Cuántica


SALES BINARIAS Son compuestos formados por la unión de un metal con un no metal, actuando este con su número de oxidación negativo. Para formularlos se escribe primero el metal y después el no metal intercambiando sus números de oxidación y simplificando la fórmula si es necesario. La nomenclatura es, en los tres sistemas, como la de los hidruros metálicos cambiando la palabra hidruro por el nombre del no metal añadiendo la terminación –URO. Ejemplos:

NaCl cloruro de sodio / cloruro de sodio / cloruro sódico

Fe2S3 trisulfuro de dihierro / sulfuro de hierro (III) / sulfuro férrico

Ni3N2 dinitruro de triniquel / nitruro de niquel (II) / nitruro niqueloso

CCCooommmpppuuueeessstttooosss ttteeerrrnnnaaarrriiiooosss yyy cccuuuaaattteeerrrnnnaaarrriiiooosss

HIDRÓXIDOS Son compuestos ternarios formados por la unión de un metal y el ión hidróxido: OH , con fórmula general Me(OH)n, siendo n el número de oxidación empleado por el metal en cuestión. La nomenclatura sigue el mismo patrón que la de los óxidos metálicos sustituyendo la palabra óxido por HIDRÓXIDO. Ejemplos:

NaOH hidróxido de sodio / hidróxido sódico / sosa

Be(OH)2 dihidróxido de berilio / hidróxido de berilio / hidróxido berílico

Co(OH)2 dihidróxido de cobalto / hidróxido de cobalto (II) / hidróxido cobaltoso

Fe(OH)3 trihidróxido de hierro / hidróxido de hierro (III) / hidróxido férrico

OXOÁCIDOS Son sustancias constituidas por un no metal con hidrógeno y oxígeno. Se consideran el producto de adición de agua a una molécula de anhídrido, lo cual sirve para formularlos. Ejemplos:

4232

524322

4232

2

CrOHCrOOH

OPHOPOH

SOHSOOH

Nomenclatura tradicional Se nombran igual que el anhídrido de procedencia sustituyendo la palabra anhídrido por ÁCIDO. Ejemplos:

H2SO4 ácido sulfúrico

H2SO3 ácido sulfuroso

HNO3 ácido nítrico

HClO ácido hipocloroso

HClO4 ácido perclórico

Los anhídridos de P, As, Sb, Si y B pueden adicionar una, dos o tres moléculas de agua, habiéndose de añadir al nombre del ácido el prefijo META-, PIRO- u ORTO-, respectivamente (en el caso del silicio el ácido es ORTO-, en lugar de PIRO- al adicionar el anhídrido 2 moléculas de agua).



Ejemplos: HAsO3 ácido metaarsénico

H4AsO7 ácido piroarsénico

H3AsO4 ácido ortoarsénico

En ciertas ocasiones es posible encontrar oxoácidos conteniendo doble número del elemento X (HaXbOc) del esperado, son los llamados diácidos. En tales casos suele añadirse el prefijo griego di-. Para formular dichos ácidos puede utilizarse el siguiente artificio, que consiste en multiplicar por dos la fórmula de referencia y restar una molécula de agua, así el ácido disulfúrico tiene la forma dada por:

722824

2

42

2

OSHOSHSOHOHx

Ejemplos: H2S2O5 ácido disulfuroso / ácido pentaoxodisulfúrico (IV)

H2Cr2O7 ácido dicrómico / ácido heptaoxodicrómico (VI)

Nomenclatura de stock

El nombre se compone con un prefijo numérico (mono-, di-, tri-, ...) que indica el número de ótomos de oxígeno, seguido de la partícula OXO y el nombre del no metal terminado en –ATO indicando su estado de oxidación entre paréntesis con números romanos y añadiendo las palabras DE HIDRÓGENO. Ejemplos:

H2SO4 tetraoxosulfato (VI) de hidrógeno

HNO3 trioxonitrato (V) de hidrógeno

HClO2 dioxoclorato (III) de hidrógeno

Nomenclatura sistemática Se nombra como ÁCIDO seguido de un prefijo numeral que indica el número de átomos de oxígeno seguido de la partícula OXO y el nombre del no metal terminado en –ICO indicando su estado de oxidación entre paréntesis con números romanos. Ejemplos:

H2SO4 ácido tetraoxosulfúrico (VI)

HNO3 ácido trioxonítrico (V)

HClO2 ácido dioxoclórico (III)

OXOSALES NEUTRAS Se consideran el resultado de la sustitución total del hidrógeno de un oxoácido por un metal. La simple eliminación del hidrógeno da lugar a un anion (ion con carga negativa) poliatómico, de número de oxidación igual a su carga. La oxosal se formula poniendo primero el metal y luego el ion, e intercambiando los números de oxidación. Ejemplo:

(oxosal) )((metal) )((anión)

(anión) (ácido)

34224

2442

SOFeIIIFeSO

SOSOH

Nomenclatura tradicional Se nombra el anion como el anhídrido de procedencia eliminando la palabra anhídrido y sustituyendo las terminaciones –OSO e –ICO por –ITO y –ATO, respectivamente seguido del nombre del metal con la terminación pertinente: Ejemplo:

CoSO4 sulfato de cobalto (II) / sulfato cobaltoso

KNO2 nitrito de potasio / nitrito potásico

Ca(ClO4)2 perclorato de calcio / perclorato cálcico

RbAsO3 metaarseniato de rubidio

Química Cuántica


Nomenclatura de stock Se nombra igual que el ácido sustituyendo la terminación de hidrógeno por DE seguido del nombre del metal e indicando su número de oxidación por un número romano entre paréntesis, en caso de ser necesario. Ejemplos:

Li2SO3 trioxosulfato (IV) de litio

NiPO4 tetraoxofosfato (V) de níquel (III)

Zn(BrO2)2 dioxobromato (V) de cinc

KMnO4 tetraoxomanganato (VII) de potasio

OXOSALES ÁCIDAS Proceden de la sustitución parcial de hidrógeno en un oxoácido por un metal. La nomenclatura es similar a la de las oxosales neutras anteponiendo las palabras hidrógeno, dihidrogeno,... al nombre del anión, según corresponda. Ejemplos:

Ni(H2PO4)2 dihidrógenofosfato de níquel (II) / dihidrogenofosfato (V) de niquel (II)

Cd(HTeO4)2 monohidrógenotelurato de cadmio / monohidrógenotelurato (VI) de cadmio

CoHAsO4 monohidrógenoortoarseniato de cobalto (II) / monohidrógenoortoarseniato (V) de cobalto (II)

CCCaaatttiiiooonnneeesss yyy aaannniiiooonnneeesss

CATIONES MONOATÓMICOS Son el resultado de la pérdida de electrones en átomos metálicos y para la nomenclatura puede emplearse un sistema tradicional o de Stock anteponiendo la palabra ion o catión. Ejemplos

Ni2+ ion níquel (II) / ion niqueloso

Li+ ion litio

Sn4+ ion estaño (IV) / ion estánnico

CATIONES POLIATÓMICOS Veremos el caso de los cationes oxigenados. Pueden denominarse según una nomenclatura tradicional con la palabra catión seguida del nombre del elemento terminado en –ilo y entre paréntesis su número de oxidación o bien según una nomenclatura sistemática similar a la de los oxoácidos pero sin sufijos. Ejemplos:

VO+ catión vanadilo (III) / ion monooxovanadio (III)

UO22+ catión uranilo (VI) / ion dioxouranio (VI)

Cuando el catión procede de la unión de compuestos neutros con iones hidrógeno H+ (valga como

ejemplo el amoniaco: 43 NHHNH ) se denominan como iones seguidos del nombre del

compuesto neutro terminado en –onio.



Ejemplos: NH4

+ ion amonio

H3O+ ion hidronio

H2I+ ion yodonio

ANIONES MONOATÓMICOS Proceden de la ganancia de electrones en átomos no metálicos, siendo el caso más usual que éstos sean tantos como indica su número de oxidación negativo. La forma de nombrarlos es como iones del no metal con su nombre terminado en –uro. Ejemplos:

H- ion hidruro

S2- ion sulfuro

N3+ ion nitruro

ANIONES POLIATÓMICOS Los más usuales son aquellos que proceden de la perdida total o parcial de los hidrógenos de un oxoácido como se vio en la formulación de oxosales neutras y ácidas, de manera que la forma de nombrarlos es como la de estos compuestos suprimiendo la parte que se refiere al metal: Ejemplos:

ClO4- ion perclorato / ion tetraoxoclorato (VII)

SO32- ion sulfito / ion trioxosulfato (IV)

Cr2O72- ion dicromato / ion heptaoxodicromato (VI)

Formulación y Nomenclatura en Química Inorgánica

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