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Elementos químicos, nomenclatura y formulación


En esta página se encuentran algunos conceptos básicos de química general e inorgánica, que ayudan al aprendizaje, donde, uno necesariamente debe involucrarse ademas de la parte teoría, con la experimentación, ejercitación y la resolución de problemas que constituye una parte esencial del aprendizaje de esta ciencia
Indice:


INTRODUCCIÓN

Ya se indico anteriormente que los elementos son sustancias que no pueden descomponerse químicamente, esto se debe porque están constituidas por átomos de una misma clase, es decir, átomos que tiene el mismo número atómico.

Pueden existir libres, o también pueden existir en forma de combinaciones químicas para formar la gran cantidad de compuestos que conocemos en el universo que son los constituyentes básicos de toda la materia. Existen diferentes clases de elementos que los mencionaremos a continuación.

CLASES DE ELEMENTOS Y ALGUNAS PROPIEDADES.

Existen cuatro clases de elementos:

El primer grupo y segundo grupo (metales y no metales) son los considerados principales.

En el caso de los metales son generalmente sólidos a la temperatura ambiente, pero existe una excepción que es el mercurio que es líquido a la temperatura ordinaria, se conocen más de 80 metales. La mayoría tienen color blanco argéntico brillante, con matices, pero el oro es dorado, y el cobre, rojizo; entre algunas de sus propiedades podemos indicar que son buenos conductores del calor y la electricidad, cambian de forma sin romperse cuando son sometidos a los golpes y a la presión, por esta razón son maleables y dúctiles, no son frágiles, sus átomos presentan pocos electrones en su último nivel de energía los cuales pierden fácilmente formando iones positivos (cationes), forman óxidos básicos con el oxígeno y tienen baja electronegatividad.

En el caso de los no metales, son más de 16, algunos son sólidos, como por ejemplo, el azufre, fósforo, carbón; otros son gaseosos como el oxígeno, cloro, nitrógeno; y uno es líquido, el bromo; podemos indicar algunas de sus propiedades, son malos conductores pero existe una excepción que es el grafito (una variedad de carbono), no tiene brillo metálico, no soportan golpes o presión, es decir, se rompen o son frágiles, a diferencia de los metales sus átomos presentan más electrones en su último nivel de energía, ganan fácilmente electrones y así forman iones negativos (aniones), forman óxidos ácidos con el oxígeno y son de alta electronegatividad.

Es necesario hacer notar que esta división de metales y no metales, no es perfecta, porque muchos elementos presentan propiedades intermedias.

En el caso de los elementos anfóteros, reciben también el nombre de metaloides o semimetales, es decir, que se comportan como metales en algunos casos, y como no metales en otros, por ejemplo, tenemos el bismuto, cromo y manganeso porque son capaces de formar óxidos básicos y óxidos ácidos.

En el caso del aluminio, zinc, plomo, antimonio y arsénico, porque forman óxidos anfóteros, es decir, óxidos capaces de reaccionar tanto con ácidos como con bases, por otro lado son capaces de formar cationes y aniones (pierden electrones o ganan electrones). Los gases nobles son pocos elementos que tienen la característica de ser átomos con configuración estable (tienen 8 electrones en su último nivel de energía), pero existe una excepción el Helio que tiene 2 electrones en su único nivel de energía.

COMPUESTOS QUÍMICOS.

A toda combinación química de dos o más elementos (síntesis) que están constituidos por dos o más átomos se llaman compuestos químicos, (se llama análisis, a la descomposición de una compuesto en sustancias más sencillas). Los compuestos pueden ser dedos clases:

-Compuestos inorgánicos

-Compuestos orgánicos

Compuestos inorgánicos: son aquellos que constituyen todos los metales y no metales (exceptuando carbono). Entre los compuestos inorgánicos tenemos los óxidos metálicos y no metálicos, hidróxidos, ácidos y sales. Esta clasificación es por su composición. También estos compuestos inorgánicos se pueden clasificar en binarios, ternarios, cuaternarios, etc., según tengan en su estructura dos, tres, cuatro, o más elementos distintos, es decir, que esta clasificación se realiza de acuerdo al número de sus elementos. Por otro lado también se puede clasificar por su constitución en compuestos moleculares (son eléctricamente neutras, por ejemplo, óxidos no metálicos y los ácidos) e iónicos (cargados de electricidad positiva o negativa, por ejemplo, todos los compuestos que llevan algún metal, es decir, los óxidos metálicos, los hidróxidos y las sales).

Compuestos orgánicos: son los que llevan el carbono en su composición, se sabe que los primeros compuestos orgánicos se extraían de los animales y los vegetales, pero actualmente se pueden obtener en forma artificial; existen numerosos compuestos orgánicos que también se clasifican en grupos, por ejemplo tenemos: los hidrocarburos, aldehídos, cetonas, alcoholes, ésteres, éteres, glúcidos, lípidos, aminoácidos, proteínas, vitaminas, hormonas, etc.

NOTACIÓN QUÍMICA.

Se entiende por notación química, a la representación escrita de sustancias por medio de símbolos y fórmulas. Los símbolos son abreviaturas que representan un átomo de elementos, por ejemplo: Ca = calcio. En lo que respecta a las fórmulas, es la representación escrita de la composición de una sustancia, en el que se utilizan símbolos, subíndices y paréntesis, por ejemplo: Ca(OH)2 = hidróxido de calcio. Es importante aclarar que si existe un coeficiente que se colocan delante de las fórmulas o de los símbolos, estos multiplicadores afectan a toda la fórmula, por ejemplo: 3H2O, representa 3 moléculas de agua en el que existen 6 átomos de hidrógeno y 3 átomos de oxígeno.

En primer lugar analizaremos sobre la nomenclatura de los compuestos inorgánicos, estos compuestos se designan por medio de dos palabras: el nombre genérico y el nombre específico. En lo que respecta al nombre genérico, indica el grupo al que pertenece el compuesto, en cambio el nombre específico de cual de los miembros del grupo se trata. Por ejemplo: el ácido clorhídrico, el nombre genérico es la palabra ácido y el nombre específico es la palabra clorhídrico. Existen otros compuestos que se designan por una sola palabra, por ejemplo: agua, amoniaco y otros compuestos. Para la notación de las diferentes clases de compuestos, es necesario indicar lo que se entiende por el número de oxidación.

El número de oxidación es la carga eléctrica que se le asigna a cada átomo en un compuesto determinado.

Para poder realizar la escritura de fórmulas químicas, en primer lugar se debe combinar elementos que tengan número de oxidación positivo con otros que tengan número de oxidación negativo.

Se puede presentar tres casos en la igualación de los números de oxidación en la escritura de las fórmulas químicas:

· La igualación automática.

Que se presenta en aquellos que tengan átomos con número de oxidación equivalentes.

· El intercambio.

En el que los átomos tienen diferentes números de oxidación.

· La simplificación.

En el que los átomos tienen números de oxidación que pueden simplificar, es decir múltiplos.

Ejemplos:

Fe (+2) con el O(-2) se tiene: FeO

Fe(+3) con el O(-2) se tiene: Fe2O3

Sn(+4) con el O(-2) se tiene: SnO2

Para facilitar la escritura de las fórmulas químicas, es necesario conocer los números de oxidación de los diferentes metales y los no metales, cuadro.

ÓXIDOS METÁLICOS.

Son compuestos que contienen un metal unido a oxígeno. Primeramente se escribe el símbolo del metal y luego el oxígeno, se igualan sus números de oxidación. Para la nomenclatura de estos compuestos en primer lugar se lee la palabra óxido y el nombre del metal. Ejemplos:

Na2O óxido de sodio

Fe O óxido de hierro (II) sistema STOCK

Fe2O3 óxido de hierro (III) sistema STOCK

Fe O óxido ferroso nomenclatura clásica

Fe2O3 óxido férrico nomenclatura clásica

Por otro lado se tienen también los óxidos mixtos y los peróxidos. En el caso de los óxidos míxtos, tiene como fórmula general M3O4. Por ejemplo:

Fe O

Fe2O3

Fe3O4 óxido ferroso férrico, óxido de hierro (II,III)

Los peróxidos son compuestos que contiene un metal unido a un grupo peróxido O2-2, que siempre consta de dos oxígenos y tiene número de oxidación total -2.

Estos compuestos se dan con los metales que tiene números de oxidación +1, +2 y el hidrógeno. Ejemplos:

Na2O2 peróxido de sodio

BaO2 peróxido de bario

H2O2 peróxido de hidrógeno

Para la obtención de los óxidos metálicos, se combinan metal más oxígeno y como resultado nos da un óxido metálico. Ejemplo:

4Fe + 3O2 --> 2Fe2O3

Pero el oro, plata y platino, se obtienen por otros caminos; en el caso de los metales nobles no se forman por combinación directa con el oxígeno. La mayoría de los óxidos metálicos son compuestos iónicos, por lo que se puede decir que son combinaciones de los iones metálicos con el ion negativo óxido.

HIDRÓXIDOS.

Se llaman hidróxidos todos aquellos compuestos que tiene un metal unido al grupo hidróxido (OH-). Todos los hidróxidos son bases. En lo que respecta a la notación, se escribe el símbolo del metal seguido del grupo hidróxido y se igualan sus números de oxidación. Para la nomenclatura, se lee la palabra hidróxido seguido del nombre del metal. Ejemplo:

Fe(OH)2 hidróxido ferroso (nombre clásico)

Fe(OH)3 hidróxido de hierro (III) (sistema STOCK).

Estos compuestos se obtienen por combinación de un óxido metálico con el agua; los metales alcalinos (por ejemplo el Li) y los alcalinos térreos (por ejemplo el Ca) se obtienen por éste método. Los hidróxidos de otros metales no pueden obtenerse por este método, pero para ejercitar se pueden escribir ecuaciones teóricas. Ejemplo:

Na2O + H2O -> 2NaOH

Los hidróxidos son compuestos iónicos, es decir, están formados por iones metálicos (positivos) y el ion negativo hidróxido.

ÓXIDOS NO METÁLICOS (ANHÍDRIDOS).

Son óxidos que contienen un no-metal unido a oxígeno. Se escribe el símbolo del no-metal y del oxígeno y se igualan sus números de oxidación. Se lee con la palabra anhídrido y el nombre del no-metal, para este fin existe la nomenclatura clásica y el sistema Werner (indica el número de átomos por medio de los prefijos numerales: mono, di, tri, tetra, penta, hepta, octa, etc, es decir, uno, dos, tres, cuatro, cinco, seis, siete, ocho, etc. Respectivamente, y se utiliza la palabra óxido y no anhídrido). Ejemplo:

Cl2O5 anhídrido clórico (nomenclatura clásica)

S O3 anhídrido sulfúrico (nomenclatura clásica)

Cl2O5 petóxido de dicloro (sistema Werner)

S O3 trióxido de azufre (sistema Werner)

Estos compuestos se obtienen combinando no-metal con oxígeno ya sea por oxidación, combustión. Ejemplo:

C + O2 --> CO2

Es necesario aclarar que los elementos anfóteros se comportan como metales con sus números de oxidación más bajos, y como no metales con sus números de oxidación más altos. En el caso de la constitución de los óxidos no metálicos son compuestos moleculares (eléctricamente neutros), que no constan de iones.

ÁCIDOS OXIGENADOS (OXOÁCIDOS)

Estos compuestos están formados por hidrógeno unido a un no-metal y oxígeno, se leen con la palabra ácido y el nombre del no-metal, (nomenclatura clásica), luego se igualan los números de oxidación, para esto el hidrógeno trabaja con número de oxidación de +1, el no-metal con número de oxidación positiva, y el oxígeno con número de oxidación -2; par escribir fórmulas de estos compuestos, primeramente se escribe el símbolo del hidrógeno seguido del símbolo del no-metal y finalmente el símbolo del oxígeno, luego, si el número de oxidación del no-metal es impar se escribe 1 hidrógeno y si es par 2 hidrógenos; el número de oxidación del no-metal se suma con los hidrógenos, y la mitad del resultado es el subíndice del oxígeno. Ejemplo: el H2SO4 (ácido sulfúrico), el número de oxidación del azufre es +6, como este número es par se escriben 2 hidrógenos, la suma de estos es igual a 8, la mitad de este resultado es 4, este valor es el subíndice del oxígeno. De igual manera se escribe la fórmula del HNO3 (ácido nítrico), en el que el número de oxidación del nitrógeno es +5, como es impar se escribe 1 hidrógeno, la mitad de la suma de estos números es 3 que resulta ser subíndice del oxígeno.

Pero existen casos especiales como es el caso de los elementos fósforo, arsénico, antimonio y boro, que forman ácidos meta, piro y orto, el silicio forma ácidos meta y orto. En el caso de los ácidos meta, lleva 4 hidrógenos y 2 átomos de no-metal, en los ácidos orto llevan 3 hidrógenos y un átomo de no-metal, en cambio los ácidos meta son como los ácidos normales. Ejemplos:

HClO4 ácido per clórico

H4P2O5 ácido pero fosforoso

H3PO3 ácido orto fosforoso

HPO2 ácido meta fosforoso.

Estos compuestos (oxoácidos) pueden ser obtenidos por combinación del anhídrido correspondiente con agua. En el caso de la obtención de ácidos meta, piro y orto, los anhídridos correspondientes se combinan con una, dos y tres moléculas de agua respectivamente. Ejemplos:

SO2 + H2O --> H2SO3

P2O5 + 2H2O --> H4P2O7

P2O5 + 3H2O --> 3H3PO4

Los oxoácidos son compuestos moleculares, es decir, son compuestos que no tienen iones, sin embargo tienen la propiedad de formar iones hidrógenos positivos e iones halogénicos negativos, en el momento de disolverse en agua.

ÁCIDOS SIN OXÍGENO (HIDRÁCIDOS).

Estos compuestos contiene hidrógeno unido a un no-metal de la primera y segunda familia, es decir, del grupo de los halógenos, F, Cl, Br, I (número de oxidación -1) ó de los calcógenos S, Se, T (número de oxidación -2). Para escribir estos compuestos, primeramente se escribe el símbolo del hidrógeno con +1 y a continuación el no-metal con -1 ó con -2 dependiendo si el no-metal es halógeno o calcógeno respectivamente. Para la lectura de estos compuestos primeramente se lee la palabra ácido y el nombre del no-metal terminado en hídrico. También se los lee como hologenuros o calcogenuros de hidrógeno, es decir, -uro de hidrógeno. Ejemplos:

HCl ácido clorhídrico ó cloruro de hidrógeno

H2S ácido sulfhídrico ó sulfuro de hidrógeno.

Estos compuestos se obtienen combinando hidrógeno con un no-metal de los grupos indicados anteriormente. Ejemplo:

H2 + Cl2 --> 2HCl

En lo que respecta a su constitución de estos compuestos, podemos indicar que son moleculares, es decir que no son iónicos, pero al disolverse en agua forman iones como es el caso de los oxoácidos.

SALES.

Las sales son compuestos que se forman cuando un ion metálico positivo se une con un ion hologénico negativo.

Para poder escribir estos compuestos es necesario saber escribir iones metálicos e iones hologénicos (sin oxígeno y con oxígeno).

IONES METÁLICOS: son átomos de metales que se caracterizan por tener electricidad siempre positiva, y esta carga es numéricamente igual al número de oxidación. Ejemplos:

Na+ ion sodio

Fe2+ ion ferroso

Fe3+ ion férrico

IONES HALÓGENOS: estos son átomos de no-metales cargados de electricidad negativa. Existen dos clases de iones halogénicos:

-De tipo -uro o sin oxígeno

-Oxigenados o de tipo -ito, -ato.

En el primer caso, es un átomo de no-metal halógeno con carga eléctrica 1- (por ejemplo Cl1-) o de calcógeno con carga 2-(por ejemplo S2-). Estos iones provienen de los hidrácidos (ácidos sin oxígeno). En el segundo caso, es un no-metal positivo (con carga eléctrica positiva cuyo valor depende del número de oxidación del metal respectivo) acompañado de un o más oxígenos, los cuales predominan y por esto el ion entero tiene carga negativa. Estos iones tienen su origen en los oxoácidos. Para este caso se usan los siguientes prefijos y terminaciones:

hipo-ito = número de oxidación mínimo

-ito = número de oxidación menor

-ato = número de oxidación mayor

per-ato = número de oxidación máximo.

Para escribir estos iones, se escribe el símbolo del no-metal y oxígeno, y dependiendo del número se anotará una carga negativa o dos cargas negativas si el número de oxidación del no-metal es impar o par respectivamente, la mitad de la suma de ese número de oxidación con las cargas negativas, es el subíndice del oxígeno. Ejemplo:

SO42- ion sulfato

En este caso el número de oxidación del azufre es +6, como este valor es par se anota 2 cargas negativas, la mitad de la suma de estos dos valores resulta ser 4 que es el subíndice del oxígeno.

En el caso de los iones meta, piro y orto, se escriben usando las reglas similares a las empleadas en la escritura de los ácidos.

Con este repaso de la escritura de los iones nos abocaremos a las sales.

CLASES DE SALES.

Hay dos clases de sales: sales holoideas (sales del tipo uro) que presentan su ion hologénico sin oxígeno; las oxisales (sales del tipo ito-ato) presentan un ion hologénico con oxígeno. Para la escritura de estos compuestos, se anota el ion metálico positivo, seguido del ion halogénico negativo y se igualan sus cargas eléctricas.

Para la nomenclatura, primer se lee el ion halogénico con su nombre propio, y luego del metal de manera exactamente igual que en los óxidos metálicos. Ejemplos:

Sistema Stock Nomenclatura clásica

NaCl cloruro de sodio cloruro de sodio

SnS2 sulfuro de estaño (II) sulfuro estánnico

FeSO4 sulfato de hierro (II) sulfato ferroso

Fe2(SO4)3 sulfato de hierro (III) sulfato férrico

Ca3(PO4)2 fosfato de calcio fosfato de calcio.

OBTENCIÓN DE SALES.

Las sales se obtienen principalmente por la reacción de:

Ácido + Metal --> SAL + H2

H2SO4 + Mg --> MgSO4 + H2

Ácido + óxido --> SAL + H2O

H2SO4 + MgO --> MgSO4 + H2O

Ácido + Hidróxido --> SAL + H2O

H2SO4 + Mg(OH)2 --> MgSO4 + H2O

CLASIFICACIÓN DE LAS SALES.

Las sales se clasifican en 5, esta clasificación se basa en su composición:

1.- Neutras o normales

2.- Ácidas o hidrógeno sales

3.- Básicas o hidróxido sales

4.- Óxido sales

5.- Sales dobles.

Las sales neutras o normales, son las que contienen un ion metálico positivo y un ion hologénico negativo.

Las sales ácidas o hidrógeno sales, contienen un ion metálico positivo y un ion hidrógeno hologénico negativo.

Las sales básicas o hidróxido sales, tienen un ion metálico, iones hidróxido y un ion hologénico. Estas sales básicas son sales e hidróxidos a la vez.

Óxido sales, llevan el ion metálico, iones negativos óxido O22- y el ion halogénico.

Las sales dobles, llevan dos iones metálicos distintos y un ion hologénico, o también pueden llevar un ion metálico y dos iones hologénicos distintos, es decir, que estos compuestos pueden ser sales dobles por la parte positiva o sales dobles por la parte negativa. Ejemplos:

1.- NaCl cloruro de sodio

Cu(NO3)2 nitrato de cobre(II)

2.- Ba(HCO3)2 carbonato ácido de bario

(hidrógeno carbonato de bario)

KHSO4 Sulfato ácido de potasio

(hidrógeno sulfato de potasio)

Nombre clásico IUPAC (UIQPA)

3.- Fe(OH)2Cl Cloruro dibásico férrico dihidróxido cloruro de hierro (III)

4.- Hg2O(NO3)2 oxinitrato mercúrico óxido dinitrato de dimercurio(II)

BiOCl oxicloruro de bismuto óxido cloruro de bismuto

5.- CuFeS2 sulfuro cuproso férrico sulfuro de cobre(I) y hierro(III)

Na3ClSO4 clorosulfato de sodio cloruro sulfato de sodio


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