En la naturaleza existen algo más de cien
elementos químicos. Normalmente, se representan organizados en la tabla
periódica y cada elemento representa una especie química constituida solo por
un tipo de átomo.
Los elementos aparecen con su nombre abreviado.
La abreviatura constará de una o dos letras (salvo algunos elementos del final
de la tabla, raros e inestables, que se nombran con tres letras). La primera de
las letras será mayúscula y la segunda minúscula.
Los nombres son comunes y corresponden a su
acepción en castellano. Sin embargo, su abreviatura es universal. Esto quiere
decir que aunque químicamente el hierro se denomina hierro en español o iron en
inglés, su abreviatura es Fe (proviene del Ferrum, en latín) en cualquiera de
los idiomas. Lo mismo ocurre al potasio, cuya abreviatura es K del latín,
Kalium.
Lógicamente y a fin de evitar cualquier tipo de
confusión, no existen dos elementos que posean el mismo nombre o la misma
abreviatura.
Existen una serie de números que caracterizan a
cada elemento químico. El más representativo es el número atómico. Expresa el
número de protones que presenta su núcleo y su posición dentro de la tabla
periódica. Cada elemento químico tiene su número atómico correspondiente e
invariable. El número atómico del hidrógeno es 1. El del oxígeno, 8. El
carbono, 6. El hierro 26. El oro, 79.
Otro número característico es el peso atómico.
Es un valor que representa el peso relativo del elemento (actualmente respecto
a la doceava parte del peso del átomo de carbono 12). Es importante para realizar cálculos de concentraciones,
reacciones químicas, etc. Por ejemplo, el peso atómico del oxígeno es 15,99, el
del cloro 35,45 o el del oro 197.
Un tercer número o valor interesante es la
valencia, necesario para formular las moléculas y al que nos referiremos a
continuación.
Los átomos, al unirse para formar moléculas, no
lo van a hacer de forma descontrolada o azarosa, sino con un cierto orden y
solo en ciertas proporciones. Las valencias de los elementos tratan de
describir estas proporciones. Cada elemento químico tiene una o varias valencias,
que son los números que describen su tendencia de combinación con otros
elementos (excepto los gases nobles, que al no combinarse, no puede decirse que
tengan valencia).
Así, por ejemplo, el hidrógenos siempre actúa
con valencia 1. El oxígeno, con valencia 2. El cloro puede usar las valencias
1, 3, 5 y 7. Es útil conocer las valencias de los elementos, sin ellas, no
sabríamos como combinar los átomos, como formar moléculas.
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| Tabla periódica |
Establezcamos, por lo tanto, una tabla con las
valencias de los elementos químicos más importantes.
Moléculas.
Las moléculas se
forman por la unión de dos o más átomos iguales o diferentes entre si. Podemos
encontrar moléculas muy sencillas, en las cuales se unen dos átomos exactamente
iguales, como ocurre en el caso de muchos compuestos que en su estado gaseoso
se presentan como moléculas biatómicas. Por ejemplo el oxígeno aparece como O2,
el hidrógeno como H2.
Otras moléculas, en
cambio, son muy complejas, con multitud de átomos diferentes, pudiendo llegar a
varios miles en grandes macromoléculas orgánicas.
A la hora de formar
compuestos, las moléculas se clasifican en dos grandes tipos: inorgánicas y
orgánicas. Que a su vez dan lugar a dos de las grandes ramas de la química.
Las moléculas
inorgánicas son más sencillas, aparecen espontáneamente en la naturaleza sin la
intermediación de seres vivos. En cambio las orgánicas se basan en cadenas de
carbono a las que se unen diferentes átomos. Y la formulación de ambos tipos de
moléculas difiere en cuanto a su complejidad y en cuanto a sus normas. Por eso
analizaremos ambas formulaciones por separado.
Para hacer más
sencilla la formulación inorgánica, comenzaremos por las moléculas más simples,
es decir, por aquellas formadas por solo dos elementos. Llamaremos a uno de
estos elementos M y al otro X.
Supongamos, así mismo,
que M tiene una valencia de valor a. Y que X tiene una valencia de valor B.
Pues al formar la molécula, tendremos que poner la valencia de X al elemento M
y la valencia de M al elemento X. Y la anotaremos como un número de pequeño
tamaño en forma de subíndice. Es decir:
MbXa
En el caso de que a y
b fuesen divisibles por el mismo número, es decir, simplificables, se realizará
la división, debiendo ser los números más pequeños posible. A esto habrá varias
excepciones, cuando la simplificación no de lugar a la fórmula real de la
molécula; esta situación se dará, como veremos más adelante, en el caso de los
peróxidos, en los cuales tendremos siempre dos oxígenos y no podremos nunca
simplificarla más allá de eso.
La formulación debe
aportarnos una serie de reglas que nos permitan dar un nombre a esta molécula y
que este nombre sea inequívoco, es decir, que ninguna otra molécula pueda
llevar ese nombre. Y también debe permitir que, conocido el nombre de una
molécula, resulte relativamente sencillo deducir de qué molécula se trata.
El organismo regulador
de la formulación química, tanto orgánica como inorgánica, es la IUPAC. Es la
que decide las reglas de formulación.
Sin embargo, hay dos
problemas que no se han podido solventar. Por una parte, en formulación
inorgánica hay al menos tres maneras diferentes de formular, que son usadas de
forma indistinta y con bastante frecuencia. Se denominan sistemática,
tradicional y stock. Quizás la más reglamentada sea la sistemática, pero muchos
compuestos son formulados y nombrados con mucha frecuencia por alguno de los
otros sistemas y por eso debemos conocer al menos los rudimentos de los tres.
Por otro lado,
multitud de compuestos tanto inorgánicos como orgánicos poseen un nombre común
que se usa constantemente. Por ejemplo, el H2O es el agua, o el NH3
es el amoniaco, sin que ningún sistema de formulación pueda evitarlo. También
ocurre con moléculas orgánicas, como el benzeno.
Comencemos con la
formulación inorgánica. Veremos los tipos más importantes de moléculas
orgánicas y la manera de nombrarlos mediante los tres sistemas más usados.
Comenzaremos por compuestos binarios y después pasaremos a compuestos ternarios
y algunos cuaternarios.
Entendemos por óxidos
a todos aquellos compuestos que se forman por la combinación de oxígeno con
cualquier otro elemento, metálico o no metálico. El oxígeno actuará siempre con
la valencia 2 y el otro elemento, con cualquiera de las que pueda actuar.
El oxígeno puede
formularse, como hemos dicho, tanto con elementos metálicos como con elementos
no metálicos. Tradicionalmente, cuando se formula con elementos no metálicos se
habla de anhídridos. Esta diferencia solo se hará notar cuando nombremos el
compuesto mediante la nomenclatura tradicional, ya que la sistemática y la
stock solo hablan de óxidos, independientemente de la naturaleza del compuesto
que se formule con el oxígeno.
También podemos
encontrar otra diferencia a la hora de nombrar ambos tipos de compuestos,
aunque no afecte directamente a su formulación. Y es que se dice que los óxidos
metálicos son óxidos básicos, mientras que los óxidos no metálicos son
denominados óxidos ácidos.
Comencemos por los
óxidos metálicos. En cualquiera de las tres nomenclaturas se nombrarán como
óxidos. Sin embargo, variará la forma en la que dejemos de manifiesto la
valencia con la que está actuando el metal (ya indicamos que el oxígeno siempre
actúa con la 2).
El sistema más
sencillo es el sistemático. Ya que sencillamente, se lee la fórmula, sus
componentes, indicando la cantidad relativa de cada uno y comenzando por el
oxígeno. Por ejemplo:
FeO es el óxido que
forma el oxígeno con el hierro cuando este último actúa con la valencia más
baja, la valencia 2 (el hierro tiene valencias 2 y 3). Al formular obtendríamos
Fe2O2, que se debe simplificar, obteniendo la ya indicada
FeO. En la nomenclatura sistemática indicamos que hay un átomo de oxígeno y un
átomo de hierro: monóxido de hierro.
Se usan los prefijos
mono para 1, di para 2, tri para 3, tetra para 4, penta para 5, hexa para 6,
hepta para 7, octa para 8. El prefijo mono suele usarse solo para el primero de
los componentes, entendiéndose que el segundo será también único si no hay
ningún prefijo (es decir, se habla de monóxido de hierro, dando a entender que
el hierro está solo, no hace falta decir monóxido de monohierro).
Cuando el compuesto
metálico tiene una sola valencia, puede omitirse el prefijo mono. Por ejemplo,
el CaO puede nombrarse como óxido de calcio.
En el sistema stock
nombramos directamente como óxido del metal correspondiente y pondremos entre
paréntesis y en números romanos la valencia con la que está actuando el metal.
Es decir, en el caso del FeO hablamos de óxido de hierro, pero debemos indicar
la valencia con la que está actuando el hierro, para no confundirlo con el otro
óxido de hierro posible. En este caso, el óxido de hierro (II).
La otra fórmula
posible de óxido de hierro es que este actúe con valencia 3. Es decir, Fe2O3,se
nombraría por la nomenclatura sistemática como trióxido de dihierro. Y por la
stock como óxido de hierro (III).
Si el elemento que se
combina con el oxígeno tiene una sola valencia, no debe indicarse entre paréntesis.
Por ejemplo, el CaO, con nomenclatura stock, es óxido de calcio y no debe
indicarse la valencia entre paréntesis, no es necesaria porque solo puede tener
la 2.
Y por último, debemos
analizar la nomenclatura tradicional. En ella seguimos hablando de óxido, pero
para indicar la valencia con la que está actuando el metal, le añadimos un
sufijo. Si solo tiene una valencia, el metal acabará en el sufijo –ico. Por
ejemplo, el CaO se denominará óxido cálcico.
Si tuviese dos
valencias, se añadiría el sufijo –ico si actuase con la mayor y el sufijo –oso
si actuase con la menor. Por ejemplo, el Fe2O3 será el
óxido férrico. El FeO será el óxido ferroso.
Si el compuesto
tuviese tres valencias, añadiríamos el prefijo hipo- antes del nombre y el
sufijo –oso después para la valencia más pequeña. El sufijo –oso para la
segunda. Y el prefijo –ico para la más grande.
Y su hubiese cuatro
valencias, el prefijo hipo- y sufijo –oso para la más pequeña. El sufijo –oso
para la segunda. El sufijo –ico para la tercera. Y el prefijo per- y el sufijo
–ico para la más grande.
En el caso de óxidos
no metálicos las nomenclaturas sistemática y stock no varían. En cambio la
tradicional los nombrará como anhídridos. Así, el CO2 se nombrará
como dióxido de carbono por la sistemática. Como óxido de carbono por la stock.
Y como anhídrido carbónico por la tradicional.
Por poner otro
ejemplo. el Cl2O7 es un óxido en el que el oxígeno se
combina con un no metal, el cloro, actuando este último con valencia 7. Por la
nomenclatura sistemática, hablaríamos del heptaóxido de dicloro. Por la stock
de oxido de cloro (VII). Y por la tradicional, dado que el cloro está
funcionando con su valencia más elevada, óxido perclorico.
El mayor problema de
la nomenclatura tradicional es la existencia de compuestos en los que alguno de
sus elementos actúa con una valencia poco común. En ese caso, el compuesto
comienza a adoptar nombres que deben conocerse de memoria, lo cual complica su
formulación. Por ejemplo, las valencias más habituales del nitrógeno son la 3 y
5. Por eso al N2O3 se le llama anhídrido nitroso y al N2O5
anhídrido nítrico. Sin embargo, al combinarse con el oxígeno, también puede
adoptar valencia 1 y formar el compuesto N2O. A este compuesto no le
podremos llamar anhídrido, debiendo llamarle óxido nitroso o óxido de nitrógeno
(I) por la stock. También encontraremos un óxido de nitrógeno en el que este
actúa con valencia 2, siendo entonces el compuesto NO. En la nomenclatura
tradicional se le denominará óxido nítrico y en la stock óxido de nitrógeno
(II). La cosa se complica más todavía cuando el nitrógeno adquiere la capacidad
de actuar con valencia 4, ya que puede formar dos moléculas diferentes, el NO2
y el N2O4 (por su estructura, no puede simplificarse). El
sistema tradicional denomina la primero dióxido de nitrógeno y al segundo
tetróxido de nitrógeno. La stock no da opción para diferenciar moléculas, ya
que su valencia es idéntica. Sin embargo, todo estos problemas se solventan con
facilidad usando la formulación sistemática, ya que al N2O3
se le llama truóxido de dinitrógeno, al N2O5 pentaóxido
de dinitrógeno, al NO monóxido de nitrógeno, al N2O monóxido de
dinitrógeno, al NO2 dióxido de nitrógeno y al N2O4
tetraóxido de dinitrógeno. Cada compuesto tiene su nombre y no necesitamos ni
conocer las valencias, ni conocer las excepciones, ni aplicar nombres
tradicionales que requieren ser aprendidos de memoria. El único problema de la
nomenclatura sistemática es que, en muchos compuestos, apenas se usa debido al
enorme peso que aun tiene la tradición a la hora de nombrar productos químicos.
Existe una excepción
importante a la hora de formular óxidos y es cuando se combinan con el flúor.
Se debe a una propiedad de todos los elementos, la electronegatividad. El
oxígeno es el elemento más electronegativo, si exceptuamos el flúor. Y como el
flúor es más electronegativo, en la nomenclatura sistemática no podemos
considerarlo un óxido, ya que en esta el nombre debe partir del más
electronegativo. Por eso, las dos moléculas de oxígeno y flúor, deben en primer
lugar, escribir primero el oxígeno, siendo OF2 y O2F2.
Y no se nombrarán como óxidos, sino como fluoruros, siendo el difluoruro de
oxígeno y el bifluoruro de dioxígeno respectivamente.
Entendemos por hidruro
la combinación de hidrógeno con algún otro elemento químico. Este elemento
puede ser un metal o un no metal, obteniendo compuestos diferentes con
propiedades diferentes.
Los hidruros metálicos
no suelen presentar problemas. Son combinaciones en las que el hidrógeno, que
siempre actúa con valencia 1, se une a un metal, que puede actuar con
cualquiera de sus valencias. En la nomenclatura stock, al igual que en los
óxidos, debemos indicar entre paréntesis cuál es la valencia con la que está
actuando el metal (siempre que tenga más de una valencia).
Y en el sistema
tradicional, debemos indicar con prefijos y sufijos si está actuando con su
valencia más grande, más pequeña o si las hubiese, alguna de las intermedias.
Los prefijos y sufijos vuelven a ser hipo- -oso para la más pequeña, -oso para
la segunda, -ico para la tercera y per- -ico para la más grande. Usando la
terminación –ico si solo hay una valencia, -oso e –ico si hay dos y hipo- -oso,
-oso e –ico si hay tres.
En la nomenclatura
sistemática volvemos a nombrar la molécula según la vemos, indicando que se
trata de un hidruro, poniendo el prefijo delante del hidruro en función del
número de hidrógenos de la molécula y diciendo después el nombre del metal.
Veamos un ejemplo. El
hierro tiene valencias 2 y 3, pudiendo por tanto formar dos hidruros. Si usa la
valencia 3, la más grande, el compuesto sería FeH3. Por la
nomenclatura tradicional, la denominaríamos hidruro férrico. Por la stock,
hidruro de hiero (III). Y por la sistemática, trihidruro de hierro.
Otro ejemplo, ahora
con el níquel. Si el compuesto fuese NiH2, ¿cómo lo denominaríamos?
Por la tradicional debemos saber que el níquel tiene valencias 2 y 3, por lo
que en este compuesto está actuando con la más pequeña. Por lo que será el
hidruro niqueloso. Por la stock debemos saber que tiene más de una valencia (si
no, no se pondría nada entre paréntesis) y por eso lo denominaríamos como
hidruro de níquel (II). Por la sistemática, sencillamente, dihidruro de níquel.
Nótese que, si el metal solo tiene una valencia, la nomenclatura stock y la
sistemática coinciden en estos compuestos.
Cuando la molécula se
forma entre el hidrógeno y un no metal, la nomenclatura sistemática usa el
mismo sistema: los denomina hidruros indicando el número de átomos de cada uno
que hay en la molécula. Por ejemplo, el SH2 sería el dihidruro de
azufre. El ClH, monohidruro de cloro. Sin embargo, en la nomenclatura
tradicional se nombrará primero el compuesto no metálico, finalizado en –uro
seguido de la indicación de que se mezcla con hidrógeno. Es decir, en los dos
casos anteriores serían el sulfuro de hidrógeno y el cloruro de hidrógeno
concretamente. Dado que el no metal suele actuar con su valencia más pequeña,
no es necesario añadir ningún tipo de prefijo o sufijo.
Los hidruros de los
elementos: flúor, cloro, bromo, yodo, azufre, selenio y teluro, al disolverse
en agua, adquieren un marcado carácter ácido, por lo que suele denominárseles
hidrácidos. Por la nomenclatura tradicional se habla de ácido y el nombre del no
metal con el sufijo –hidrico a continuación. Además, al escribir la fórmula
suelen invertirse el orden de los elementos. Por ejemplo, en el caso de bromo,
el BrH se formularía como HBr y se denominaría ácido bromhídrico. El del yodo,
azufre, H2S se denominaría ácido sulfhídrico.
Esta nomenclatura
obliga a saberse de memoria unos cuantos compuestos y elementos, no es cómoda y
puede dar lugar a errores. Sin embargo, el peso de la tradición hace que siga
siendo la forma más común para nombrar estos compuestos.
Muchos hidruros no
metálicos poseen un nombre común, que se usa con más frecuencia que su nombre
sistemático. Por ejemplo, nadie habla del trihidruro de hidrógeno cuando
quieren referirse al NH3, ya que todo el mundo lo conoce por
amoniaco. El compuesto PH3 se conoce como fosfina, el AsH3
arsina, el SbH3 estibina, el BH3 borano, el SiH4
silano, el CH4 metano y
el H2O agua.
Las sales binarias son
compuestos binarios en los que se mezcla un metal y un no metal. Al escribir el
compuesto, en la fórmula debemos escribir primero el metal y después el no
metal. Y para nombrarlo, se añade el sufijo –uro al no metal y se continúa
nombrando al metal.
En la mayor parte de
las sales binarias el no metal funciona con la valencia más pequeña. El metal
puede funcionar con cualquiera de ellas. Y esto diferenciará los tres sistemas
de nomenclatura, tradicional, stock y sistemática.
Por ejemplo, cuando el
hierro se une al cloro se pueden formar dos compuestos diferentes en función de
si el hierro actúa con la valencia 2 ó 3. Supongamos que en este caso, actúa
con la 3. El compuesto sería FeCl3. Y se nombraría como cloruro
férrico mediante la nomenclatura tradicional, como cloruro de hierro (III)
mediante la stock y como tricloruro de hierro mediante la sistemática. El otro
compuesto, el FeCl2, sería el cloruro ferroso por la tradicional,
cloruro de hierro (II) por la stock y dicloruro de hierro por la stock.
Es decir, las reglas
son las mismas que en el resto de compuestos.
La combinación de
compuestos no metálicos entre si forman compuestos binarios relativamente
frecuentes. A nivel de formulación, es como si uno actuase como metal y el otro
como no metal. ¿Cómo saber cuál debemos hacer actuar como metal y como no metal?
Por su posición en la tabla periódica. El elemento que se encuentre más al
final de la siguiente lista actuará como no metal:
B – Si – C – Sb – As
– P – N – H – Te – Se – S – At – I – Br – Cl – O – F
Por ejemplo, si se
combinasen el fósforo y el cloro, el cloro se consideraría el no metal y el
fósforo el metal. Imaginemos que el fósforo actúa con la valencia 3. El
compuesto se formularía como PCl3. Y siguen vigentes las tres
nomenclaturas. Según la tradicional estaríamos hablando del cloruro fosforoso.
Según la stock del cloruro de fósforo (III). Y según la sistemática tricloruro
de fósforo.
Los compuestos
metálicos pueden unirse entre si. Hablamos de aleaciones. Forman combinaciones
muy variadas y no cumplen las reglas de las valencias en su formulación. En la
fórmula se coloca primero el que se encuentre mas a la izquierda y más arriba
(por ese orden), es decir, el de menor número atómico.
Dada su complejidad,
no entraremos en su formulación.
Se formulan por la
combinación entre un metal y un grupo (OH), denominado grupo hidroxi o grupo
hidróxido. El grupo (OH) se coloca al final de la fórmula, entre paréntesis y
con la valencia del metal debajo del paréntesis del grupo (OH). Bajo el metal
no se coloca ningún número, ya que el grupo (OH) actúa como un elemento con
valencia 1. La fórmula, por lo tanto, sería M(OH)a.
Podemos nombrar el
compuesto mediante las tres nomenclaturas, la tradicional, la stock y la
sistemática. En las tres hablamos de hidróxido, pero en la tradicional
indicamos la valencia del metal con los prefijos y sufijos (hipo- -oso, -oso,
-ico y per- -ico, como siempre). En la stock indicamos la valencia del metal
entre paréntesis y en números romanos. Y en la sistemática indicamos el número
de hidroxilos que tiene la fórmula.
Así, el hierro puede
formar hidróxidos con la valencia 2 y la 3. Cuando usa la 2 el hidróxido es el
Fe(OH)2. Y hablaremos de hidróxido ferroso según la tradicional.
Hidróxido de hierro (II) según la stock. Y dihidróxido de hierro según la
sistemática.
Con la valencia 3,
Fe(OH)3. Hablaremos de hidróxido férrico en la tradicional.
Hidróxido de hierro (III) en la stock. Y trihidróxido de hierro en la
sistemática.
Si el compuesto tiene
una sola valencia, en la tradicional se usa el sufijo –ico y en la stock se
suprime el paréntesis y la valencia. Así, si el metal es el calcio tendremos
Ca(OH)2 y se nombrará como hidróxido cálcico en la tradicional,
hidróxido de calcio en la stock y dihidroxido de calcio en la sistemática.
Los oxácidos, o ácidos
ternarios, son compuestos relativamente comunes, con marcado carácter ácido,
como su nombre indica y formados por la combinación de hidrógeno y oxígeno
generalmente con un no metal (aunque algunos metales, como el manganeso, el
cromo o el vanadio pueden formar ácidos) con la fórmula general: HaXbOc.
Obtener la fórmula de
los oxácidos es relativamente fácil. Basta con sumar a un óxido una molécula de
agua o, en algunos casos, dos o tres moléculas de agua.
Veamos un ejemplo.
Partimos por ejemplo del óxido de azufre en el que este último está actuando
con valencia 6. La fórmula de este óxido sería S2O6, es
decir, simplificando, SO3. Pues bien: SO3 + H2O
® H2SO4
y esta es la fórmula del ácido.
¿Cómo nombrarlo?
Volvemos a poder optar por una nomenclatura sistemática, que intenta reproducir
directamente la fórmula y por un sistema tradicional, que usa los mismos
prefijos y sufijos que en el caso de los óxidos. Además, hay un tercer sistema
que no corresponde exactamente al sistema stock y que se denomina sistemática
funcional.
Por desgracia, el
sistema más usado con mucha diferencia es la tradicional, que es con diferencia
la más complicada y la que plantea más excepciones y exige conocer más
valencias y compuestos de memoria.
En el sistema
tradicional se aplican los mismos prefijos y sufijos que los usados para formar
el óxido del que deriva el ácido. Como es una mezcla de oxígeno con no metal,
según la nomenclatura tradicional solemos partir de anhídridos. En el caso del
ejemplo anterior, el óxido correspondiente, el SO3, es aquel en el
que el azufre trabaja con la mayor de sus valencias. Por lo tanto es el
anhídrido sulfúrico. Y como es el ácido derivado del anhídrido sulfúrico, lo
denominaremos ácido sulfúrico.
Otro ejemplo. Si
tenemos el anhídrido: Cl2O3 sabemos que el cloro está
funcionando con la valencia 3 y que posee las valencias 1, 3, 5 y 7. Es, por lo
tanto, la segunda valencia más pequeña. Por eso se trata del anhídrido cloroso.
Para formar un ácido, se le sumará agua, de forma que: Cl2O3
+ H2O -> H2Cl2O4
que simplificado quedaría HClO2, que puesto que parte del anhídrido
cloroso se denominará ácido cloroso.
Ya hemos indicado que
algunos ácidos se formulan sumando más de una molécula de agua y debe indicarse
de alguna manera. Los ácidos que forman los anhídridos de fósforo, arsénico y
antimonio pueden sumar una, dos o tres moléculas de agua. Y en su nombre, debe
quedar constancia. En la nomenclatura tradicional lo que hacemos es añadir un
prefijo al nombre del ácido: meta- si se suma una molécula de agua, piro- si se
suman dos moléculas de agua y –orto si se suman tres. Si no aparece ningún
sufijo, en estos tres ácidos se sobreentiende que nos encontramos ante la forma
–orto, ya que es la más común.
Veamos los tres
ejemplos. Partimos de un anhídrido de fósforo en el que éste funciona con la
valencia 3, la más pequeña. La fórmula del anhídrido es P2O3
y se denomina anhídrido fosforoso (es la valencia más pequeña del fósforo).
Ahora podemos sumarle una, dos o tres moléculas de agua.
P2O3 + H2O -> H2P2O4
= HPO2 y se nombraría ácido metafosforoso.
P2O3 + 2 H2O -> H4P2O5
y se nombraría ácido pirofosforoso.
P2O3 + 3 H2O -> H6P2O6
= H3PO3 se nombraría ácido ortofosforoso o ácido
fosforoso.
La nomenclatura
sistemática es de más sencilla aplicación y no difiere a la hora de nombrar
ácidos según el número de moléculas de agua que se adicionan. Se trata, como
siempre, de nombrar lo que se ve en la fórmula prescindiendo del hidrógeno, con
el sufijo final –ato, comenzando por el oxígeno. No se indica el número de
hidrógenos, sino que se indica la valencia con la que funciona el no metal
entre paréntesis. En los tres ejemplos anteriores, al ácido metafosfórico se
nombraría como dioxofosfato (III) de hidrógeno. El ácido pirofosforoso se
denominará por la nomenclatura tradicional como pentaoxodifosfato (III) de
hidrógeno. Y por último el fosforoso u ortofosforoso se nombraría trioxofosfato
(III) de hidrógeno.
Otro ejemplo, el ácido
sulfúrico, H2SO4 se nombraría como tetraoxosulfato (VI)
de hidrógeno.
Existe un tercer tipo
de nomenclatura, que en el caso de oxácidos se denomina sistemática funcional.
Es similar a la sistemática, pero comenzando por la palabra ácido y terminando
el grupo con el sufijo –ico, añadiendo entre paréntesis la valencia del no
metal y prescindiendo de nombrar al hidrógeno, que se presupone al tratarse de
un ácido. Es decir, con los ejemplos anteriores, el ácido metafosforoso se
nombraría ácido dioxofosfórico (III). El ácido pirofosfórico sería el ácido
pentaoxidifosfórico (III). El ortofosfórico será el ácido trioxofosforico
(III). El ácido sulfúrico se podría nombrar como ácido tetraoxisulfúrico (VI).
Como vemos, es
trascendental saber calcular la valencia con la que trabaja el no metal en la
nomenclatura tradicional o el número de hidrógenos que debemos añadir en las
nomenclaturas sistemática y sistemática funcional. Los cálculos son muy
sencillos.
Dada una fórmula
cualquiera, HaXbOc la valencia del no metal se
calcularía multiplicando por 2 el número de oxígenos, es decir, c y le restamos
el número de hidrógenos, es decir, a. Y dividimos el resultado por el número
del elemento no metálico, es decir, b. En resumen: valencia de X = (2*c – a) / b.
Por ejemplo, en el
ácido sulfúrico, H2SO4 se calcularía:
Valencia azufre = (2*4
– 2) / 1 = 6.
En el caso del ácido
pirofosforoso: H4P2O5
Valencia del fósforo =
(2*5 – 4) / 2 = 6/2 = 3
El caso opuesto es
también sencillo de solventar. Es decir, si nos dan la fórmula sistemática o
sistemática funcional, indicándonos la valencia del no metal, es muy fácil
calcular el número de hidrógenos, ya que nos dicen también la cantidad de
oxígeno y de no metal que tiene la fórmula. Por ejemplo, si nos hablan del
ácido fosforoso, que se nombraría como trioxosufurato (IV) de hidrógeno,
sabemos que el ácido posee tres átomos de oxígeno y no de azufre con valencia 4.
¿Cuántos hidrógenos necesito? Fácil: número de hidrógenos = c*2 – b*valencia no
metal. En el caso que nos ocupa:
HaSO3
solo tenemos que calcular a. Sabemos que el azufre funciona con valencia 6. Por
lo tanto: a = 3*2 – 4*1 = 6 – 4 = 2. Por lo tanto, hay dos hidrógenos por lo
que la f´órmula es H2SO3.
Con la nomenclatura
sistemática funcional la mecánica es la misma.
Existen algunos ácidos
especiales, que suponen una excepción a la fórmula general. Se debe a que están
constituidos por hidrógeno, oxígeno y un metal. Son especialmente importantes
los ácidos de los metales Cromo, Manganeso y Vanadio. Veremos como ejemplos los
dos primeros.
El cromo puede formar
ácidos funcionando con la valencia 6. El ácido formado tendría la siguiente
fórmula: Cr2O6 = CrO3 + H2O -> H2CrO4.
Por el tradicional, hablamos de ácido crómico. En la sistemática, tetraoxocromato
(VI) de hidrógeno. Y en la sistemática funcional, ácido tetraoxocrómico (VI).
El manganeso puede
funcionar con valencias 6 y 7. Por lo tanto se formularán dos ácidos
diferentes. Funcionando con la valencia 6, sería de la siguiente forma:
Mn2O6
= MnO3 + H2O -> H2MnO4. Por la tradicional, se le denomina ácido
mangánico. Por la sistemática, tetraoxomanganato (VI) de hidrógeno. Y por la
sistemática funcional ácido tetraoxomangánico (VI).
Cuando funciona con la
valencia 7: Mn2O7 + H2O -> H2Mn2O8
= HMnO4. Por la tradicional se le denomina ácido permangánico. Por
la sistemática se le denomina tetraoxomanganato (VII) de hidrógeo. Y por la
sistemática funcional le llamaremos ácido tetraoxomangánico (VII).
Existen ácidos
derivados de combinaciones moleculares que no responden exactamente a estas
leyes de valencia. No los estudiaremos, por sobrepasar los contenidos del
curso. No obstante, en cualquier caso, serían fáciles de nombrar por la
nomenclatura sistemática y si nos apareciese una fórmula sistemática de alguno
de ellos, tampoco tendríamos dificultades en formularla correctamente. Por
ejemplo, el compuesto H2S2O5 se nombra
tradicionalmente como ácido disulfuroso, nombre que tendríamos que saber de
memoria si necesitásemos conocer el compuesto. En cambio, es fácil obtener un
nombre por la nomenclatura sistemática. Sabemos que el azufre está trabajando
con la valencia 4, ya que (5*2 – 2)/2 = 4. Por lo tanto, lo llamaríamos
pentaoxodisulfato (IV) de hidrógeno.
Las sales ternarias parten
de la sustitución del hidrógeno o hidrógenos de un ácido ternario por algún
metal. La fórmula general sería:
Ma(XbOc)d
Correspondiendo a al
número de hidrógenos que poseía el ácido y d a la valencia del metal. Si esa
valencia fuese 1, no se escribiría (como siempre) y se quitará el paréntesis. Y
si a y d son divisibles por el mismo número, es decir, simplificables, se
simplificarían (si tras la simplificación d vuelve a ser 1, se elimina el
paréntesis). Por ejemplo:
En el H2SO4
sustituimos el H por Ca. Ca2(SO4)2
simplificamos CaSO4.
Otro ejemplo HClO
sustituimos H por Mg: Mg(ClO)2
A la hora de
nombrarlas, volvemos a tener los tres sistemas, el sistemático, el tradicional
y la nomenclatura stock. Debemos tener en cuenta que el metal puede actuar con
cualquiera de sus valencias, lo cual debe ser indicado.
En el caso de la
nomenclatura tradicional, que sigue siendo la más compleja, pero la más usada,
partimos del nombre del ácido. Pero sustituimos su sufijo. Cambiamos el sufijo
–oso por el sufijo –ito y el sufijo –ico por el sufijo –ato. Y en caso de que
el metal tuviese varias valencias, usamos los sufijos –oso e –ico (y en su caso
los prefijos –hipo y –per) para indicar si está actuando con su valencia mayor
o más pequeña.
Si solo tiene una valencia, usamos el sufijo –ico como hemos
hecho siempre.
En el ejemplo del CaSO4
sabemos que parte del ácido sulfúrico. Por lo cual cambiamos el sufijo –ico por
el sufijo –ato. Y hablamos entonces de sulfato cálcico.
En el ejemplo del
Mg(ClO)2 hemos partido del ácido hipocloroso. Por lo cual, cambiando
–oso por –ito, hablaríamos del hipoclorito de magnesio o magnésico.
Si en vez de magnesio
el metal fuese hierro, tendríamos que indicar si la valencia que usa es la 2 ó
la 3. Y el Fe(ClO)2 sería el hipoclorito ferroso. El Fe(ClO)3
sería el hipoclorito férrico.
La nomenclatura stock
sería exactamente igual a la tradicional, pero en este caso, en lugar de
ponerle un sufijo –ico u –oso al metal, indicaríamos la valencia entre
paréntesis. Es decir, el Fe(ClO)2 sería el hipoclorito de hierro
(II) y el Fe(ClO)3 sería el hipoclorito de hierro (III).
La nomenclatura
sistemática describirá la fórmula. Su sistema es exactamente igual que el de el
ácido, solo que sustituimos el hidrógeno por el metal correspondiente. Y si este
metal tuviese varias valencias, indicaríamos su valor entre paréntesis y con
números romas.
Así, el CaSO4
se denominaría tetraoxosulfato (VI) de calcio. El Mg(ClO)2 se
llamaría monoxoclorato (I) de magnesio. El Fe(ClO)2 sería el
monoxoclorato (I) de hierro (II). Y el Fe(ClO)3 sería el
monoxoclorato (I) de hierro (III).
Cuando el valor del
paréntesis es diferente de 1 puede también indicarse, variando la manera de
nombrarlo y pudiendo prescindir así de indicar la valencia del metal. Cuando
ese valor es un 1, se escribe el prefijo bis. Si es 2, bis. Si es 3, tris. Si
es 4, tetraquis,. Por ejemplo, el Mg(ClO)2 se podría lamar
bis(monoxoclorato (I)) de magnesio. El Fe(ClO)3 sería el
tris(monoxoclorato (I)) de hierro.
En las sales ácidas,
al igual que en las sales, se sustituye hidrógeno por un metal. Pero en lugar
de sustituir todos los hidrógenos, sustituimos solo una parte, quedando algún
hidrógeno sin sustituir. La fórmula general sería:
Me(HfXbOc)d
Debiendo darse la
circunstancia de que e + f = a; es decir, que el número de hidrógenos que queda
más el número de hidrógenos que se sustituyen es igual al número de hidrógenos
que tenía al principio (es un cambio de parte de hidrógeno por metal, pero no
añado nada nuevo).
El valor d vuelve a
ser la valencia del metal. Si el número e y el número d son divisibles, se
simplifica la fórmula.
Se verá mejor con un
ejemplo. Partimos del H2SO4 sustituimos uno de los
hidrógenos por calcio. Y quedaría: Ca(HSO4)2.
En el caso de ácidos
como el fosfórico, H3PO4 tenemos la opción de cambiar uno
o dos hidrógenos para obtener la sal ácida. En el ejemplo con el calcio
obtendríamos Ca(H2PO4)2 si sustituimos uno de
los hidrógenos por calcio. O tendríamos Ca2(HPO4)2
que se simplificaría como CaHPO4 si sustituimos dos de los
hidrógenos por calcio (lógicamente, si sustituimos los tres tendremos la sal
ternaria, no sería una sal ácida).
A la hora de
nombrarla, tenemos las mismas opciones que en la sales binarias y su
formulación es muy similar.
Por la nomenclatura
tradicional, el sistema de cambio de sufijos es el mismo, el nombre de la sal
es muy similar, solo tengo que indicar que se trata de una sal ácida. Para ello
puedo optar por varias opciones. Puedo añadir la palabra “ácido” al nombre de
la sal, indicando así que conserva uno de sus hidrógenos.
En el caso del Ca(HSO4)2
sabemos que proviene del ácido sulfúrico. Entonces sería un sulfato y como
conserva un hidrógeno se denominaría sulfato ácido de calcio.
Otra opción de
nomenclatura tradicional es añadir la palabra hidrógeno antes del nombre de la
sal, indicando así que lleva un hidrógeno. Así, en el ejemplo anterior
hablaríamos de hidrogeno sulfato de calcio (o cálcico).
Una tercera opción,
más compleja pero usada en ocasiones, es añadir el prefijo –bi al nombre de la
sal. Así, esta sal se llamaría bisulfato de calcio.
¿Y como nombrar por la
tradicional si se pueden sustituir varios hidrógenos? Pues indicando el número
de hidrógenos que quedan de alguna manera. Por ejemplo, si hemos optado por la
opción de añadir la palabra ácido, se usa ácido cuando queda un hidrógeno,
diácido cuando quedan dos, triácido cuando quedan tres, etc.
En el caso del Ca(H2PO4)2
se denominaría fosfato diácido de calcio. Frente a CaHPO4 (en este
hay que simplificar la fórmula) que se denominaría fosfato ácido de calcio.
En el caso de añadir
la palabra hidrógeno, pues lo mismo. Añadimos di- si hay dos hidrógenos, tri-
si hay tres, etc. Por ejemplo, el Ca(H2PO4)2
se denominaría dihidrógeno fosfato de calcio (o cálcico) y el CaHPO4
que se denominaría hidrógeno fosfato cálcico.
El caso del bi- solo
se aplicará en casos en que no aparezca esta duda.
El metal puede tener
varias valencias y debe indicarse, como en el caso de las sales ácidas, bien
con el sufijo –ico u –oso, bien con un número entre paréntesis en el caso de la
nomenclatura stock. Por ejemplo, el Fe2(HPO4)3
sería el fosfato ácido de hierro (III) o fosfato ácido ferrico.
En la nomenclatura
sistemática es mucho más sencillo. Se indica en el nombre de la sal la
presencia de hidrógenos y la cantidad de los mismos. Por ejemplo, el FeHPO4
sería el hidrógenotetraoxofosato (V) de hierro (II). Otro ejemplo, el Ca(H2PO4)2
se denominaría dihidrógenotetraoxofosfato (V) de calcio ó como vimos en al caso
de las sales, bis(dihidrógenotetraoxofosfato (V)) de calcio.
Los peróxidos son
compuestos químicos binarios en los cuales encontramos un grupo O2
que actúa como un solo elemento con valencia 2. Este grupo O2 se une
a otro elemento que, en general, será un metal.
Dado que el grupo O2
actúa como un solo elemento, no puede ser simplificado, nunca debe desaparecer
el 2 de debajo del oxígeno.
Ejemplos, Li2O2.
Debe quedar así, no puede simplificarse. Aunque podría nombrarse como dióxido
de dilitio, se usa siempre la nomenclatura tradicional, hablando de peróxido de
litio. El Ca2(O2)2 se simplificaría, quedando
CaO2 y se hablará de peróxido de calcio.
El peróxido más común
y utilizado industrialmente es, con diferencia el peróxido de hidrógeno: H2O2.
