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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL FRRO. Departamento ciencias básicas Cátedra de química general Fórmulas químicas Ing. Eléctrica – Ing. Civil – Ing. Mecánica FRRo. DEPARTAMENTO CIENCIAS BASICAS CÁTEDRA DE QUIMICA GENERAL 1 EL ATOMO Y SUS COMPONENTES El átomo es la parte más pequeña en la que se puede obtener la materia de forma estable, ya que las partículas subatómicas que lo componen no pueden existir aisladamente salvo en condiciones muy especiales. Las partículas subatómicas principales son: � Protón: partícula elemental con carga eléctrica positiva igual a 1, se simboliza (p+) � Electrón: partícula elemental con carga eléctrica negativa igual a 1, se simboliza (e-) � Neutrón: partícula elemental eléctricamente neutra, se simboliza (no) Los protones y los neutrones se ubican en el núcleo atómico, mientras que los electrones lo hacen en el espacio que los rodea. En condiciones normales un átomo tiene el mismo número de protones que de electrones, lo que convierte a los átomos en entidades eléctricamente neutras. El número de protones en el núcleo atómico, denominado número atómico (Z) es el que determina las propiedades químicas del átomo en cuestión. Z = número de p+ La suma de los protones y los neutrones del núcleo, constituyen el número másico (A), y representa la masa de este átomo, ya que la masa de los electrones es despreciable en comparación a la de los neutrones y protones. A = número de p+ + número de no Símbolo atómico: Es el conjunto de una, dos o tres letras que se usa para representar un átomo en una fórmula química. Cuando el átomo se representa por una sola letra, ésta debe escribirse siempre en mayúscula. Si el símbolo esta compuesto por más de dos letras, la primera de ella debe ir siempre en mayúscula, mientras que la segunda de ellas debe ir siempre en minúscula. Ejemplos: ELEMENTO SIMBOLO HIERRO Fe NITROGENO N FÓSFORO P Muchos elementos tienen notables similitudes entre sí. Por ejemplo el litio (Li), el sodio (Na) y el potasio (K) son metales blandos muy reactivos. Los elementos helio (He), neón (Ne), argón (Ar) son gases poco reactivos. En general esta información se resume como se muestra en el siguiente grafico: Símbolo del elemento atómico número X másico número A Z FRRo. DEPARTAMENTO CIENCIAS BASICAS CÁTEDRA DE QUIMICA GENERAL 2 Ejercicio 1: Llene los espacios huecos de la siguiente tabla suponiendo que cada columna representa un átomo neutro. Símbolo 52 Cr Protones 33 77 Neutrones 42 20 Electrones 20 86 Número de masa 222 193 ¿cómo se ordenan los elementos químicas? El arreglo u ordenamiento de los elementos químicos es conocidos como: Tabla Periódica. Los elementos han sido ubicados en orden creciente del número atómico quedando así en las columnas verticales aquellos elementos con propiedades similares. La tabla periódica se puede dividir en: � Los gases nobles – Son gases de poca reactividad por lo que se les denomina como inertes. Por ejemplo helio, neón y argón no se combinan con ningún otro elemento, mientras que kriptón y xenón se combinan con muy pocos. Por esta razón, estos elementos existen con mucha facilidad en forma natural. � Los metales – son la categoría más grande de elementos. Son fácilmente reconocibles por su apariencia y todos, excepto mercurio, son sólidos a temperatura ambiente. Son maleables y buenos conductores de calor y electricidad. � Los no metales – al igual que los metales se distinguen por su apariencia. Once de los diecisiete elementos no metales son gases, uno es líquido (bromo) y los restante cinco son sólidos a temperatura ambiente. Son quebradizos y son pobres conductores de calor y electricidad. � Los metaloides o semimetales – sólo nueve de todos los elementos pertenecen a esta categoría. Reciben esta clasificación debido a que sus propiedades son intermedias entre los metales y los no metales. Son quebradizos y son pobres conductores de electricidad y calor. FRRo. DEPARTAMENTO CIENCIAS BASICAS CÁTEDRA DE QUIMICA GENERAL 3 Representándolos a todos juntos queda: Aquellos elementos ubicados en una columna se conocen como grupo mientras que los dispuestos en cada fila como período. Una propiedad que verás en la Tabla Periódica para cada elemento químico es la electronegatividad que se define como: Tendencia relativa que tienen los átomos de los distintos elementos para atraer (e-) de una unión química. Es decir, estamos hablando de una propiedad de los átomos enlazados y mientras mayor sea la electronegatividad de un átomo mayor será su capacidad para atraer electrones. Se le asigna arbitrariamente al flúor un valor de electronegatividad de 4, siendo éste el más electronegativo, mientras que el menos electronegativo y con una electronegatividad de 0.7 es el cesio (Cs). ¿Cuáles son los elementos que tienen tendencia a ceder electrones y cómo se hallan ubicados en la Tabla Periódica? Los elementos con tendencia a ceder electrones son los metales, y se hallan ubicados hacia la izquierda y hacia abajo en la Tabla. Cuanto más a la izquierda y más abajo se ubique un elemento, mayor será su tendencia a ceder electrones. METALES NO METALES METALOIDES GASES NOBLES FRRo. DEPARTAMENTO CIENCIAS BASICAS CÁTEDRA DE QUIMICA GENERAL 4 ¿Cuáles son los elementos que tienen tendencia a captar electrones y cómo se hallan ubicados en la Tabla Periódica? Los elementos con tendencia a captar electrones son los no metales, y se hallan ubicados hacia la derecha y hacia arriba en la Tabla. Cuanto más a la derecha y más arriba se ubique un elemento, mayor será su tendencia a captar electrones. En general, a lo largo de cada periodo hay un aumento continuo de la electronegatividad de izquierda a derecha, es decir desde los elementos con carácter metálicos a los no-metálicos. Una vez conocida la ubicación en la Tabla periódica y las tendencias de los elementos a ceder o a captar electrones, podemos explicarnos como y por que los elementos se unen de determinada manera. Los elementos cuando se unen, pierden, ganan o comparten electrones, pero no en cualquier cantidad, sino que lo hacen para llegar a una estructura más estable. Esa estructura más estable en la mayoría de los elementos representativos es la correspondiente a un gas noble. Cuando los elementos interactúan para formar uniones entre ellos, sólo entran en contacto los electrones más externos, llamados electrones de valencia. ¿Por qué son tan estables los gases nobles? Los gases nobles son tan estables porque tienen su último nivel de energía completo, y por eso son tan poco reactivos y prácticamente no se unen con ningún otro elemento, ni consigo mismos. La molécula de los gases nobles es monoatómica. Como todos los gases nobles, excepto el Helio, tienen 8 electrones en su último nivel de energía; esto llevó a la denominada regla del octeto, o sea que los elementos tienden a completar sus 8 electrones en el último nivel. Como toda regla, tiene sus excepciones (algunas de las cuales veremos como ejemplo). El Hidrógeno al unirse no completa 8 electrones, sino 2. Pero el Hidrógeno no es una excepción a la regla. ¿Por qué el hidrógeno no es excepción a la regla del octeto? El Hidrógeno tiene un solo electrón, que se encuentra en el nivel 1. Como el nivel 1 se completa con 2 electrones, al llegar a ese valor llega a la configuración electrónica del Helio, que es el primer gas noble. F(4) Cs(0,7) Elemento más electronegativo Elemento más electropositivo Aumento de la electronegatividad FRRo. DEPARTAMENTO CIENCIAS BASICASCÁTEDRA DE QUIMICA GENERAL 5 UNIONES QUÍMICAS Tenemos entonces tres posibilidades de unión entre los distintos elementos. � Si se unen un elemento con tendencia a ceder electrones (metálico) y un elemento con tendencia a captar electrones (no metal, con alta electronegatividad) con una gran diferencia de electronegatividad entre si; el metal cederá sus electrones al no metal y se formaran iones, quedando el metal como catión (carga +) y el no metal como anión (carga -). La atracción electrostática entre los iones de signo contrario forma la UNIÓN IÓNICA. LA UNIÓN IÓNICA se produce cuando se unen un metal y un no metal con suficiente diferencia de electronegatividad entre sí. Se forman iones con cargas eléctricas contrarias y la atracción electrostática entre ellos forma la unión. El ejemplo de unión iónica es la unión del cloro con el sodio. El sodio tiene mucha tendencia a ceder el último electrón porque al hacerlo se queda con la configuración electrónica del gas noble anterior, en este caso adquiere la configuración del Neón. El cloro necesita ganar un electrón para llegar a la configuración electrónica de gas noble, en este caso la del Argón. El sodio cede su electrón al cloro y los dos completan su octeto. La representación de esto se muestra en forma sencilla usando estructura de Lewis o diagrama de punto. Con el objeto de destacar los electrones de valencia, se utilizan los símbolos de Lewis. Un símbolo de Lewis está formado por el símbolo químico del elemento y un punto por cada electrón de valencia del átomo en cuestión. Nótese que, con excepción del Helio, el número de electrones de valencia de un átomo es el mismo que el número del grupo al cual pertenece. Los metales de transición, los lantánidos y los actínidos tienen capas internas incompletas y en general no es posible escribir símbolos sencillos de puntos de Lewis. + → � Si se unen dos elementos metálicos (o átomos del mismo elemento, que es el caso más usual), con tendencia a ceder electrones y baja electronegatividad; como esos últimos electrones están muy débilmente unidos lo que se produce es una red tridimensional de cationes entre los cuales pueden moverse libremente los electrones. Esa es la UNIÓN METÁLICA, que tiene características particulares que luego veremos. LA UNIÓN METÁLICA se produce en general entre los átomos de un mismo elemento metálico, que tiene baja electronegatividad, como en el hierro, el cobre o el aluminio. Na Cl Cl Na Símbolo de Lewis Símbolo de Lewis Fórmula de Lewis FRRo. DEPARTAMENTO CIENCIAS BASICAS CÁTEDRA DE QUIMICA GENERAL 6 La unión metálica no tiene representación en una estructura de Lewis. � Por último, si se unen dos elementos con tendencia a captar electrones (de alta electronegatividad y poca diferencia de electronegatividad entre si), como los dos “quieren quedarse” con los electrones, ya que necesitan captar electrones para completar su octeto, terminan compartiéndolos. Esta es la UNIÓN COVALENTE. LA UNIÓN COVALENTE se produce entre no metales, elementos con alta electronegatividad y poca diferencia de electronegatividad entre sí. Es covalente la unión existente en la molécula de cloro, dónde como ambos átomos necesitan un electrón más para completar su octeto, comparten un par de electrones, eso es lo que se denomina una unión covalente simple. Estructura de Lewis Fórmula desarrollada En la representación de Lewis se reemplaza el par de electrones compartido por una línea, obteniéndose la formula desarrollada como se ve en la figura. En el caso del cloro, los dos átomos que se unen son del mismo elemento, y por lo tanto tendrán la misma electronegatividad. El par electrónico que se comparte está igualmente compartido, eso es lo que se denomina una unión covalente pura o no polar. Pero la unión covalente también puede darse entre elementos que tengan diferente electronegatividad, como por ejemplo el cloro y el hidrógeno. En este caso el cloro es más electronegativo y el par electrónico que se comparte no esta igualmente compartido, sino que se encontrará (en promedio) mas cerca del cloro que del hidrógeno. Esto es lo que se denomina una unión covalente polar. En estos casos hay una separación de carga, pero no la suficiente como para que la unión sea iónica. Se dice que hay una Cl Cl FRRo. DEPARTAMENTO CIENCIAS BASICAS CÁTEDRA DE QUIMICA GENERAL 7 fracción o densidad de carga negativa del lado del cloro y una fracción o densidad de carga positiva del lado del hidrógeno y se forma lo que se denomina un dipolo. LA UNIÓN COVALENTE ES PURA O NO POLAR cuando no hay diferencia de electronegatividad entre los átomos unidos. LA UNIÓN COVALENTE ES POLAR cuando existe una diferencia de electronegatividad entre los átomos unidos. Si tenemos en cuenta esto, desde un extremo, que es la unión covalente pura, si vamos aumentando la diferencia de electronegatividad entre los elementos que se unen podremos llegar hasta el otro extremo que es la unión iónica. Entonces surge la pregunta: ¿donde esta el limite? hasta dónde seguimos diciendo que la unión es covalente y donde comenzamos a decir que la unión es iónica. La respuesta es que ese límite no esta rígidamente definido. De hecho hay diferencias de apreciación entre diferentes autores. Pero la diferencia de electronegatividad es un parámetro que ayuda mucho a determinar si una unión es covalente o iónica y, por lo tanto, si un compuesto es covalente o iónico. Nosotros vamos a tomar como limite una diferencia de electronegatividad de 2, si es menor diremos que es covalente; y si es 2 o mayor, que es iónica. Existen distintos tipos de uniones covalentes: UNIÓN COVALENTE SIMPLE cuando se comparte un solo par de electrones (cada átomo aporta un electrón). Es el caso visto en el cloro o en el cloro y el hidrógeno. UNIÓN COVALENTE DOBLE cuando se comparten dos pares de electrones entre los mismos átomos, es el caso del dióxido de carbono. Formula de Lewis Formula desarrollada UNIÓN COVALENTE TRIPLE cuando se comparten tres pares de electrones entre los mismos átomos, es el caso del nitrógeno. Formula de Lewis Formula desarrollada UNIÓN COVALENTE DATIVA O COORDINADA cuando el par que se comparte es aportado por uno solo de los átomos que se unen, es el caso del dióxido de azufre. Formula de Lewis Formula desarrollada O C O N N O S O FRRo. DEPARTAMENTO CIENCIAS BASICAS CÁTEDRA DE QUIMICA GENERAL 8 Tendrás que poder escribir las fórmulas de Lewis de muy diversos compuestos. Debes notar que en las estructuras de Lewis los electrones que se representan son los electrones de valencia, los del último nivel. Tienes que notar también que en las fórmulas de Lewis representamos de manera diferente a los electrones de los distintos átomos (círculos, cruces, etc.). Esto no significa que los electrones sean diferentes, todos los electrones son iguales e indistinguibles. Simplemente es un recurso didáctico para comprender como es la unión. Otra cosa importante es que en las fórmulas de Lewis los electrones siempre se colocan en pares, y los electrones que no forman uniones siempre están formando pares, por eso hablamos de pares de electrones compartidos (cuando forman una unión) y pares de electrones sin compartir o libres (cuando no están formando unión). ¿Podrías hacer las tres posibles fórmulas de Lewis para el SO2 ? Pero la fórmula correcta esuna sola, y la razón está en la naturaleza de la unión covalente dativa. ¿Podes explicarlo? En la unión covalente dativa, en la cual el par de electrones que se comparten pertenecen a un solo átomo, el elemento que cede el par compartido es siempre menos electronegativo que el que lo acepta. Esto en general se cumple, salvo en casos excepcionales que no estudiaremos en este curso. En los compuestos más comunes que veremos en este curso, la unión coordinada siempre se da de otro elemento hacia el oxigeno, ya que el único elemento más electronegativo que el oxigeno es el flúor. ¿Por qué necesitamos saber si una unión es iónica o covalente? Necesitamos saberlo para saber si un compuesto va a ser iónico o covalente, pero además para representar en forma correcta su fórmula de Lewis. Nota que la representación en fórmula de Lewis es distinta para una unión iónica y para una covalente, por lo tanto, antes de representarla se debe conocer si la unión es iónica o covalente. Uno de los errores comunes entre los alumnos es creer que las cosas son de una manera u otra, y que no existen matices intermedios. Entonces memorizan “entre metal y no metal la unión es iónica”. Esto no es siempre verdadero. La unión iónica siempre se va a dar entre un metal y un no metal, pero entre un metal y un no metal que tengan suficiente diferencia de electronegatividad entre si. Vamos a ver ejemplos de uniones entre metal y no metal que son covalentes. FRRo. DEPARTAMENTO CIENCIAS BASICAS CÁTEDRA DE QUIMICA GENERAL 9 Es importante que tengas en cuenta que ese límite de diferencia de electronegatividad no es una cosa tajante, y además que la diferencia de electronegatividad no es lo único que hace que un compuesto sea iónico o covalente. Por eso cuando esa diferencia está cerca del límite hay que tener cierto cuidado. Por ejemplo entre el berilio, un metal del grupo IIA, y el cloro, un halógeno, uno diría a priori que la unión es iónica. Si uno mira la diferencia de electronegatividad en la Tabla, es 1,5 y se trata de un compuesto covalente. Si tomamos el azufre y el sodio, su diferencia de electronegatividad es 1,6, sin embargo es un compuesto iónico a pesar de que la diferencia de electronegatividad es casi la misma. Ejercicio 2: Practica ahora escribiendo las fórmulas de Lewis de los siguientes compuestos, determinando primero si son iónicos o covalentes. Tiene en cuenta que la diferencia de electronegatividad es siempre positiva (`mayor electronegatividad´ menos `menor electronegatividad´). Por ejemplo en el Cl2O, no porque tenga dos átomos de cloro tengo que multiplicar la electronegatividad del cloro por dos, es el valor para el oxigeno menos el valor para el cloro. � Cl2O � BeCl2 � K2O � MgBr2 � Ca3N2 � PbCl4 Ejercicio 3: Todos los compuestos que siguen están formados por elementos no metálicos. En estos casos no es necesario fijarse en la diferencia de electronegatividad, siempre las uniones serán covalentes. Además, en todos los casos se cumple la regla del octeto y hay una única manera de unir los átomos respetándola. Escribe sus fórmulas de Lewis: � H2O2 � N2H4 � C2H4 � SO3 � C2H2 � CH2Cl2 � H2CO3 Valencia: Indica la cantidad de electrones que puede usar un elemento para combinarse con otro, sin indicar si acepta o cede: CH4: la valencia del C es IV Estado de oxidación o Número de oxidación: Es el Nº de electrones que un átomo puede captar o ceder (total o parcialmente) al formar un compuesto. Es la valencia con signo. FRRo. DEPARTAMENTO CIENCIAS BASICAS CÁTEDRA DE QUIMICA GENERAL 10 ÓXIDOS Son compuestos binarios formados por la combinación del oxígeno en su número de oxidación (-2), con otro elemento, que llamaremos “E”, actuando con número de oxidación (x) positivo. Su fórmula general es: E2 On Si los subíndices son divisibles por 2, se simplifican. NOMENCLATURAS Existen varias formas de nombrar un compuesto, algunas recomendadas por la IUPAC (unión internacional de química pura y aplicada) y otras más antiguas. Dado que te puedes encontrar con todas ellas es importante que las conozcas. Clásica o tradicional Si el elemento posee un único valor de numero de oxidación, el compuesto se nombra con las palabras “óxido de” seguido del nombre del elemento sin terminación alguna. Cuando es necesario aclarar el número de oxidación del elemento, se nombran usando la palabra “óxido” seguida del nombre del elemento con terminación “oso” o “ico” . Terminaciones Cantidad de números de oxidación con que puede actuar. óxido Hipo-………..-oso óxido …………………-oso óxido………………….-ico 1 2 3 Menor número de oxidación ⇓⇓⇓⇓ Mayor número de oxidación óxido Per-…………..-ico 4 Más adelante veremos que el manganeso es una excepción a esta regla. Ejemplos: � El calcio tiene un único número de oxidación (+2), por lo que forma un único oxido: CaO llamándose “oxido de calcio”. � El cloro tiene cuatro números de oxidación (+1), (+3), (+5) y (+7), formando cuatro óxidos: Cl2O1 óxido hipocloroso Cl2O3 óxido cloroso Cl2O5 óxido clórico Cl2O7 óxido perclórico FRRo. DEPARTAMENTO CIENCIAS BASICAS CÁTEDRA DE QUIMICA GENERAL 11 Numerales de Stock Se nombran con la palabra “óxido de” seguida del nombre del metal con su número de oxidación indicado entre paréntesis en números romanos. Si el elemento tiene número de oxidación único se omite. Ejemplos: Li2O óxido de litio Fe2O3 óxido de hierro (III) Cl2O7 óxido de cloro (VII) Sistemática o Atomicidad Utiliza prefijos (mono_, di_, tri_, tetra_, penta_, hexa_, hepta_ ) para cada elemento, que indica la cantidad de veces que están en ese compuesto. Ejemplos: Li2O monóxido de dilitio Fe2O3 Trióxido de dihierro Cl2O7 heptóxido de dicloro ¿Cómo se forman los óxidos? Hasta ahora lo hemos obtenido directamente con los elementos y conociendo el número de oxidación con que éstos actúan. Vamos a ver a continuación cómo se forman realmente, desde su reacción química. Para esto debemos entender primero que es una reacción química. Una reacción química es el proceso por el cual una o mas sustancias cambian para formar una o más sustancias nuevas. Las reacciones químicas se expresan por medio de ecuaciones químicas. Fe + O2 → Fe O óxido ferroso En las reacciones anteriores los elementos tienen número de oxidación cero. El signo “+” se interpreta como “se combina con” y la flecha se interpreta “para formar”. Todas las sustancias que están a la izquierda de la flecha se llaman reactivos y todas las que están a la derecha se llaman productos. En conclusión, los reactivos se combinan para formar productos. Pero toda reacción química es también una ecuación y como tal debe resolverse. La flecha aquí ocupa el lugar del igual: Fe + O2 = Fe O óxido ferroso Esto significa que todos los elementos que están como reactivos deben estar también entre los productos, y deben estarlo en la misma cantidad a ambos lados del signo igual. Por lo que debemos balancear la ecuación, para ello utilizaremos números enteros multiplicando a cada compuesto, de FRRo. DEPARTAMENTO CIENCIAS BASICAS CÁTEDRA DE QUIMICA GENERAL 12 forma tal que el número de átomos de cada tipo sea igual en ambos lado de la flecha. Estos números se llaman coeficientes estequiométricos. Para nuestro ejemplo hay unátomo de hierro en los reactivos y uno entre los productos, para el oxígeno hay dos átomos en los reactivos y un átomo en los productos. Comencemos multiplicando al óxido por 2 en los reactivos: Fe + O2 → 2 Fe O óxido ferroso Se ve que el oxígeno esta balanceado pero el hierro no, por lo que multiplico el hierro de los reactivos por 2: 2 Fe + O2 → 2 Fe O óxido ferroso La ecuación ya esta balanceada y dice: dos átomos de hierro se combinan con una molécula de oxigeno para formar dos moléculas de óxido. Es importante que recuerdes que en el balanceo de una ecuación, sólo se pueden modificar los coeficientes pero nunca los subíndices. Si cambio el coeficiente estequiométrico sólo varia la cantidad de veces que ese compuesto esta presente en la ecuación. Pero al cambiar un subíndice, cambia la identidad del compuesto. Aclaración: si bien podemos plantear una reacción de obtención para todos los compuestos, no necesariamente esta sea la vía de formación en la naturaleza, simplemente la planteamos con fines didácticos, para que sea más simple entender el proceso. También hay que tener en cuenta que algunos elementos son diatómicos, es decir, su molécula se encuentra constituida por dos átomos. Estos son: Los elementos del Grupo 7A (Halógenos): Fluor 2F , Cloro 2Cl , Bromo 2Br , Iodo 2I Y los elementos : Hidrogeno 2H , Oxigeno 2O , Nitrógeno 2N En particular cuando el oxígeno se combina con un metal, el óxido resultante se llama óxido básico y cuando se combina con un no metal se llama óxido ácido. Para los óxidos básicos se recomienda usar la nomenclatura tradicional o Stock, mientras que para los óxidos ácidos se recomienda la nomenclatura sistemática (atomicidad). Ejemplos: Fórmula Clasificación Nomenclatura Stock Nomenclatura Sistemática Nomenclatura Tradicional CuO Óxido básico óxido de cobre (II) Monóxido de cobre óxido cúprico Cl2O3 Óxido ácido óxido de cloro (III) trióxido de dicloro Òxido cloroso Hg2O Óxido básico óxido de mercurio (I) Monóxido de dimercurio óxido mercurioso Al2O3 Óxido básico óxido de aluminio Trióxido de dialuminio óxido alumínico Na2O Óxido básico óxido de sodio Monóxido de disodio óxido sodico Br2O7 Óxido ácido Óxido de bromo (VII) heptóxido de dibromo Óxido perbrómico Coeficiente estequiométrico FRRo. DEPARTAMENTO CIENCIAS BASICAS CÁTEDRA DE QUIMICA GENERAL 13 Mención especial requieren los óxidos del nitrógeno. Nº de oxidación Fórmula Nomenclatura Sistemática Nomenclatura tradicional +1 N2O monóxido de dinitrógeno Óxido nitroso +2 NO monóxido de nitrógeno Óxido nítrico +3 N2O3 trióxido de dinitrógeno Anhídrido nitroso +4 NO2 Dióxido de nitrógeno Dióxido de nitrógeno +4 N2O4 Tetróxido de dinitrógeno Tetróxido de dinitrógeno +5 N2O5 pentóxido de dinitrógeno Anhídrido nítrico Ejercicio 4: Completar la siguiente tabla. Fórmula N. sistemática N. stock N. tradicional F2O I2O7 As2O5 CaO Fe2O3 PbO Óxido de plata Dióxido de azufre Al2O3 SnO N2O5 CO Au2O SrO TeO2 Na2O Óxido aúrico Óxido cuproso Óxido de selenio (II) Ejercicio 5: Indicar los nombres, clasificarlos en óxidos básicos y óxidos ácidos y obtener las ecuaciones de formación de los siguientes óxidos: a) HgO b) SiO c) P2O5 d) FeO e) N2O3 f) PbO2 g) Li2O h) MgO i) CO2 FRRo. DEPARTAMENTO CIENCIAS BASICAS CÁTEDRA DE QUIMICA GENERAL 14 PERÓXIDOS Son compuestos formados por oxígeno y metal, pero el oxígeno actúa con número de oxidación (-1) y se encuentra formando una estructura singular, denominada anión peróxido (O2 -2). Su fórmula general es M2 (O2)y M = átomo metálico; (O2) = grupo peroxo; y = valencia del metal NOMENCLATURA: Se nombran con la palabra peróxido; la preposición de y el nombre del metal con el número de oxidación en números romanos (si existen varios). Ejemplos: Peróxido de hidrógeno H2O2 Peróxido de sodio Na2O2 Peróxido de bario Ba2(O2)2 -> BaO2 Peróxido de hierro (II) Fe2(O2)2 -> FeO2 El subíndice 2 del oxígeno que indica el tipo particular de enlace diatómico nunca se simplifica, como se ve en el peróxido de hidrógeno, el cual también es llamado agua oxigenada. HIDRÓXIDOS O BASES Son los compuestos constituidos por un catión metálico y tantas agrupaciones (OH)- (ión oxidrilo o hidroxilo) como el número de oxidación del metal. Pueden representarse por la fórmula general: Me(OH)x En la que Me simboliza el metal y “x” su número de oxidación. Observar que la “x” esta siempre fuera de un paréntesis que incluye al oxidrilo, porque significa que multiplica los dos elementos que lo componen, y se interpreta como el número de oxidrilos necesario para neutralizar la carga de ese catión. Su formación siempre puede imaginarse por el agregado de agua al óxido básico respectivo. Óxido básico + agua → hidróxido Tanto la reacción química como la ecuación química se escriben de forma similar a la que se hizo con los óxidos. Por supuesto también tendremos que balancearlas, para ello conviene en los hidróxidos FRRo. DEPARTAMENTO CIENCIAS BASICAS CÁTEDRA DE QUIMICA GENERAL 15 comenzar por el metal y luego seguir con el hidrógeno; por último verificar si el oxígeno está balanceado. Ejemplos: PbO + H2O → Pb(OH)2 Al2O3 + 3 H2O → 2 Al(OH)3 NOMENCLATURA Clásica o tradicional Si el metal posee un único valor de número de oxidación, el compuesto se nombra con las palabras “hidróxido de” seguido del nombre del metal sin terminación alguna. Cuando es necesario aclarar el número de oxidación del metal, se nombran usando la palabra “hidróxido” seguida del nombre del metal con terminación “oso” o “ico” (Se nombran como el óxido que lo origina cambiando la palabra óxido por hidróxido). Ejemplo: El sodio tiene un único número de oxidación (+1) Na(OH) hidróxido de sodio El hierro tiene dos números de oxidación (+2) y (+3) Fe(OH)2 hidróxido ferroso Fe(OH)3 hidróxido férrico Observe que no se usa “de” Numerales de Stock Se nombran con la palabra “hidróxido de” seguida del nombre del metal con su numero de oxidación indicado entre paréntesis en números romanos. Sistemática o Atomicidad Se anteponen los prefijos mono, di, tri, etc., a la palabra “hidróxido de” seguido del nombre del metal correspondiente. Ejemplos: Ácido Nomenclatura clásica Nomenclatura de Stock Nomenclatura Sistemática Ni(OH)2 Hidróxido niqueloso Hidróxido de níquel (I) Dihidróxido de níquel Ni(OH)3 Hidróxido niquélico Hidróxido de níquel (II) Trihidróxido de níquel Zn(OH)2 Hidróxido de cinc Hidróxido de cinc Dihidróxido de cinc En este texto y de acá en adelante se hará uso exclusivo de las nomenclaturas clásica y Stock paranombrar los hidróxidos debido a su amplio uso. Hidróxido de amonio El amoníaco reacciona con el agua formando el hidróxido de amonio. NH3 + H2 O → (NH4) (OH) FRRo. DEPARTAMENTO CIENCIAS BASICAS CÁTEDRA DE QUIMICA GENERAL 16 Ejercicio 6: Dada la fórmula, escriba el nombre de los siguientes hidróxidos: a) Li(OH) b) Cu(OH)2 c) Fe(OH)3 d) Cd(OH)2 Ejercicio 7: Dado el nombre de los siguientes hidróxidos escriba la ecuación de formación y balancee. a) Hidróxido de cobalto (II) b) Hidróxido plúmbico c) Hidróxido cúprico d) Hidróxido de estaño (IV) e) Hidróxido de amonio Ejercicio 8: Complete la siguiente tabla Fórmula N. stock N. tradicional Hg(OH) Hidróxido de sodio Au(OH) Hidróxido de talio (I) Hidróxido de mercurio (II) Hidróxido estannoso K(OH) Hidróxido estánnico Ag(OH) HIDRUROS Los Hidruros son compuestos binarios que resultan de la combinación de un elemento (metal o no metal) con el Hidrógeno. Se los diferencia en Hidruros Metálicos e Hidruros No Metálicos. Generalmente son gaseosos. HIDRUROS NO METÁLICOS O COVALENTES Compuesto formado por un No Metal y el Hidrógeno. Son todos gaseosos. Los elementos que forman esta clase de hidruros son: Azufre S , Selenio Se , Telurio Te , Fluor 2F , Cloro 2Cl , Bromo 2Br e Iodo 2I . Todos actúan siempre con el menor número de oxidación. Su formula general es: HvN Donde “N” representa al no metal y “v ” es el número de oxidación del no metal. En estos compuestos el hidrógeno siempre actúa con número de oxidación (+1) FRRo. DEPARTAMENTO CIENCIAS BASICAS CÁTEDRA DE QUIMICA GENERAL 17 NOMENCLATURA Se los nombra con el nombre del no metal terminado en “URO” y seguido de “de Hidrógeno”. Ejemplos: Nº de oxidación del No Metal Fórmula N. tradicional -2 H2S Sulfuro de Hidrógeno -2 H2Se Seleniuro de Hidrógeno -1 HCl Cloruro de Hidrógeno -1 HF Fluoruro de Hidrógeno Hay no metales como el nitrógeno, fósforo, arsénico, antimonio, carbono, silicio y boro que forman compuestos con el hidrógeno y que reciben nombres especiales. Nitrógeno, fósforo, arsénico, antimonio y el boro actúan con número de oxidación (-3) mientras que el carbono y el silicio lo hacen con número de oxidación (-4). Nº de oxidación Fórmula N. tradicional (la más usada) N. sistemática -3 NH3 Amoniaco Trihidruro de nitrógeno -3 PH3 Fosfina Trihidruro de fósforo -3 AsH3 Arsina Trihidruro de arsénico -3 BH3 Borano Trihidruro de boro -3 SbH3 Estibina Trihidruro de antimonio -4 CH4 Metano Tetrahidruro de carbono -4 SiH4 Silano Tetrahidruro de boro HIDRUROS METÁLICOS O IÓNICOS Se formulan escribiendo el símbolo del metal y a su derecha el del hidrógeno. Los subíndices se obtienen intercambiando sus números de oxidación. Tienen estructura cristalina, son agentes reductores enérgicos y se forman con metales de baja electronegatividad. Su formula general es: MHx Donde “x” es el número de oxidación del metal. En estos compuestos el hidrógeno siempre actúa con número de oxidación (-1), ya que el hidrógeno es más electronegativo que los metales. FRRo. DEPARTAMENTO CIENCIAS BASICAS CÁTEDRA DE QUIMICA GENERAL 18 NOMENCLATURA Se los nombra con la palabra “Hidruro”. A continuación se muestran las tres nomenclaturas existentes: Nº de oxidación Fórmula N. sistemática N. stock (la más frecuente) N. tradicional +1 NaH Monohidruro de sodio Hidruro de sodio Hidruro sódico +2 FeH2 Dihidruro de hierro Hidruro de hierro (II) Hidruro ferroso +3 FeH3 Trihidruro de hierro Hidruro de hierro (III) Hidruro férrico +4 SnH4 Tetrahidruro de estaño Hidruro estaño (IV) Hidruro estánnico Ejercicio 9: escribir las fórmulas de los siguientes hidruros • hidruro de calcio • hidruro de litio • hidruro de estroncio ÁCIDOS HIDRACIDOS Se obtienen a partir de los hidruros no metálicos cuando éstos, que son compuestos gaseosos, se hacen burbujear en agua. Hidruro no metálico →agua Hidrácido Ejemplo: HCl(g) → agua HCl(l) NOMENCLATURA Clásica o tradicional Se los nombra con la palabra “ácido” seguido del nombre del no metal con la terminación “hídrico”. Ejercicio 10: complete la siguiente tabla: Nº oxidación Fórmula N. tradicional (cuando está en disolución) N. tradicional (cuando está en estado gaseoso) +1 HF Ácido fluorhídrico Fluoruro de hidrógeno +1 HCl Ácido clorhídrico Cloruro de hidrógeno +1 HI +2 H2S Ácido sulfhídrico Sulfuro de hidrógeno +2 Seleniuro de hidrógeno +2 Ácido telurhídrico FRRo. DEPARTAMENTO CIENCIAS BASICAS CÁTEDRA DE QUIMICA GENERAL 19 ÁCIDOS OXIGENADOS U OXOÁCIDOS (oxácido) Son compuestos ternarios de fórmula general HxMzOy donde M simboliza el elemento central y es normalmente un “no metal” aunque también puede ser un metal de transición con número de oxidación elevado como el Cr+6, Mn+6 o Mn+7. Dicho elemento central (al que se le asigna un número de oxidación positivo) se encuentra combinado con oxígeno e hidrógeno. Los subíndices x, z, y, se pueden obtener como resultado de sumar una molécula de agua al óxido ácido correspondiente. óxido ácido + agua → ácido oxácido Para obtener la fórmula del ácido se siguen los pasos siguientes: � Se escribe la molécula del óxido ácido del cual proviene y se le suma una molécula de agua: Br2O3 + H2O � Se escriben a la derecha, uno al lado del otro, los símbolos de los elementos que intervienen en la reacción, en el orden mostrado comenzando por el hidrógeno: Br2O3 + H2O → H Br O � Se colocan como subíndices el número total de átomos que figuran a la izquierda: Br2O3 + H2O → H2Br2O4 � Se simplifican los subíndices de ser posible. Br2O3 + H2O → 2(H1Br1O2) � Por lo general los subíndices de número 1 no se colocan. Br2O3 + H2O → 2 (H Br O2) NOMENCLATURAS: Clásica o tradicional El hidrógeno de un oxácido no se menciona de manera explícita en el nombre del ácido. El uso de la palabra ácido al principio del nombre del compuesto indica la presencia de hidrógeno. Si el elemento posee más de un número de oxidación es necesario emplear prefijos y sufijos para diferenciarlos. Así se presentarán las siguientes posibilidades: Terminaciones Cantidad de números de oxidación con que puede actuar. Ácido Hipo-………..-oso Ácido …………………-oso Ácido………………….-ico 1 2 3 Menor número de oxidación ⇓⇓⇓⇓ Mayor número de oxidación Ácido Per-…………..-ico 4 FRRo. DEPARTAMENTO CIENCIAS BASICAS CÁTEDRA DE QUIMICA GENERAL 20 El carbono tiene un único número de oxidación con el que forma ácido oxoácido, por lo que el nombre correspondiente será: ácido carbónico (H2CO3) El azufre tiene tres números de oxidación con el que forma ácido oxoácido (+2,+4,+6), por lo que los nombres correspondientes serán: ácido hiposulfuroso (H2SO2), ácido sulfuroso (H2SO3) y el ácido sulfúrico (H2SO4) Los halógenos (Cl, Br, I) pueden formar cuatro oxoácidos, según sus números de oxidación positivos: Número de oxidación Nomenclatura clásica Fórmula +1 Ácido hipobromoso HBrO +3 Ácido bromoso HBrO2 +5 Äcido brómicoHBrO3 +7 Ácido perbrómico HBrO4 La nomenclatura tradicional de los ácidos del manganeso es una excepción a esta norma, ya que, aunque puede formar ácidos actuando con tres valencias distintas (IV, VI y VII), éstos se nombran como ácido manganoso, ácido mangánico y ácido permangánico (en vez de hipomanganoso, manganoso y mangánico, como correspondería al criterio general). Numerales de Stock Por el Sistema de Stock se nombra el átomo central, con terminación “ato”, entre paréntesis con números romanos se indica su número de oxidación y por último, se nombra el hidrógeno. Sistemática o Atomicidad Se indica el número de átomos de oxígeno con el prefijo correspondiente (mono, di, tri, etc.), seguido de la palabra “OXO”, luego la raíz del no-metal terminada en “ATO”, indicando luego el número de átomos de hidrógeno Ejemplos: Ácido Nomenclatura clásica Nomenclatura de Stock Nomenclatura Sistemática HNO2 Ácido nitroso Nitrato (III) de hidrógeno Dioxonitrato de hidrógeno HNO3 Ácido nítrico Nitrato (V) de hidrógeno Trioxonitrato de hidrógeno H2SO4 Ácido sulfúrico Sulfato (VI) de hidrógeno Tetraoxosulfato de di-hidrogeno En este texto y de acá en adelante se hará uso exclusivo de la nomenclatura clásica para nombrar los ácido oxoácidos debido a su amplio uso. FRRo. DEPARTAMENTO CIENCIAS BASICAS CÁTEDRA DE QUIMICA GENERAL 21 ÁCIDOS OXOÁCIDOS POLIHIDRATADOS Algunos óxidos pueden combinarse con más de una molécula de agua. En el siguiente cuadro se indican los elementos que dan óxidos con estas características: Cantidad de moléculas de agua Elemento 1 2 3 P: Fósforo x x x As: Arsénico x x x Sb: Antimonio x x x Si: Silicio x x - B: Boro x - x Al: Aluminio x - x Para distinguir los oxoácidos provenientes de estos óxidos se le agregan los siguientes prefijos a los nombres clásicos: meta: para aquellos ácidos que se forman con el agregado de 1 molécula de agua (menor grado de hidratación). piro: para aquellos ácidos que se obtienen con una cantidad intermedia de moléculas de agua (grado de hidratación intermedio). orto: para los ácidos que se obtienen con la mayor cantidad de moléculas de agua (mayor grado de hidratación) Ejemplos: Los óxidos ácidos del fósforo, con números de oxidación +3 y +5, se comportan de manera similar al combinarse con agua para dar lugar a los oxoácidos. El fósforo con número de oxidación +3 forma el anhídrido fosforoso u óxido de fósforo (III), P2O3, y con número de oxidación +5, el anhídrido fosfórico u óxido de fósforo (V). Cada uno de estos óxidos puede reaccionar con una, dos o tres moléculas de agua, produciendo el "meta", "piro", "orto" oxoácido correspondiente, seguido de las terminaciones "oso" o "ico", según se trate del número de oxidación inferior o superior. P2O3 + H2O →2 HPO2 ácido metafosforoso P2O3 + 2 H2O → H4P2O5 ácido pirofosforoso P2O3 + 3 H2O →2 H3PO3 ácido ortofosforoso P2O5 + H2O → 2 HPO3 ácido metafosfórico P2O5 + 2 H2O → H4P2O7 ácido pirofosfórico P2O5 + 3 H2O →2 H3PO4 ácido ortofosfórico FRRo. DEPARTAMENTO CIENCIAS BASICAS CÁTEDRA DE QUIMICA GENERAL 22 El prefijo “orto” es el único que puede no estar indicado. Por ejemplo, el ácido ortofosfórico, suele llamarse simplemente ácido fosfórico. La siguiente es una regla nemotécnica que permite la escritura rápida de ácidos monohidratados, consiste en: Hx E Oy Cuando el número de oxidación (n) del elemento es impar: � la atomicidad del hidrógeno es 1 (es decir x=1) � la atomicidad del oxígeno se calcula: y = (n+1)/2 Cuando el número de oxidación (n) del elemento es par: � la atomicidad del hidrógeno es 2 (es decir x=2) � la atomicidad del oxígeno se calcula: y =(n+2)/2 Ejemplos: Elemento Nº de oxidación Fórmula Nomenclatura cloro +1 H CL O Ácido hipocloroso Cloro +3 H CL O2 (3+1)/2 Ácido cloroso Azufre +6 H2 S O4 (2+6)/2 Ácido sulfúrico Ejercicio 11: escriba las ecuaciones de formación de los siguientes ácidos y balancee las mismas. a) Ácido perclórico b) Ácido piroarsenioso c) Ácido hipoiodoso d) Ácido metabórico e) Ácido sulfhídrico f) Ácido cloroso g) Ácido silícico h) Ácido nitroso i) Ácido piroantimónico j) Ácido sulfúrico k) Ácido bromhídrico l) Ácido fosfórico m) Ácido ortobórico n) Ácido periódico FRRo. DEPARTAMENTO CIENCIAS BASICAS CÁTEDRA DE QUIMICA GENERAL 23 ANFÓTEROS � elementos anfóteros: son elementos que se comportan como metales y como no metales haciéndolo con distinto número de oxidación. Ejemplos: Elemento Nº de oxidación Símbolo Nombre Comportamiento metálico Comportamiento no metálico Bi Bismuto +3 +5 Mn Manganeso +2;+3 +4;+6;+7 Cr Cromo +2;+3 +3;+6 Ti Titanio +3 +4 V Vanadio +2;+3 +5 Mo Molibdeno +2;+3 +6 � Elementos que dan óxidos anfóteros: son elementos metálicos que actuando con el mismo número de oxidación originan óxidos que son anfóteros, o sea, óxidos que en medio ácido se comportan como óxidos básicos y en medio básicos se comportan como óxidos ácidos. Observar en la tabla anterior que el cromo es un elemento anfótero y posee un óxido anfótero. Los óxidos anfóteros reaccionan con ácidos y bases fuertes dando sales: Zn O + 2 Na(OH) → Na2 ZnO2 + H2 O (Cincato de sodio) Zn O + H2SO4 → Zn SO4 + H2O (Sulfato de cinc) Al2 O3 + 2 Na(OH) → 2 Na AlO2 + H2 O (Metaaluminato de sodio) Al2 O3 + 6 Na (OH) → 2 Na3 Al O3 + 3 H2 O (Ortoaluminato de sodio) Al2 O3 + 6 HCl → 3 H2 O + 2 Al Cl3 (Cloruro de aluminio) Cromo Se comporta como metal cuando actúa con números de oxidación +2 y +3, originando los óxidos cromoso y crómico respectivamente. Se comporta como no metal con números de oxidación +3 y +6. Con número de oxidación +6 y por su combinación con el oxígeno da un anhídrido crómico u óxido de cromo (VI), CrO3. Cuando este óxido se combina con el agua, se obtiene el ácido crómico: CrO3 + H2O → H2CrO4 Además forma el ácido dicrómico con su estado de oxidación de +6 (anión dicromato: Cr2O7 -2). 2 CrO3 + H2O → H2Cr2O7 FRRo. DEPARTAMENTO CIENCIAS BASICAS CÁTEDRA DE QUIMICA GENERAL 24 Manganeso Se comporta como metal con número oxidación +2 y +3, formando los óxidos manganoso y mangánico respectivamente. Se comporta como no metal con números de oxidación +6 y +7, originando dos óxidos ácidos, el anhídrido mangánico y el anhídrido permangánico. Estos al reaccionar agua forman dos oxoácidos: MnO3 + H2O → H2MnO4 ácido mangánico Mn2O7 + H2O → HMnO4 ácido permangánico Cuando actúa con número de oxidación +4 forma el dióxido de manganeso MnO2, que no forma ácido. Pero, ¿qué pasa si nos encontramos con la fórmula y tenemos que nombrarlo? Necesitamos saber en qué número de oxidación está actuando el elemento E. La forma más simple de determinar el número de oxidación deE es recordando que: � La carga total es cero. � El oxígeno, en este tipo de compuestos, actúa siempre con número de oxidación (–2). � El hidrógeno, en este tipo de compuestos, con número de oxidación (+1). � E actúa con número de oxidación positivo. Entonces, para saber en cual de sus números de oxidación está actuando, debemos sumar los números de oxidación de todos los elementos que forman el compuesto, multiplicados por su respectivo subíndice e igualarlos a cero, y de esta ecuación despejar el valor del número de oxidación. Ejemplo: H2SO4 Este es uno de los posibles ácidos del Azufre (S), si planteo la ecuación: 2(+1)+(x)+4(-2)=0 ⇒ x = +6 El número de oxidación del S es (+6). Ahora ya puedo nombrarlo, es el Ácido Sulfúrico. EL NITROGENO Si bien el nitrógeno no es un elemento anfótero, se estudia ya que es de interés debido a la gran cantidad de compuestos que forma El nitrógeno forma una variedad de compuestos al reaccionar con el hidrógeno y el oxígeno en los cuales su número de oxidación varía desde (-3) hasta (+5), como se muestra en la tabla siguiente. Nº de oxidación Fórmula Nomenclatura -3 NH3 Amoníaco 0 N2 Nitrógeno +1 N2O Óxido nitroso o monóxido de dinitrógeno +2 NO Óxido nítrico o monóxido de nitrógeno +3 N2O3 Anhídrido nitroso o trióxido de dinitrógeno +3 HNO2 Ácido nitroso +4 NO2 Dióxido de nitrógeno +4 N2O4 Tetróxido de dinitrógeno +5 N2O5 Anhídrido nítrico o pentóxido de dinitrógeno +5 HNO3 Ácido nítrico FRRo. DEPARTAMENTO CIENCIAS BASICAS CÁTEDRA DE QUIMICA GENERAL 25 Ejercicio 12: De él nombre a los siguientes ácidos. a) HF b) HNO3 c) HClO d) H2CrO3 e) HIO3 f) H2Cr2O7 g) HCl h) H3AsO4 i) H2CO3 j) H2CrO4 DISOCIACIÓN DE ÁCIDOS E HIDRÓXIDOS Los ácidos y los hidróxidos se disocian en presencia de agua en sus iones respectivos. Un ión es un átomo o grupo de átomos con cargas positiva o negativa. Un compuesto iónico se mantiene unido por las fuerzas de atracción que existen entre los iones con carga positiva y negativa. Un ión con carga positiva recibe el nombre de catión; un ión con carga negativa recibe el nombre de anión. En particular al catión proveniente del hidrógeno se llama protón (H+) Para expresarlo en forma iónica, se hace perder al ácido sus “H” dejando los elementos restantes con una carga negativa “igual al número de H perdidos”; por otro lado el hidróxido pierde sus oxidrilos (OH) dejando al metal como ión con carga positiva “igual al numero de (OH) perdidos”. Ejemplos: H2SO4 → agua 2H+ + (SO4) -2 forma disociada del ácido Dos protones un anión Fe(OH)3 → agua Fe+3 3(OH)- forma disociada del hidróxido Un catión tres aniones Ejercicio 13: escribir las siguientes formulas en forma disociada (ya que las ciertas sustancias moleculares en solución contienen iones). � HF � HNO3 � HClO � H2CrO3 � HIO3 � H2Cr2O7 � HCl � H3AsO4 � H2CO3 � Na(OH) � Cu(OH)2 � NH4(OH) � Ba(OH)2 FRRo. DEPARTAMENTO CIENCIAS BASICAS CÁTEDRA DE QUIMICA GENERAL 26 SALES Una de las formas de obtener sales es por reacción química entre ácidos e hidróxidos. El ácido puede ser un hidrácido, en cuyo caso se produce una sal de hidrácido (sal no oxigenada); o puede ser un oxoácido y se forma una oxosal (sal oxigenada). A este tipo de reacción se la conoce como reacción de neutralización. Ácido + Hidróxido → Sal + agua SALES NEUTRAS Provienen de la neutralización completa de un ácido por un hidróxido. Para obtener su fórmula, se los hace reaccionar en forma iónica. Estos iones interaccionan entre si para formar la sal y agua. La carga del catión metal se coloca sin signo como subíndice del anión y la carga del anión se coloca sin signo como subíndice al catión. Ejemplo Ácido sulfúrico (H2SO4) + hidróxido férrico (Fe(OH)3) → sal + agua En forma iónica: 2H+ (SO4) -2 + Fe+3 3(OH)- →→→→ Fe2 (SO4)3 + H2O En la fórmula de la sal siempre se coloca primero el catión proveniente del hidróxido (metal) y luego el anión proveniente del ácido. En forma molecular queda: H2SO4 + Fe(OH)3 →→→→ Fe2 (SO4)3 + H2O Observe que la ecuación no está balanceada, por lo que hay que ajustarla. Conviene empezar ajustando el metal proveniente del hidróxido, luego el no metal proveniente del ácido y por último el oxigeno e hidrógeno. 3H2SO4 + 2 Fe(OH)3 →→→→ Fe2 (SO4)3 + 6 H2O Para expresar la sal en forma iónica: Fe2 (SO4)3 →→→→ 2 [Fe] +3 3[SO4] -2 FRRo. DEPARTAMENTO CIENCIAS BASICAS CÁTEDRA DE QUIMICA GENERAL 27 NOMENCLATURAS: Clásica o tradicional Se cambia la terminación del ácido por otra, la que da origen a la terminación del nombre genérico de la sal, según el siguiente cuadro: Terminación del ácido Terminación de la sal -oso -ito -ico -ato -hídrico -uro Luego del nombre genérico de la sal va el nombre del metal sin terminación alguna en el caso de que posea un único número de oxidación o acompañado de las terminaciones –oso o –ico según corresponda, también se puede hacer con números romanos. Ejemplos: 3 H2SO4 + 2 Fe(OH)3 → Fe2 (SO4)3 + 6 H2O Ácido sulfúrico hidróxido férrico sulfato férrico agua sultafo de hierro (III) 3 HClO4 + Al(OH) 3 → Al(ClO4)3 + 3H2O Ácido perclórico Hidróxido de aluminio Perclorato de aluminio agua HF + Li(OH) → LiF + H2O Ácido fluorhídrico Hidróxido de litio Floruro de litio agua Sistemática o Atomicidad Se indica el número de átomos de oxígeno con el prefijo correspondiente (mono, di, tri, etc.), seguido de la palabra “OXO”, luego la raíz del no-metal terminada en “ATO”, indicando luego el nombre del metal. Numerales de Stock Por el Sistema de Stock se nombra el átomo central, con terminación “ato” para las oxisales y “uro” para las sales de hidrácidos, entre paréntesis con números romanos se indica su número de oxidación y por último, se nombra el catión (metal) indicando el número de oxidación si es necesario. Ejemplos: Ácido Nomenclatura clásica Nomenclatura de Stock Nomenclatura Sistemática NaClO Hipoclorito de sodio Clorato (I) de sodio Oxoclorato de sodio Al(ClO2)3 Clorito de aluminio Clorato (III) de aluminio Tri (dioxoclorato) de aluminio Fe2(SO4)3 Sulfato ferrico Sulfato (VI) de hierro (III) Tri (tetraoxosulfato) de dihierro Ca(BrO3)2 Bromato de calcio Bromato (V) de calcio Di (trioxo bromato) de calcio FeS Sulfuro ferroso Sulfuro de hierro (II) Mono sulfuro de hierro FeCl2 Cloruro ferroso Cloruro de hierro (II) Di cloruro de hierro KClO4 Perclorato de potasio Clorato (VII) de potasio Tetraoxoclorato de potasio Por el poco uso de la nomenclatura sistemática y Stock, solo se hará uso de la nomenclatura tradicional.FRRo. DEPARTAMENTO CIENCIAS BASICAS CÁTEDRA DE QUIMICA GENERAL 28 Ejercicio 14: Completar el siguiente cuadro con la nomenclatura tradicional Fórmula Nombre Li3AlO3 KMnO4 FeCrO4 K2Cr2O7 Na2ZnO2 Ejercicio 15: Dar el nombre a las siguientes sales neutras • Na2SO4 • AgNO3 • KClO4 • CaCO3 • PbSeO3 • Cu(BrO2)2 • Mg3(PO4)2 Ejercicio 16: Completar la siguiente tabla Fórmula Nomenclatura Clorato áurico Hipobromito de calcio Bromato de estaño (IV) Perclorato de mercurio (II) Sulfato de calcio Hiposelenito de cobre (II) Telurito de cobre (I) Metarseniato de hierro (III) Metantimonito de estaño (IV) Pirofosfato de calcio Piroarsenito de sodio Ortoantimoniato de níquel (III) Carbonato de sodio Ejercicio 17: Dada las fórmulas escriba el nombre de las siguientes sales: a) Pb(SO3)2 b) Zn(BrO4)2 c) Mn2(SO4)3 d) Co3(PO4)2 e) Ca(ClO3)2 f) Al(NO3)3 FRRo. DEPARTAMENTO CIENCIAS BASICAS CÁTEDRA DE QUIMICA GENERAL 29 SALES ÁCIDAS O HIDROGENADAS Los oxoácidos que contienen más de un hidrógeno no los ceden a todos con igual facilidad. Esto da lugar a la formación de iones que aún contienen átomos de hidrógeno y que pueden combinarse con cationes para dar lugar a las sales ácidas. En la Figura puede verse la reacción química para formar una sal hidrogenada como es el bicarbonato de sodio (NaHCO3). En la formula se escribe primero el metal, luego el hidrogeno y después el radical. Las sales ácidas son compuestos cuaternarios, ya que están formados por cuatro elementos. El número de hidrógenos que se le quitan al ácido se le pone como subíndice al metal y la valencia del metal se le pone como subíndice al resto del ácido. Ejemplo: hacer la ecuación de formación del fosfato ácido férrico. H3PO4 + Fe(OH)3 →→→→ Fe2 (HPO4)3 + H2O La ecuación balanceada queda: 3 H3PO4 + 2 Fe(OH)3 →→→→ Fe2 (HPO4)3 + 6 H2O El ácido fosfórico puede formar las siguientes sales: Hidrógenos que pierde H3PO4 - 3 H+ - H+ - 2 H+ HPO4 -2 PO4 -3 H2PO4 - + 3 Na+ + Na+ + 2 Na+ NaH2PO4 Na2HPO4 Na3PO4 sales ácidas sal neutra FRRo. DEPARTAMENTO CIENCIAS BASICAS CÁTEDRA DE QUIMICA GENERAL 30 NOMENCLATURAS: Clásica o tradicional Se nombran como las sales neutras, pero intercalando la palabra ácido precedida de uno de los prefijos di, tri, tetra, etc según el numero de hidrógenos que contenga la molécula. Ejemplo: NaHCO3 Carbonato ácido de sodio o “bicarbonato sódico” Fe(HSO4)2 Sulfato ácido ferroso K(H2PO4) Ortofosfato diácido de potasio Ejercicio 18: completar la siguiente tabla Fórmula Nomenclatura KH2PO4 Fe(HSO4)2 sulfato ácido de hierro (III) carbonato ácido de calcio Cu(H2PO4)2 Ca(HSO3)2 sulfato ácido de sodio Fosfato ácido de amonio Seleniuro ácido de magnesio fosfato ácido de potasio KH2PO4 Cr(HSO3)3 KHS SALES BÁSICAS (hidroxisales) Surgen de la reacción entre un ácido (hidrácido u oxácido) y una base. En este caso, son los hidróxidos de la base los que han sido parcialmente sustituidos por el anión del ácido. En la Figura puedes ver la reacción entre HCl (aq) y Al (OH)3 para formar una sal básica y como se redistribuyen los átomos en los productos que se han formado. FRRo. DEPARTAMENTO CIENCIAS BASICAS CÁTEDRA DE QUIMICA GENERAL 31 Clásica o tradicional Se nombran como las sales neutras, pero intercalando la palabra “básico” precedida de uno de los prefijos di, tri, tetra, etc según el numero de oxidrilo que contenga la molécula. Ejemplos Al(OH)SO4 sulfato básico de aluminio Fe(OH)2NO3 nitrato dibásico férrico Ejercicio 19: Dar el nombre correspondiente a) Ca (OH) Br b) Bi (OH)2 Cl c) Bi (OH) Cl2 d) Fe (OH) S Ejercicio 20: Dé los nombres químicos de las siguientes sustancias conocidas en la vida cotidiana: a) NaCl (sal de mesa) b) NaHCO3 (polvo de hornear o bicarbonato) c) NaClO (blanqueador) d) NaOH (soda cáustica) e) CaSO4 (yeso) f) KNO3 (sal nitro) g) HCl (ácido muriático) h) CaO (cal Viva) I) Ca(OH)2 (cal apagada) J) H2O2 (agua oxigenada) Ejercicio 21: Nombre correctamente los siguientes compuestos: a) Fe(OH)2 b) Ag (OH) c) Zn(OH)2 d) Rb(OH) e) Ba(OH)2 f) HIO g) H2SO3 h) HCl i) HMnO4 j) H3PO4 k) H2S l) Cd(OH)2 FRRo. DEPARTAMENTO CIENCIAS BASICAS CÁTEDRA DE QUIMICA GENERAL 32 Ejercicio 22: De las siguientes fórmulas indique cuales están correctas y para aquellas incorrectas indique la fórmula correcta. a) AlCl2 b) Na(OH)3 c) NH3 d) KI e) MgS f) Ba2O g) Li2(OH) h) FeO5 Ejercicio 23: Formule las siguientes sustancias: 1. Óxido de bario 2. Óxido de plata 3. Óxido de níquel (III) 4. Óxido de cloro (VII) 5. Hidruro de litio 6. Cloruro de cobalto (III) 7. Ácido bromhídrico 8. Ácido sulfhídrico 9. Amoniaco 10. Ácido clorhídrico 11. Peróxido de bario 12. Cloruro de sodio 13. Yoduro de plomo (II) 14. Bromuro potásico 15. Sulfuro de hierro (II) 16. Ácido nítrico 17. Ácido fosfórico 18. Ácido metafosfórico 19. Ácido sulfhídrico 20. Ácido sulfúrico 21. Ácido hipoiodoso 22. Hidróxido de calcio 23. Ácido nitroso 24. Hidróxido de aluminio 25. Carbonato sódico 26. Hipoiodito potásico Ejercicio 24: Dé el nombre de las siguientes formulas: a) (NH4 )4 As2 O5 b) Ni(OH)IO2 c) Au(OH) d) CuO e) K2 Cr O4 f) Mn2 O7 g) Na H Mn O4 h) Mn 4 (SiO4 ) 3 i) Cs (OH) FRRo. DEPARTAMENTO CIENCIAS BASICAS CÁTEDRA DE QUIMICA GENERAL 33 Ejercicio 25: Completar, balancear y escribir los nombres de reactivos y de productos a) Al (OH) 3 + .................. → ................................ + H2O ................. .................. Carbonato de aluminio b) .................. + .................. → Ca SO3 + H2O ...........……. .................. ................... c) Ca O + H2 O → ............... ........... ......... ................ d) Bi (OH)3 + H2 (Cr2 O7 ) → ........................ + H2O ............... ........................ sal neutra e) Sc (OH)3 + H4 (As2 O5 ) → ................... + H2O .............. .................. sal triácida f) Cd (OH)2 + .................... → [Cd (OH)] (VO3 ) + H2O ................ ..................... vanadato básico de cadmio Ejercicio 26: Completar, balancear y escribir los nombres de reactivos y de productos a) Pb(NO3)2 + K2CrO4 → __________ + ______ b) MgSO4 + BaCl2 → __________ + _____ c) KCl + AgNO3 → _________ + _______ d) Na2CO3 + CaCl2 → ___________ + ______ Ejercicio 27: Complete los espacios en blanco de la siguiente tabla Símbolo 54Fe2+ Protones 26 5 79 86 Neutrones 6 16 117 136 Electrones5 18 79 Carga neta -3 0 FRRo. DEPARTAMENTO CIENCIAS BASICAS CÁTEDRA DE QUIMICA GENERAL 34 Ejercicio 28: Dada la siguiente tabla conteste para cada caso: Átomo o ión del elemento A B C D E F Número de electrones 5 10 18 28 36 9 Número de protones 5 7 19 30 35 9 Número de neutrones 5 7 20 36 46 10 a) ¿Cuáles de las especies son neutras, cuales tienen carga positiva o negativa? b) ¿Cuál es el número atómico? Defina dicho número. c) ¿Cuál es le número másico? Defina dicho número. Ejercicio 29: Cuál de los siguientes símbolos proporciona mayor información del átomo. Explique 23 Na 11 Na Ejercicio 30: Indicar el número de protones neutrones y electrones de cada una de las siguientes especies a) 29F b) 24Mg c) 56Fe d) 35Cl − FRRo. DEPARTAMENTO CIENCIAS BASICAS CÁTEDRA DE QUIMICA GENERAL 35 RESUMIENDO Básicas Sales + H2O Oxácidos Ácidas Neutras Ácidos Se neutralizan y forman Ambos son Hidrácidos Hidróxidos Compuestos Metales No Metales Hidruro Metálico Ácidos Hidrácidos Óxidos Básicos Hidróxidos + O2 Óxidos Ácidos Ácidos Oxácidos Hidruro No Metálico + O2 + H2 + H2 + H2O + H2O Disueltos en H2O
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