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FCyT – UADER Introducción a la Química 1 Introducción a la Química Apunte de Cátedra FCyT UADER Licenciatura en Criminalística Docentes: Bioq. Mg. en Qca. Julieta Barrandeguy (Profesor Adjunto). Bioq. Mariela Arismendi. Ing. Florencia Azcoaga. Autores: Cátedra de Introducción a la Química, FCyT - UADER. FCyT – UADER Introducción a la Química 2 BLOQUE TEMÁTICO I: UNIDAD 1: La Química y la Materia Todo lo que nos rodea (el universo) está formado por algo común que denominamos materia y que se define como todo aquello que tiene masa y ocupa un lugar en el espacio. Son materia el agua, el aire, los alimentos, la carne, los huesos del cuerpo humano, los plásticos, los ladrillos, etc. Los distintos tipos de materia se denominan sustancias, y se distinguen gracias a sus diferentes propiedades. Propiedades de la materia Una propiedad de la materia es una cualidad de ésta que puede ser apreciada por nuestros sentidos (caracteres organolépticos) o determinada por mediciones (constantes físicas o específicas). Se clasifican en dos amplias categorías: propiedades físicas y propiedades químicas. Por ejemplo si aplicamos uno de estos conceptos para identificar una sustancia como el oro, podemos decir, que es de color amarillo, que funde (pasa del estado sólido al estado líquido) a 1063 C, y que conduce la electricidad. Todas estas características responden a la categoría de propiedades físicas ya que en su determinación no se forma ninguna sustancia nueva. Las propiedades físicas se subdividen además, en dos grupos: Extensivas: varían con la cantidad de materia considerada. Ejemplo: masa, volumen. Intensivas: no varían con la cantidad de materia. Ejemplo: densidad, punto de fusión. En cambio si nos referimos al gas natural (principalmente metano) podemos afirmar que al quemarse produce dióxido de carbono y agua. Esta propiedad se clasifica como química ya que su determinación implica un cambio químico: la formación de dos nuevas sustancias. Con estos conceptos podemos ahora redefinir el término sustancia diciendo que es toda porción de materia que tiene las mismas propiedades intensivas. Estados de agregación de la materia La materia puede presentarse fundamentalmente en cuatro estados físicos diferentes, sólido, líquido, gas y plasma. Por los alcances de la asignatura, trabajaremos con los primeros tres estados. Sus características están descriptas en el siguiente cuadro: FCyT – UADER Introducción a la Química 3 Cambios de estado En condiciones ordinarias de presión y temperatura, la materia presenta un estado físico determinado, pero variando las condiciones puede pasar de un estado a otro (cambio físico). Todos los posibles cambios de estado se llevan a cabo absorbiendo o liberando calor. Un proceso en el que se absorbe calor se denomina endotérmico, mientras que uno en el cual se libera calor se denomina exotérmico. Cambios de estado de la materia: Un material en estado gaseoso puede estar en contacto con uno de sus estados condensados y recibe el nombre de vapor. Los fenómenos de evaporación y ebullición se engloban bajo el nombre de vaporización. Si la vaporización de un líquido se produce únicamente en la superficie del líquido se denomina evaporación y si se produce en toda la masa del líquido se le llama ebullición. Estado sólido Estado líquido Estado gaseoso es rígido, tiene forma y volumen propio. es fluido, posee volumen propio pero no forma. es fluido, pero fácilmente compresible. No tiene ni forma ni volumen propio. presenta forma independiente del recipiente que lo contiene adopta la forma del recipiente que lo contiene ocupa todo el volumen del recipiente que lo contiene entre sus moléculas predomina la fuerza de atracción (fuerzas de van der Waals). Las moléculas sólo vibran. las fuerzas de atracción y repulsión entre sus moléculas están equilibradas. predominan entre sus moléculas las fuerzas de repulsión. Las fuerzas atractivas de van der Waals son despreciables. Vapor Líquido Sólido Condensación Solidificación Vaporización Fusión Sublimación Deposición FCyT – UADER Introducción a la Química 4 El calor absorbido en la vaporización de un líquido se denomina calor de vaporización y es igual, pero de signo contrario, al calor desprendido durante la condensación del vapor a líquido. De igual forma, el calor absorbido (desprendido) en la fusión (solidificación) de un sólido (líquido) a líquido (sólido) se llama calor de fusión. Los cambios de estado de las sustancias puras se producen sin cambio en la temperatura. Sistema material Un sistema material es la porción del universo que se aísla real o imaginariamente para su estudio. Pueden ser de dos tipos: homogéneos o heterogéneos. Si al analizar las propiedades intensivas de un sistema encontramos que tienen valores constantes en cualquier zona de éste decimos que el sistema es homogéneo. Ejemplo: agua salada, alcohol. Sistema homogéneo es aquel que en todos los puntos de su masa posee iguales propiedades intensivas. Si en cambio encontramos variación en los valores de las propiedades intensivas en por lo menos dos zonas del sistema, decimos que el sistema es heterogéneo. Ejemplo: agua con hielo, aceite y vinagre. Sistema heterogéneo es aquel que en distintos puntos de su masa posee diferentes propiedades intensivas. En estos sistemas encontramos distintas porciones en las cuales los valores de las propiedades intensivas son constantes, se trata de las distintas fases del sistema heterogéneo. Por ejemplo un sistema formado por agua y hierro en polvo está formado por dos fases; en una botella con soda (abierta, sin tapa y llena hasta el tope) se diferencian tres fases: la sólida del vidrio de la botella, la líquida de la soda y la gaseosa de las burbujas del dióxido de carbono. Las tres fases tienen límites claros definidos que pueden notarse a simple vista o mediante instrumentos adecuados (lupa, microscopio). A estos límites o superficies de discontinuidad los llamamos interfases. Clasificación de la materia Al clasificar a la materia se distinguen dos grandes grupos: las sustancias puras y las mezclas. Las sustancias puras son sistemas homogéneos que están formados por una sola sustancia. Poseen propiedades específicas o intensivas constantes, propias y exclusivas de ellas. Resisten los procedimientos mecánicos y físicos del análisis. Ninguno de estos procedimientos permite obtener porciones que no sean esa misma sustancia pura. Se denomina mezcla a los sistemas homogéneos o heterogéneos formados por más de una sustancia. El siguiente esquema muestra las diferencias entre ambos conceptos: FCyT – UADER Introducción a la Química 5 MATERIA Sustancias puras Mezclas Sistema homogéneo de un solo componente Sistema homogéneo o heterogéneo, formado por dos o más componentes Composición fija composición variable no pueden separarse por medios físicos pueden separarse por métodos físicos temperatura constante durante los cambios de estado temperatura variable durante los cambios de estado Ejemplos: agua, hierro, dióxido de carbono Ejemplos: agua y arena, aire (mezcla de gases). Cada uno de estos dos grupos se clasifica de la siguiente manera: Las sustancias cuyas moléculas están formadas por uno o varios átomos iguales entre sí y no se pueden descomponer, se llaman sustancias puras simples. Ej. : O2, N2, Fe. Las sustancias cuyas moléculas están formadas por dos o más átomos diferentes y se pueden descomponer, se denominan sustancias puras compuestas. Ej. : H2O, CO2, C6H12O6. Elemento es el componente común a unasustancia simple. Los elementos son sustancias simples, pero no toda sustancia simple es un elemento, pues por ejemplo el diamante y el grafito, que son sustancias simples, no son elementos sino que están constituidos por el elemento carbono. Las sustancias en las que se descompone una sustancia compuesta pueden ser simples o a su vez compuestas. Pero estas sustancias compuestas pueden a su vez descomponerse en sustancias simples. Conclusión: toda sustancia compuesta puede descomponerse, en último término, en sustancias simples. Sustancia Pura Simple Compuesta Mezcla Soluciones (una sola fase) Dispersiones (varias fases) FCyT – UADER Introducción a la Química 6 Resumen de los conceptos: Clasificación de la materia: como se ha discutido anteriormente, toda la materia se halla formada por compuestos o elementos. Estos pueden encontrarse como sustancias puras o como mezclas homogéneas o heterogéneas. Se conocen más de cien elementos que se agrupan en una tabla llamada TABLA PERIÓDICA. A todos los elementos se les ha asignado un símbolo químico constituido por una o dos letras (la primera con mayúscula), tomadas del nombre del elemento generalmente en latín u otro idioma. Ejemplo: H: hidrógeno Ag: plata Cl: cloro Au: oro W: wolframio Na: sodio Es conveniente familiarizarse con los símbolos de los elementos, el uso frecuente ayudará a retenerlos. Un compuesto se representa a menudo mediante una abreviatura química formada por los símbolos de los elementos que lo componen. Esta forma simbólica de representar un compuesto químico se denomina FÓRMULA QUÍMICA. Ejemplo: H2O: agua H2SO4: ácido sulfúrico NH3: amoníaco KCl: cloruro de potasio Los compuestos no son mezclas de átomos, ya que no se separan por medios físicos y, además, su composición es constante. Por ejemplo el cloruro de sodio (sal de mesa), es un compuesto que está formado por dos elementos Na (sodio) y Cl (cloro) y su fórmula es NaCl. En cualquier muestra de este Heterogénea Materia Mezclas Heterogéneas Agua y Aceite Homogénea Mezclas Homogéneas Mezclas Gaseosas Aire (N2, O2) Sustancias Puras ElementosCompuestos Dióxido de carbono, CO2 Agua, H2O Carbono, C Hidrógeno, H Oxígeno, O aparece en la naturaleza en forma ejemploscomo como como como que sonespecialmente como FCyT – UADER Introducción a la Química 7 compuesto la proporción de sus elementos es 39,7 % de Na y 60,7 % de Cl. Esta forma de expresar la composición significa que por cada 100 g de NaCl, 39,7 g corresponden al elemento Na y 60,7 g son del elemento Cl. De manera contraria, la composición de una mezcla puede variarse en un amplio rango. Esto quiere decir que si preparo una mezcla de agua y sal de mesa, cada componente mantendrá una composición fija entre sus elementos, pero sin embargo se puede variar la composición de la mezcla, por ejemplo: 100 g de agua y 5 g de sal 50 g de agua y 0,3 g de sal Como ya vimos, las mezclas pueden ser homogéneas o heterogéneas. Podemos utilizar las diferencias en las propiedades de los sistemas materiales para lograr la separación de sus componentes. Así en un sistema formado por más de una fase (heterogéneo) éstas pueden separarse por métodos mecánicos. Cada una de las fases separadas puede estar formada por uno o varios componentes. En este caso los métodos de separativos y de fraccionamiento permitirán separar cada uno de ellos. Una descripción detallada de los distintos métodos de separación la encontrará en libros de texto del secundario o universitarios. Es necesario que los repase para resolver los ejercicios de esta unidad. Ejercitación: Se tiene una mezcla de 25 g de azufre, 15 g de cuarzo (un óxido de silicio), 50 g de limaduras de hierro y 50 cm3 de agua en un recipiente. Indicar: a) De los componentes del sistema, ¿cuáles son sustancias simples y cuáles sustancias compuestas? b) ¿La mezcla es homogénea o heterogénea? c) ¿Cómo podrían separarse las limaduras de hierro del resto de la mezcla? ¿En qué se basa la separación? d) Si en el sistema hubiera 100 g de limaduras de hierro, ¿se podría haber utilizado el mismo procedimiento? ¿Por qué? e) Exprese la composición del sistema original en %. Solución: a) Sustancias simples: azufre e hierro. Sustancias compuestas: cuarzo y agua. b) La mezcla es heterogénea ya que presenta más de una fase. c) El hierro puede separarse con un imán debido a la propiedad física de ser atraído por un campo magnético (magnetismo). d) Sí, porque la capacidad del hierro de ser atraído por un imán es una propiedad intensiva, independiente de la masa de hierro. e) Considerando la densidad del agua: 1 g/cm3, la masa del agua es 50 g. La masa total es: 25 g + 50 g + 15 g + 50 g = 140 g Los porcentajes se calculan de la siguiente forma: 140 g -------- 100 % 25 g -------- (100 x 25)/ 140 = 17,9 % de azufre De la misma manera se obtiene: 35,7 % de hierro, 10,7 % de cuarzo y 35,7 % de agua. FCyT – UADER Introducción a la Química 8 BLOQUE TEMÁTICO II: ESTRUCTURA ATÓMICA UNIDAD 2: Los elementos químicos y la Tabla Periódica ¿De qué está compuesta la materia? Presentamos la Teoría Atómica de Dalton. En la unidad anterior estudiamos una forma de clasificar a la materia que resulta muy útil al hacer una análisis macroscópico, es decir, para las cantidades de materia que podemos ver, tocar y pesar. Pero, si pretendemos entender un poco más acerca de su estructura íntima, debemos forzosamente preguntarnos si la materia es continua o discontinua. ¿Qué significa esto? Muy sencillo, equivale a preguntarnos si podemos dividir a la materia indefinidamente sin encontrar nunca una unidad constituyente mínima. Si esto fuese posible, diríamos que la materia es continua. Toda la experiencia acumulada en siglos de estudio e investigación nos muestra que la materia es, en realidad, discontinua y se halla formada por partículas unitarias (que pueden ser átomos o moléculas). La división de estas partículas provoca pérdida de las propiedades particulares de esa materia. La idea de que la materia está compuesta en última instancia de partículas discretas es muy antigua. (Demócrito, 400 a.C.). En 1808, Dalton retomó esta idea para explicar una serie de evidencias experimentales conocidas en su época, las que se enuncian a continuación: Evidencias experimentales Las sustancias elementales no pueden descomponerse. Las sustancias simples o compuestas tienen siempre las mismas propiedades características. Los elementos no desaparecen al formarse un compuesto, pues se pueden recuperar por descomposición de este. La masa total se conserva en las reacciones químicas. La proporción de los elementos que forman un compuesto es constante. A partir de estos hechos, Dalton propuso las siguientes hipótesis: Hipótesis La materia es discontinua, está formada por átomos, que son partículas indivisibles. Todos los átomos de un mismo elemento son iguales, tienen la misma masa, y átomos de diferentes elementos se combinan para formar moléculas. Los cambios químicos son cambios en las combinaciones de los átomos entre sí, los átomos no se crean ni se destruyen. Los átomos que se combinan para formar un compuesto lo hacen siempre en la misma proporción, es decir todas las moléculas de una misma sustancia son iguales. FCyT – UADER Introducción a la Química 9 Las ideas atómicas de Dalton aún se conservan. Sin embargo, algunos de sus postulados hoy no son válidos. Analicemos este punto. Crítica de la teoría Según Dalton, los átomos son la unidad más pequeña de la materia y son indivisibles. Hoy sabemosque el átomo puede ser descompuesto en una serie de partículas más pequeñas llamadas partículas subatómicas, lo que nos muestra que la hipótesis de indivisibilidad propuesta no es verdadera. Evidentemente, Dalton no disponía de ninguna evidencia experimental que le sugiriera que los átomos debían poseer una estructura interna y por lo tanto, eligió la hipótesis más simple posible. La teoría establece que todos los átomos de un mismo elemento deben ser idénticos. En la actualidad se conoce la existencia de los isótopos, que son átomos de un mismo elemento pero que difieren entre sí. La comprensión del concepto de isótopo requiere tener algún conocimiento sobre la estructura interna del átomo y por lo tanto escapa a las posibilidades de la teoría de Dalton. Nosotros volveremos sobre este tema cuando hayamos avanzado un poco más en nuestro estudio del átomo. Dalton basó sus hipótesis en la evidencia experimental que disponía en su época, tal como la medición de las masas de los elementos que se combinaban para formar un compuesto dado. En la actualidad no es necesario utilizar los mismos argumentos, ya que las técnicas experimentales han avanzado mucho desde aquella época, y la prueba de la existencia de los átomos es más directa. Por ejemplo, hoy en día, es posible fotografiar átomos individuales mediante una técnica denominada “microscopía de efecto túnel”. Muy bien. Nos hemos convencido de que la materia está formada por átomos. Ahora intentemos aprender algo acerca de ellos. Podemos empezar planteándonos dos preguntas muy directas: ¿Qué tan grandes son los átomos? ¿Cuánto pesa un átomo? Introducimos los conceptos de masa atómica relativa y absoluta, mol y número de Avogadro. Los cálculos muestran que los átomos más grandes poseen un diámetro del orden de 2.10-8 centímetros. ¡Analice este número! Piense que en una distancia de 1 mm cabrían cerca de 5.000.000 de átomos alineados. Evidentemente, se trata de partículas muy pequeñas y por lo tanto, la cantidad de átomos presentes en una muestra de materia cualquiera debe ser enorme. Una consecuencia directa de esto es que resulta imposible determinar directamente la masa de un solo átomo. Para resolver esta cuestión, los científicos han establecido una escala de masas atómicas relativas (Ar). Estudiemos este punto con algún detalle. Si bien es imposible medir la masa de un átomo, podemos determinar experimentalmente relaciones entre masas atómicas. Por ejemplo, es posible establecer que un átomo de oxígeno es 16 veces más pesado que uno de hidrógeno. De esta forma pueden establecerse las masas atómicas relativas a un determinado patrón. En el ejemplo anterior, podemos elegir como patrón la masa atómica del hidrógeno y asignarle el valor 1; en esta escala la masa atómica del oxígeno es 16. Decimos, entonces, que la masa atómica del H es igual a 1 unidad de masa atómica (uma) y la del O igual a 16 uma. FCyT – UADER Introducción a la Química 10 Importante: Las masas atómicas que figuran en la tabla periódica (Ar) son relativas e indican cuántas veces tiene más masa un átomo, respecto a un patrón elegido arbitrariamente. Por supuesto, debemos optar por un patrón único y trabajar siempre con el mismo, para evitar confusiones. En un principio se eligió tomar como patrón la masa atómica del H igual a la unidad, como se ha hecho en el ejemplo anterior, debido a que se trata del átomo más liviano conocido. Actualmente, se emplea como patrón el isótopo más abundante del carbono, el Carbono-12 (12C). Por acuerdo internacional, a este isótopo se le asigna una masa de 12 uma. De esta forma, podemos definir a la uma de la siguiente manera: 1 uma = 1/12 masa del isótopo de 12C Ahora bien, pensemos detenidamente en la siguiente cuestión: Si un átomo de oxígeno es 16 veces más pesado que uno de H, entonces en 16 g de oxígeno debe haber la misma cantidad de átomos que en 1 g de hidrógeno. El número de átomos contenido en una masa igual a la masa en gramos de un elemento recibe el nombre de número de Avogadro, NA, y su valor numérico es: 23100226 .,AN (piense en la magnitud de este número, ¡un seis seguido de 23 ceros!; esta cantidad es superior al de las estrellas del universo visible), entonces, tanto en 1 g de hidrógeno como en 16 g de oxígeno existen 23100226 ., átomos de cada elemento. La cantidad anterior define lo que llamamos un mol de sustancia 1 mol siempre contiene 6,022.1023 partículas El mol es, entonces, un paquete de unidades, como pueden serlo la docena o la centena, pero, a diferencia de ellas, el número de unidades que contiene es muy grande. Puesto que no es posible ver un átomo o cualquier otra partícula submicroscópica, el mol es un puente entre las partículas no visibles y las cantidades de materia que se pueden ver y pesar. Importante: En una masa igual a la masa de un mol de átomos de un elemento existen 23100226 ., átomos. Ejemplo: en 35,45 g de átomos de cloro hay 6,022 . 1023 átomos de cloro. FCyT – UADER Introducción a la Química 11 1mol = 23100226 ., átomos = masa atómica de un elemento expresada en gramos Ejercitación: Considere un anillo de oro que pesa 10 gramos. Calcule cuántos átomos y cuántos moles de átomos existen en esta cantidad. ¿Cuál es la masa de un átomo de oro? Solución: En primer lugar debemos averiguar la masa atómica del Au. Buscamos en la Tabla Periódica, el oro (Au) es el elemento 79 y su masa atómica es 197 uma. Un mol de átomos de oro tendrá una masa de 197 gramos. 10 g Au x 1 mol de átomos = 0,0508 moles de átomos de oro 197 g Au 10 g Au x 1 mol de átomos x 6,022.1023 átomos = 3,06.1022 átomos de oro 197 g Au 1 mol A través de este ejemplo se observa que incluso una muestra relativamente pequeña de materia contiene un número enorme de átomos. Para calcular la masa de un solo átomo de oro hacemos: 197 g de Au x 1 mol = 3,27.10-22 g / átomo 1 mol de átomos 6,022.1023 átomos Como ya lo habíamos adelantado, ¡se trata de una masa realmente muy pequeña!. Ejercitación: Basándonos en la definición de uma dada anteriormente y en el concepto de número de Avogadro, intentemos averiguar a cuántos gramos equivale una uma. Solución: De acuerdo con la definición, un átomo de carbono tiene una masa de 12 uma. En el ejemplo anterior hemos visto de qué manera puede calcularse la masa de un átomo, por lo tanto, repitiendo para el carbono, obtenemos: 12 g de C x 1 mol = 1,99.10-23 g / átomo 1 mol de átomos 6,022.1023 átomos Es decir, un átomo de carbono pesa 1,99.10-23 g. Según la definición, esta masa debe corresponder a 12 umas, por lo tanto: 1,99.10-23 g C x 1 átomo = 1,6583.10-24 g / uma 1 átomo 12 uma Es decir, 1 uma equivale a 1,6583.10-24 g. Para analizar: en el ejemplo anterior, observe la estrecha vinculación que se presenta entre la uma y el número de Avogadro. ¿Qué relación existe entre estas cantidades? A principios de nuestro siglo se pudo determinar el peso de un átomo de modo directo y con exactitud, mediante una técnica que se denomina espectrometría de masas. De esta forma se ha establecido con FCyT – UADER Introducción a la Química 12 precisión que la masa del átomo de 12C es 1,9926.10-23 g (esta masa se denomina masa atómica absoluta de un átomo y es la conversión de uma a gramos), y por lo tanto: 1 u.m.a. = 1,6605.10-24 g Que es el valor aceptado actualmente. Moléculas. Elementos biatómicos. Los elementos se combinan químicamente para dar compuestos y la unidad constituyente de estos últimos es la molécula, que es una combinación invariable de los átomos de los elementos involucrados. Elnúmero de átomos de cada elemento que constituyen la molécula es la fórmula química del compuesto. Por ejemplo, el oxígeno y el hidrógeno se combinan para dar agua, cuya molécula contiene un átomo del primero y dos átomos del segundo. La fórmula química del agua es H2O. Los conceptos desarrollados en la sección precedente para sustancias elementales pueden extenderse sin problemas para las sustancias compuestas. Conocida la fórmula de un compuesto es posible establecer la masa molecular relativa (Mr) o peso fórmula (PF) sumando las masas atómicas relativas (Ar) de cada elemento que integra la fórmula. Ejercitación: Calcule la masa molecular relativa (Mr) del ácido sulfúrico, cuya fórmula es H2SO4. Solución: puesto que en la fórmula de este compuesto hay cuatro átomos de oxígeno, uno de azufre y dos de hidrógeno, se establece la masa total de cada elemento presente y se suman. H 2 átomos x 1 uma = 2 uma S 1 átomo x 32 uma = 32 uma O 4 átomos x 16 uma = 64 uma Total = 98 uma La masa molecular relativa del ácido sulfúrico es 98 uma. Ejercitación propuesta: Calcule las masas moleculares relativas del agua (H2O), etanol (alcohol común) C2H6O y sacarosa (azúcar de mesa) C12H22O11. Respuestas: a) 18 uma, b) 46 uma, c) 342 uma. De la misma forma que para un elemento, podemos decir: Importante: En una masa en gramos igual a la masa molecular relativa (Mr) de una sustancia compuesta existen 23100226 ., moléculas. 1mol = 23100226 ., moléculas = masa molecular relativa (Mr) de un compuesto expresada en gramos FCyT – UADER Introducción a la Química 13 Ejercitación: Con respecto al ácido sulfúrico, determine: a) ¿Cuántos gramos y cuántas moléculas hay en tres moles de sustancia? b) ¿Cuántos átomos de azufre y de oxígeno hay en esos tres moles? c) ¿Cuánto pesarán mil millones de moléculas? Solución: En el ejercicio anterior ya determinamos que la masa molecular relativa del ácido sulfúrico es de 98 uma, por lo tanto, la masa de un mol de moléculas de dicho ácido será de 98 g. a) 3 moles x 98 g = 294 g 1 mol de moléculas 3 moles x 6,022.1023 molec = 1,807.1024 moléculas 1 mol de moléculas b) ¡Preste atención a este punto!. Como en una molécula de ácido sulfúrico hay un átomo de azufre y cuatro de oxígeno, usando el resultado anterior obtenemos: 1,807.1024 molec x 1 átomo de S = 1,807.1024 átomos de azufre 1 molec 1,807.1024 molec x 4 átomos de O = 7,228.1024 átomos de oxígeno 1 molec Evidentemente, la relación de cuatro átomos de O por cada uno de S debe mantenerse independientemente de la cantidad de sustancia que estemos considerando. c) mil millones = 1.109 moléculas 1.109 moléculas x 1 mol x 98 g = 1,627.10-13 g 6.022.1023 molec 1 mol Ejercitación propuesta: El tetraetilplomo, cuya fórmula es Pb(C2H5)4, es un conocido antidetonante para combustibles, el cual se está dejando de emplear paulatinamente debido a cuestiones ecológicas. Calcule: a) ¿Cuántas moléculas hay en 12,94 g del compuesto? b) ¿Cuántos moles del compuesto pueden formarse a partir de 1 g de plomo? c) ¿Cuántos gramos y cuántos átomos de hidrógeno hay en 2,33 g de compuesto? Respuestas: a) 2,41.1022 moléculas, b) 0,00483 moles, c) 0,144 gramos. Algunos elementos muy importantes, como el oxígeno, el hidrógeno, el nitrógeno y los halógenos (flúor, cloro, bromo y yodo) se encuentran en la naturaleza en forma biatómica. Es decir, su unidad constituyente es una molécula formada por dos átomos idénticos. Salvo que se indique lo contrario, este hecho debe ser tenido en cuenta siempre que se realicen cálculos con estas sustancias. Elementos biatómicos H2 O2 N2 F2 Cl2 Br2 I2 FCyT – UADER Introducción a la Química 14 ¿Cómo esta formado el átomo? Algunas ideas básicas sobre su estructura interna. Los experimentos desarrollados a fines del siglo pasado y a principios de este, demostraron que los átomos realmente están constituidos por partículas más pequeñas (partículas subatómicas). Mostraron que los átomos poseen una estructura interna integrada por electrones, protones y neutrones. En la actualidad, se acepta que un átomo está formado por un núcleo, cargado positivamente, y por los electrones, de naturaleza negativa. El núcleo forma el centro del átomo, es muy pequeño y en él se encuentran los protones (cargados +) y los neutrones (sin carga). En el núcleo se concentra prácticamente toda la masa del átomo. Los electrones, cargados negativamente, se encuentran en la parte exterior del átomo, rodeando al núcleo, y se mueven en regiones definidas del espacio, que se llaman orbitales. Los electrones son 1838 veces más livianos que los protones. El siguiente cuadro resume las propiedades de estas partículas: Partícula Símbolo Carga Masa, g Electrón e- -1 9,109.10-28 Protón p +1 1,673.10-24 Neutrón n 0 1,675.10-24 El número de protones que hay en el núcleo recibe el nombre de número atómico del elemento, y se indica con la letra Z. Puesto que un átomo es eléctricamente neutro, el número de protones (carga positiva) en su núcleo debe coincidir con el número de electrones (carga negativa) fuera del núcleo. Por consiguiente contar el número de protones del núcleo es una manera indirecta de contar el número de electrones. Por ejemplo, en el caso del H (hidrógeno) Z = 1, se deduce que un átomo de H posee un electrón. Un átomo de Au (oro) con Z = 79, tiene 79 electrones alrededor de su núcleo. A veces se escribe el número atómico de un elemento como subíndice, a la izquierda del símbolo químico correspondiente, Por ejemplo: 1H y 79Au. En la Tabla Periódica los elementos están ordenados tomando como base los valores crecientes del número atómico. La tabla indica asimismo que las propiedades de los elementos se repiten de modo periódico. El carácter periódico de los elementos, es decir, la repetición cíclica de las propiedades a medida que aumenta Z, es una de las características más notables de la materia. FCyT – UADER Introducción a la Química 15 Diagrama de flujo que presenta resumidamente la constitución interna de los átomos Analicemos el siguiente ejemplo: En una moneda de Cu (cobre) que pesa 3 g hay 2,8.1022 átomos. Ejercitación: Realice el cálculo adecuado para verificar que la masa del átomo se encuentra concentrada en el núcleo. Solución: Ahora bien, podemos preguntarnos qué porcentaje del peso total de la muestra se debe a los electrones. ¿Cuántos electrones en total contiene la muestra? Puesto que el Cu tiene Z = 29, cada átomo de este metal contiene 29 electrones, por consiguiente el número total de electrones es: 29 e- por átomo x (2,8.1022 átomos) = 8,1.1023 electrones número de masa Constituidos fundamentalmente por Constitución interna de los átomos periferia neutroneselectrones ubicados en la determinan protones número atómico ubicados en núcleo determinan Z se representa se representa A Asigna la identidad del elemento FCyT – UADER Introducción a la Química 16 ¿Cuál es la masa de todo ese conjunto de electrones? De acuerdo a lo indicado en la tabla dada más arriba, la masa de un electrón es 9,109.10-28 g, por lo tanto la masa total de electrones es: (8,1.1023 electrones) x (9,109.10-28 g) = 7,4.10-4 g Es decir que la masa total de electrones es 0,74 mg respecto a los 3 g de cobre (o 3000 mg); por lo tanto la masa está concentrada en los núcleos de los átomos de Cu. (0,024% de la masa total). La tabla de las propiedades de las partículassubatómicas y el ejemplo anterior demuestran que puesto que la masa del electrón es despreciable, la masa total de un átomo es aproximadamente la suma de las masas de neutrones y protones que hay en el núcleo. Isótopos y número de masa A principios de nuestro siglo se pudo determinar el peso de un átomo de modo directo y con exactitud, mediante una técnica que se denomina espectrometría de masas. Las medidas precisas de las masas atómicas conducen a un descubrimiento de gran importancia. Una de las suposiciones de Dalton era que los átomos de un mismo elemento son idénticos. Sin embargo, al estudiar la mayoría de los elementos con un espectrómetro de masas, se detectan átomos con masas distintas, incluso cuando se utiliza una muestra químicamente pura. Por ejemplo si se analiza una muestra de Ne (neón) puro, se observa que los átomos poseen las siguientes masas: 3,32.10-23g, 3,65.10-23g y 3,49.10-23g. Estos tres tipos de átomos tienen las propiedades químicas del neón y se denominan isótopos. Isótopos: son átomos de un elemento que tienen el mismo número atómico (Z) pero distinta masa atómica (A). Resulta fácil explicar la existencia de isótopos suponiendo que el núcleo atómico de un elemento posee un número fijo de protones y un número variable de neutrones. Los neutrones contribuyen a la masa de un átomo pero no influyen en el número de electrones necesarios para conseguir la neutralidad eléctrica. Por lo tanto un número distinto de neutrones para un mismo elemento, hace que cambie la masa de dicho elemento pero no sus propiedades químicas. Se denomina número másico (A), de un átomo a la suma de protones y neutrones que tiene en el núcleo. Importante: Todos los isótopos de un elemento poseen el mismo número atómico (Z) pero distinto número másico (A). FCyT – UADER Introducción a la Química 17 El protón, el neutrón y el isótopo más común del hidrógeno (Z = 1), poseen aproximadamente la misma masa. Por consiguiente un isótopo con número de masa A, es A veces más pesado que el hidrógeno. En el caso del neón, puesto que a través el espectrómetro de masas se deduce que las masas de sus isótopos son aproximadamente 20, 21 y 22 veces la del átomo de H, sus números de masas deben ser, respectivamente 20, 21 y 22. Nos podemos preguntar: ¿cuántos neutrones tendrá cada isótopo del neón, sabiendo que en su núcleo hay 10 protones? A = número de protones + número de neutrones = Z + número de neutrones Número de neutrones = A - Z Es fácil obtener la respuesta. Para cada A (20, 21 y 22) y el mismo Z = 10, los isótopos deben tener 10, 11 y 12 neutrones respectivamente. Generalmente los isótopos no tienen nombres especiales, sino que se denotan dando el elemento y su número de masa correspondiente, por ejemplo: neón-20, neón-21 y neón-22. Su símbolo se obtiene escribiendo el número de masa como supraíndice a la izquierda del símbolo químico: 20Ne, 21 Ne y 22Ne. Recordemos que el número atómico Z es el que identifica al elemento y que se coloca como subíndice a la izquierda del elemento químico. Por lo tanto, en general cualquier elemento X se indica: XAZ Solamente en el caso del H, sus tres isótopos reciben nombres especiales: 1H (protio) 2H (deuterio) 3H (tritio) Ejercitación: Indique el número de protones, neutrones y electrones en cada una de las siguientes especies. a) B 11 5 b) Hg 199 80 c) Hg 200 80 Solución: a) El número atómico es 5, de modo que hay 5 protones. El número de masa es 11, por lo que el número de neutrones es 11-5 = 6. El número de electrones es igual al de protones, o sea 5, ya que el átomo es neutro. b) 80 protones, 119 neutrones y 80 electrones. c) 80 protones, 120 neutrones y 80 electrones. Los átomos de los incisos b) y c) son dos isótopos del Hg. Ejercitación propuesta: Los números de masa de los isótopos del criptón (Kr) son 78, 80, 82, 83, 84 y 86. ¿Cuántos neutrones hay en el núcleo de cada uno de ellos? Respuesta: Respectivamente, 42, 44, 46, 47, 48 y 50 neutrones. FCyT – UADER Introducción a la Química 18 ¿A qué se denomina abundancia isotópica? Un cálculo más preciso de la masa atómica de un elemento. La abundancia de un isótopo es el tanto por ciento de este isótopo (en términos de números de átomos) correspondiente a una muestra del elemento. Abundancia de X = (número de átomos del isótopo X) x 100% número total de átomos en la muestra X La abundancia natural de un isótopo es su abundancia en una muestra procedente de la naturaleza. La abundancia natural del neón-20 es del 91%. Esto significa que por cada 100 átomos de la muestra procedente de la naturaleza, 91 son de neón-20. Ahora bien, una muestra natural de un elemento es una mezcla de isótopos, teniendo cada uno de ellos distinta masa atómica. Por lo tanto, la masa atómica del elemento debe tomarse como un promedio de las masas de cada uno de los isótopos, teniendo en cuenta que cuanto más abundante sea el isótopo más debe contribuir a la masa atómica del elemento. Un promedio de esta naturaleza recibe el nombre de promedio ponderado. Así, en una muestra de gas cloro, el Cloro-35 y el Cloro-37 presentan sus abundancias naturales: 75,8 % de 35Cl y 24,2 % de 37Cl. Puesto que las masas de los isótopos son 34,97 y 36,97 uma respectivamente, la masa media de los átomos contenidos en la muestra, es decir la masa atómica relativa (Ar) del cloro es: Ar de Cl = (75,8/100) x 34,97 uma + (24,2/100) x 36,97 uma = 35,454 uma La masa atómica relativa (Ar) que figura en la Tabla Periódica es un promedio ponderado que tiene en cuenta la abundancia isotópica natural de cada elenento. Tabla Periódica Cuando los elementos se ordenan de acuerdo al número atómico creciente, se observa una repetición periódica de las propiedades físicas y químicas, tales como peso específico, punto de fusión, carácter metálico o electronegatividad. Se aconseja observar la Tabla Periódica para relacionar cada uno de los puntos que se mencionan a continuación con la misma: Las líneas horizontales se denominan períodos. La tabla consta de siete de ellos, y al pasar de un período a otro, se produce una repetición de propiedades. El número del período al cual pertenece un elemento coincide con el número de capas (o niveles de energía) en las cuales su átomo contiene electrones. Por ejemplo el Na pertenece al tercer período, por lo que los electrones de átomo se distribuyen en tres capas. Las columnas se identifican mediante un número romano (I al VIII) y una letra (A o B). Existe también una columna 0 (cero). Los elementos que pertenecen a columnas con igual número tienen FCyT – UADER Introducción a la Química 19 propiedades semejantes, y conforman un grupo. Dentro de cada grupo se presentan subgrupos o familias de elementos que, respondiendo a las propiedades generales del grupo, presentan otras características particulares, y se los distingue mediante una letra asociada al número. En la actualidad los grupos se numeran del 1 al 18. Los elementos que pertenecen a familias identificadas con la letra A y los del grupo 0 se denominan elementos representativos (grupos 1 y 2, grupos 13 al 18). Los restantes se denominan elementos de transición (identificados con la letra B o grupos 3 al 12). Las dos filas (o períodos) separadas del grupo principal de la tabla, se denominan elementos de transición interna. Debieron incluirse a continuación del La y Ac respectivamente, lo que no se hace por razones de espacio. La línea gruesa escalonada separa los elementos metálicos de los no metálicos (a izquierda y derecha respectivamente). Determinadas familias reciben nombres que reflejan alguna característica común a los elementos que las componen: IA o grupo 1 : Metales alcalinos IIA o grupo2 : Metales alcalino térreos VIA o grupo 15: Calcógenos VIIA o grupo 17: Halógenos VIIIA o 0 o grupo 18: Gases nobles Ejercitación propuesta: Clasifique a cada uno de los siguientes elementos según su ubicación en la Tabla Periódica: Se, Ar, Sr, K, Co, As, Xe, Ga, Sn, Y. Constuya una tabla que indique símbolo y nombre del elemento, grupo, período, Z, A, número de neutrones, protones y electrones. Solución: Por ejemplo, el Se es un no-metal, pertenece a la familia de los elementos representativos y al grupo VIA o grupo 15 (calcógeno). El Ga es un metaloide, representativo y perteneciente al grupo IIIA o grupo 13. Algunas nociones elementales de enlace químico Introducimos los conceptos de enlace iónico y enlace covalente. Aprendemos a dibujar estructuras de Lewis. Los electrones se distribuyen alrededor del núcleo en capas sucesivas o niveles de energía. Los electrones ubicados en las capas más externas pueden interactuar con los electrones externos de otro átomo produciendo una unión entre ambos átomos, la cual se conoce usualmente como enlace químico. La aparición de enlaces químicos entre los átomos conduce a la formación de moléculas. Los electrones externos de un átomo, involucrados en el enlace químico, reciben el nombre de electrones de valencia. El número de estos electrones coincide generalmente con el número del grupo al que pertenece el elemento (IA al VIIIA). Por ejemplo, el sodio (Na) al pertenecer al grupo IA, posee un único electrón de valencia y, por lo tanto, puede aportar un sólo electrón al formar enlaces. FCyT – UADER Introducción a la Química 20 Los gases nobles tienen ocho electrones externos (VIIIA), salvo el He, que tiene sólo dos. Hasta hace pocos años, no se conocían compuestos de estos elementos. Se atribuyó esta estabilidad o falta de reactividad a que su configuración electrónica de ocho electrones externos debía ser extremadamente estable. Por ello se sugirió que los átomos interactúan cambiando el número de electrones de tal forma que adquieren la estructura del gas noble más cercano en la Tabla Periódica, es decir, con ocho electrones externos. A este enunciado se lo conoce generalmente como regla del octeto. Esta regla es válida casi siempre, por lo menos en los elementos representativos. Por ejemplo el Na (Z = 11) tiene como gas noble más cercano al Ne (Z = 10). Sus configuraciones electrónicas sólo difieren en que el Na tiene un electrón más que el Ne, por lo que tenderá a perderlo. Al ocurrir esto, el átomo de Na ya no será eléctricamente neutro, pues quedará con una carga positiva en exceso (11 protones, 10 electrones). eNaNa 1 átomo neutro catión La pérdida de electrones de un átomo origina partículas cargadas (iones) positivamente, llamados cationes. El supraíndice indica el número de electrones perdidos. Importante: Recuerde que llamamos ión a toda partícula (átomo o molécula) que ha perdido o ganado electrones y adquiere, por lo tanto, una carga eléctrica. Si la partícula pierde electrones, adquiere carga positiva y se trata de un catión. Si, en cambio, gana electrones, la carga que adquiere es negativa y hablamos de un anión. Para poder formar un ión negativo (anión) de un átomo neutro se deben adicionar electrones. Br e Br 1 átomo neutro anión El electrón que pierde el átomo de sodio puede ser aceptado por ejemplo por un átomo de Br (Z = 35), el cual requiere un electrón extra para adquirir la configuración electrónica del Kr (Z = 36). Al aceptar un electrón el átomo de Br queda cargado negativamente (35 protones, 36 electrones), y se transforma en un anión: Br- (el supraíndice indica el número de electrones ganados). Importante: Cuando un metal (Na) reacciona con un no-metal (Br), los electrones se transfieren del átomo metálico al no metálico y se forma un compuesto iónico o electrovalente (NaBr). En la reacción, el átomo metálico pierde electrones que son aceptados por el átomo no metálico. FCyT – UADER Introducción a la Química 21 La reacción que se acaba de ver entre Br y Na podrá representarse colocando solamente alrededor de los átomos involucrados en la reacción, los electrones externos: Na Br Na Br Ejercitación propuesta: Escriba las estructuras electrónicas de puntos para cada una de las siguientes sustancias iónicas: a) BaS b) MgBr2 c) Na2O Cuando se combinan dos no metales se produce una unión covalente. La característica de la unión covalente es que los electrones se comparten entre átomos unidos y no hay transferencia global de electrones de un átomo a otro como sucede en la unión de tipo iónica. Por ejemplo, dos átomos de H pueden combinarse para formar la molécula de dihidrógeno (H2). La misma puede representarse: dónde cada átomo unido suministra un electrón a la unión covalente. La unión covalente simple consiste en un par de electrones compartidos por dos átomos. Si bien los electrones pueden considerarse como pertenecientes a la molécula, puede pensarse que cada átomo de H adquiere la configuración de gas noble, en este caso la del He (primer capa o nivel de energía se llena con 2 electrones). Otros elementos pueden formar moléculas diatómicas, por ejemplo los halógenos: X = F, Cl, Br, I. ya que con la formación de la unión covalente completan su octeto. Las estructuras de H2 y X2 representadas arriba, se denominan estructuras de Lewis, y pueden hacerse también para moléculas poliatómicas. En este tipo de representación, sólo se dibujan los electrones participantes en la unión química, o sea los de la última capa (electrones de valencia). La idea es mostrar como los elementos participantes de la molécula comparten algunos electrones de tal manera de completar ocho electrones en su última capa (regla del octeto) a excepción del hidrógeno que completa su capa con sólo dos. El enlace covalente puede representarse también por una línea, una por cada par de electrones compartidos, y puede existir más de un enlace (dos ó tres) entre dos átomos (iguales o no). H H. . X. .. .. .. X X. . .. .. .... .. .. X . .. .. .. + FCyT – UADER Introducción a la Química 22 Ejercitación: Dibujar la estructura de Lewis para NH3 Solución: Para escribir la estructura de Lewis de una molécula dada podemos seguir los siguientes pasos, a modo de guía. Determinar el número total de electrones de valencia para todos los átomos en la molécula. Identificar el átomo central y escribir los demás átomos alrededor de éste, cada uno con sus electrones. Colocar un par de electrones entre el átomo central y cada uno de los átomos que lo rodean; cada par de electrones es un enlace covalente. Distribuir los electrones restantes de tal manera que todos los átomos en la molécula adquieran la configuración de gas noble (8 electrones o 2 para los elementos cercanos al He). Verificar que el número total de electrones sea el correcto y que se cumpla la regla del octeto. Como el N pertenece al grupo VA, tiene 5 electrones de valencia. Cada H tiene sólo 1, por lo tanto el número total de electrones externos es ocho. Evidentemente, el N es el átomo central. El H no puede serlo nunca porque puede formar únicamente un enlace. Por lo tanto, escriba un átomo de N rodeado de 3 átomos de H, cada uno compartiendo un par de electrones. De esta forma, ubicamos 6 electrones y nos quedan todavía 2. Observe que los H tienen 2 electrones cada uno y han logrado la configuración electrónica del gas noble He. Los 2 electrones restantes se colocan, entonces, sobre el N el cual completa 8 electrones (seis compartidos con los H y 2 sin compartir, par libre). La estructura de Lewis es, por lo tanto: Los electrones se representan por cruces o puntos (* o ) sólo a losefectos de diferenciarlos más fácilmente, pero no implica diferenciación cualitativa entre los mismos, son idénticos. Importante: Tenga en cuenta que a veces es necesario que el átomo central comparta con alguno de los otros átomos más de un par de electrones, para poder satisfacer la regla del octeto. Esto da lugar a lo que llamamos como enlaces múltiples (dobles o triples). El enlace entre Carbono y Oxígeno es un ejemplo de lo anterior, como puede verse en el ejercicio siguiente: . ..N HH H . . ** * ..N HH H = FCyT – UADER Introducción a la Química 23 Ejercitación propuesta: El formaldehído, un gas de olor desagradable, se emplea disuelto en agua como conservante de animales muertos (formol). Su fórmula molecular es CH2O. Dibuje la estructura de Lewis más probable para este compuesto. Números de oxidación El número de oxidación o estado de oxidación de un elemento en un compuesto iónico binario simple (por ejemplo, NaCl) es el número de electrones que gana o pierde un átomo de dicho elemento al formar el compuesto. En el caso de iones atómicos sencillos, corresponde directamente a la carga del ion. En compuestos covalentes los números de oxidación no tienen el mismo significado físico que en los iónicos. Sin embargo son de gran ayuda para escribir fórmulas y balancear ecuaciones. En especies unidas por enlaces covalentes los números de oxidación se asignan siguiendo un conjunto de reglas. Al elemento más electronegativo se le asigna un número de oxidación negativo y al menos electronegativo, uno positivo. Las reglas generales para asignar números de oxidación se detallan a continuación: 1) El número de oxidación de cualquier elemento libre no combinado es cero. Esto incluye las sustancias simples, por ejemplo, el dioxígeno (O2). 2) En compuestos iónicos o covalentes neutros, la suma de los números de oxidación de todos los elementos es igual a cero. 3) La carga en un ion monoatómico simple es el número de oxidación del elemento de dicho ion. Por ejemplo, para el ion Mg2+, el estado de oxidación es +2. En un ion poliatómico la carga del ion debe ser igual a la suma de los números de oxidación de los átomos constituyentes. 4) Tener en cuenta que, salvo en algunos compuestos, el hidrógeno actúa con estado de oxidación +1 y el oxígeno con -2. Ejercitación: Indicar el número de oxidación de cada elemento en el ácido fosfórico, H3PO4. Solución: Como se trata de una especie neutra, la suma de los números de oxidación de todos los elementos es cero. Como tenemos 3 H y 4 O podemos escribir: 3.(+1) + 4.(-2) + 1.(x) = 0 donde x es el número de oxidación del fósforo. Para que se cumpla la ecuación anterior es evidente que x = +5. Por lo tanto, el estado de oxidación del fósforo es +5. Verifique en la tabla periódica que el fósforo presenta este estado de oxidación. FCyT – UADER Introducción a la Química 24 Electronegatividad Carácter iónico porcentual de los compuestos químicos. Si aceptamos que las uniones químicas se producen por transferencia o por compartir electrones, nos podemos preguntar qué propiedad nos permitiría predecir cuándo se produce un enlace iónico y cuándo uno covalente. La información que buscamos nos presenta una nueva propiedad periódica que es la electronegatividad, la cual puede ser definida como la capacidad relativa que tiene un átomo para atraer electrones en una unión química. Esta propiedad se expresa mediante un número que no tiene un valor absoluto sino relativo. Existe una tabla de electronegatividades propuesta por Pauling en 1930, en la cual se adjudica un valor arbitrario de 4 al F (Flúor), el elemento más electronegativo, y los demás valores se ajustan con respecto de él. En la Tabla Periódica se observa que en un periodo al aumentar Z aumenta la electronegatividad, pero en un grupo dicha propiedad disminuye al aumentar el número atómico. Ejercitación propuesta: Ordene cada uno de los siguientes conjuntos de átomos según electronegatividad creciente: a) P, As, Sb b) Be, Li, B c) Rb, Sr, Ca, Ba Los valores numéricos de las electronegatividades no son importantes en sí mismos, lo que es importante para caracterizar la unión es la diferencia de electronegatividades. Si la diferencia es muy grande, se formará un enlace iónico, ya que el elemento más electronegativo captará los electrones del otro átomo, formándose así un catión y un anión. Si los valores de electronegatividades son muy cercanos, la unión será covalente: no existe transferencia de electrones, sino que los mismos se comparten. La mayoría de las tablas periódicas incluyen una tabla que indica el carácter iónico porcentual de un enlace en función de la diferencia de electronegatividad de los átomos involucrados. Ejercitación: El berilio forma un compuesto de fórmula BeCl2. Determine si el compuesto es predominantemente iónico o covalente. Solución: Según la Tabla Periódica, las electronegatividades del Be y del Cl son 1.5 y 3.0 respectivamente (busque en su tabla y verifique estos valores). La diferencia de electronegatividades es 3 - 1.5 = 1.5. Si consultamos en la Tabla Periódica, veremos que esta diferencia corresponde a un 43% de carácter iónico. Esto nos indica que el compuesto posee más caraterísticas covalentes que iónicas. FCyT – UADER Introducción a la Química 25 Composición porcentual de los compuestos Si se conoce la fórmula de un compuesto, su composición química se puede expresar como el porcentaje en peso de cada elemento del compuesto. Ejercitación: Calcular la composición porcentual en peso del ácido nítrico, HNO3. Solución: Primero se calcula la masa de un mol del compuesto: Nro. de moles Masa de un Masa de elemento de átomos mol de átomos en un mol de compuesto 1 x H = 1 x 1 g = 1 g de H 1 x N = 1 x 14 g = 14 g de N 3 x O = 3 x 16 g = 48 g de O . Masa de un mol de HNO3 = 63 g de HNO3 Ahora, su composición porcentual es: % H = masa de H . 100 % = 1g . 100 % = 1,6 % de H masa HNO3 63 g % N = masa de N . 100 % = 14 g . 100 % = 22,2 % de N masa HNO3 63 g % O = masa de O . 100 % = 48 g . 100 % = 76,2 % de O masa HNO3 63 g Como el HNO3 es una sustancia pura compuesta y no una mezcla, todas las muestras de HNO3 puro tendrán esta composición. Cálculo de fórmula empírica Una fórmula empírica es la fórmula química más sencilla que indica los números relativos de átomos de cada uno de los elementos presentes en un compuesto. Ejercitación: ¿Cómo calcular una fórmula empírica a partir de la composición porcentual másica? La composición porcentual másica de la vitamina C es 40,9 % de C; 4,57 % de H y 54,5 % de O. ¿Cuál es su fórmula empírica? Estrategia: Se puede calcular el número de moles de átomos de cada uno de los elementos presentes en una muestra de 100 g a partir de la composición porcentual másica y las masas molares de los elementos. La fórmula empírica supone expresar las relaciones de estos números en una fórmula química usando los números enteros más pequeños que sea posible. FCyT – UADER Introducción a la Química 26 Solución: Los números de moles de átomos presentes en 100 g de muestra son: Moles de C: 12,01 g C -------- 1 mol C 40,90 g C -------- x = 3,41 moles C Moles de H: 1,008 g H -------- 1 mol H 4,57 g H -------- x = 4,53 moles H Moles de O: 16,00 g O -------- 1 mol O 54,50 g O -------- x = 3,41 moles O Al dividir por el número más pequeño de moles (3,41) se obtiene: C: 1,00 H: 1,33 O: 1,00 Al multiplicar por 3 (para hacer entera la fracción 1,33, es decir, 4/3) se obtiene: C: 3,00 H: 4,00 O:3,00 lo cual indica que hay 3 átomos de C y cuatro átomos de H por cada 3 átomos de O en el compuesto. En consecuencia, la fórmula empírica de la vitamina C es C3H4O3. FCyT – UADER Introducción a la Química 27 NOMENCLATURA DE COMPUESTOS INORGÁNICOS Cambios químicos Un cambio químico se representa mediante una reacción química, en la cual los materiales de partida se denominan reactivos y las sustancias formadas productos. Por lo tanto una reacción química puede resumirse como: Reactivos Productos Si tomamos un ejemplo simple: la formación del compuesto agua (producto) a partir de las sustancias simples dihidrógeno y dioxígeno (reactivos), la reacción química puede representarse como sigue: Dihidrógeno + Dioxígeno Agua En forma simbólica: H2 + O2 H2O (ecuación no balanceada) El ajuste de ecuaciones químicas tiene por objeto balancear o igualar la ecuación. Una ecuación balanceada o igualada es aquella que revela que existe el mismo número de átomos del mismo elemento antes y después de la reacción (Ley de conservación de la masa). Para balancear una ecuación se colocan coeficientes delante de las fórmulas para que sean iguales los números de átomos de cada elemento en ambos lados de la ecuación. Esos coeficientes reciben el nombre de coeficientes estequiométricos. Al igualar la reacción: H2 + ½ O2 H2O (ecuación matematicamente balanceada) 2 H2 + O2 2 H2O (ecuación balanceada) A veces los compuestos que intervienen en las reacciones se presentan en distintos estados de agregación: liquido, sólido o gaseoso, por lo tanto en estos casos es conveniente colocar entre paréntesis dicho estado de la forma: (l), (s) o (g). 2 H2 (g) + O2 (g) 2 H2O (l) Fórmulas químicas Para representar un compuesto químico utilizamos las fórmulas químicas, que nos indican los átomos que la forman así como el número o proporción de estos átomos en dicha sustancia. La fórmula del agua, H2O, nos informa de que está formada de hidrógeno y oxígeno, y además que por cada átomo de oxígeno tenemos dos átomos de hidrógeno. FCyT – UADER Introducción a la Química 28 ¿Para que formulamos? El objetivo de la formulación y nomenclatura química es que a partir del nombre de un compuesto sepamos cual es su fórmula, y a partir de la fórmula sepamos cual es su nombre. Con la fórmula se pueden obtener datos de importancia cuantitativa y estructural en el área de la química y disciplinas relacionadas. ¿Qué tenemos que saber para formular? 1. Electroneutralidad Los compuestos son eléctricamente neutros, excepto los iones cuando los formulemos separadamente. La carga que aporten todos los átomos de un compuesto tiene que ser nula, debe haber en un compuesto tantas cargas positivas como negativas. 2. Valencia “Es la capacidad que tiene un átomo de un elemento para combinarse con los átomos de otros elementos y formar compuestos”. La valencia es un número que nos indica el número de electrones que gana, pierde o comparte un átomo con otro átomo o átomos. 3. Número de Oxidación El número de oxidación es un entero positivo o negativo (creado por conveniencia entre los químicos). Los átomos, al ganar o perder electrones, adquieren una carga eléctrica que corresponde a la cantidad de electrones ganados o perdidos. La representación de esta carga se conoce como número de oxidación, el cual es diferente a la valencia, que es la capacidad de combinación de un elemento. El número de oxidación es positivo si el átomo pierde electrones, o los comparte con un átomo que tenga tendencia a captarlos. Y será negativo cuando el átomo gane electrones, o los comparta con un átomo que tenga tendencia a cederlos. Estos números de oxidación aparecen en la siguiente tabla. Tabla 1.- Número de valencias y número de oxidación de los elementos más importantes del sistema periódico I - Metales Valencia 1 Valencia 2 Valencia 3 Número de Oxidación + 1 Número de Oxidación +2 Número de Oxidación +3 Litio Li Berilio Be Aluminio Al Sodio Na Magnesio Mg Potasio K Calcio Ca Rubidio Rb Estroncio Sr Cesio Cs Zinc Zn Plata Ag Cadmio Cd Bario Ba FCyT – UADER Introducción a la Química 29 Valencias 1,2 Valencias 1,3 Valencias 2,3 Número de Oxidación +1,+2 Número de Oxidación +1,+3 Número de Oxidación +2,+3 Cobre Cu Oro Au Níquel Ni Mercurio Hg Cobalto Co Hierro Fe Valencia 2,4 Valencia 2,3,6 Valencia 2,3,4,6,7 Número de Oxidación +2,+4 Numero de Oxidación +1,+3, +6 Numero de Oxidación +2,+3,+4,+6,+7 Platino Pt Cromo Cr Manganeso Mn Plomo Pb Estaño Sn II - No Metales Valencia 1 Valencia 1,3,5,7 Valencia 2 Número de Oxidación -1 Número de Oxidación +/- 1, +3,+5,+7 Número de Oxidación -2 Fluor F Cloro Cl Oxígeno O Bromo Br Iodo I Valencia 2,4,6 Valencia 2,3,4,5 Valencia 3,5 Número de Oxidación +/-2, +4,+6 Número de Oxidación +2, +3,+4,+5 Número de Oxidación +/- 3, +5 Azufre S Nitrógeno N Fósforo P Selenio Se Arsénico As Telurio Te Antimonio Sb Valencia 2,4 Valencia 4 Valencia 3 Número de Oxidación +/- 2, +/- 4 Número de Oxidación +/- 4 Número de Oxidación +/- 3 Carbono C Silicio Si Boro B FCyT – UADER Introducción a la Química 30 III - Hidrógeno Valencia 1 Número de Oxidación +/- 1 Hidrógeno H NOMENCLATURA Para nombrar los compuestos antiguamente no era tan fácil, pero gracias a las normas de la I.U.P.A.C. (Unión Internacional de Química Pura y Aplicada) la formulación resultó ser más sencilla. Los sistemas que veremos son: A- Nomenclatura SISTEMÁTICA Para nombrar compuestos químicos según esta nomenclatura se utilizan los prefijos: MONO (1) , DI (2), TRI (3), TETRA (4), PENTA (5), HEXA (6), HEPTA (7) ... Cl2O3 Trióxido de dicloro I2O Monóxido de diodo B- Nomenclatura por NUMERAL de STOCK En este tipo de nomenclatura, cuando el elemento que forma el compuesto tiene más de una valencia, ésta se indica al final, en números romanos y entre paréntesis: Fe(OH)2 Hidróxido de hierro (II) Fe(OH)3 Hidróxido de hierro (III) C- Nomenclatura TRADICIONAL. Es uno de los métodos más antiguos que aún se emplea, aunque la IUPAC no lo recomienda. En esta nomenclatura para poder distinguir con qué valencia funcionan los elementos en ese compuesto, se utilizan una serie de prefijos y sufijos: 1 valencia 2 valencias 3 valencias 4 valencias …oso … ico Hipo…oso …oso …ico Hipo …oso … oso … ico Per… ico FCyT – UADER Introducción a la Química 31 Sustancias Químicas A continuación se verán distintos tipos de compuestos químicos. Algo importante a tener en cuenta es que muchos compuestos que se encuentran escritos como ejemplos o que se solicitan al estudiante, son sólo con fines didácticos y pedagógicos, no necesariamente tienen existencia real. Clasificación de los compuestos químicos inorgánicos Los compuestos más comunes se pueden clasificar como: ✔ óxidos ✔ hidróxidos o bases ✔ ácidos ✔ sales ✔ hidruros O también según familias de compuestos relacionados por tener la misma “función” y comportamientos químicos similares, por ejemplo, en fórmulas genéricas Óxidos básicos: XO Óxidos ácidos: YO Hidruros metálicos: XH Hidruros no metálicos (o hidrácidos): HY Hidróxidos o bases: X(OH) Oxoácidos: HYO Oxosales : XYO Hidrosales : XY Sales ácidas: XHYO donde X es un metal, Y es un no metal, H es hidrógeno y O es oxígeno El esquema general de reacciones de obtención de compuestos inorgánicos es el siguiente: Metal No Metal Oxido Básico Oxido Acido u Anhídrido Hidróxido Oxoácido Hidruro no metálico HidrácidoACIDOBASE SAL + AGUA Hidruro metálico H2 H2 O2 O2 H2O H2O en H2O FCyT – UADER Introducción a la Química 32 Óxidos Son compuestos binarios (dos elementos) formados entre el oxígeno y otro elemento que puede ser un metal o no metal. Si el elemento es un metal el óxido formado se denomina óxido básico: Metal + Oxígeno Óxido básico 2 Ca (s) + O2 (g) 2 CaO (s) (Óxido de Calcio) Si el oxígeno se combina con un no metal el compuesto se denomina óxido ácido: No metal + Oxígeno Óxido ácido C (s) + O2 (g) CO2 (g) (Dióxido de Carbono) Hidróxidos o bases Son compuestos ternarios (tres elementos) entre el oxígeno, hidrógeno y un metal. Se forman por reacción entre un óxido básico con agua: Óxido Básico + Agua Hidróxido CaO (s) + H2O (l) Ca(OH)2 (ac) (Hidróxido de Calcio) Ácidos Pueden ser compuestos binarios (hidrácidos), o ternarios (oxoácidos). Los hidrácidos surgen de la combinación del hidrógeno con un no metal: Hidrógeno + No metal Hidrácido H2 (g)+ Cl2 (g) 2 HCl (g) (Cloruro de Hidrógeno) El cloruro de hidrógeno es un gas que cuando se disuelve en agua se denomina ácido clorhídrico. Los principales no metales que se combinan con el hidrógeno para dar en solución acuosa un hidrácido, son: flúor, cloro, bromo, iodo, azufre y selenio. Los oxoácidos corresponden a compuestos de la forma hidrógeno-oxígeno-no metal. Se forman por reacción entre los óxidos ácidos y el agua: Óxido ácido + Agua Oxoácido CO2(g) + H2O(l) H2CO3 (ac) (Ácido Carbónico) FCyT – UADER Introducción a la Química 33 Sales Son compuestos derivados de la reacción de ácidos (hidrácidos u oxoácidos) y bases. La reacción de formación recibe el nombre de neutralización: se reemplaza el H de un ácido por el metal de las bases. Acido + Base Sal + Agua HCl (ac) + NaOH (ac) NaCl (ac) (cloruro de sodio) + H2O (l) H2CO3 (ac) + NaOH (ac) Na2CO3 (ac) (carbonato de sodio) + H2O (l) Hidruros Son compuestos binarios formados por hidrógeno y un metal. Hidrógeno + Metal Hidruro H2(g) + Ca (s) CaH2 (s) (Hidruro de Calcio) Compuestos moleculares y compuestos iónicos Los compuestos moleculares están formados por moléculas, y se simbolizan mediante fórmulas moleculares. Los átomos pueden perder o ganar electrones para convertirse en iones (aniones y cationes) y pueden formar compuestos iónicos, los que se simbolizan mediante una fórmula que indica los números relativos de aniones y cationes pero no forman moléculas. Nomenclatura química Muchos compuestos tienen como mínimo dos nombres. Un nombre común es aquél que se usa cotidianamente, pero da pocos o ningún indicio sobre la composición del compuesto. El uso de estos nombres puede ser anterior al descubrimiento de la composición de la sustancia; éste es el caso del "agua", la "sal", el "azúcar" y el "cuarzo". Un nombre sistemático es aquél que revela los elementos presentes en un compuesto (y en algunos casos indica cómo están dispuestos los átomos) y se construye siguiendo determinadas reglas. El nombre sistemático de la sal común, "cloruro de sodio", indica inmediatamente que el compuesto está formado por cloro y sodio. Un nombre sistemático especifica a un compuesto de modo exacto. Esto resulta útil cuando el compuesto es poco conocido o nuevo, y resulta esencial cuando el compuesto carece de nombre común. Para dar nombres sistemáticos a los compuestos se siguen las reglas de la nomenclatura química; como sucede con la definición de las unidades del SI, la nomenclatura química incumbe a los científicos de todo el mundo. Tradicionalmente se distingue entre compuestos "orgánicos" y compuestos "inorgánicos". Los compuestos orgánicos son aquellos que presentan el elemento carbono y por lo común el elemento hidrógeno. Entre estos compuestos se encuentran el metano, el propano, la glucosa y millones de otras sustancias. Estos compuestos se denominan "orgánicos" porque antes se creía, erróneamente, que sólo podían formarlos los seres vivos. Todos los demás compuestos reciben el nombre de compuestos inorgánicos. Entre estos FCyT – UADER Introducción a la Química 34 compuestos se encuentran el agua, el sulfato de calcio, el amoníaco, la sílice, el ácido clorhídrico y muchas sustancias más. Por otra parte, algunos compuestos de carbono muy sencillos, en particular el dióxido de carbono y los carbonatos, entre los que se encuentra la caliza (carbonato de calcio), se consideran compuestos inorgánicos. Al nivel en que nos encontramos no se estudiará la nomenclatura orgánica, sino sólo la de los compuestos inorgánicos. Nomenclatura de cationes. Los nombres de los cationes se forman simplemente añadiendo "ion" al nombre del elemento, por ejemplo, "ion sodio”. Excepto en circunstancias especiales, ciertos elementos siempre forman cationes con un tipo de carga característico. Así, el potasio siempre está presente en la forma K+ en todos los compuestos, el cinc en la forma Zn2+ y el aluminio en la forma Al3+. Los elementos comunes que se comportan a esta manera incluyen: Cuando un elemento puede formar más de un tipo de catión (por ejemplo, el cobre puede formar los cationes Cu+ y Cu2+), es preciso distinguir entre estos tipos de cationes. La manera más directa de hacerlo es mediante el número de Stock, un número romano igual al número de electrones perdidos por el átomo (o número de oxidación). Entonces Cu+ se denomina ion cobre (I) y Cu2+ se denomina ion cobre (II). Análogamente, Fe2+ se denomina ion hierro (II) y Fe3+ se denomina ion hierro (III). Los metales de transición forman tantos tipos distintos de iones que casi siempre es esencial indicar sus cargas e incluir un número romano en los nombres de los compuestos de los metales de transición. No obstante, el requisito y a la vez objetivo general de la nomenclatura química es estar desprovista de ambigüedad, sin dejar de ser breve. Por ello, cuando un metal de transición forma sólo un tipo de catión, no es necesario incluir un número de stock en los nombres de los compuestos de este elemento. El ejemplo más común es el de la plata: "cloruro de plata" siempre significa "cloruro de plata (I)", aun cuando se conocen algunos compuestos de plata (II) y plata (III). La mayoría de los compuestos de escandio tienen Sc3+ y no es necesario especificar que se trata de escandio (III). En un sistema de nomenclatura algo anticuado, los iones con distintas cargas se nombran identificando primero la raíz del nombre del elemento para luego añadir un nuevo sufijo (o terminación). La raíz del cromo, por ejemplo, es crom-. Al ion con carga más baja se asigna el sufijo -oso (entonces Cr2+ será el ion cromoso) y al ion con carga más alta se asigna el sufijo -ico (entonces Cr3+ será el ion crómico). Por si esto fuese poco, en algunos elementos se usa la forma latina del nombre para formar la raíz. Por ejemplo, un compuesto usado para suministrar los iones fluoruro de la pasta dentífrica, el fluoruro de estaño (II), se llama con frecuencia fluoruro estannoso. Algunos ejemplos comunes de estos nombres y su transcripción Elemento Carga iónica característica Grupo I (metales alcalinos) +1 Grupo II (metales alcalinotérreos) +2 Cinc y Cadmio +2 Aluminio +3 FCyT – UADER Introducción a la Química 35 a la nomenclatura moderna aparecen en la Tabla 3.1. Es preciso saber que existe este sistema ya que su uso es muy común. Tabla 3.1. Nombres de cationes con distintos números de carga. Nomenclatura de aniones. Los nombres de los aniones monoatómicos se forman añadiendo el sufijo -uro a la raíz del elemento: * Esta es una excepción a la regla general. No es necesario preocuparse por otros casos u otras posibilidades, ya que los iones monoatómicos de un elemento sólo presentan un númerode carga. El nombre global que se asigna a los iones formados por los halógenos es el de haluros. Entre los haluros se encuentra el fluoruro (F-), el cloruro (Cl-), el bromuro (Br-) y el ioduro (I-). Nombres Elemento Ion Notación antigua Notación actual Cobalto Co2+ Cobaltoso Cobalto (II) Co3+ Cobáltico Cobalto (III) Cobre Cu+ Cuproso Cobre (I) Cu2+ Cúprico Cobre (II) Hierro Fe2+ Ferroso Hierro (II) Fe3+ Férrico Hierro (III) Plomo Pb2+ Plumboso Plomo (II) Pb4+ Plúmbico Plomo (IV) Manganeso Mn2+ Manganoso Manganeso (II) Mn3+ Mangánico Manganeso (III) Mercurio Hg22+ Mercurioso Mercurio (I) Hg2+ Mercúrico Mercurio (II) Estaño Sn2+ Estannoso Estaño (II) Sn4+ Estánnico Estaño (IV) Elemento Raíz Ion Flúor Fluor- Ion fluoruro F- Oxígeno Ox- Ion óxido* O2- Nitrógeno Nitr- Ion nitruro N3- FCyT – UADER Introducción a la Química 36 La nomenclatura de los oxoaniones (aniones que contienen como mínimo un átomo de oxígeno) ha causado muchos problemas a los químicos, ya que estos oxoaniones son muy numerosos. Los nombres y los símbolos de los oxoaniones más comunes aparecen en la Tabla 3.2 y deben aprenderse ahora. El papel que representan los "ácidos" indicados en la tabla se explicará en breve. Como regla general, los nombres de los oxoaniones se forman añadiendo el sufijo -ato a la raíz del nombre del elemento que no es el oxígeno: En el caso de los oxoaniones el problema es que un elemento dado a menudo puede formar una variedad de oxoaniones con distinto número de átomos de oxígeno; el nitrógeno, por ejemplo, forma NO2- y NO3-. En estos casos, al ion con el mayor número de átomos de oxígeno se le asigna el sufijo -ato y al anión con el menor número de átomos de oxígeno se le asigna el sufijo -ito. En algunos casos, hay oxoaniones con una proporción incluso más pequeña de oxígeno. Sus nombres se forman añadiendo el prefijo hipo- (que deriva de la palabra griega que significa "debajo") a la raíz completada por el sufijo -ito, como en el ion hipoclorito ClO-. Otros oxoaniones presentan una proporción más alta de oxígeno que los oxoaniones con sufijo -ato. A estos aniones se les asigna el prefijo per- y se añade a la forma terminada en -ato del nombre (per es una palabra latina que significa "concluido" y por tanto sugiere que el elemento ha satisfecho finalmente su capacidad de combinarse con el oxígeno). Un ejemplo es el ion perclorato, ClO4-. El cloro forma la siguiente gama de oxoaniones: Ion perclorato ClO4- máximo contenido de oxígeno Ion clorato ClO3- Ion clorito ClO2- Ion hipoclorito ClO- mínimo contenido de oxígeno Ion cloruro Cl- sin oxígeno Elemento Raíz Oxoanión Carbono Carbon- Ion carbonato CO32- Azufre Sulf- Ion sulfato SO42- Cloro Clor- Ion clorato ClO3- Elemento Raíz Oxoanión Nitrógeno Nitr- Ion nitrato NO3- Ion nitrito NO2- Azufre Sulf- Ion sulfato SO42- Ion sulfito SO32- FCyT – UADER Introducción a la Química 37 En el caso de estos oxoaniones del mismo elemento no metálico con distintos contenidos de átomos de oxígeno, se suele recurrir a una nomenclatura simplificada haciendo uso del Número de Stock para identificar el número de oxidación del no metal y usando la terminación –ato para todos los oxoaniones. Así los dos oxoaniones del nitrógeno y del azufre serían: NO3- : nitrato (V) NO2- : nitrato (III) SO42- : sulfato (VI) SO32- : sulfato (IV) Algunos oxoaniones importantes contienen hidrógeno. El más común de estos oxoaniones es el ion hidróxido, OH-; otros oxoaniones derivan de los oxoaniones mencionados con anterioridad (véase la Tabla 3.2). En el caso de los oxoaniones con hidrógeno, el nombre se obtiene añadiendo "hidrógeno" al nombre del oxoanión, por ejemplo: Ion hidrógenocarbonato (bicarbonato) HCO3- Ion hidrógenosulfato (bisulfato) HSO4- Ion hidrógenosulfito (bisulfito) HSO3- FCyT – UADER Introducción a la Química 38 Tabla 3.2. Oxoaniones comunes y sus ácidos progenitores*. *Obsérvese que el orden de esta tabla se corresponde con la posición de los elementos en la Tabla Periódica. #EI ácido fosforoso, H3P03, puede perder hasta dos átomos de hidrógeno. Metales de transición G14 G15 G16 G17 H2CO3 Ácido carbónico HCO3- Hidrogenocarbonato (bicarbonato) C032- Carbonato HNO3 Ácido nítrico NO3- Nitrato HN02 Ácido nitroso NO2- Nitrito H2O Agua OH- Hidroxilo O2- Óxido Cr2O72- Dicromato CrO42- Cromato MnO4- Permanganato MnO42- Manganato H3PO4 Ácido fosfórico H2PO4- Dihidrógenofosfato HPO42- Hidrógenofosfato PO43- Fosfato H3PO3 Ácido fosforoso# HPO32- Fosfito H2SO4 Ácido sulfúrico HSO4- Hidrógenosulfato (bisulfato) SO42- Sulfato H2SO3 Ácido sulfuroso HSO3- Hidrógenosulfito (bisulfito) SO32- Sulfito S2O32- Tiosulfato HClO4 Ácido perclórico ClO4- Perclorato HClO3 Ácido clórico ClO3- Clorato HClO2 Ácido cloroso ClO2- Clorito HOCl Ácido hipocloroso OCl- Hipoclorito BrO3- Bromato IO3- Yodato o Iodato FCyT – UADER Introducción a la Química 39 Los nombres más antiguos (bicarbonato, bisulfato y bisulfito) todavía se usan mucho. Cuando están presentes dos hidrógenos, se añade el prefijo di- (que deriva de la palabra griega que significa "dos"), por ejemplo, el ion dihidrógenofosfato, H2P04-. Los prefijos que sirven para indicar el número de átomos están indicados en la Tabla 3.3. Nomenclatura de compuestos iónicos. Sales. El nombre de un compuesto iónico se construye a partir de los nombres de los iones presentes en el compuesto, omitiendo la palabra "ion" y siguiendo el orden (en castellano) anión-catión (al revés en lengua inglesa). Entre los ejemplos típicos cabe mencionar el cloruro de sodio (compuesto que contiene los iones Na+ y Cl-), el nitrato de amonio (que contiene los iones NH4+ y NO3-), el hidrógenocarbonato de calcio (con los iones Ca2+ y HCO3-). El cloruro de cobre que contiene iones Cu+ se denomina cloruro de cobre (I) y el cloruro que contiene iones Cu2+ se denomina cloruro de cobre (II). Tabla 3.3. Algunos prefijos usados en la nomenclatura de compuestos. En general no se usan prefijos en la nomenclatura de los compuestos iónicos. Un compuesto del tipo CuCl2 se denomina simplemente cloruro de cobre (II), pero no dicloruro de cobre. No hay ambigüedad con respecto al número de iones Cl- presentes. Lo propio es válido para el compuesto CaCI2, que se denomina simplemente cloruro de calcio, y para el compuesto Al2O3, óxido de aluminio. Sin embargo, hay algunas excepciones entre los nombre comunes. La excepción más importante es MnO2, óxido de manganeso (IV), cuyo nombre común es dióxido (o bióxido) de manganeso. Los prefijos se usan asimismo en la nomenclatura de los hidratos, que son compuestos inorgánicos con moléculas de agua presentes en el sólido. Por ejemplo, los cristales azules de sulfato de cobre (II) no están formados únicamente por los iones Cu2+ y SO4-; cada par de iones viene acompañado de cinco Prefijo Significado Mono- 1 Di- 2 Tri- 3 Tetra- 4 Penta- 5 Hexa- 6 Hepta- 7 Octa- 8 Nona- 9 Deca- 10 FCyT – UADER Introducción a la Química 40 moléculas de agua. Por consiguiente la fórmula-unidad global se escribe CuSO4 . 5 H2O, en donde el 5 multiplica a la unidad entera H2O. Este hidrato es el sulfato de cobre (II) pentahidrato. El agua contenida en el cristal se denomina "agua de hidratación". Este agua puede eliminarse calentando los cristales. Entonces estos cristales se transforman en el polvo blanco del sulfato de cobre (II) "anhidro", CuSO4. Anhidro significa "sin agua". Cuando se añade agua sobre este polvo, aparece de nuevo el color azul, ya que
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