Formulación y nomenclatura básica
El número de oxidación y sus reglas de asignación
El número de oxidación es la carga eléctrica que tendría un átomo si los electrones de cada enlace se asignaran al átomo más electronegativo.
Es una herramienta contable, no una carga real, que permite formular correctamente los compuestos y seguir el intercambio de electrones en las reacciones redox.
Las reglas fundamentales de asignación son las siguientes.
Primera, el número de oxidación de un elemento en estado libre es cero: \(\text{Na} \), \(\text{O}_2 \) o \(\text{Fe} \) tienen número de oxidación cero.
Segunda, en un ión monoatómico coincide con la carga del ión: el \(\text{Fe}^{3+} \) tiene número de oxidación \(+3 \)
Tercera, el oxígeno actúa casi siempre con \(-2 \), salvo en los peróxidos, donde vale \(-1 \), y en el fluoruro de oxígeno, donde es positivo.
Cuarta, el hidrógeno actúa con \(+1 \) combinado con no metales y con \(-1 \) en los hidruros metálicos.
Quinta, los metales alcalinos actúan con \(+1 \) y los alcalinotérreos con \(+2 \)
Sexta, la suma de los números de oxidación de todos los átomos de una molécula neutra es cero, y en un ión poliatómico es igual a la carga del ión.
Combinaciones binarias: óxidos, hidruros y sales binarias
Los óxidos son combinaciones binarias del oxígeno, que actúa con número de oxidación \(-2 \), con otro elemento.
Se nombran con la palabra óxido seguida del nombre del otro elemento, indicando su número de oxidación con números romanos entre paréntesis cuando puede presentar varios, según la nomenclatura de Stock, o con prefijos numerales griegos según la nomenclatura sistemática.
Así, \(\text{FeO} \) es el óxido de hierro(II) u óxido ferroso, \(\text{Fe}_2\text{O}_3 \) es el óxido de hierro(III) u óxido férrico, y \(\text{CO}_2 \) es el dióxido de carbono u óxido de carbono(IV).
Los hidruros metálicos combinan un metal con hidrógeno, que actúa con número de oxidación \(-1 \): \(\text{BaH}_2 \) es el hidruro de bario.
Los hidruros no metálicos volátiles, como \(\text{NH}_3 \), \(\text{PH}_3 \) o \(\text{CH}_4 \), conservan sus nombres tradicionales: amoníaco, fosfina y metano.
Las sales binarias resultan de combinar un metal con un no metal distinto del oxígeno y del hidrógeno.
El no metal se nombra con la terminación uro: \(\text{MgCl}_2 \) es el cloruro de magnesio, \(\text{Ag}_2\text{S} \) es el sulfuro de plata.
Para escribir la fórmula se cruzan los números de oxidación: el valor absoluto de cada uno se convierte en el subíndice del otro, simplificando después si es posible.
Hidróxidos e hidrácidos
Los hidróxidos son compuestos ternarios formados por un metal, oxígeno e hidrógeno, que contienen el grupo \(\text{OH}^- \), llamado hidroxilo o hidróxido.
Se nombran con la palabra hidróxido seguida del nombre del metal: \(\text{NaOH} \) es el hidróxido de sodio, y \(\text{Ni}(\text{OH})_2 \) es el hidróxido de níquel(II).
Cuando el grupo hidroxilo aparece más de una vez, se escribe entre paréntesis con el subíndice correspondiente.
Los hidrácidos son las disoluciones acuosas de ciertos hidruros no metálicos de los grupos dieciséis y diecisiete.
Se nombran con la palabra ácido seguida del nombre del no metal con terminación hídrico: \(\text{HF}(\text{aq}) \) es el ácido fluorhídrico, \(\text{HCl}(\text{aq}) \) es el ácido clorhídrico y \(\text{H}_2\text{S}(\text{aq}) \) es el ácido sulfhídrico.
Sin la indicación de disolución acuosa, \(\text{HF} \) se nombra simplemente fluoruro de hidrógeno.
Oxoácidos y oxisales
Los oxoácidos son compuestos ternarios de hidrógeno, un no metal u otro elemento central y oxígeno, de fórmula general \(\text{H}_a\text{X}_b\text{O}_c \)
Se nombran con la palabra ácido seguida del nombre del elemento central con la terminación oso o ico según su número de oxidación, de menor a mayor.
La serie del azufre ilustra esta sistemática: con número de oxidación \(+4 \) el \(\text{H}_2\text{SO}_3 \) es el ácido sulfuroso, y con \(+6 \) el \(\text{H}_2\text{SO}_4 \) es el ácido sulfúrico.
Otros oxoácidos fundamentales son el ácido nítrico \(\text{HNO}_3 \), el ácido carbónico \(\text{H}_2\text{CO}_3 \) y el ácido fosfórico \(\text{H}_3\text{PO}_4 \)
Las oxisales derivan de los oxoácidos por sustitución total o parcial de sus hidrógenos por metales.
El anión se nombra cambiando la terminación oso por ito e ico por ato: del ácido sulfúrico deriva el ión sulfato \(\text{SO}_4^{2-} \), y del ácido sulfuroso el ión sulfito \(\text{SO}_3^{2-} \)
Así, \(\text{BaSO}_4 \) es el sulfato de bario y \(\text{Ag}_2\text{SO}_4 \) es el sulfato de plata.
Para formular una oxisal se cruzan las cargas del catión metálico y del anión oxoácido, igual que en las sales binarias.
Funciones orgánicas elementales
La química orgánica estudia los compuestos del carbono.
Los hidrocarburos sólo contienen carbono e hidrógeno.
Los alcanos presentan sólo enlaces sencillos y su nombre termina en ano: metano \(\text{CH}_4 \), etano \(\text{C}_2\text{H}_6 \), propano \(\text{C}_3\text{H}_8 \)
Los alquenos tienen un doble enlace y terminan en eno: eteno \(\text{C}_2\text{H}_4 \)
Los alquinos tienen un triple enlace y terminan en ino.
Los alcoholes contienen el grupo hidroxilo \(-\text{OH} \) unido a una cadena carbonada y se nombran con la terminación ol: etanol \(\text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH} \), butanol y \(2 \)-propanol, donde el número indica la posición del grupo funcional.
Los aldehídos llevan el grupo \(-\text{CHO} \) en el extremo de la cadena: formaldehído o metanal.
Las cetonas llevan el grupo carbonilo \(>\text{C}=\text{O} \) en posición intermedia: acetona o propanona.
Los ácidos carboxílicos contienen el grupo \(-\text{COOH} \): ácido fórmico o metanoico \(\text{HCOOH} \), y ácido acético o etanoico \(\text{CH}_3\text{COOH} \)
vamos a aplicar las reglas del número de oxidación para cruzar subíndices al formular, y las nomenclaturas de Stock y sistemática para nombrar cada compuesto.
Formula los siguientes compuestos: cloruro de magnesio, hidruro de bario, óxido ferroso y dióxido de carbono.
Nombra los siguientes: \(\text{MgCl}_2 \), \(\text{BaH}_2 \), \(\text{NH}_3 \)
Formulación por cruce de números de oxidación.
El cloruro de magnesio combina \(\text{Mg}^{2+} \) con \(\text{Cl}^- \)
Cruzando los valores absolutos de las cargas como subíndices y simplificando, se obtiene \(\text{MgCl}_2 \)
El hidruro de bario combina \(\text{Ba}^{2+} \) con \(\text{H}^- \), lo que da \(\text{BaH}_2 \)
El óxido ferroso es el óxido de hierro(II): el hierro actúa con \(+2 \) y el oxígeno con \(-2 \), de modo que la fórmula es \(\text{FeO} \)
El dióxido de carbono indica con el prefijo di dos átomos de oxígeno: \(\text{CO}_2 \)
Nomenclatura de las fórmulas dadas.
La fórmula \(\text{MgCl}_2 \) corresponde al cloruro de magnesio, sal binaria del metal magnesio con el no metal cloro en terminación uro.
La fórmula \(\text{BaH}_2 \) es el hidruro de bario, pues el hidrógeno actúa aquí con número de oxidación \(-1 \)
La fórmula \(\text{NH}_3 \) es el amoníaco, hidruro no metálico volátil que conserva su nombre tradicional en lugar de llamarse nitruro de hidrógeno.
quedan formulados el cloruro de magnesio (\(\text{MgCl}_2 \)), el hidruro de bario (\(\text{BaH}_2 \)), el óxido de hierro(II) (\(\text{FeO} \)) y el dióxido de carbono (\(\text{CO}_2 \)), y nombrado el amoníaco.
vamos a identificar el número de oxidación del elemento central para asignar las terminaciones oso, ico, ito y ato, y cruzar las cargas de cationes y aniones para formular las sales.
Nombra los siguientes compuestos: \(\text{H}_2\text{SO}_4 \), \(\text{BaSO}_4 \), \(\text{Ag}_2\text{SO}_4 \), \(\text{Ni}(\text{OH})_2 \)
Formula el ácido fluorhídrico y el hidróxido de sodio.
Identificación del ácido y de sus sales.
En \(\text{H}_2\text{SO}_4 \) el azufre actúa con número de oxidación \(+6 \), el mayor de sus valores habituales, por lo que se trata del ácido sulfúrico.
Su anión, obtenido al perder los dos hidrógenos, es el sulfato \(\text{SO}_4^{2-} \)
La sal \(\text{BaSO}_4 \) combina \(\text{Ba}^{2+} \) con \(\text{SO}_4^{2-} \) y es el sulfato de bario.
La sal \(\text{Ag}_2\text{SO}_4 \) combina dos cationes \(\text{Ag}^+ \) con un sulfato y es el sulfato de plata.
Hidróxidos y formulación pedida.
La fórmula \(\text{Ni}(\text{OH})_2 \) contiene dos grupos hidróxido, luego el níquel actúa con \(+2 \): es el hidróxido de níquel(II).
El ácido fluorhídrico es la disolución acuosa del fluoruro de hidrógeno, de fórmula \(\text{HF}(\text{aq}) \)
El hidróxido de sodio combina \(\text{Na}^+ \) con \(\text{OH}^- \), dando \(\text{NaOH} \)
quedan nombrados el ácido sulfúrico, el sulfato de bario, el sulfato de plata y el hidróxido de níquel(II), y formulados el ácido fluorhídrico (\(\text{HF}(\text{aq}) \)) y el hidróxido de sodio (\(\text{NaOH} \)).
vamos a reconocer el grupo funcional de cada compuesto para asignarle su terminación característica y localizar su posición en la cadena cuando sea necesario.
Nombra los siguientes compuestos: \(\text{C}_3\text{H}_8 \), \(\text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH} \), \(\text{CH}_3\text{COCH}_3 \), \(\text{CH}_3\text{COOH} \), \(\text{C}_2\text{H}_4 \)
Formula el butanol, el formaldehído y el \(2 \)-propanol.
Identificación de la función y nomenclatura.
La fórmula \(\text{C}_3\text{H}_8 \) es un hidrocarburo saturado de tres carbonos: propano.
La fórmula \(\text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH} \) contiene el grupo \(-\text{OH} \): es un alcohol de dos carbonos, el etanol.
La fórmula \(\text{CH}_3\text{COCH}_3 \) presenta el grupo carbonilo en posición intermedia: es una cetona de tres carbonos, la acetona o propanona.
La fórmula \(\text{CH}_3\text{COOH} \) contiene el grupo carboxilo: es el ácido acético o etanoico.
La fórmula \(\text{C}_2\text{H}_4 \) es un hidrocarburo de dos carbonos con un doble enlace: eteno.
Formulación de los compuestos pedidos.
El butanol es un alcohol de cuatro carbonos con el grupo hidroxilo en el extremo: $$\text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}_2\text{CH}_2\text{OH} $$
El formaldehído o metanal es el aldehído más sencillo, con el grupo \(-\text{CHO} \) unido a un hidrógeno: \(\text{HCHO} \)
El \(2 \)-propanol es un alcohol de tres carbonos con el hidroxilo en el carbono central: \(\text{CH}_3\text{CH}(\text{OH})\text{CH}_3 \)
quedan nombrados el propano, el etanol, la acetona (propanona), el ácido acético (etanoico) y el eteno, y formulados el butanol, el formaldehído (\(\text{HCHO} \)) y el 2-propanol.