U6 Formulación Inorgánica PDF

UNIDAD 6: FORMULACIÓN INORGÁNICA. Laura Ros Alcobas Operaciones básicas de laboratorio C. F. G. M. Farmacia y Parafarmacia ÍNDICE: 1- Conceptos básicos: 2- Sustancias simples: elementos e iones. 3- Compuestos binarios: 3.1 OXÍGENO CON: Metales y no metales Halógenos Peróxidos. 3.2 HIDRÓGENO CON: Met...

UNIDAD 6: FORMULACIÓN INORGÁNICA. Laura Ros Alcobas Operaciones básicas de laboratorio C. F. G. M. Farmacia y Parafarmacia ÍNDICE: 1- Conceptos básicos: 2- Sustancias simples: elementos e iones. 3- Compuestos binarios: 3.1 OXÍGENO CON: Metales y no metales Halógenos Peróxidos. 3.2 HIDRÓGENO CON: Metal: Hidruros metálicos No metal A Grupos 16 y 17 (ácidos hidrácidos) B Grupos 13, 14 y 15 3.3 SALES: Metal + no metal (Sales neutras) No metal + no metal (Sales volátiles) 4- Compuestos ternarios: Hidróxidos 1. CONCEPTOS BÁSICOS: Fórmulas químicas. las fórmulas representan las sustancias químicas y nos indican su composición, al indicarnos los elementos que la forman y la proporción de 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. Objetivo de la formulación. El objetivo de la formulación y nomenclatura química es que a partir del nombre de un compuesto sepamos escribir su fórmula (formular), y a partir de la fórmula sepamos cual es su nombre (nombrar). Antiguamente esto 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 resulta más sencilla. ¿Por qué se unen los átomos? Porque así consiguen más estabilidad. Cuando se estudian las configuraciones electrónicas de los átomos se ve que los electrones del nivel de valencia (la última capa) tienen una importancia especial ya que son los que participan en la formación de los enlaces y en las reacciones químicas. Los gases nobles tienen gran estabilidad porque tienen las capas electrónicas completas. Por tanto, completar las capas electrónicas será la tendencia de los átomos a la hora de unirse (enlazar) con otros átomos. ¿Cómo se consigue configuración de gas noble? Los átomos pueden conseguir configuración de gas noble de tres formas: ganando, perdiendo o compartiendo electrones con otros átomos. En los elementos de los grupos representativos (alcalinos, alcalinotérreos, grupo del B, grupo del C, grupo del N, calcógenos y halógenos) el nivel de valencia se completa con ocho electrones. Los átomos con pocos electrones de valencia (alcalinos, alcalinotérreos, etc.) tenderán a perderlos dando lugar a iones positivos (cationes) y formando en general compuestos iónicos. Los átomos con muchos electrones de valencia (halógenos, calcógenos, etc.) tenderán a ganarlos dando lugar a iones negativos (aniones), formando con los metales compuestos iónicos, pero con los no metales compuestos covalentes. No obstante, cuando se enlazan elementos no metálicos, que es la situación más frecuente, no se produce cesión-captura de electrones, sino que se comparten dando lugar a sustancias covalentes. NORMAS PRÁCTICAS ELEMENTALES SOBRE FORMULACIÓN IUPAC 2005 Para leer una fórmula se deletrea y nunca se silabea. Ejemplo: Se2Fe3 : No se lee se3 2 dos-fe-tres. La forma correcta es: ese-e-tres-efe-e-dos. En general, se escribe siempre en primer lugar el símbolo del elemento o grupo que tiene estado de oxidación positivo (más a la izquierda en el sistema periódico) y a continuación el que actúe con estado de oxidación negativo (más a la derecha en la tabla periódica). Al nombrarlos se hace en orden inverso. Ejemplos: NaCl: cloruro de sodio. CaCO3: carbonato de calcio. Los subíndices indican la cantidad de átomos/iones o la proporción de estos que participan en un compuesto. Ejemplos: H2O, en el compuesto hay dos átomos de hidrógeno por cada uno de oxígeno; Na2O: en el compuesto hay dos iones Na+ por cada uno de O2–. Para nombrar un compuesto conviene deducir las respectivas estados de oxidación (tabla siguiente) con que actúan los elementos teniendo en cuenta que la carga neta del conjunto, que en el caso de los compuestos es cero, para los cationes es positiva y para los aniones negativa. La carga de un ión se indica en forma de superíndice con su signo (+ ó –). Nota: por convenio el signo siempre se escribe después del número y no al revés. Ejemplos: CO 2– ; Zn2+ ; PO 3– ; Cl– A nivel práctico, para formular un compuesto binario se intercambian las valencias de los elemento (estados de oxidación prescindiendo de signos) y se colocan en forma de subíndices, debiéndose simplificar (excepto en peróxidos) al entero más bajo. El subíndice 1 siempre se omite. Ejemplos: Na+Cl– → Na1Cl1 → NaCl; Al3+CO3 2– → Al2(CO3)3 VALENCIA Y NÚMERO DE OXIDACIÓN: Cuando se aprende a formular, hay dos conceptos recurrentes que pueden llegar a confundir: La valencia y el número de oxidación. Cuando hablamos de la valencia, a diferencia del número de oxidación, nos referimos al número de electrones que un átomo pone en juego en una determinada combinación, y se expresa como un número natural (sin signo). ¿Qué es el número de oxidación? El número de oxidación es un número entero que representa el número de electrones que un átomo pone en juego cuando forma un compuesto determinado. A diferencia de la valencia, tiene signo porque estamos considerando los enlaces desde una perspectiva iónica. Así, un número de oxidación positivo indica que el átomo cede electrones o los comparte con un elemento más electronegativo (con más tendencia a captarlos), y negativo cuando el átomo gana electrones o los comparte con un átomo menos electronegativo. Recuerda que los átomos se unen unos con otros para alcanzar una configuración estable (regla del octeto), y la tendencia a captar o ceder electrones depende de su configuración electrónica. Los metales tienen números de oxidación positivos porque tienden a ceder electrones mientras que los no metales presentan tanto números de oxidación negativos como positivos. En los iones monoatómicos la carga eléctrica coincide con el número de oxidación. Cuando nos refiramos al número de oxidación el signo + o - lo escribiremos a la izquierda del número, como en los números enteros, pero al escribir el ión lo haremos a la derecha del dígito. P.ej: como el Ca tiene n.o: +2, el catión será Ca2+ (nunca Ca+2). La definición de valencia de un elemento en un compuesto (más extendida) corresponde con el número de enlaces, con independencia de su naturaleza, y por lo tanto la valencia es siempre un número natural. El concepto de valencia resulta más práctico en la formulación de compuestos binarios, mientras que el número de oxidación lo es en aniones complejos y compuestos de tres o más elementos. Ejemplos aclaratorios: Fe2O3 : Valencias: hierro (3) ; oxígeno (2) Números de oxidación: hierro: +3 (cede 3 electrones) y oxígeno: -2 (cada oxígeno gana 2 electrones). NO: Valencias: N(2), O(2) Números de oxidación: N (+2) y O (-2) aunque no hay cargas reales al tratarse de un compuesto covalente. NOTA: Al final hay una tabla de los estados de oxidación más frecuentes que debes aprender. 2. SUSTANCIAS SIMPLES: Llamamos así a las sustancias constituidas por átomos de un sólo elemento. Su fórmula será el símbolo del elemento (Fe, Na, Cu, C, etc), excepto las siguientes moléculas gaseosas (H2, N2, O2, O3) y las de los halógenos (F2, Cl2, Br2, I2) que se presentan en forma diatómica o triatómica. Según la IUPAC se nombran con los prefijos di- o tri-, aunque su nombre común omite los prefijos, sin embargo, para estas sustancias, cuando sus átomos aparecen aislados, sí que llevan el prefijo mono-. Los prefijos que designan el número de átomos son: 1 monoFórmula H2 N2 O2 O3 H N O P4 S6 2 di- 3 tri- 4 tetra- Nom. sistemático Dihidrógeno Dinitrógeno Dioxígeno Trioxígeno Monohidrógeno Mononitrógeno Monooxígeno Tetrafósforo Hexaazufre 5 penta- 6 hexa- 7 hepta- Nombre común Hidrógeno Nitrógeno Oxígeno Ozono Hidrógeno atómico Nitrógeno atómico Oxígeno atómico Fósforo blanco 8 octa- Fórmula F2 Cl2 Br2 I2 F Cl I S8 Fe 9 nona- 10 deca- Nom. sistemático Diflúor Dicloro Dibromo Diyodo Monoflúor Monocloro Monoyodo Octaazufre hierro 11 undeca- Nombre común Flúor Cloro Bromo Yodo Flúor atómico Cloro atómico Yodo atómico IONES SIMPLES. Los iones son átomos o grupos de átomos con carga eléctrica, positiva (cationes) o negativa (aniones). Aunque no son sustancias simples, pues siempre se asocian a otros iones, es útil aprender a nombrar los iones más sencillos que luego nos encontraremos en otros compuestos. Catión Cationes monoatómicos: El símbolo del elemento se acompaña de un superíndice con el valor de la carga seguido del signo más, Cn+. Se utiliza la nomenclatura de Stock: Se nombran con la palabra catión y el nombre del elemento seguido del número de oxidación sin el signo entre Mg Fe2+ Fe3+ Cu+ 2+ Au3+ Zn2+ 12 dodeca- Nombre de Stock Catión magnesio Catión hierro (II) Catión hierro (III) Catión cobre (I) Catión oro (III) Catión cinc paréntesis y en números romanos, pero se omite si el catión sólo tiene una valencia. Aniones monoatómicos: El símbolo del elemento se acompaña de un superíndice con el valor de la carga seguido del signo menos. An–.. Se dice el nombre del no metal terminado en -uro, excepto para el caso del O2– que se nombra como óxido. No se requiere indicar número de oxidación ya que el no metal sólo tiene un número de oxidación negativo. Anión H– C4– Si4– N3– O2– S2– Se2– I– Nombre común Ión hidruro Ión carburo Ión siliciuro Ión nitruro Ión óxido Ión sulfuro Ión seleniuro Ión yoduro 3. COMPUESTOS BINARIOS: 3.1 COMBINACIONES BINARIAS DEL OXÍGENO El oxígeno se combina con todos los elementos químicos, excepto con los gases nobles. El oxígeno actúa con estado de oxidación –2: (O2– : óxido) y al ser casi siempre el más electronegativo se coloca en segundo lugar en la fórmula, excepto cuando se combina con los halógenos que se escribe delante. Se formulan estos compuestos escribiendo el símbolo del elemento y después el del oxígeno e intercambiando los estados de oxidación: X2On, fórmula en la que X es cualquier elemento excepto los halógenos. Si la valencia n es par, ambos subíndices se simplifican. Oxígeno con metales y no metales (no halógenos) Para estos compuestos se utilizan las nomenclaturas acordes con las recomendaciones IUPAC de 2005: Nomenclatura de composición con prefijos: utiliza la palabra genérica óxido precedida un prefijo (mono, di, tri, tetra, penta, hexa, hepta, etc., indicando el número de oxígenos y del mismo modo, a continuación, la proporción del segundo elemento. Ejemplo: pentaóxido de dinitrógeno: N2O5; dióxido de titanio: TiO2. Nomenclatura de composición con el estado de oxidación en números romanos: se utiliza la palabra genérica óxido seguida del nombre del otro elemento indicando la valencia (número de oxidación) con números romanos entre paréntesis. Si el elemento sólo tiene una valencia, no se indica. Ejemplos: óxido de hierro(III): Fe2O3; óxido de aluminio Al2O3. EJEMPLOS: Fórmula BaO Na2O CuO Cu2O SeO3 As2O5 Nomenclatura de prefijos Monóxido de bario / óxido de bario Óxido de disodio Monóxido de cobre / óxido de cobre Monóxido de dicobre Trióxido de azufre Pentaóxido de diarsénico Nomenclatura Romanos Óxido de bario Óxido de sodio Óxido de cobre (II) Óxido de cobre (I) Óxido de azufre (VI) Óxido de arsénico (V) Oxígeno con halógenos (Haluros de oxígeno) Por convenio de la Nomenclatura IUPAC 2005, los halógenos son considerados más electronegativos que el oxígeno, no se pueden nombrar ni se consideran óxidos sino haluros de oxígeno: Nomenclatura de composición con prefijos multiplicadores: es la única nomenclatura que se aplica a estos compuestos. Se nombran haciendo terminar en -uro el nombre del halógeno, precedida de prefijo numeral di, y se indica el número de oxígenos mediante prefijo. Ejemplo: dibromuro de pentaoxígeno: O5Br2; difluoruro de oxígeno: OF2. Otros ejemplos: Fórmula OCl2 O3Br2 O5Cl2 O7I2 Nomenclatura de prefijos Dicloruro de oxígeno Dibromuro de trioxígeno Dicloruro de pentaoxígeno Diyoduro de heptaoxígeno Peróxidos. Son combinaciones binarias de un metal o hidrógeno con el grupo peróxido: O 2–. 2 Se formulan igual que los óxidos: M2(O2)n. Podemos simplificar las valencias pero nunca el subíndice 2 del peróxido, o dicho de otra forma, podemos simplificar siempre que el número de oxígenos quede par. Nomenclatura de composición con prefijos: igual que los óxidos. Ejemplo: dióxido de dilitio: Li2O2 ; dióxido de dimercurio: Hg2O2. Nomenclatura de composición con números romanos: En estos compuestos, se antepone el prefijo peral nombre del óxido y se indica la valencia del otro elemento en caso de que tenga varias. Ejemplo: peróxido de litio: Li2O2; peróxido Níquel (II): Ni2O2. IMPORTANTE: Recuerda que al formular no se puede simplificar el subíndice correspondiente al grupo: O 2–. Ejemplo: peróxido de calcio: Ca2+ O 2– → Ca 2(O 2)2→ CaO2. 2 3.2 COMBINACIONES BINARIAS DEL HIDROGENO: El hidrógeno actúa con número de oxidación 1 o –1, dependiendo del elemento con que el se combine, en cualquier caso, su valencia es 1 (es decir realiza un enlace). HIDRUROS METÁLICOS: HIDRÓGENO + METALES En estos compuestos el hidrógeno actúa con estado de oxidación –1. En cualquier caso, como la valencia del H es 1, la fórmula será del tipo: MHv (por lo que ya quedan simplificados). Nomenclatura de prefijos: Se nombra con la palabra genérica hidruro seguida del nombre del metal correspondiente indicando con prefijos multiplicadores (mono, di, tri, tetra) el número de hidrógenos. Nomenclatura de números romanos: se indica la valencia (estado de oxidación) del metal con números romanos. Fórmula Nomenclatura prefijos Dihidruro de calcio CaH2 Dihidruro de estaño SnH2 CuH Monohidruro de cobre / hidruro de cobre Dihidruro de cobre CuH2 Trihidruro de escandio ScH3 Nomenclatura romanos Hidruro de calcio Hidruro de estaño(II) Hidruro de cobre (I) Hidruro de cobre (II) Hidruro de escandio HIDRÓGENO + NO METALES El hidrógeno actúa con estado de oxidación +1, y el no metal con su estado de oxidación negativo. No obstante, dependiendo del grupo de elementos se diferencian dos tipos: A. Con los grupos 16 y 17 de la tabla periódico. El hidrógeno actúa en estos compuestos con estado de oxidación +1, y los no metales con su respectivo estado de oxidación negativo, siendo por tanto los elementos más electronegativos. Nomenclatura de prefijos: se nombran añadiendo el sufijo -uro al no metal, seguido de la palabra hidrógeno. (Recuerda que la terminación -uro hace mención al estado de oxidación negativo del elemento). Utilizamos esta nomenclatura cuando el compuesto está en estado puro. IMPORTANTE: no se debe indicar el número de hidrógenos con prefijos numerales. Ejemplos: Fórmula HF HCl H2S HCN * Nomenclatura sistemática Fluoruro de hidrógeno Cloruro de hidrógeno Sulfuro de hidrógeno Cianuro de hidrógeno *El cianuro de hidrógeno, HCN, aunque es ternario, pertenece a este tipo de compuestos y está formado por el ión cianuro, CN–, combinado con el ión H+. Cuando estos compuestos (que son gaseosos) están disueltos en agua, generan disoluciones ácidas, por lo que en este caso reciben el nombre de ÁCIDOS HIDRÁCIDOS. Así, de manera tradicional se nombran utilizando la palabra genérica ácido y se añade el sufijo -hídrico a la raíz del no metal. Ejemplos: Fórmula H2S (aq) HCl (aq) HI (aq) H2Te (aq) Nomenclatura tradicional Ácido sulfhídrico Ácido clorhídrico Ácido yodhídrico Ácido telurhídrico B. Grupos 13, 14 y 15. Son compuestos formados por combinación del hidrógeno con los elementos B, C, Si, N, P, As, Sb. Nomenclatura de prefijos: Se indica con un prefijo el número de hidrógenos (prefijo-hidruro) seguida del nombre del elemento en cuestión. Se utilizan prefijos numerales para indicar el número de hidrógenos presentes en el compuesto. Ejemplos: NH3: trihidruro de nitrógeno; PH3: trihidruro de fósforo ; AsH3: trihidruro de arsénico; BH3: trihidruro de boro ; SiH4: tetrahidruro de silicio Nomenclatura sistemática de sustitución: esta forma de nombrar está basada en los llamados “hidruros padres o progenitores”. Estos nombres están recogidos en la siguiente tabla: Grupo 13 Borano BH3 AlH3 Alumano GaH3 InH3 TlH3 Grupo 14 METANO CH4 Silano SiH4 Grupo 15 Azano NH3 Fosfano PH3 Grupo 16 Oxidano H2O Sulfano H2S Grupo 17 HF Fluorano HCl Cloran o Galano Germano Arsano Delano HBr Broman GeH4 AsH3 H2Se o Indigano SnH4 Estannano Estibano Telano HI Yodano SbH3 H2Te Talano Bismutano HAt Astatan PbH4 Plumbano BiH3 H2Po Polano o ✔ Además, se aceptan los nombres comunes de amoniaco para el NH3 y agua para el H2O. ✔ Sólo debes memorizar aquellos nombres que aparecen en negrita. 3.3 OTRAS COMBINACIONES BINARIAS: SALES Sales iónicas: Metal y no metal. Son combinaciones de un metal (estado de oxidación positivo) con un no metal (estado de oxidación negativo). Se formulan escribiendo el símbolo del metal y después el del no metal e intercambiando los estados de oxidación (valencias): MaXb. Se simplifica si es posible. Pueden utilizarse tres nomenclaturas distintas, pero nosotros usaremos dos: Nomenclatura de prefijos multiplicadores: se nombra primero el no metal con el sufijo -uro y se utilizanprefijos multiplicadores para indicar la proporción de cada elemento. OPERACIONES BÁSICAS DE LABORATORIO C.F.G.M Farmacia Parafarmacia Nomenclatura expresando el número de oxidación con números romanos: se nombra antes el no metal conel sufijo -uro y se indica el estado de oxidación del metal mediante números romanos. Fórmula CaF2 AlCl3 CuBr2 Cu2S Nomenclatura de composición con prefijos multiplicadores Difluoruro de calcio Tricloruro de aluminio Dibromuro de cobre Sulfuro de dicobre Nomenclatura de composición expresando el número de oxidación con números romanos Fluoruro de calcio Cloruro de aluminio Bromuro de cobre(II) Sulfuro de cobre(I) Sales covalentes: no metal + no metal. La IUPAC establece que en las combinaciones binarias entre no metales, al igual que en los demás compuestos binarios, se escribirá primero en la fórmula el elemento menos electronegativo (que usará el estado de oxidación positivo) seguido del más electronegativo (que utiliza su estado de oxidación negativo). Así, se escribirá en primer lugar en la fórmula el elemento que aparezca más a la izquierda en la siguiente secuencia que comienza en el flúor (elemento más electronegativo de la tabla periódica). Observa con atención la posición de hidrógeno, que no corresponde con su posición en el sistema periódico: Estos compuestos se nombran con las dos nomenclaturas ya vistas anteriormente (con prefijos y con números romanos), y recuerda que siempre termina en -uro el elemento cuyo símbolo este colocado a la derecha en la fórmula, y que ese elemento utilizará su valencia negativa exclusivamente, mientras que el otro elemento puede actuar con sus valencias positivas. Fórmula BrF IBr3 BrF3 BrCl SeI2 CCl4 Nomenclatura prefijos (mono)Fluoruro de bromo Tribromuro de yodo Trifloruro de bromo (Mono)cloruro de bromo Diyoduro de selenio Tetracloruro de carbono Nomenclatura romanos Fluoruro de bromo(I) Bromuro de yodo(III) Fluoruro de bromo(III) Cloruro de bromo (I) Yoduro de selenio(II) Cloruro de carbono (IV) OPERACIONES BÁSICAS DE LABORATORIO C.F.G.M Farmacia Parafarmacia 4. COMPUESTOS TERNARIOS: HIDRÓXIDOS. Se caracterizan por tener el grupo OH–, llamado hidróxido (esstado de oxidación –1), unido a un 4metal (o al catión NH +). Se formulan escribiendo el símbolo del metal seguido del grupo hidróxido que se escribe entre paréntesis si lavalencia del metal es mayor que 1. M(OH)v. Análogamente a óxidos e hidruros, se pueden nombrar utilizando nomenclaturas de prefijos multiplicadores o indicando el número de oxidación con números romanos, como a continuación: Fórmula NaOH Fe(OH)2 Al(OH)3 Hg(OH)2 Ca(OH)2 NH4OH Nomenclatura de composición con prefijos multiplicadores Hidróxido de sodio Dihidróxido de hierro Trihidróxido de aluminio Dihidróxido de mercurio Dihidróxido de calcio Hidróxido de amonio Nomenclatura de composición expresando el número de oxidación con números romanos Hidróxido de sodio Hidróxido de hierro (II) Hidróxido de aluminio Hidróxido de mercurio (II) Hidróxido de calcio Hidróxido de amonio