(Ciencias de Joseleg)(Química)(Lenguaje químico)(Formulación y nomenclatura inorgánica) (Ejercicios resueltos)(Introducción)(Historia)(Generalidades de la nomenclatura tradicional)(Generalidades de la nomenclatura Stock)(Generalidades de la nomenclatura sistemática)(Nomenclatura de isótopos)(Formulación química)(Fórmulas químicas teóricas)(Elementos)(Hidruros no metálicos)(Óxidos)(Hidróxidos)(Oxácidos)(Iones)(Sales)(Referencias bibliográficas)(Versión documento word)
Ya hemos visto los principales compuestos que se forman con
el hidrógeno. Ahora veremos los principales compuestos que se forman con el
oxígeno. Las moléculas del oxígeno son de las primeras sustancias en ser
estudiadas en los capítulos de formulación y nomenclatura (Chang & Overby,
2011; Matamála & Gonzalez, 1976), aunque como hemos visto no es necesario
comenzar con ellos. Al igual que los hidruros, los óxidos son compuestos
binarios en los que el oxígeno es el agente oxidante adquiriendo los electrones
con carga negativa para sí mismo. Esto es verdad para todas las combinaciones
binarias con oxígeno, excepto cuando se une consigo mismo o cuando se une con
el elemento más electronegativo de la tabla periódica, el flúor. Descontando
estas dos excepciones, diremos que en los óxidos el oxígeno siempre se
encuentra en un estado de oxidación de -2, por lo que su acompañante sea metal
o no metal posee un estado de oxidación positivo. Teóricamente podemos formar
óxidos con muchos estados de oxidación de un mismo elemento, pero al igual que
sucede con los hidruros, algunos de estos óxidos no son estables en la
naturaleza o en condiciones de laboratorio no fáciles de obtener, eso asumiendo
que sean estequimétricos.
A pesar de lo anterior, los óxidos son infinitamente más
comunes en la naturaleza, además que son más sencillos de producir en
laboratorios de escuela. La razón es simple, la atmósfera suministra el
reactivo oxígeno al metal o no metal que deseamos oxidar; si deseamos
sintetizar un hidruro requerimos un ambiente libre de oxígeno y eso ya es más
costoso. Los óxidos metálicos tienden a ser sólidos granulosos o talcos, mientras
que los óxidos de los no metales tienden a ser líquidos o mucho más comúnmente,
gases, algunos de los cuales son muy importantes para los seres vivos como el
agua y el dióxido de carbono.
Los óxidos tienden a formar estructuras resonantes, por lo
que muchas de las cosas que esperamos teóricamente no se dan completamente en
la naturaleza, sin embargo, intentaremos introducir la teoría hasta donde se
pueda y luego hablaremos de las desviaciones. Lo importante de la teoría es que
nos permite entender la formación de los ácidos y las sales, pues, aunque un
óxido no se comporte teóricamente como tal cuando existe como óxido, al momento
de reaccionar su comportamiento si concuerda con la teoría.
La fórmula molecular de los óxidos se obtiene por medio de
la regla de aspa, colocando el oxígeno a la derecha debido a que es el más
electronegativo, excepto cuando se combina con el flúor. Debido a que solo hay
8 estados de oxidación comunes en la tabla periódica, solo hay 8 fórmulas
teóricas plausibles. Estas fórmulas se pueden dividir en dos grupos, los óxidos
pares y los óxidos impares. Adicionalmente hay dos alternativas de fórmulas
estructurales, dependiendo de si la molécula es iónica o de si es covalente,
solo se puede elegir una de las dos.
Tabla 11. Las fórmulas de los óxidos son limitadas, y sus patrones de
estructura dependen de si el estado de oxidación del elemento central es par o
impar.
Todos los óxidos de una diferencia de electronegatividades
mayor a 1,7 son iónicos y debe elegirse en consecuencia la fórmula iónica. Existen
algunas excepciones donde la diferencia de electronegatividades es de 1,4 y aun
así se generan sólidos iónicos experimentalmente. En otros casos como en el
óxido del hierro de estado de oxidación +3 se genera una molécula covalente.
Hay dos desviaciones importantes de lo antes mencionado.
Las formulas estructurales de los óxidos ofrecen más cosas que solo moléculas iónicas que forman cristales de cargas organizadas o moléculas covalentes predecibles y neutras.
Figura 22. Las estructuras resonantes implican que aparte de la estructura
predicha, existen otras alternantes, algunas de las cuales pueden ser mas estables que la predicha.
A medida que nos acercamos a los no metales como los grupos
del carbono y el nitrógeno nos encontramos con anormalidades que no pueden predecirse
por medio del modelo de los números de oxidación (Olivares Campillo, 2014),
pero que tampoco concuerdan completamente con otros modelos como el de Lewis,
por mucho que algunos autores se esfuercen en así afirmarlo, porque el problema
principal es que estas estructuras vibran, o cambian su organización
constantemente, es decir, son estructuras resonantes. Esto hace que todos los
modelos de estas moléculas estén al mismo tiempo en lo cierto y al mismo tiempo
en un error.
Algunos óxidos de este tipo son los que se forman con:
carbono(2+), nitrógeno(1+), nitrógeno(2+), nitrógeno(3+), nitrógeno(4+),
nitrógeno(5+) (Haynes, 2010). Lo bueno es que al menos la regla de aspa si nos
predice adecuadamente la fórmula molecular, aunque no las cargas, estas sustancias
no son neutras. Aquí no hay más opción que memorizar, o rogar que el profesor
no le dé por colocar uno de estos, que es lo más común.
A parte de las resonancias, tenemos la generación de
moléculas complejas, es decir, momentos en los que las fórmulas que concluimos
teóricamente son a lo sumo aproximaciones a la fórmula empírica, ya que las
estructuras y fórmulas moleculares son diferentes. Esto se debe a la formación
de polímeros, los cuales varían de ser estructuras relativamente simples, hasta
poliedros tridimensionales complejos en el caso del fósforo: Boro(3+),
fósforo(3+), fósforo (4+), fósforo(5+), arsénico(5+), antimonio(5+). Sin
embargo, estas sustancias pueden ser tratadas mediante el concepto de
monómero-polímero. La fórmula que predecimos teóricamente es un monómero que se
encadena rápidamente para formar polímeros complejos, adicionalmente, estos
casos no son trabajados regularmente en un curso de química general.
Figura 23. Los óxidos de los metales tienen tendencias básicas con algunas
excepciones, y los óxidos de los no metales tienen tendencias ácidas.
Se llama óxidos a los compuestos binarios de oxígeno y otro
elemento. Se dividen en dos grupos:
a- Anhídridos u óxidos ácidos, porque al ser mezclados con
agua generan ácidos oxoácidos.
b- Óxidos básicos porque al reaccionar con agua generan
hidróxidos los cuales tienen un comportamiento básico.
La tabla periódica generalmente distingue entre metales, no
metales, metaloides y gases nobles. En la presente imagen respectivamente se
encuentra codificados del siguiente modo: verde, amarillo, rojo, gris y en
blanco los elementos sintéticos que no han sido caracterizados en cuanto a sus
propiedades químicas. Anhídridos son casi todos los óxidos de los no metales y
algunos óxidos metálicos en que el metal posee elevada valencia como en el
cromo y el manganeso. Los óxidos que dan lugar a las bases al ser tratados con
agua, son los de los metales, particularmente cuando el metal funciona con
valencia pequeña. Hay también óxidos cuyos productos de reacción con el agua
poseen carácter anfótero, comportándose como ácidos y como bases (Zink y
aluminio) y otros óxidos que no reaccionan con el agua, como el CO y el NO2.
Debido a que es posible formar muchos óxidos con cada
elemento, podemos emplear las reglas de la nomenclatura tradicional de forma
casi completa excepto por aquellos elementos que poseen más de cuatro números
de oxidación. Debido a que la nomenclatura tradicional solo puede formar cuatro
nombres específicos no ambiguos, los elementos con mayores estados de oxidación
serán nombrados exclusivamente por la nomenclatura sistemática o Stock. Todas
las nomenclaturas emplean un nombre genérico y un nombre específico para
nombrar los óxidos. El nombre genérico es óxido y va al principio, mientras que
el nombre específico depende del elemento diferente del oxígeno y va al final: óxido
prefijoelementosufijo.
La fórmula anterior depende de la valencia, y al igual que
con los hidruros, muchas de las cosas que nombramos no existen normalmente o no
han sido aisladas experimentalmente por medio de síntesis artificial.
Finalmente hay que recordar tener en cuenta la tabla de elementos que cambian
de nombre a sus formas arcaicas.
Cuando el elemento solo tiene un
estado de oxidación reportado en la tabla periódica hay dos opciones para
nombrarlo, empleando el sufijo –ico o con un nombre básico, lo más común es la
segunda opción:
Li2O óxido lítico.
Na2O óxido sódico.
BeO óxido berílico.
Sc2O3 óxido escándico.
B2O3 óxido bórico.
Al tener dos estados
de oxidación se implica que se forman dos óxidos diferentes con propiedades
físicas y químicas diferentes, de allí la necesidad de dar nombres diferentes a
las dos sustancias. Un ejemplo simple es el óxido férrico que es de color rojo
mientras que el óxido ferroso es de color negro:
Ce2O3
óxido ceroso;
CeO2 óxido cérico.
FeO
óxido ferroso;
Fe2O3 óxido
férrico.
Al tener tres estados de
oxidación se emplea el sufijo -ico para el estado de oxidación más alto, oso
para el intermedio y la combinación hipo- -oso para el estado de oxidación más
bajo:
CrO
óxido hipocromoso;
Cr2O3 óxido cromoso; CrO3 óxido
crómico.
SO
óxido hiposulfuroso;
SO2 óxido sulfuroso; SO3 óxido
sulfúrico.
Elemento central con cuatro números de oxidación
Al tener cuatro
estados de oxidación se emplean las cuatro combinaciones de sufijo y prefijo:
Cl2O
óxido hipocloroso;
Cl2O3 óxido cloroso; Cl2O5 óxido clórico; Cl2O7
óxido perclórico.
Francamente la nomenclatura tradicional fue propuesta antes
de que se empezaran a reportar elementos con más de cuatro estados de
oxidación, sin embargo, para tales casos se puede emplear un prefijo extra hiper-
para la quinta valencia, siendo esta la más alta, aunque claro está el problema
es que ya nadie se molesta en describir nuevos nombres tradicionales para
sustancias nuevas, ya que es una nomenclatura ¡OBSOLETA! para sustancias nuevas,
aunque es la
más común para ir de compras de sustancias viejas.
Recordemos que la estructura básica de esta nomenclatura es
la siguiente: Óxido
de elemento(número de oxidación en romano)
Se emplea el nombre genérico óxido, seguido del nombre del
elemento siempre en su forma moderna seguido por el estado de oxidación del
elemento oxidado en romano.
Li2O
óxido de litio(I).
Na2O
óxido de sodio(I).
BeO
óxido de berilio(II).
Sc2O3
óxido de escandio(III).
B2O3
óxido de boro (III).
SO
óxido de azufre (II).
SO2
óxido de azufre(IV).
SO3
óxido de azifre(VI).
La nomenclatura sistemática de composición para los óxidos
es un poco extraña, ya que los nombres de distintos óxidos pueden ser
diferentes e incluso mezclarse con la nomenclatura stock. Clásicamente la
nomenclatura sistemática de los óxidos involucra los prefijos numéricos para
indicar la cantidad de átomos. El prefijo mono se emplea para el nombre
genérico, pero no para el nombre específico como en monóxido de carbono “CO”.
Hay que destacar que el elemento específico es el catión, y en tal caso solo se
usan nombres modernos para los elementos: Numeraloxido de numeralelemento.
Li2O
monóxido de dilitio.
Na2O
monóxido de disodio.
BeO
monóxido de berilio.
Sc2O3
trióxido de diescandio.
B2O3
trióxido de diboro.
SO
monóxido de azufre.
SO2
dióxido de azufre.
SO3
trióxido de azufre.
Los peróxidos se forman en base al dihidruro del oxígeno
Na2O2,
tradicional: peróxido de sodio; stock: peróxido
de sodio(I); sistemática peróxido de disodio.
BaO2,
tradicional: peróxido de bario; stock: peróxido
de bario(II); sistemática peróxido de dibario.
Fe2O6,
tradicional: peróxido de férrico; stock: peróxido
de hierro(III); sistemática triperóxido de dihierro.
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