(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)
A medida que el enlace entre el hidrógeno y el elemento específico se hace más covalente, también lo hace la estabilidad del hidruro, a tal punto que tenemos la generación de polihidruros estructuralmente complejos. El elemento con el que se forman los hidruros más complejos es el carbono, siendo esto conocidos como hidrocarbonos o más comúnmente como hidrocarburos, y objeto de la química orgánica. Sin embargo, otros elementos pueden generar estructuras complejas como es el caso del boro, por lo que el libro rojo de 2005 de la química inorgánica (Connelly et al., 2005) publicó algunas recomendaciones para estas sustancias, que para ser justos son bastante similares a las reglas de la química orgánica.
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Para el caso de los hidruros del boro, y aquí es donde
empezamos a poseer problemas, pues aparte de las formas básicas, también es
posible obtener hidruros de doble unidad, los cuales son particularmente raros,
especialmente desde el punto de vista del hidrógeno. En el diborano el
hidrógeno es capaz de entablar aparentemente dos enlaces que sirven de puente a
los dos átomos del boro. Muchos otros hidruros del grupo pueden hacer lo mismo
como en el caso del aluminio y el galio. La principal consecuencia de esto es
que las nomenclaturas de estos hidruros requieren de un sistema complejo que
permita describir las estructuras. Dado que dicha nomenclatura está íntimamente
ligada a la nomenclatura sistemática de los hidrocarburos nos enfocaremos
únicamente en ella. Adicionalmente mencionaremos los nombres tradicionales o
regulares para sustancias cuando haga falta. En cualquier caso, las
recomendaciones para 2005 de los hidruros hacen referencia a algo llamado
nomenclatura de sustitución.
Los ácidos hidrácidos se forman con algunos de los elementos
del grupo 16 (VI) o del oxígeno y con algunos de los elementos del grupo 17
(VII) o del flúor. Decimos algunos porque los elementos radioactivos más
pesados de cada columna –el astato y el polonio –no presentan ácidos o hidruros
reportados (Matamála, & Gonzalez, 1976), además de tener tendencia a
comportarse como metales. Estos hidruros se caracterizan por una tendencia a
liberar hidrógenos al diluirse en agua, algunos son ácidos muy potentes como el
que se forma con el cloro, pero otros son débiles como el que se forma con el
oxígeno. El nombre de ácido hidrácido es el más común, pero en realidad no es
el nombre de ellos como sustancias puras sino el de una mezcla homogénea entre
ellos y el agua. Como sustancias puras se los puede denominar como hidruros con
las mismas reglas de los hidruros metálicos.
Tabla 8. Nomenclaturas tradicionales de los ácidos hídricos
Una característica importante es que en estos hidruros el
elemento más electronegativo deja de ser el hidrógeno y por lo tanto su estado
de oxidación para a ser el +1, y cuando la sustancia se ioniza se liberan iones
de hidrógeno(1+) en lugar del ion de hidruro(1-) que generan
los hidruros iónicos metálicos. Dado que todos los ácidos hídricos tienden a
evaporarse en sus formas moleculares, la nomenclatura depende mucho de sí están
mezclados en agua o liberados en el aire. Para algunas nomenclaturas solo se
les da el nombre de ácido cuando están en solución acuosa, mientras que se les
da el nombre de hidruro cuando están en forma gaseosa. Adicionalmente en las
fórmulas moleculares el hidrógeno pasa a la izquierda puesto que es menos
electronegativo.
Todas estas sustancias forman enlaces covalentes polares, y
eso incluye al hidruro del flúor. Aunque la diferencia de electronegatividades
es de 1,9 esta cosa no forma redes cristalinas iónicas, y se disuelve muy
débilmente en agua. Esto se debe a que el tamaño del flúor altera sus
propiedades siendo una excepción dentro de la regla que empleamos generalmente
para determinar la ionicidad de una sustancia. Esto prueba una vez más que la
química es una ciencia cuyos modelos tienen muchas excepciones y que depende
más del trabajo experimental que del teórico en muchas instancias.
Las nomenclaturas tradicionales para estas sustancias son
dos, la de ácidos hidrácidos, y la de sales binarias en las que el catión es el
hidrógeno. Los nombres a la izquierda se emplean especialmente cuando estamos
hablando se soluciones acuosas, mientras que la de la derecha cuando hablamos
de gases o sólidos.
La nomenclatura IUPAC para estas sustancias puede dividirse
en dos, la de composición y la de sustitución. Por composición componemos el
nombre contando átomos y empleamos los prefijos adecuados, teniendo en cuenta
que el prefijo mono no es empleado para el descriptor específico. En este caso
el sufijo -uro lo lleva el
elemento más electronegativo. La segunda nomenclatura, de sustitución es
la de los hidruros progenitores en la que se emplea el nombre o raíz latina del
elemento terminado en -ano.
Tabla 9. Nomenclaturas sistemáticas de los ácidos hídricos
Algunos nombres cambian debido a que ya son empleados en
otras sustancias. Por otra parte, el oxidano casi
nunca se nombra así, pues es el agua, e incluso en textos superformales, se la
llama agua. La nomenclatura Stock parece no ser empleada para los ácidos
hidrácidos debido a que esta se emplea para compuestos de carácter fuertemente
iónico. Finalmente, de las dos nomenclaturas, se prefiere la segunda, la de los
hidruros progenitores ya que permite nombrar no solo los ácidos hidrácidos, sino
también otras sustancias que se forman a partir de ellos mediante las reglas
que vimos en la sección anterior.
Los hidruros progenitores son aquellos hidruros de los
grupos 13, 14 y 15 e incluso los del 16 y 17 que poseen un solo átomo central
diferente del hidrógeno, siendo semejantes a lo que se esperaría de un hidruro
metálico simple. Estos hidruros establecen la base de nombramiento. Cabe
destacar que en casos como el carbono no se emplearía el nombre sistemático
esperable “carbano” aunque técnicamente debería ser aceptable. Sin embargo,
solo emplearemos la nomenclatura de sustitución para algunos hidruros del grupo
14, 14 y 15 ya que para el grupo 16 y 17 es más común nombrar por la
nomenclatura de composición. Adicionalmente algunos hidruros metálicos en el
grupo 13 y 14 no se tomarán en cuenta en esta sección. Eso se debe a que los
hidruros del 13, 14 y especialmente del 15 tienden a ser básicos en sus
propiedades químicas, mientras que los hidruros del 16 y 17 son ácidos.
Todos los hidruros progenitores se nombran por homología al
hidrocarburo más simple, el metano, que deriva su nombre de un indicador de
numero de carbonos “met-“ que representa un carbono y el sufijo “-ano”
que indica que no existen dobles enlaces entre enlaces de carbono. En
consecuencia, todas estas sustancias terminarán con el sufijo ano. El nitrógeno
es una segunda excepción igual que el carbono, y en lugar del sistemático nitrano
emplearemos la raíz “az-“ de su nombre arcaico azote. Y el
antominio es la tercera excepción empleando la raíz “estib-“ de su
nombre arcaico stibium. En nomenclaturas tradicionales los hidruros del
grupo del nitrógeno empleaban el sufijo “-ina” dando lugar a fosfina,
estibina o arsina, pero en la actualidad se recomienda el desuso
de estos nombres.
Tabla 10. Hidruros protenitores.
En la nomenclatura de sustitución los nombres se basan en
los de los hidruros progenitores en los que se ha realizado la sustitución de
átomos de hidrógeno por grupos sustituyentes. Este sistema de nomenclatura se
recomienda solamente para los derivados de los hidruros progenitores cuyos
nombres se encuentran en la siguiente tabla y para los derivados de los
hidruros polinucleares que contienen solamente estos elementos. Hay que
destacar que en el caso de que algunos hidruros de los grupos 6 y 17 formen
moléculas homólogas a las siguientes, es mejor asumirlos como hidruros
progenitores.
El hidruro progenitor se denomina borano, sin embargo, con los boranos ocurre que el hidrógeno nos puede hacer trampas en su capacidad de enlace, especialmente con el diborano. Por esta razón en la nomenclatura de los boranos se debe indicar entre paréntesis la cantidad de hidrógenos presentes en la fórmula molecular, el número se expresa en arábigo:
BH3 borano; B2H6 diborano(6); B20H16 icosaborano(16). Los
boranos pueden formar estructuras tridimensionales polihédricas no lineales
increíblemente complejas, las cuales se describen por medio de prefijos que
toman en cuenta una relación entre cantidad de átomos de boro y cantidad de
átomos de hidrógeno, para indagar sobre este asunto se aconseja consultar el
libro rojo de la química inorgánica.
La razón principal para separar a los hidruros es más o menos
de desarrollo de esta presentación y se relaciona con el error conceptual del
amoniaco. Cuando se estudia clásicamente los hidruros no metálicos,
generalmente se presta atención a tres categorías, los pacidos hidrácidos que
son los hidruros de los grupos 16 y 17 que trataremos luego, los hidrocarburos
que tienen todo un capítulo dedicado a ellos exclusivamente y el amoníaco, que
es de alguna manera una anomalía. Anomalía porque para el grado en que uno
enseña nomenclatura inorgánica se hace hincapié en la acides de los ácidos
hidrácidos, por lo que al ver la fórmula del amoniaco el estudiante
repetitivamente salta a juzgarlo como un ácido más debido a que posee
hidrógenos.
Sin embargo, ese error conceptual es un poco más
justificable si analizamos los hidruros no metálicos de 13 y el 14. El borano
en agua no genera acides o basicidad directa, pero produce el ácido bórico y
por lo tanto indirectamente poseería un comportamiento acidificante, eso además
de generar dihidrógeno (Tillman, 1995). El metano por su parte al reaccionar
con el agua genera también dihidrógeno y monóxido de carbono que a su vez
podría formar el hidrogeno(dioxidocarbonato) o ácido carbonoso (Araki, Mohri, Yoshimitsu, & Miyake, 2007;
Joesten, Hogg, & Castellion, 2006).
El amoniaco y las sustancias homólogas formadas por
elementos del mismo grupo del nitrógeno tienen un comportamiento básico (Gal & Maria, 1990), opuesto a los ácidos, lo
cual los hace una excepción al comportamiento ácido, ya sea indirecto como en
los hidruros del grupo 14 y 14 o directo como en los hidruros del grupo 16 y
17.
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