(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)
Estos fueron los primeros ácidos en ser descritos, bajo la
teoría de Lavoisier todos los ácidos portaban oxígeno, pero posteriormente se
dieron cuenta que el ácido clorhídrico no poseía oxígeno. Dado que este tipo de
ácidos si porta oxígeno se los denomina oxácidos oxoácidos u oxiácidos. También
reciben el nombre de ácidos ternarios ya que están compuestos por tres
elementos, el hidrógeno, el oxígeno y generalmente un elemento no metálico,
aunque hay bastantes excepciones en los metales de transición. Los ácidos
ternarios son compuestos que se forman a partir de la reacción del agua con los
óxidos ácidos o anhídridos.
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Aunque la mayoría de los oxidos ácidos provienen de los no
metales, hay metales que se comportan no-metálicamente en su óxido. Para tener
una imagen clara, describiremos los elementos que generan oxácidos:
Elementos del grupo 17 (VIIA): se forman ácidos oxoácidos con todos los
elementos de la columna menos con el flúor, ya que su electronegatividad altera
el funcionamiento del oxígeno en la molécula. El astato en estado de oxidación
+5 posee dos isómeros posibles denominados antiguamente meta y piro a parte de
la isómero "predecible".
Elementos del grupo 16 (VIA): se forman ácidos oxoácidos con el azufre,
el selenio y el telurio. Con el oxígeno no se genera el ácido respectivo por
razones evidentes, mientras que con el polonio no hay ácidos pues se comporta
como un metal. A parte de la orientación normal, el telurio +4 posee otros dos
isómeros denominadas antiguamente como piro y orto, mientras que en telurio +6 posee
el isómero orto. El azufre por su parte posee tantos isómeros que no se pueden
contar con los dedos de una mano y de los cuales solo podemos predecir
estructuralmente tres isómeros.
Elementos del grupo 15 (VA): Se forman ácidos con el nitrógeno y el fósforo.
La gama de ácidos producidos por estos elementos es altamente variable, y
pueden llegar a ser vitales, los ácidos derivados del fósforo son vitales para
la vida misma, ya que moléculas como el ATP y el ADN son en esencia ácidos del
fósforo con modificaciones pesadas.
Elementos del grupo 14 (IVA): Se forman ácidos con el carbono y el
selenio. El selenio en estado de oxidación +4 puede presentar los isómeros orto
y meta.
Elementos del grupo 13 (IIIA): Solo se forman ácidos con el boro ya que
el aluminio se comporta como metal y forma el hidróxido respectivo. El boro
presenta una amplia gama de isómeros debido a su capacidad de polimerizar.
Elementos del grupo 6 (VIB): cromo +6 con dos posibles isómeros.
Elementos del grupo 7 (VIIB): manganeso +6 y +7; tecnecio +5 y +7;
renio +5 y +7.
Formula
general de los ácidos oxácidos
Los ácidos oxácidos son sustancias moleculares, el enlace a
los hidrógenos es polar e ionizable, mientras que los enlaces entre los
oxígenos y el elemento central tiende a hacerse resonante, por lo que son
estables y tienden a mantenerse como grupos negativos.
Tabla 12. Fórmulas de los ácidos ternarios impares y pares más comunes.
La fórmula estructural nos permite ver que el hidrógeno
queda como parte positiva periférica, y por eso tiende a separarse del grupo
no-metálico. Esto tiene sentido, recuerde que los enlaces covalentes son más
estables que los iónicos y estos se forman entre no metales, aunque son
tendencias con excepciones.
Como características generales podemos decir que los
oxácidos con elemento central de carga impar son monopróticos, es decir, solo
tienen un hidrógeno; mientras que los de carga par son dipróticos, con dos
hidrógenos.
Las estructuras anteriores es lo esperable para los
ejercicios de lápiz y papel de nivel escolar. Uno puede sobrevivir a la mayoría
de los exámenes con estas fórmulas estructurales en mente, pero la realidad es
un tanto más compleja. Al igual que sucede con los óxidos o con los hidruros se
pueden formar estructuras más complejas. Por tal razón haremos una lista de los
ácidos comunes y raros a continuación.
Para el cromo podemos tener la forma normal en estado de
oxidación +6, H2CrO4,
o un polímero que normalmente recibe el nombre de ácido dicrómico H2Cr2O7.
Los ácidos del boro de estado de
oxidación +3 normalmente tendrían la fórmula, HBO2,
pero tienen la tendencia a polimerizar en formas complejas como H3B3O6,
H4B6O11
o H5B9O16
entre otros. Con el boro tenemos nuestra segunda estructura rara, comúnmente
todos reciben el nombre de ácido metabórico, pero al polimerizar podemos tener
diferentes tipos de ácido metabórico.
El ácido del silicio en estado de
oxidación +4 puede presentarse en la forma estándar H2SiO3, pero
también puede presentarse como si todos sus oxígenos originales hubieran sido
reemplazados por grupos OH, generando la siguiente fórmula molecular H4SiO4.
El nitrógeno puede formar ácidos
extraños, por ejemplo para el estado de oxidación +1 H2N2O2, para el estado de oxidación +2 H4N2O4,
en los cuales ambos se generan a partir de la forma polimerizada del hidruro
progenitor o diazano. Para el estado de oxidación +3 podemos tener HOONO que surge de la unión del
peróxido de hidrógeno y el azano. Para el estado de oxidación +5 tenemos dos
formas extrañas, el H3NO4
y el HNO4.
El fósforo también presenta muchas
variantes, por ejemplo, para el estado de oxidación +1 HPH2O2; para el
estado de oxidación +3 H2PHO3,H2P2H2O5;
Para el estado de oxidación +4 H4PO6; Para el estado de
oxidación +5 H3PO5, H4P2O5,
H3PO4 “siendo esta su forma más común conocida como ácido
fosfórico”, HPO3. El ácido fosfórico puede polimerizarse casi de
manera indefinida, consigo mismo y con otras sustancias como azúcares
hemiacetales para formar los ácidos nucleicos como el ADN y el ARN.
Para el arsénico +3 H3AsO3;
+5 H3AsO4.
El azufre es uno de los
elementos que más ácidos peculiares genera, e incluso con estados de oxidación
que no aparecen regularmente en las tablas periódicas. Estado de oxidación 0: HSOH.
Estado de oxidación +3 con -1: HSSOOH.
Estado de oxidación +3: H2S2O4.
Estado de oxidación +4 con 0: H2S2O3.
Estado de oxidación +5 con 0: H2S3O6,
H2S4O6, H2S5O6.
Estado de oxidación +5: H2S2O6. Estado de
oxidación +6: H2S3O8, H2S3O6,
H2SO5, H2S2O7.
Telurio +6:
H6TeO6.
Aunque es verdad que hay más excepciones que concordancias,
también hay que destacar que por ácidos predecibles mediante el modelo son los
más comunes a nivel escolar, los no predecibles son sustancias raras que no se
venden con facilidad y se emplean más con fines de investigación. Sin embargo,
fueron estos ácidos no predecibles, una de las principales causas que
sepultaron a la nomenclatura tradicional, nombrarlos hubiera requerido de un
aumento injustificable en la cantidad de prefijos y sufijos literales, lo cual
no es congruente con un sistema que debería mantenerse simple, al menos a este
nivel.
La nomenclatura tradicional de los ácidos oxoácidos es un
verdadero problema debido a la existencia de los ácidos no regulares.
Generalmente se emplean prefijos como orto, para, meta y piro, pero la normatividad
para aplicarlos no es sencilla. Por lo anterior enunciaremos las reglas simples
para nombrar los ácidos estándar como los del cloro y el azufre estándar.
Recordemos que la nomenclatura tradicional la estudiamos solo como un
recordatorio histórico, debido a que se supone que es un tipo de nomenclatura
que se encuentra en desuso paulatino, a las nuevas generaciones se les debe
inculcar la idea de emplear la nomenclatura sistemática o IUPAC. La fórmula
general para nombrar los ácidos es la siguiente: Ácido prefijoelementosufijo.
La verdad es que no existen elementos que solo formen un
solo ácido, así que comenzamos con lo que sucede cuando tenemos dos estados de
oxidación. La razón para esto radica en que el único que podría hacerlo es el
flúor, pero el flúor no es oxidado por el oxígeno, sino que lo oxida, por esa
razón no existen óxidos de flúor u ácidos del flúor.
Para dos estados de oxidación,
ejemplo carbono +2 y carbono +4 “cabe
destacar que, para el carbono, solo el de estado de oxidación +4 es de uso
común.”:
H2CO2 Ácido carbonoso.
H2CO3 Ácido carbonico.
Para tres estados de oxidación, ejemplo
azúfre +2, azufre +4 y azufre +6 “el azufre +6 es el más común”:
H2SO2 Ácido hiposulfuroso.
H2SO3 Ácido sulfuroso.
H2SO4 Ácido sulfúrico.
Para cuatro estados de oxidación, ejemplo cloro +1, cloro
+3, cloro +5 y cloro +7.
HClO Ácido
hipocloroso.
HClO2 Ácido cloroso.
HClO3 Ácido clórico.
HClO4 Ácido perclórico.
Con el bromo la cuestión es bastante interesante ya que sus
estados de oxidación cambian de unas tablas periódicas a otras. Mi vieja tabla
por ejemplo lista solo dos valores absolutos de sus estados de oxidación, +1 y
+5, pero en otras tablas aparece también el +3. Consultando, también se ha
reportado la existencia del estado +7, por lo que en la actualidad se considera
igual que el cloro, con cuatro valencias para dar nombre. Estos cambios
evolutivos son incompatibles con la vieja nomenclatura tradicional. Por esta
razón, al menos para los ácidos se aconseja fuertemente dejar en desuso la
nomenclatura tradicional y asumir únicamente la nomenclatura IUPAC o
sistemática.
Con otros elementos las reglas son un poco más raras, por
ejemplo, para los ácidos del manganeso a pesar de tener solo dos ácidos
posibles, se emplean los nombres ácido mangánico y ácido permangánico para los
estados de oxidación +6 y +7 respectivamente.
Dado que el catión “el hidrógeno” es constante, los
oxoácidos se nombran de acuerdo al anión empleando el designador Stock, en
otras palabras, se señala el estado de oxidación del átomo central que forma el
anión. Sin embargo, este tipo de nomenclatura es problemática debido a que en
casos como en el cromo se daría un nombre ambiguo para el mismo ácido.
Lo anterior implicaría la necesidad de memorizar más reglas
para nombrar a los diferentes isómeros de un ácido conformado por un elemento
central con mismo estado de oxidación. Sin embargo, tal esfuerzo es
notablemente superfluo en el sentido de que la nomenclatura Stock no es
oficial. La mejor nomenclatura para afrontar los ácidos no estándar es la
sistemática, mientras que para los ácidos “normalitos” la tradicional es
suficiente, aunque claro está, el hecho de que los ácidos del nitrógeno hay que
memorizarlos.
La nomenclatura sistemática es el modo que favorece la IUPAC
(Campillo, Floridablanca, & Hernández, 2005), y para los ácidos será el
único modo que deberíamos evaluar. A pesar de que el nombre parece ser
relativamente complejo, la ventaja definitiva es que permite nombrar cualquier
tipo de ácido, ya sean los ácidos predecibles o los no predecibles, con un
mismo conjunto de reglas. Esta nomenclatura presenta una ventaja extra, sirve
también para nombrar sales, solo requiere cambiar el hidrógeno por el catión
respectivo y listo. Adicionalmente varios autores señalan que tarde o temprano
las pruebas externas terminarán asumiendo los nombres IUPAC como los únicos a
emplear (Fernández-González, 2014). La IUPAC actualmente reconoce dos
estilos para dar nombres sistemáticos a los ácidos oxácidos, el método del
hidrógeno que en realidad es la nomenclatura de composición y la nomenclatura
de adición.
Un aspecto interesante de la nueva nomenclatura es que
abandona definitivamente el sistema binomial, y lo reemplaza por un monomio
bien largo. La fórmula general es la siguiente: numeralhidrogeno(numeraloxidonumeralelementoato):
La fórmula aparenta
ser compleja, pero es bastante directa. El único detalle a tener en cuenta es
que el prefijo mono nunca se escribe. Los prefijos -oxido- e -hidrogeno- no
portan tildes. Por otro lado, el no metal cambia a su forma arcaica en el
azufre. En esta nomenclatura a veces se emplea el prefijo –oxo- en
lugar de –oxido- pero bajo las reglas de la IUPAC lo más
formal es emplear –oxido-. Varias son las ventajas de este método:
No hay que mirar la tabla
periódica.
Permite dar nombres que no
cambian si se reportan nuevos estados de oxidación en futuras tablas
periódicas.
Permite nombrar los casos
especiales, con la nomenclatura tradicional estas especies químicas son muy
complejas de trabajar.
Permite dar nombres sin conocer
la hipótesis de la fórmula estructural
H2CO3
dihidrogeno(trioxidocarbonato).
HClO hidrogeno(oxidoclorato).
HClO2 hidrogeno(dioxidoclorato).
HClO3 hidrogeno(trioxidoclorato).
HClO4 hidrogeno(tetraoxidoclorato).
H2SO4
dihidrogeno(tetraoxidosulfato).
H2Cr2O7
dihidrogeno(heptaoxidodicromato).
H3B3O6
trihidrogeno(hexaoxidotriborato).
H4B6O11
tetrahidrogeno(undecaoxidohexaborato).
En el método aditivo se hace como si se identificara al
grupo hidroxilo adicionado como si fuera eso, un grupo hidroxilo, aunque realmente
no se comporte como tal: Numeralhidroxidonumeraloxidonumeralelemento.
La principal desventaja del método aditivo con
respecto al método del hidrógeno, es que en el método aditivo hay que conocer la
fórmula estructural para
reconocer cuales oxígenos hacen parte del grupo hidroxilo-ácido y cuáles no, es
por esto que para el presente curso nos basaremos exclusivamente en el método
del hidrógeno.
De todos los ácidos conocidos, solo tenemos ocho ejemplos de
ácidos fuertes: Ácido clorhídrico (HCl); Acido bromhídrico (HBr); Ácido
yodhídrico (HI); Ácido nítrico (HNO3); Ácido perclórico (HClO4);
Ácido sulfúrico (H2SO4); Ácido Clórico (HClO3);
Ácido Peryódico (HIO4); todos los demás son ácidos débiles. Un ácido
fuerte es un electrolito fuerte que se disocia totalmente en sus iones al
diluirse en agua, de forma tal que no queda nada de su forma molecular, la cual
bien puede ser una entidad teórica o solo existir en condiciones muy
especiales.
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