Física y Química 1º Bachillerato
IES Agra de Raíces
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Compuestos Binarios: Oxígeno (Óxidos): con un Metal, con No Metal, y con Halógeno. Hidrógeno: con un Metal, con No Metal y con semimetal. No Metal (Sales binarias): con un Metal y con un No Metal. Compuestos Ternarios: Hidróxidos, Ác. Oxoácidos y Oxisales Neutras Compuestos Cuaternarios: Oxisales Ácidas, Sales Básicas y Sale múltiples (con varios aniones o cationes
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Definimos la Materia como todo aquello que tiene masa y ocupa un lugar en el espacio. Podemos clasificar la Materia en: Átomos: Ejm: O Sustancias simples = Elementos Químicos
Moléculas: Ejm: O2
Sustancias Puras Sustancias compuestas= Compuestos químicos
Materia Mezclas (varias sustancias puras sin R.Q.)
Moléculas (Dependiendo del tipo de enlace
Mezclas Heterogéneas Mezclas Homogéneas
(disoluciones)
Elementos Químicos Los Elementos Químicos los representamos por Símbolos (forma abreviada de representar un elemento químico). Cada elemento químico esta formado por el mismo tipo de átomos (iguales propiedades). Pueden por lo tanto presentar tres tipos de estructuras: Monoatómicos: Los gases nobles Moléculas formadas por pequeño número de átomos: O2, O3, F2, S8, P4, etc… Llamamos formas alotrópicas o alótropos, a aquellas agrupaciones distintas del mismo átomo y poseen diferentes propiedades Redes cristalinas de átomos: Tienen como formula el símbolo del elemento: Na, Au, Ge, Si, etc…., metales y semimetales.
Solo 90 de los 117 elementos químicos de la tabla periódica son naturales, el resto se han obtenido en el laboratorio (por transmutaciones radiactivas), pero no se han observado en la naturaleza. Desde 1997 la IUPAC otorga el nombre a los elementos químicos descubiertos, así que corresponden sus nombres desde el 103 en adelante. Anteriormente los nombres de los elementos se le daban debido al científico que los descubrió (Mendelevio (Md), en honor a Dimitri Mendeleiev), al país donde se descubrió (Germanio (Ge), derivado de Germania, nombre latino de Alemania), derivado de su nombre latín (Oro (Au), aurum) o de astros (Helio (He), del griego Helios, el sol). Desde el elemento 113 en adelante, su nombre es provisional y su símbolo no es definitivo.
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La representación de un elemento químico nos indica:
Carga iónica Número másico= nº de p+ + nº de no Número atómico= nº de p+
Número de átomos
Los elementos químicos los podemos clasificar el Metales y, por lo tanto electropositivos, y No Metales, y por lo tanto, electronegativos.
Compuestos Químicos Los elementos químicos diferentes se pueden unir entre ellos con el fin de obtener una mayor estabilidad, y formar los compuestos químicos. Los compuestos químicos los representaremos mediante Formulas Químicas. Una Formula Química (MaXb) es la representación de los compuestos químicos, indican los elementos que la formas y en que proporción intervienen. Existen diferentes tipos de formulas químicas. Ya que existen infinidad de sustancias es necesario establecer unas normas para conocerlas. La Formulación es el procedimiento por el cual averiguamos la formula de una sustancia química. La Nomenclatura es el conjunto de reglas para nombrar una sustancia química. Denominamos Valencia Química, al número (+) que indica la capacidad de combinación de un átomo de dicho elemento, es decir, el número de enlaces que puede formar. (Se recomienda, por parte de algunos autores, el uso del concepto de número de oxidación. Se define como la carga (+ ó -) que tendría un átomo de ese elemento si el compuesto del que forma parte estuviera formando iones. Sería la carga real si el compuesto es iónico y la carga formal si es covalente). La tabla periódica os da la valencia con la que los elementos pueden trabajar:
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Normas de Formulación (MaXb) Normas de la IUPAC a partir del 2005
Se escribe delante el símbolo del elemento más electropositivo (metal, M) y, detrás, el símbolo del más electronegativo (no metal, Y). Cada uno actúa con su valencia. La valencia con la que actúa el metal (más electropositivo) es b. La valencia con la que actúa el no metal (más electronegativo) es a.
A continuación se intercambian las valencias y se colocan como subíndice.
A veces, en determinados compuestos, si es posible, es obligatorio simplificar.
Por Ejm: Al2O3 En este compuesto químico, el aluminio esta actuando con valencia 3 y el oxígeno con valencia 2. Cuando hemos intercambiado las valencias la formula química me indica que tenemos 2 átomos de aluminio y 3 de oxígeno. El orden de electronegatividades de más electronegativo (F), a menos electronegativo (Fr), viene dada en la tabla periódica. Orden de EN de mayor a menor: F > O > Cl> Br > I > At > S > Se >….., seguir flecha. Fijarse discrepancia en las EN del O y Cl (IUPAC 2005 recomienda orden del gráfico)
Nomenclatura La IUPAC, a partir del 2005, nos determina tres sistemas de nomenclatura, sin dejar de lado los anteriores, aunque nos da recomendaciones de cuando se deben de usar y cuando no. Los sistemas de nomenclatura son: Composición: basado en la composición de la sustancia y no en su estructura. Es el más usado y dentro de este podemos encontrar las que denominábamos y aún denominamos:
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Sistemática o IUPAC (nombre estequiométrico)
Stock o sistemática-tradicional
Tradicional, aunque no se recomienda usar en determinados compuestos.
Sustitución: Se necesita conocer la estructura de las especies químicas que se van a nombrar. Se nombran compuestos químicos obtenidos de sustituir uno o varios hidrógenos de un tipo de compuestos, por ejemplo: sales binarias, oxisales neutras, etc…. Adición: Se necesita conocer la estructura de las especies químicas que se van a nombrar. Aporta información estructural del compuesto. Expliquemos como funciona cada uno de los tipos de nomenclatura de Composición que conocemos:
Sistemática o IUPAC
Contamos lo átomos de cada elemento que forman el compuesto y utilizamos los prefijos: di (2), tri (3), tetra (4), penta (5), hexa (6), repta (7), etc… para indicar el número de átomos del elemento. Por Ejm: Al2O3 Aquí tenemos 2 átomos de aluminio, por lo tanto, sería dialuminio.
Stock o sistemática-tradicional:
Coloca entre paréntesis, después del nombre del elemento, un número romano que indica el estado de oxidación o valencia del elemento. Por Ejm: Al2O3 Aquí tenemos el aluminio esta funcionado con valencia 3, por lo tanto, sería aluminio (III). Cuando el elemento con el que trabajemos solo pueda funcionar con una valencia, por ejemplo, el caso del aluminio visto antes, en ese caso puede no indicarse. Cuando los elementos tienen varias valencias, es obligatorio indicar con cual está trabajando.
Tradicional:
Para indicar la valencia del elemento se utilizan las terminaciones siguientes siempre de menor a mayor: Hipo___________oso 3 valencias
__oso 2 valencias
4 valencias
__ico (1 Val) Per____________ico
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Clasificación general de los compuestos inorgánicos Los compuestos inorgánicos los podemos clasificar de la siguiente manera: Compuestos Binarios: Oxígeno (Óxidos): con un Metal, tendremos: Óxidos Básicos o Peróxidos con No Metal, tendremos: Óxidos Ácidos con Halógeno, tendremos: Haluros Hidrógeno: con un Metal, tendremos: Hidruros metálicos con No Metal, tendremos: Haluros y Anfigenuros de hidrógeno (ácidos hidrácidos) con semimetal, tendremos: Hidruros volátiles No Metal: (Sales binarias) con un Metal, tendremos: Sales Neutra con un No Metal, tendremos: Sales Volátiles Compuestos Ternarios: Hidróxidos, Ác. Oxoácidos y Oxisales Neutras Compuestos Cuaternarios: Oxisales Ácidas, Sales Básicas y Sale múltiples (con varios aniones o cationes
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Óxidos
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M 2Oa
Un óxido es la combinación del oxígeno con un metal o un no metal (no halógeno): Oxígeno + metal óxido básico Oxígeno + no metal (no halógeno) óxido ácido El oxígeno siempre funciona con valencia 2 y, el metal o no metal, con la que trabaje en cada caso. Intercambiamos las valencias y, si se puede, es obligatorio simplificar. Se nombran como óxidos de seguido del nombre del elemento que se combina con el oxígeno. A dicho nombre le aplicaremos la nomenclatura deseada. Por parte de la IUPAC se recomienda la nomenclatura de composición (sistemática, Stock y no la tradicional para óxidos de los no metales) Por Ejm: Al2O3 Sistemática Trióxido de dialuminio (se nombra la simplificada) StocK Óxido de aluminio (III) Tradicional Óxido alumínico Antes del 2005, los compuestos de oxígeno con un halógeno se denominaban óxidos y se nombraban como tales. Por Ejm: Cl2O3 Sistemática Trióxido de dicloro StocK Óxido cloro (III) Tradicional Óxido clórico Desde el 2005, cuando el oxígeno se combina con un halógeno se forma lo que denominamos Haluros de oxígeno y se nombran como tales. Recordar que primero se escribe el átomo más electropositivo, es decir, el menos electronegativo, así que primero se escribe el oxígeno según las recomendaciones IUPAC. Oxígeno + halógeno haluro de oxígeno Para nombrar, se escribe el halógeno acabado en –uro, seguido de de oxígeno, al nombre le aplicamos la nomenclatura sistemática. Por Ejm: O3Cl2 Sistemática Dicloruro de trioxígeno 9
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Recuerda que durante un periodo conviven todas las nomenclaturas, por ello, es necesario conocerlas todas.
Oxoácidos (ácidos ternarios)
H a X bOc
Son compuestos formados por oxígeno, hidrógeno y un no metal cuya formula general será
H a X bOc .
Se forman al añadirle agua (1, 2 ó 3 moléculas) a un óxido ácido, es decir, a un óxido de un no metal. Por Ejm: Cl2O3 + H2O H ClO2 (si se puede, es obligatorio simplificar) Para nombrarlos: Usando la nomenclatura tradicional, para nombrarlos, nombramos el óxido del que proceden por la nomenclatura tradicional y, cambiamos óxido por ácido. Por Ejm: Cl2O3 + H2O HClO2 Óxido Clórico Cl2O3
Ácido Clórico HClO2
El número de moléculas de agua que se añaden al óxido, se indican con un prefijo que va pegado al nombre pero detrás de ácido. Los prefijos son: Meta Sumar una molécula de H2O al óxido. Por Ejm: Ac. Metafosfórico Piro Sumar dos moléculas de H2O al óxido. Por Ejm: Ac. Pirofosfórico Orto Sumar tres moléculas de H2O al óxido. Por Ejm: Ac. Ortofosfórico La mayoría de los oxoácidos se forman por la adicción de una molécula de agua, por lo tanto, el prefijo meta solo se usa en el caso de que lo especial (normal) sea que tenga una de agua. Por el contrario, como norma, en el caso del fósforo, arsénico, antimonio y boro, la forma 'natural' del ácido es la orto, por lo que suele omitirse este prefijo. Es decir, el ácido fosfórico es el ortofosfórico. Cuando se quiera referir al ácido fosfórico 'real' se le llamará metafosfórico.
Disociación: Los ácidos se disocian al disolverse en agua. En este proceso cada átomo de hidrógeno del ácido se separa y cede un electrón al resto de la molécula que se convierte en un anión. Es decir, los ácidos se comportan como tales y, en agua, tienen que ceder protones (H+). El resto de la molécula quedará cargada negativamente, con tanta carga negativa como número de protones hemos quitado. Por lo tanto, un ácido en agua rompe su molécula formando dos iones, de tal forma que el número de cargas positivas debe ser igual que el número de cargas negativas. Los iones son: Por Ejm:
HClO2 + H2O H+ + ClO 2 10
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uno positivo (catión), el protón. Corresponde al número de hidrógenos que tiene o cede, el ácido. Por Ejm: H+ . Al ión positivo H+ se le denomina protón o ión hidrógeno
el otro negativo (anión = oxoanión). De igual carga que el número de protones cedidos. Por Ejm: ClO 2 . Para nombrar el oxoanión: Cambiamos ácido por ión Al nombre del ácido le cambiamos la terminación –oso por –ito e, -ico por –ato. Los prefijos: meta, piro, orto, hipo y per, no se verán afectados. Por Ejm: ClO 2 , procede del ácido clórico, por lo tanto, será el ión clorato.
Oxisales neutras (sales ternarias)
M a X b Oc
Las obtenemos al quitar todos los hidrógenos a un oxoácido y, meter en su lugar un metal (M), por lo tanto, su formula general será
M a X b Oc .
Para formular: Al quitarle los hidrógenos al oxoácido el grupo que queda (oxoanión) funciona con la valencia igual al número de hidrógenos que quitamos y, el metal, funciona con la valencia que le corresponda, con la que trabaje. Las valencias se intercambian. Por Ejm: Al HClO2 le podemos quitar un hidrógeno (protón, H+), así el grupo restante, ClO2 (oxoanión, ClO 2 ) funciona con valencia 1. Si metemos por ejemplo, hierro (Fe) que funcione con valencia dos, al intercambiar las valencia quedará: Fe(ClO2)2. Para nombrar:
Quitamos el término ácido y nos quedamos con el nombre del ácido. Por ejm: en este caso el ácido es el clórico y nos quedamos con clórico.
Al nombre del ácido le cambiamos la terminación –oso por –ito e, -ico por –ato. Por ejm: en este caso tenemos clórico, por lo tanto, será clorito. Los prefijos: meta, piro, orto, hipo y per, no se verán afectados.
Al nombre se le añade el nombre del metal usando la nomenclatura tradicional o de Stock. Por ejm: en este caso tenemos Clorito ferroso/Clorito de hierro (II).
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Disociación: Una sal en agua está totalmente disociada, es decir, la sal en agua rompe su molécula formando dos iones, de tal forma que el número de cargas positivas debe ser igual que el número de cargas negativas. Los iones son:
Por Ejm: Fe(ClO2)2 + H2O Fe2+ + 2 ClO 2
uno positivo (catión), el metal. Por Ejm: en este caso tenemos Fe2+ . Al ión positivo se le denomina con el termino ión unido al nombre del metal y, entre paréntesis, la valencia con la que trabaja el hierro en romanos.
el otro negativo (anión = oxoanión). De igual carga que el metal. Por Ejm: ClO 2 .
Oxisales ácidas (sales cuaternarias)
M a H b X c Od
Llamamos sales ácidas a las que proceden de la sustitución parcial de los átomos de hidrógeno de los oxoácidos. Podemos obtener sales ácidas de aquellos ácidos que tengan, obligatoriamente, más de un hidrógeno. Para formular y nombrar las sales ácidas procederemos como en las sales neutras, pero añadiremos el prefijo Hidrogeno o Dihidrogeno al nombre según queden uno o dos hidrógenos en la formula sin sustituir. Por ejem: Al HClO2 le podemos quitar un hidrógeno, por lo tanto, la única sal que puede dar es neutra (ternaria). Al H3PO4, le podemos quitar un hidrógeno, dos o tres. En los dos primeros casos obtendremos sales ácidas y, en el tercer caso, una sal neutra. Supongamos que el metal introducido es sodio, tendremos: NaH2PO4 Hidrogenofosfato sódico (sal ácida) Na2HPO4 Dihidrogenofosfato sódico (sal ácida) Na3PO4 Fosfato sódico (sal neutra)
Hidróxidos M (OH ) a Son compuestos formados por:
o un metal (M) que funcionara con una determinada valencia, corresponderá a la parte positiva (catión), y de carga tendrá la correspondiente a la valencia con la que actúe. 12
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o el grupo OH
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(grupo hidróxido o ión hidróxido) que siempre actúan con valencia uno, corresponderá a la parte negativa (anión) y, de carga tendrá la correspondiente a la valencia con la que actúe (1-).
Son compuestos de características básicas, es decir, en disolución presentan un carácter básico. Su formula general será
M (OH ) a
Para nombran como hidróxidos de seguido del nombre del metal, y se aplica cualquiera de las tres nomenclaturas. Por ejem: Pb(OH)4 Sistemática Tretrahidróxido de plomo StocK Hidróxido plomo (IV) Tradicional Hidróxido plúmbico
Disociación: Los hidróxidos se disocian al disolverse en agua. En este proceso cada átomo de metal del hidróxido se separa y cede un electrón al resto de la molécula que se convierte en un anión. Es decir, los hidróxidos se comportan como tales y, en agua, tienen que ceder iones hidróxido ( OH ). El resto de la molécula quedará cargada positivamente, con tanta carga positiva como número de iones hidróxido hemos quitado. Por lo tanto, un hidróxido en agua rompe su molécula formando dos iones, de tal forma que el número de cargas positivas debe ser igual que el número de cargas negativas. Los iones son: Por Ejm: Pb(OH)4 + H2O Pb4+ + 4OH
uno positivo (catión), el metal. Por Ejm: en este caso tenemos Pb4+ . Al ión positivo se le denomina con el término ión unido al nombre del metal y, entre paréntesis, la valencia con la que trabaja el plomo en romanos.
el otro negativo (anión, grupo hidróxido, OH ). Cederá los necesarios para igualar la carga positiva. Por Ejm: en este caso tenemos que cede 4, 4OH
Un oxoácido mas un hidróxido producen una reacción que denominamos de Neutralización, en ella obtendremos una oxisal (sal neutra ternaria) mas agua: Ácido + Base Sal + agua Por Ejm: Pb(OH)4 + 4 HClO Pb(ClO)4 + 4 H2O 13
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Hidruros
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MH a
Son combinaciones de hidrógeno con metales, donde el hidrógeno actúa con valencia uno y el metal con la que trabaje, a. Al intercambiar las valencias la formula general será:
MH a
Se nombran como Hidruros de seguido del nombre del metal. Aplicaremos al nombre las tres nomenclaturas. Por ejem: CuH2 Sistemática Dihidruro de cobre StocK Hidruro de cobre (II) Tradicional Hidruro cúprico Se recomienda la nomenclatura de Stock
Los hidruros no metálicos de los grupos 13 (del boro, funcionan con valencia 3), 14 (del carbono, funcionan con valencia 4) y 15 (del nitrógeno, funcionan con valencia 3), se formulan y se nombran igual que los hidruros metálicos, aunque se utilizan también nombres característicos, pueden verse en el siguiente cuadro: Nombres de los hidruros progenitores BH3
Borano
AlH3
CH4
Metano
NH3
Azano
H2O
Oxidano HF
Fluorano
Alumano SiH4
Silano
PH3
Fosfano
SH2
Sulfano
HCl
Clorano
GaH3
Galano
GeH4
Germano
AsH3
Arsano
SeH2
Secano
HBr
Bromano
InH3
Indigano
SnH4
Estannano
SbH3
Estibano
TeH2
Telano
IH
Yodano
TlH3
talano
PbH4
Plumbano
BiH3
Bismutano PoH2
Polano
HAt
Astatano
Por ejem: BH3 SistemáticaTrihidruro de Boro StocK Hidruro de Boro (III) 14
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Ácidos Hidrácidos
Son combinaciones del hidrógeno con no metales. Los no metales solo pueden ser: halógenos (F, Cl, Br. I) , que actuaran con valencia uno. Anfígenos (S, Se, Te), que actuaran con valencia dos. El hidrógeno actuara con valencia uno y, será más electropositivo que cualquiera de los no metales posibles, por lo tanto, se escribirá delante. Tendremos los siguientes:
Fórmula
En estado gaseoso
En disolución acuosa
HF
Fluoruro de hidrógeno
Ácido Fluorhídrico
HCl
Cloruro de hidrógeno
Ácido Clorhídrico
HBr
Bromuro de hidrógeno
Ácido Bromhídrico
HI
Yoduro de hidrógeno
Ácido Iodhídrico
H2S
Sulfuro de hidrógeno
Ácido sulfhídrico
H2Se
Seleniuro de hidrógeno
Acid selenhídrico
Para nombrarlos: se termina el nombre del no metal en uro y, a continuación se añade de Hidrógeno. En este caso los compuestos estarán en estado gaseoso pero, estos hidruros al disolverlos en agua, tienen propiedades ácidas, por lo que se denominan ácidos hidrácidos, y para nombrarlos se utiliza el prefijo “ácido” y al nombre del no metal se le añade el sufijo “hídrico”. Así por ejemplo el cloruro de hidrógeno es HCl, y en disolución acuosa se nombra ácido clorhídrico, igualmente los anteriores vistos en el cuadro.
Disociación: Los ácidos hidrácidos se disocian al disolverse en agua. En este proceso cada átomo hidrógeno se separa y cede un electrón al resto de la molécula que se convierte en un anión. Es decir, los ácidos hidrácidos se comportan como tales y, en agua, tienen que ceder iones hidrogeno ( H ). El resto de la molécula quedará cargada negativamente, con tanta carga negaitiva como número de iones hidrogeno hemos quitado. Por lo tanto, un ácido hidrácido en agua rompe su molécula formando dos iones, de tal forma que el número de cargas positivas debe ser igual que el número de cargas negativas. Los iones son: Por Ejm: HCl + H2O H+ + Cl15
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uno positivo (catión), el protón. Corresponde al número de hidrógenos que tiene o cede, el ácido. Por Ejm: H+ . Al ión positivo H+ se le denomina protón o ión hidrógeno
el otro negativo (anión, Cl-). Cederá los necesarios para igualar la carga positiva. Por Ejm: en este caso tenemos que cede 1, Cl-
Sales binarias
Ma Xb
Las obtenemos al quitar todos los hidrógenos a un ácido hidrácido y, meter en su lugar un metal (M), por lo tanto, su formula general será
Ma Xb
Para formular: Al quitarle los hidrógenos al ácido el grupo que queda (anión) funciona con la valencia igual al número de hidrógenos que quitamos y, el metal, funciona con la valencia que le corresponda, con la que trabaje. Las valencias se intercambian. Por Ejm: Al HCl le podemos quitar un hidrógeno (protón, H+), así el grupo restante, Cl (anión, Cl ) funciona con valencia 1. Si metemos por ejemplo, hierro (Fe) que funcione con valencia dos, al intercambiar las valencia quedará: FeCl2. Para nombrar:
Quitamos el término ácido y nos quedamos con el nombre del no metal que lo formo. Por ejm: en este caso el ácido es del cloro y nos quedamos con clor-.
Al nombre del ácido le añadimos la terminación –uro. Por ejm: en este caso tenemos clor-, por lo tanto, será cloruro.
Al nombre se le añade el nombre del metal usando la nomenclatura tradicional o de Stock. Por ejm: en este caso tenemos Cloruro ferroso/Cloruro de hierro (II).
Disociación: Una sal en agua está totalmente disociada, es decir, la sal en agua rompe su molécula formando dos iones, de tal forma que el número de cargas positivas debe ser igual que el número de cargas negativas. Los iones son: Por Ejm: FeCl2 + H2O Fe2+ + 2 Cl
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uno positivo (catión), el metal. Por Ejm: en este caso tenemos Fe2+ . Al ión positivo se le denomina con el término ión unido al nombre del metal y, entre paréntesis, la valencia con la que trabaja el hierro en romanos.
el otro negativo (anión). De igual carga que el metal. Por Ejm: Cl .
Un ácido hidrácido, más un hidróxido producen una reacción que denominamos de neutralización, en ella obtendremos una sal binaria sal binaria, mas agua: Ácido + Base Sal + agua Por Ejm: 4 HCl + Pb(OH)4 PbCl4 + 4 H2O
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