4. FUNCION QUIMICA Y GRUPO FUNCIONAL

Se llama función química a un conjunto de compuestos o sustancias con características y comportamiento comunes. Las funciones químicas se describen a través de la identificación de grupos funcionales que las identifican. Un grupo funcional es un átomo o grupo de átomos que le confieren a los compuestos pertenecientes a una función química, sus propiedades principales. Las funciones inorgánicas mas importantes son: Hidruros, Óxidos, Hidróxidos, Ácido y Sales

4.1  FUNCIÓN HIDRURO

Los hidruros son compuestos binarios que se originan de la combinación del hidrógeno con otro elemento. De acuerdo con el tipo de elemento con que se combine. Los hidruros se clasifican en:

-  Hidruros metálicos

-  Hidruros no metálicos

Obtención general:

Elemento químico + Hidrógeno → Hidruro

Formulación general:

donde X = valencia del elemento

Los hidruros mas importantes son de los elementos representativos que actúan con una sola valencia o valencia fija.

Valencia de los elementos representativos frente al hidrógeno, para formar hidruros:

Hidruros metálicos:

Se obtiene de la combinación del hidrógeno con metales. El hidrógeno actúa con estado de oxidación –1 

     -1

(H        ion hidruro)

Los hidruros metálicos por lo general son sólidos a temperatura ambiental. Para nombrar los hidruros metálicos se emplean la nomenclatura de stock y la nomenclatura sistematica.

Cuando se unen químicamente dos hidruros metálicos, se forman hidruros dobles, que se nombran indicando el vocablo doble antes del nombre de los metales.

Ejemplos:

LiH + AlH3 → AlLiH4  , tetrahidruro doble de aluminio y litio

CaH2 + NaH → CaNaH3 , trihidruro doble de calcio y sodio

Hidruros no metálicos

Son compuestos binarios formados por la combinación del hidrógeno con elementos no metálicos. A los hidruros no metálicos los clasificamos en dos grupos:

Hidruros especiales

Acidos hidrácidos

1. Hidruros Especiales.- Son los hidruros de los no metales de los grupos IIIA (B) , IVA (C , Si) y VA (N , P , As , Sb), poseen nombres especiales (comunes) que son aceptados por la IUPAC. En general son sustancias gaseosas muy tóxicas. En soluciones acuosas no poseen carácter ácido.

2. Ácidos Hidrácidos.- Son los hidruros de los no metales del grupo VIIA y VIA, cuyas soluciones acuosas poseen carácter o propiedades ácidas, por lo que serán tratadas en función ácido.

4.2  FUNCIÓN ÓXIDO

Los óxidos son compuestos binarios formados por combinación química del oxígeno con otro elemento. En la naturaleza, muchos elementos metálicos y no metálicos se encuentran formando óxidos.

Artificialmente, los óxidos se forman generalmente a altas temperaturas.

En este artículo veremos lo siguiente:
1. Óxidos básicos formado por el oxígeno y un metal.
   

      - Óxidos dobles compuestos formados por la unión de dos óxidos diferentes, pero del mismo elemento metálico.

2. Óxidos ácidos ó anhidrido: formado por el oxígeno y un no metal.

ELEMENTOS ANFÓTEROS

Los elementos anfóteros son aquellos que pueden formar óxidos y anhidridos. Veamos la tabla para saber cuales son:

EJEMPLOS DE ÁNHIDRIDOS, ÓXIDOS BÁSICOS Y ÓXIDOS DOBLES

En el siguiente video preparado veremos 4 ejercicios sobre óxidos. Luego de ver el video estará en condiciones de responder las preguntas que dejaremos.

4.3  FUNCIÓN PERÓXIDO

Son compuestos binarios iónicos por lo general; que forma el oxígeno con algunos metales, principalmente del grupo IA y IIA. Se caracterizan por la presencia del ión peróxido (O2)= donde se puede evaluar que cada atomo de oxígeno actúa con estado de oxidacion igual a –1. En el caso de que un metal posee varias valencias, el peróxido solo es estable con la mayor valencia del metal, porque el metal sufre una oxidación profunda al formar el peróxido.

Formulación General:

Ejemplos:

H2O (óxido de hidrógeno) + O  →  H2O2 : peróxido de hidrógeno

Na2O (óxido de sodio) + O  →  Na2O2  : peróxido de sodio

CuO (óxido cúprico) + O  →  CuO2 : peróxido de cobre

Fe2O3 (óxido férrico) + O  →  Fe2O4  :  peróxido de hierro

Observación:

La fórmula del peróxido no se simplifica debido a que debe mantenerse la estructura del ión peróxido.

El peróxido de sodio Na2O2 tiene como nombre común “oxilita” y es usado para la obtención del peróxido de hidrógeno H2O2 , y como agente decolorante de fibras textiles.

El agua oxigenada es una solución o mezcla homogénea de peróxido de hidrógeno y agua.

3.1  REGLAS BÁSICAS DE NOMENCLATURA QUÍMICA

Primera regla    para nombrar a un ión monoatómico negativo se coloca primero el nombre del elemento y luego se usa el sufijo “URO”

Fórmula	Nombre
F1-	ion floruro
H-	ion hidruro
Br1-	ion bromuro
S2-	ion sulfuro

Segunda regla    para nombrar a un ion monoatómico positivo de un numero de oxidación, solamente se usa el nombre del elemento.

Fórmula	Nombre
Ca2+	ion calcio
H+	ion hidrogeno
Al3+	ion aluminio

Tercera regla    Para nombrar a un ión monoatómico positivo que tiene mas de un número de oxidación utilice:

1. Sistema stock.- Primero se menciona el nombre del elemento y luego entre paréntesis la valencia en números romanos.

Fórmula	Nombre
Fe3-	ion hierro (III)
Cu2+	ion cobre (II)
Cu1+	ion cobre (I)
Co2+	ion cobalto (II)

2. Sistema tradicional.- Se utiliza las terminaciones “oso” e “ico” de la siguiente manera.

Ejemplo:  El Fe, tiene dos valencias positivas : + 2 , +3 

Nos situamos en la columna que tiene 2 valencias (2V)

Nos damos cuenta que solo tiene dos sufijos:

OSO (menor valencia , +2)

ICO (mayor valencia , +3)

 

Entonces la nomenclatura para las dos valencias del Hierro es 

Fe+2 : Nombre del elemento + Sufijo (OSO)

 

Fe+2 : ion ferroso

Fe+3 : ion férrico

Ejemplo: El bromo (Br) tiene 4 valencias positivas (4V) , usamos la columna que nos indica 4 valencias:

las valencias del Br son: +1 , +3 , +5 , +7 ; según la tabla mostrada en el ejemplo anterior correspondería para cada una de sus valencias:

Prefijo HIPO + sufijo OSO : para la valencia +1

Sufijo OSO : para la valencia +3

Sufijo ICO : para la valencia +5

Prefijo HIPER + sufijo ICO : para la valencia +7

Entonces la nomenclatura seria:

Cu+1 : Ion hipocuproso

Cu+3 : Ion cuproso

Cu+5 : Ion cúprico

Cu+7 : Ion hipercúprico

Ejemplo: Realiza la nomenclatura para el Selenio (Se)

Solo tienes que saber cuantas valencias positivas tiene (Clic aquí para ver tabla de valencias)

Sitúate en la tabla que corresponda a su numero de valencia y realiza la nomenclatura.

Cuarta regla   Sistema IUPAC : Emplea prefijos numerales cuando en una sustancia existen varios constituyentes idénticos.

Los prefijos numerales indican la cantidad de átomos que hay de cada elemento en el compuesto y son:

mono	1
di	2
tri	3
tetra	4
penta	5
hexa	6

Si hay un solo átomo del elemento en la fórmula entonces se omite el prefijo mono.

Fórmula	Nombre
PBr5	Pentabromuro de fósforo
CO2	Dióxido de carbono
U3O8	Octaóxido de triuranio
As2S3	Trisulfuro de diarsénico

Quinta regla   Al formar un compuesto se deben unir respectivamente un ion positivo (catión) y un ion negativo (anión), realizan el ASPA de tal manera que el número de oxidación resulte cero.

3. TIPOS DE NOMENCLATURA QUÍMICA

Actualmente se utilizan tres tipos de nomenclatura para dar nombre a las diferentes sustancias químicas que pueden encontrarse.

3.1  NOMENCLATURA TRADICIONAL 

en la cual se indica la valencia del elemento de nombre específico con una serie de prefijos y sufijos; de forma general las reglas son:

- Cuando el elemento sólo tiene una valencia, simplemente se coloca el nombre del elemento precedido de la sílaba “de” y en algunos casos se puede optar a usar el sufijo –ico.

K2O, óxido de potasio u óxido potásico.

- Cuando tiene dos valencias diferentes se usan los sufijos -oso e -ico.

… -oso cuando el elemento usa la valencia menor: FeO, hierro con la valencia +2, óxido ferroso

… -ico cuando el elemento usa la valencia mayor: Fe2O3, hierro con valencia +3, óxido férrico2

- Cuando tiene tres distintas valencias se usan los prefijos y sufijos.

hipo- … -oso (para la menor valencia)

         … -oso (para la valencia intermedia)

         … -ico (para la mayor valencia)

Cuando entre las valencias se encuentra el 7 se usan los prefijos y sufijos.

hipo- … -oso (para las valencias 1 y 2)

         … -oso (para la valencias 3 y 4)

         … -ico (para la valencias 5 y 6)

per- … -ico (para la valencia 7)

                     +7   -2 

Ejemplo: Mn2O7, óxido permangánico (ya que el manganeso tiene más de tres números de valencia y en este compuesto está trabajando con la valencia +7).

3.2  NOMENCLATURA SISTEMATICA O IUPAC

 que se basa en nombrar a las sustancias usando prefijos numéricos griegos que indican la atomicidad (indica el número de átomos de un mismo elemento en una molécula) de cada uno de los elementos presentes en cada molécula, 

 por ejemplo el agua con fórmula H2O, que significa que hay un átomo de oxígeno y dos átomos de hidrógeno presentes en cada molécula de este compuesto, aunque de manera más práctica, la atomicidad en una fórmula química también se refiere a la proporción de cada elemento en una cantidad determinada de sustancia. En este estudio sobre nomenclatura química es más conveniente considerar a la atomicidad como el número de átomos de un elemento en una sola molécula. 

La forma de nombrar los compuestos en este sistema es: prefijo-nombre genérico + prefijo-nombre específico (Véase en la sección otras reglas nombre genérico y específico).

(Generalmente solo se utiliza hasta el prefijo HEPTA)

Prefijos griegos numero de atomos

Prefijos griegos	numero de atomos
mono-	1
di-	2
tri-	3
tetra-	4
penta-	5
hexa-	6
hepta-	7
oct-	8
non- nona- eneá-	9
deca-	10

Ejemplo:  CrBr3 = tribromuro de cromo;

                 CO    = monóxido de carbono

En casos en los que puede haber confusión con otros compuestos (sales dobles y triples, oxisales y similares) se pueden emplear los prefijos bis-, tris-, tetras-, etc.

Ejemplo: la fluorapatita Ca5F (PO4)3 = fluoruro tris (fosfato) de calcio.

3.3  NOMENCLATURA STOCK

se basa en nombrar a los compuestos escribiendo al final del nombre con números romanos la valencia atómica del elemento con “nombre específico”. La valencia (o número de oxidación) es el que indica el número de electrones que un átomo pone en juego en un enlace químico, un número positivo cuando tiende a ceder los electrones y un número negativo cuando tiende a ganar electrones. De forma general, bajo este sistema de nomenclatura, los compuestos se nombran de esta manera: nombre genérico + de + nombre del elemento específico + el No. de valencia. Normalmente, a menos que se haya simplificado la fórmula, la valencia puede verse en el subíndice del otro elemento (en compuestos binarios y ternarios). Los números de valencia normalmente se colocan como superíndices del átomo (elemento) en una fórmula molecular.

Ejemplo: Fe2S3, sulfuro de hierro (III)

2. VALENCIA Y NUMERO DE OXIDACIÓN

2.1 VALENCIA

Proviene del latín “Valentia”, que significa vigor o capacidad que poseen los átomos de un elemento para combinarse químicamente con otros (enlace químico); pero en la actualidad la interpretación mas aceptable es aquella que nos indica a la valencia como una representación de la cantidad de electrones que el átomo de un elemento puede dar, recibir o compartir con otro átomo cuya cantidad es un número entero que carece de signo.

Ejemplos:

Valencias de los elementos químicos

2.2  NUMERO DE OXIDACIÓN

El numero de oxidación es también conocido como estado de oxidación (E.O.) y es un parámetro numérico que presenta signo el cual nos representa la carga real o aparente que adquieren los átomos de un elemento al formar enlaces químicos con otro de diferente elemento.

Ejemplo:

+1      -2

Na2O

El número de oxidación del Hidrógeno en la mayoría de los compuestos es +1.

El número de oxidación del Oxígeno en la mayoría de los compuestos es -2.

El número de oxidación de un elemento en una sustancia simple es 0 (cero).

2.3  DETERMINACIÓN DEL NUMERO DE OXIDACIÓN

En la formulación de un compuesto conviene tener en cuenta las siguientes normas:

• El número de oxidación de cualquier elemento en estado libre (no combinado) siempre es cero, no importa cuan complicada sea su molécula.

• Un compuesto siempre está formado por unos elementos que actúan con número de oxidación positivo y otros con número de oxidación negativo.

• Al escribir la fórmula del compuesto se coloca primero el o los elementos que actúen con número de oxidación positivo.

• En todo compuesto, la suma algebraica de los números de oxidación de sus elementos multiplicados por los subíndices correspondientes de los mismos, debe ser igual a cero. Por ejemplo, en la fórmula del óxido de aluminio: Al2O3, el aluminio tiene número de oxidación +3 y el oxígeno -2, de manera que: 2 (+3) + 3 (-2) = 0.

• Cuando todos los subíndices de una fórmula son múltiplos de un mismo número, se pueden dividir entre este número, obteniéndose así la fórmula simplificada del compuesto. Por ejemplo, H2N2O6 se debe escribir HNO3.

• La suma algebraica de los números de oxidación de los elementos en un ion debe ser igual a la carga del ion. Por ejemplo, en el ion carbonato, llamamos X al número de oxidación del carbono. Como el oxígeno actúa con número de oxidación -2, se debe cumplir que (+X) + 3(-2) = -2, donde X debe ser igual a 4; así, el carbono actúa con +4.

2.4  NUMERO DE OXIDACIÓN DE ALGUNOS ELEMENTOS COMUNES

• El oxígeno actúa con número de oxidación -2, excepto en los peróxidos donde presenta -1 y en el fluoruro de oxígeno (F2O) donde tiene un número de oxidación atípico de +1, debido a la gran electronegatividad del flúor (4,0).

• El hidrógeno actúa con número de oxidación 1 +, excepto en los hidruros, donde presenta un número de oxidación de -1.

• Los metales de los grupos I, II y III siempre tienen números de oxidación de +1, +2 y +3, respectivamente.

• Los metales de transición presentan, por lo regular dos o más números de oxidación positivos, según el número de electrones que entreguen. Por ejemplo, el cobre tiene dos números de oxidación +1 y +2, mientras que el cromo tiene tres números de oxidación: +6, +3 y +2.

Revisa el siguiente vídeo que explica detalladamente como aplicar estas sencillas reglas para determinar el numero de oxidación de un elemento en un compuesto.

EL LENGUAJE DE LOS QUÍMICOS

A medida que lo química se fue consolidando como ciencia, desarrolló un lenguaje propio, dando origen a la nomenclatura química.

Con el pasar de los años, la variedad de fenómenos químicos conocidos se hizo mayor, por lo que hubo necesidad de ordenarlos. Así, se estableció un número limitado de clases generales de reacciones, dentro de los cuales se agruparon fenómenos, que aún cuando en apariencia fueran muy diferentes, guardaban ciertas

regularidades.

La nomenclatura química permite que científicos en cualquier parte del mundo, sin importar qué idioma hablen, puedan entenderse en los mismos términos.

Finalmente, lo creciente aplicación de lo química en procesos industriales, hizo imperativo el desarrollo de métodos estandarizados para calcular cuánto se debió usar de uno determinada sustancia paro producir una cantidad dada de otro, sin desperdiciar recursos. Fue así como surgió la estequiometria, palabra derivada de los términos griegos estequio (elemento) y metria (medida).

La estequiometria es pues, la parte de la químico que estudia las proporciones en que se combinan los materiales y da las pautas para lo correcta escritura de las ecuaciones que representan los reacciones químicas.

Tema 1. NOMENCLATURA QUÍMICA

Todos los días, podemos relacionarnos con las personas que nos rodean, gracias a que utilizamos el mismo idioma o lenguaje. De la misma manera, los químicos, sin importar qué idioma hablen en su lugar de origen, necesitan comunicarse entre sí, de manera muy específica. Para ello, han creado un lenguaje propio. Te invitamos a que lo conozcas.

1. LOS SÍMBOLOS Y LAS FÓRMULAS QUÍMICAS A TRAVÉS DE LA HISTORIA

El desarrollo de la química como ciencia hizo necesario dar a cada sustancia conocida un nombre que pudiera representarse de forma abreviada, pero que al mismo tiempo incluyera información acerca de la composición molecular de las sustancias y de su naturaleza elemental.

Los alquimistas habían empleado ya símbolos para representar los elementos y compuestos hasta entonces conocidos (Figura 1).

Muchos de estos símbolos y fórmulas representaban cuerpos celestes, pues, los primeros químicos pensaban que las sustancias materiales estaban íntimamente relacionadas con el cosmos. Dalton fue el primero en utilizar un sistema de signos, desprovisto de misticismo, para los diferentes elementos y con base en estos, para algunos compuestos (Figura 2).

Los símbolos modernos para representar los elementos químicos se deben a Berzelius, quien propuso utilizar, en vez de signos arbitrarios, la primera letra del nombre latino del elemento. Cuando varios elementos tuvieran la misma inicial, se representaban añadiendo la segunda letra del nombre. Así, por ejemplo, el carbono, el cobre y el calcio se representan: C. Cu y Ca, respectivamente. Observa que la primera letra del nombre se escribe siempre en mayúscula, mientras que la segunda, cuando está presente, se escribe en minúscula.

De la misma manera como estos símbolos representan elementos, las fórmulas indican la composición molecular de las sustancias, mediante la yuxtaposición de los símbolos de los elementos constituyentes. Para indicar el número de átomos presentes de cada elemento integrante de la molécula, se escribe tal cantidad como un subíndice al lado del correspondiente elemento. Por ejemplo, la fórmula del agua H20. indica que está constituida por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno.

Las fórmulas químicas se clasifican en: fórmula empírica, fórmula estructural, fórmula electrónica y fórmula molecular.

• La fórmula empírica llamada también fórmula mínima o condensada, indica la relación proporcional entre el número de átomos de cada elemento presentes en la molécula, sin que esta relación señale exactamente la cantidad de átomos. Esta fórmula se puede determinar a partir del porcentaje en peso correspondiente a cada elemento. Por ejemplo, CO2 corresponde a la fórmula empírica o mínima de la glucosa, pero su fórmula molecular es C6H12O6.

•  La fórmula estructural indica la proporción de átomos y la posición o estructura de la molécula. Por ejemplo, la fórmula para la molécula de agua es

  • La fórmula electrónica (Lewis) indica los electrones de cada átomo y la unión o enlace que se presenta. Por ejemplo, la fórmula electrónica del cloruro de sodio es

  • La fórmula molecular muestra con exactitud la relación entre los átomos que forman la molécula. Es múltiplo de la fórmula empírica, por lo tanto, se puede determinar conociendo la masa molecular del compuesto y la masa de la fórmula mínima.

Por ejemplo, si el peso molecular de la glucosa C6H12O6 es 180g y el peso de la fórmula mínima CH2O es de 30g, entonces,

n =   Peso de la fórmula molecular    =  180 g     =   6
         Peso de la fórmula mínima             30 g

Como la fórmula mínima es CH2O, al multiplicarla por 6 da como resultado C6H12O6 que es la formula molecular.