DE LAS
SUSTANCIAS
1. EL
SÍMBOLO.
A fin de
evitar la confusión que se originaría al designar los distintos elementos con
un nombre en cada idioma, se ha convenido en adoptar una nomenclatura
internacional que, a manera de los números, pueda ser idéntica para todos los
países. Juan Jacobo Berzelius, en 1814, propuso y fue aprobada designar cada
elemento por la primera letra de su nombre latino, y si para varios elementos
fuese ésta igual, además de la primera se tomaría otra intermedia, reservando
la primera letra para el más importante de ellos; por ejemplo: C, carbono; Ca,
calcio; Cd, cadmio; Co, cobalto.
La mayor
parte de los símbolos corresponden a la primera o primeras letras de su nombre
en castellano; algunas varían debido al distinto nombre en latín; por ejemplo,
Ag, plata, viene de argentum; Cu, cobre (cuprum); Sb, antimonio (stibium); K,
potasio (kalium); Na, sodio (natrium); Pb, plomo (plumbum).
El
símbolo representa el elemento en general o a un átomo de un elemento. Así, si
escribimos C, indicamos un átomo de carbono; si queremos indicar dos o tres
átomos, escribiremos: 2C ,
3C , o bien
C2, C3.
2.
FÓRMULA.
Así como
los elementos se representan por medio de los símbolos, las moléculas de las
sustancias compuestas se representan por fórmulas. Las fórmulas constan de los
símbolos de los elementos que componen la molécula.
Si algún
elemento o grupos de elementos esta repetido varias veces a formar parte de la
molécula, se indica por medio de un subíndice, que se coloca en la parte
inferior derecha del símbolo; en el caso de ser un grupo de elementos el
repetido, se encierra en un paréntesis y el subíndice se coloca fuera de él.
Por ejemplo, una molécula de hidrógeno se representa por H2 pues está formada por dos átomos de
hidrógeno. Como una molécula de ácido clorhídrico está formada por un átomo de
cloro y otro de hidrógeno, será HCl. La molécula de hidróxido de aluminio, que
está formada por un átomo de aluminio y tres veces el conjunto formado por uno
de oxígeno y otro de hidrógeno, será Al(OH)3.
Si
queremos expresar más de una molécula colocaremos el número, que indica las
veces, delante de la fórmula; así: 2HCl; 3HCl, indicarán dos o tres moléculas
de ácido clorhídrico. Las fórmulas, además de indicar los elementos que entran
a formar parte de una molécula y la cantidad con que lo hacen, pueden indicar
la forma probable en que se hallen los átomos dentro de la molécula; en este
caso, reciben el nombre de fórmulas desarrolladas o fórmulas de constitución, y
las que no indican más que los elementos y la cantidad de éstos que integran la
molécula, se llaman condensadas.
Por
ejemplo, fórmulas condensadas del agua, ácido sulfúrico, carbonato de sodio:
H2O H2SO4 Na2SO4
Fórmulas
desarrolladas:
3. LA VALENCIA.
Toda
combinación obedece a la ley de Proust, pero, ¿Qué es lo que determina el
número de veces que un átomo entra en cada molécula? ¿Por qué el agua ha de ser
H2O y no-HO ó H3O?
Estudiemos
varias sustancias compuestas en las cuales entre a formar parte de su molécula
el H por ejemplo: HCl, H2S, NH3, CH4 (ácido
clorhídrico, sulfuro de hidrógeno, amoníaco, metano). Observemos que, en el
primer caso, por cada átomo de cloro hay uno de hidrógeno; en el segundo, por
cada uno de azufre hay dos de hidrógeno; en el tercero, por cada uno de N hay 3
de hidrógeno y, en el cuatro, 4 de hidrógeno por cada C.
¿Cómo
explicamos este hecho? Supongamos que el átomo de hidrógeno es un individuo que
tiene un solo brazo; el de cloro, uno solo también; el de azufre, dos; el de
nitrógeno, tres, y el de carbono cuatro. Un átomo de cloro quedará ocupado
totalmente al dar la mano a uno de hidrógeno, al igual que éste. Pero si
tratamos de combinar el hidrógeno o el cloro con el azufre, para sujetar un
individuo con dos brazos, necesitaremos dos que tengan uno solo. Así las
fórmulas tendrán que ser H - S - H y Cl - S - Cl, lo mismo cuando se une el
hidrógeno con el nitrógeno o el carbono.
Se ha
observado que el átomo de hidrógeno al combinarse tiene menor capacidad;
tomamos este elemento como unidad y decimos: todo átomo que tenga la misma
capacidad de combinación que el hidrógeno o el cloro tiene valencia uno o es
monovalente. Si tiene doble capacidad, será divalente, y así sucesivamente
trivalente, tetravalente, pentavalente, hexavalente y heptavalente. No hay
átomos que tengan mayor capacidad.
Existen
algunos elementos que no tienen capacidad alguna de combinación. Estos
elementos son llamados gases raros o gases nobles, como el helio, neón, entre
otros, que se encuentran en pequeñas cantidades en el aire. A estos elementos
se les considera como nulivalentes, o sea que tienen valencia cero.
Algunos
elementos, como el hidrógeno, el Na, el K, el Li, él O, la Ag , entre otros, tienen siempre
la misma valencia en todas sus combinaciones; Otros, como el Fe, el P, el N,
tienen más de una valencia y trabajan con una u otra valencia, según las
condiciones en que se realiza la combinación; así, tenemos el Fe, que puede
combinarse con él O con valencias dos y tres, dando origen al óxido ferroso
(FeO) y al férrico Fe2O3).
4.
FUNCIÓN QUÍMICA.
Todas las
sustancias tienen propiedades y características que las diferencian de las
demás, pero existen sustancias que tienen entre sí propiedades que les son
comunes y de las que no gozan al menos en su totalidad ninguna otra sustancia.
Estas sustancias decimos que tienen la misma función química. La función
química depende de la existencia en la molécula de un elemento o elementos
especiales o del modo de agruparse los átomos que la componen.
Son
funciones químicas los óxidos, las bases, los ácidos, las sales.
5. ÓXIDOS
- DIVISIÓN.
La
combinación del oxígeno con los elementos recibe el nombre de óxidos. Podemos
dividirlos en óxidos básicos o simplemente óxidos cuando se combinan el oxígeno
con un metal, y óxidos ácidos o anhídridos cuando se combina el oxígeno con un
no-metal. También reciben el nombre de óxidos, simplemente, los anhídridos que
son incapaces de unirse con el agua para dar ácidos, como el NO, al que se le
llama óxido nítrico y no-anhídrido.
A. METAL
+ OXÍGENO ÓXIDO BÁSICO
2 Mg + O2
2 MgO
Esta
reacción tipo es una combinación.
B. NO -METAL
+ OXÍGENO ÓXIDO ÁCIDO (ANHÍDRIDO)
S + O2
SO2
Esta
reacción tipo es una combinación.
5.1.
ÓXIDOS BÁSICOS - FORMULACIÓN Y NOMENCLATURA.
La
formulación de un óxido se realiza muy fácilmente, nada más hay que tener en
cuenta la valencia del oxígeno, que
siempre es dos, y la del metal
con que se combina. Debemos tener siempre presente que en la molécula de una
sustancia compuesta nunca ha de quedar ninguna valencia libre.
Supongamos
un óxido de un metal monovalente, por ejemplo, óxido de sodio; como el oxígeno
tiene dos valencias y el sodio una sola, para que no quede ninguna valencia
libre forzosamente hemos de colocar dos sodios por cada oxígeno; así quedará:
4 Na + O2 2 Na2O Óxido de sodio.
Si el
metal es divalente, como el oxígeno también lo es, un átomo de metal saturará a
otro de oxígeno; así tendremos:
2 Ca + O2 2 CaO Óxido de calcio.
2 Ba + O2 2 BaO Óxido de Bario.
2 Zn + O2 2 ZnO Óxido de cinc.
Con un
metal trivalente colocaremos dos átomos del metal trivalente por cada tres del
divalente:
4 Al + 3
O2 2 Al2O3 Óxido de aluminio.
4 Bi + 3
O2 2 Bi2O3 Óxido de bismuto.
4 Fe + 3
O2 2 Fe2O3 Óxido férrico.
NOMENCLATURA.
Se nombra
mediante dos palabras. Una, la genérica, óxido, y otra específica, que es el
nombre del metal en genitivo; por ejemplo:
Na2O
óxido de sodio
CaO óxido
de calcio
Al2O3 óxido de aluminio
Si un
metal tiene más de una valencia y puede formar más de un óxido, se nombra
adjetivando la palabra específica con la terminación oso o ico, según tengan
valencia menor o mayor, respectivamente; por ejemplo:
FeO óxido
ferroso.
Fe2O3 óxido férrico.
Puede
ocurrir que se necesite distinguir más grados de valencia; entonces al de
valencia menor se le llama peróxido o subóxido; por ejemplo:
H2O2 Peróxido de hidrógeno
CaO2 Peróxido de calcio
· ÓXIDOS ÁCIDOS (ANHÍDRIDOS) -
FORMULACIÓN Y NOMENCLATURA.
La
formulación de las fórmulas para los anhídridos es exactamente igual que las de
los óxidos. Así, un anhídrido de un metaloide (no-metal) monovalente,
divalente, se formulará como sigue:
C + O2 CO2 Anhídrido carbónico.
S + O2 SO2 Anhídrido
sulfuroso.
4 P + 3
O2 2 P2O3 Anhídrido fosforoso.
4 P + 5
O2 2 P2O5 Anhídrido fosfórico.
NOMENCLATURA.
Se
nombran al igual que los óxidos, con la palabra genérica anhídrido, seguida de
la específica del metaloide terminada en oso o en ico, según su valencia. Si se formasen más
de dos anhídridos se antepondría el prefijo hipo
al de menor valencia y per al de mayor valencia; por ejemplo:
SO2
Anhídrido sulfuroso Cl2O
Anhídrido hipocloroso.
SO3
Anhídrido sulfúrico Cl2O3 Anhídrido cloroso.
P2O3
Anhídrido fosforoso Cl2O5 Anhídrido clorico.
P2O5
Anhídrido fosfórico Cl2O3 Anhídrido perclórico.
6. BASES
O HIDRÓXIDOS.
Si
añadimos a ciertos óxidos agua se origina una reacción química, generalmente
con desprendimiento de calor, y se produce una nueva sustancia llamada
hidróxido o base. Las bases tienen sabor a lejía. Si se introduce en ellas un
papel de tornasol, que ha sido previamente enrojecido por los ácidos, le
devuelve el color azul. Pueden reconocerse también porque vuelven roja a una
solución de fenolftaleína en alcohol.
OXIDO
BÁSICO + AGUA BASE
MgO + H2O
Mg(OH)2 Hidróxido de magnesio.
Esta
reacción tipo es una combinación.
6.1
FORMULACIÓN Y NOMENCLATURA.
La
característica en toda base es el grupo OH, llamado radical oxidrilo o
hidroxilo; se comporta en la formulación como si fuese un elemento monovalente.
Para formular una base no hay más que colocar tantos grupos OH como valencias
tienen el metal. Así, la fórmula de una base de un metal monovalente, divalente
y trivalente será:
NaOH
Ca(OH)2 Al(OH)3
Se
nombran, al igual que los óxidos y los anhídridos, con un nombre genérico, que
en las bases es hidróxido, y el específico correspondiente al óxido que lo origina, terminado en oso o
en ico, de igual manera que el
óxido correspondiente:
Óxido de
calcio + agua hidróxido de calcio
CaO + H2O
Ca(OH)2
Óxido de sodio + agua hidróxido de sodio
Na2O +
H2O NaOH
Fe(OH)2 hidróxido
ferroso Sn(OH)2 hidróxido estannoso
Fe(OH)3
hidróxido férrico Sn(OH)4 hidróxido estannico
7.
ÁCIDOS.
Reciben
el nombre de ácidos todas aquellas sustancias que tienen un sabor agrio, que
enrojecen el papel azul de tornasol y decoloran una solución alcohólica de
fenolftaleína que ha sido enrojecida por una base.
Los
ácidos se dividen en:
· HIDRÁCIDOS.
Se
originan por la unión de los halógenos (flúor, cloro, bromo y yodo) con el
hidrógeno. También algunas otras combinaciones de otros metaloides con el
hidrógeno, que tienen carácter ácido, como el azufre.
X + H2 XH (X = Halógeno).
2 Cl + H2 2
HCl
2 Br + H2 2
HBr
Esta
ración tipo es una combinación.
NOMENCLATURA.
Se
nombran con la palabra genérica y la específica del metaloide que lo forma,
terminado en hídrico.
FH Ácido
fluorhídrico
HCl Ácido
clorhídrico
BrH Ácido
bromhídrico
HI Ácido
yodhídrico
H2S Ácido
sulfhídrico.
7.2
OXÁCIDOS.
El agua
puede combinarse con los anhídridos, formando los ácidos, de manera semejante
como lo hacia con los óxidos para dar bases. Estos ácidos se diferencian de los
anteriores en que su molécula contiene oxígeno, pero las propiedades que los
caracterizan son iguales: enrojecen el tornasol, entre otros.
OXIDO
ÁCIDO + AGUA ÁCIDO
SO2 + H2O H2SO3
CO2 +
H2O H2CO3
SO3 +
H2O H2SO4
Esta
reacción tipo es una combinación.
NOMENCLATURA.
Se
nombran mediante la palabra genérica ácido y la específica, que es la misma que
la del anhídrido (óxido ácido), del cual provienen: por ejemplo:
H2SO3
Ácido sulfuroso
H2SO4
Ácido sulfúrico.
H2CO3
Ácido carbónico.
De igual
forma que los anhídridos, si existen mas de dos ácidos de un mismo metaloide
(no-metal), se designa anteponiéndole el prefijo per ohipo. Así, tenemos:
HClO
ácido hipocloroso
se origina de: Cl2O + H2O 2 HClO
HClO2
ácido cloroso se origina de: Cl2O3 +
H2O 2 HClO2
HClO3
ácido clórico se origina de: Cl2O5 +
H2O 2 HClO3
HClO4 ácido perclórico se origina
de: Cl2O7 + H2O 2 HClO4
Los
ácidos de los restantes halógenos se forman de la misma manera y son iguales a
los del Cl, no hay más que cambiar el símbolo del cloro por el halógeno
correspondiente; por ejemplo:
Algunos
ácidos pueden perder moléculas de agua por efecto del calor, formándose, si aun
queda hidrógeno y oxígeno en la molécula, anhídridos imperfectos que tienen el
carácter de verdaderos ácidos. Estos se nombran anteponiéndoles el prefijo meta, piro y orto según pierdan una molécula o dos de
agua.
Para
facilitar su formulación podemos considerar que los anhídridos toman una o más
moléculas de agua, originando los distintos ácidos;
por ejemplo:
Anhídrido
fosforoso:
P2O3 + H2O H2P2O4 que simplificando sería: 2 H2PO2 Ácido metafosforoso.
P2O3 + 2H2O H4P2O5 Ácido pirofosforoso.
P2O3 + 3H2O H6P2O6 que simplificando sería: 2 H3PO3 Ácido ortofosforoso.
Anhídrido
fosfórico:
P2O5 + H2O H2P2O6 que simplificando sería: 2 HPO3 Ácido metafosfórico.
P2O5 + 2 H2O H2P2O6 Ácido pirofosfórico.
P2O5 + 3 H2O H6P2O8 que simplificando sería: 2 H3PO4 Ácido ortofosfórico.
· SALES.
Si
añadimos cuidadosamente a un ácido una cantidad calculada de una base, llega un
momento en que el producto que se ha originado no tiene ya la propiedad de
poder cambiar el color del papel de tornasol, y no tienen además ninguna
propiedad que lo caracterice como ácido ni como base. Se ha formado una
sustancia nueva, una sal. A estas sustancias, que no son ácidas ni básicas, se
les denominan neutras, y a la reacción de un ácido más una base para formar una
sal se le llama neutralización:
ÁCIDO +
BASE SAL + AGUA
HCl +
NaOH NaCl + H2O
H2CO3 + Ca(OH)2 CaCO3 + 2 H2O
H3PO4 + Al(OH)3 AlPO4 + 3 H2O
Como
puede observarse, siempre se produce agua cuando reaccionan los ácidos con las
bases. En estas reacciones se sustituyen los hidrógenos de los ácidos por el
metal de las bases, formándose la sal al mismo tiempo que el hidrógeno de los
ácidos se une al grupo OH de las bases y se forma el agua.
Hay dos
tipos de sales: aquellas en que han sido sustituidos todos los hidrógenos, y
reciben el nombre sales neutras, y en las que todavía quedan uno o más
hidrógenos en la molécula de sal formada; Éstas reciben el nombre de sales
ácidas; por ejemplo:
Una regla
práctica para formular una sal es la siguiente: tomemos el radical ácido que
resulta de quitar los hidrógenos a los ácidos y considerémoslo como si fuese un
elemento que tuviese tantas valencias como hidrógenos le hayamos quitado.
Para
formular una sal no tendremos más que aplicar las normas seguidas hasta ahora
con los óxidos y anhídridos.
Varios
ejemplos aclararán esto. ¿Cómo formaríamos la sal correspondiente al ácido clorhídrico y al hidróxido de sodio,
calcio, entre otros?. El ácido
clorhídrico tiene un solo hidrógeno; si se lo quitamos quedaría el residuo Cl
con una valencia. Así, las sales serán:
HCl +
NaOH NaCl + H2O Cloruro de sodio
HCl +
Ca(OH)2 CaCl2 + H2O Cloruro de calcio
En vez de
ácido clorhídrico fuese el ácido sulfúrico (H2SO4), al quitarle los hidrógenos
quedaría el radical ácido SO4= con
dos valencias, pues han sido dos los hidrógenos que le hemos quitado. Las sales
correspondientes se formularían:
Si
deseamos formar sales ácidas sirve la misma regla, sólo que el caso anterior,
por ejemplo, el residuo sería HSO4- y
tendría valencia uno, pues solamente le quitamos un hidrógeno. Las sales se
formularían:
8.1 NOMENCLATURA.
Las sales
originadas por un hidrácido se nombran tomando la palabra genérica del nombre
latino del metaloide que formaba el ácido, haciéndola terminar en uro; por
ejemplo:
FNa
Fluoruro de sodio
KCl
Cloruro de potasio
CaS
Sulfuro de calcio
NaHS
Sulfuro ácido de sodio o Bisulfuro sódico.
Si en la
sal el metal tiene más de una valencia, el nombre específico se hace terminar
en ico o en oso, al igual que en los óxidos y anhídridos. Así, tendremos:
FeCl2 Cloruro ferroso
FeCl3 Cloruro férrico
En las sales oxisales, la palabra
genérica se forma de la específica del ácido donde proviene la sal, y se cambia
la terminación oso por ito e icopor ato. Permanecerán
inalterables los prefijos per,
hipo, meta, piro, orto. La
palabra específica se formará del nombre del metal en genitivo o terminado en ico; si
son dos las sales, se le termina en oso o en ico; y al igual que todos los compuestos
hasta ahora vistos.
Cuando la
sal es ácida, se interpone la palabra ácido entre la genérica y la específica o
se antepone el prefijo bi, a la genérica.
Según la Unión Internacional
de Química (UIQ), las sales ácidas deben nombrarse
anteponiendo a la específica el término hidrógenos, indicando además el número
de éstos. Por ejemplo:
K2SO4
Sulfato de potasio o potasico.
Na2SO4
Sulfato de sodio o sódico.
Ca(ClO)2
Hipoclorito de calcio o cálcico.
Fe(NO3)2
Nitrato ferroso.
Fe(NO3)3
Nitrato férrico.
KClO4
Perclorato potasio.
NaHCO3
Bicarbonato de sodio.
NaHCO3
Carbonato ácido de sodio.
NaH2PO4
Fosfato dihidrógeno sódico.
Na2HPO4
Fosfato de hidrógeno disódico.