Compuestos Moleculares

A diferencia de los compuestos iónicos, los compuestos moleculares están formados por unidades moleculares discretas. Por lo general estan formados por elementos no metálicos. Muchos compuestos moleculares son compuestos binarios. La nomenclatura de los compuestos moleculares binarios se hace de manera similar a la de los compuestos iónicos binarios. Se nombra primera el segundo elemento de la fórmula, adicionando el sufijo uro a la raíz del nombre del elemento y despues se nombra el primer elemento. Algunos ejemplos:

HCl   Cloruro de hidrógeno
HBr   Bromuro de hidrógeno
SiC    Carburo de silicio

Es muy común que un par de elementos formen diferentes compuestos. En estos casos se evita la confusión al nombrar los compuestos utilizando prefijos griegos que denotan el número de átomos de cada uno de los elementos. Algunos ejemplos:

CO   Monóxido de carbono
CO₂  Dióxido de carbono
SO₂   Dióxido de asufre
SO₃   Trióxido de asufre
NO₂  Dióxido de nitrógeno
N₂O₄ Tetróxido de dinitrógeno

La siguiente guía es útil para nombrar compuestos con prefijos:

• El prefijo "mono" puede omitirse para el primer elemento. Por ejemplo, PCl₃, se nombra tricloruro de fósforo y no tricloruro de monofósforo. Así, la ausencia de un prefijo para el primero de los elementos generalmente significa que sólo hay un átomo en ese elemento en la molécula.
• Para el caso de los óxidos, en algunas ocasiones se omite la terminación "a" del prefijo. Por ejemplo, N₂O₄ se denomina tetróxido de dinitrógeno y no tetraóxido de dinitrógeno.

La excepción para el uso  de prefijos griegos es el caso de compuestos moleculares que contienen hidrógeno. Tradicionalmente, muchos de esos compuestos se llaman por sus nombres comunes no sistemáticos, o bien mediante nombres que no indican el número de átomos de H presentes:

B₅H₆  Diborano
CH₄   Metano
SiH₄   Silano
NH₃   Amoniaco
PH₃   Fosfina
H₂O  Agua
H₂S  Sulfuro de hidrógeno

Se observa que es irregular el orden en que se escriben los elementos en las fórmulas para los compuestos que contienen hidrógeno. En el agua y el sulfuro de hidrógeno, se escribe primero H, mientras que en los otros compuestos aparece al final.

Generalmente es muy sencillo escribir las fórmulas de los compuestos moleculares. Así, el nombre trifloruro de arsénico indica que hay un átomo de As y tres átomos de F en cada molécula y que la fórmula molecular es AsF₃. Observe que el orden de aparición de los elementos es inverso al nombre.

Compuestos iónicos

Los compuestos iónicos están formados por cationes (iones positivos) y aniones (iones negativos). Con excepción del ion amonio, NH₄⁺, todos los cationes de interés derivan de átomos metálicos. Los nombres de los cationes metálicos provienen del nombre de los elementos. 

Muchos compuestos iónicos son compuestos binarios, o compuestos formados solamente por dos elementos. Para los compuestos binarios, primero se nombra el anion no metálico seguido por el catión metálico. De esta manera el NaCl es cloruro de sodio. El anión se nombra tomando la primera parte del nombre del elemento (cloro) y agregando el sufijo "uro". También son compuestos binarios bromuro de potasio (KBr), yoduro de zinc (ZnI₂) y óxido de aluminio (Al₂O₃).

El sufijo "uro" también se utiliza para algunos aniones que contienen elementos diferentes, como el cianuro (CN). Así, el compuesto KCN se llama cianuro de potasio. Esta, así como algunas otras sustancias iónicas, se denominan compuestos ternarios, lo que significa que son compuestos formados por tres elementos.

Algunos metales, en particular metales de transicion, puede formar más de un tipo de catión. Por ejemplo el hierro, puede formar dos cationes Fe²⁺ y Fe³⁺. El sistema antiguo de nomenclatura, que todavía tiene un cierto uso, asigna el sufijo "oso" al catión con menor carga positiva, y el sufijo "ico" al catión con mayor carga positiva.

Fe²⁺: ion ferroso
Fe³⁺: ion ferrico

Los nombres de los compuestos que forman estos iones hierro con el cloro sorían

FeCl₂ Cloruro férroso
FeCl₃ Cloruro férrico

Este método para nombrar los iones presenta algunas limitaciones. La primera es que los sufijos "oso" e "ico" no proporcionan información respecto de la carga real de los cationes involucrados. Así, el ion ferrico es Fe³⁺, pero el catión de cobre llamado cúprico, tiene la fórmula Cu²⁺. Ademas, las terminaciones "oso" e "ico" proporcionan el nombre solo para dos cationes. Algunos elementos metálicos pueden adoptar tres o más diferentes cargas positivas en los compuestos. En consecuencia, cada vez es más comun designar los diferentes cationes mediante el empleo de números romanos. Este método recibe el nombre de sistema de Stock. De acuerdo a este sistema, el número romano I indica una carga positiva, II significa dos cargas positivas, y así sucesivamente. Por ejemplo:

Mn²⁺; MnO  óxido de manganeso(II)
Mn³⁺; Mn₂O₃  óxido de manganeso(III)
Mn⁴⁺; MnO₂  óxido de manganeso(IV)

Los nombres de estos compuestos se leen "óxido de manganeso dos", "óxido de manganeso tres" y "óxido de manganeso cuatro". Al emplear el sistema de Stock, el ion férroso y el ion férrico se designan como hierro(II) y hierro(III), respectivamente.

Nomenclatura de los compuestos

Cuando la química era una ciencia joven y el número de compuestos conocidos era pequeño, era posible memorizar todos los nombres. Muchos nombres se derivaban de su aspecto físico, de sus propiedades, de su origen o de sus aplicaciones, por ejemplo, leche de magnesia, gas hilarante, piedra caliza, sosa cáustica, lejía, sosa para lavar y polvo de hornear.

En la actualidad el número de compuestos conocidos sobrepasa los 13 millones. Por fortuna no es necesario memorizar sus nombres. A travéz de los años, los químicos han diseñado un sistema claro para memorizar las sustancias químicas. Las reglas propuestas son aceptadas mundialmente, lo que facilia la comunicación entre los químicos y proporciona una forma útil para trabajar con la abrumadora variedad de sustancias. El aprendizaje de estas reglas en el momento actual proporciona un beneficio casi inmediato a medida que seavanza en el estudio de la química.

Para iniciar el estudio de la nomenclatura química, el nombre de los compuesos químicos, es necesario, primero, distinguir entre compuestos inorgánicos y orgánicos. Los compuestos orgánicos contienen carbono, comunmente combinado con elementos como hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y azufre. El resto de los compuestos se clasifican como compuestos inorgánicos. Por conveniencia, algunos compuestos que contienen carbono, como monóxido de carbono (CO),  dióxido de carbono (CO₂), disulfuro de carbono (CS₂), compuestos que contienen el grupo cianuro (CN^-), asi como los grupos carbonato y bicarbonato, se consideran compuestos inorgánicos. 

 

Iones y compuestos iónicos

Algunos compuestos, como el cloruro de sodio, NaCl, están formados por iones. Un ión es un átomo o grupo de átomos que posee carga eléctrica. Los iones con carga positiva, como el ión sodio Na⁺, se denominan cationes, y los que tienen carga negativa, como el ion cloro Cl^-, se llaman aniones. Cuando se describe la fórmula de un solo ión, es preciso incluir siempre su carga.

Un átomo está formado por un núcleo, pequeño, denso y con carga positiva, rodeada de una distribución difusa de partículas con carga negativa llamada electrones. El número  de carga positiva en el núcleo define la identidad del elemento al cual corresponde el átomo. Los átomos eléctricamente neutros contienen el mismo número de electrones fuera del átomo, y de cargas positivas (protones) en el interior del núcleo. Los iones se forman cuando un átomo pierde o gana electrones. Un ion Na⁺ se forma cuando el átomo de sodio pierne un electrón, y el ión Cl^- se forma cuando el átomo de cloro gana un electrón.

El compuesto NaCl está formado por un conjunto extenso de iones  Na⁺ y Cl^-. Es posible identificar un par de iones Na⁺ y Cl^- como "molécula". De hecho, en el interior del cristal (aunque no en la superficie), cada ión Na⁺ está rodeado por seis iones Cl^- en forma equidistante, cada ión Cl^- está rodeado igualmente por seis Na⁺. Los iones Na⁺ y Cl^- se encuentran en relación 1:1, como indica la formula NaCl.

Los iones poliatómicos son grupos de átomos que llevan carga eléctrica; algunos ejemplos son: el amonio, NH4⁺, el ión sulfato, SO4^2-, y el ión nitrato, NO3^-.

Fórmulas de los compuestos iónicos

Las fórmulas de los compuestos iónicos por lo general son las mismas que sus fórmulas empíricas debido a que los compuestos iónicos no están formados por unidades moleculares discretas. Por ejemplo, una muestra sólida de cloruro de sodio (NaCl) consiste en el mismo número de iones Na⁺ y Cl^- dispuestos en una red tridimensional. En este compuesto existe una relación de cationes y aniones de 1:1, donde forma que el compuesto es eléctricamente neutro. En el NaCl no se encuentra un ion Na⁺ asociado con un ion Cl^- particular. De hecho cada ion Na⁺ es atraído por los seis iones Cl que le rodean, y viceversa. Así, NaCl es la fórmula empírica del cloruro de sodio. En otros compuestos ionicos la estructura real puede ser diferente, pero el arreglo de cationes y aniones es de tal forma que los compuestos son eléctricamente neutros. Observe que en la fórmula de un compuestio iónico no se muestra la carga del catión ni del anión.

Para que los compuestos iónicos sean eléctricamente neutros, la suma de las cargas de los cationes y de los aniones de una fórmula deben ser igual a cero. Si las cargas de los aniones y de los cationes son númericamente diferentes, se aplica la siguiente regla para que la fórmula sea eléctricamente neutra: el subíndice del catión debe ser numéricamente igual a la carga del anion, y el subíndice del anión debe ser numéricamente igual a la carga del cation. Si las cargas son numéricamente iguales, no es necesario poner subíndices. Esta regla se deriva del hecho de que las fórmulas de los compuestos iónico son sus fórmulas empíricas, por lo que los subíndices a son los números más pequeños posibles. Considere los siguientes ejemplos:

• Bromuro de potasio. El catión potasio K⁺ y el anión bromuro Br^- se combinan para formar el compuesto iónico bromuro de potasio. La suma de las cargas es +1+(-1) = 0 de modo que no es necesario escribir subíndices. La formula es KBr.
• Oxido de aluminio. El catión AL⁺³ y el anión oxígeno es O^2-. La suma de las cargas es 2(+3)+3(-2) = 0. Asi la suma del óxido de aluminio es :Al ₂O₃

 

Algunos hechos y conceptos

1. El estudio de la química involucra tres etapas fundamentales: observación, representación e interpretación. La primera se refiere a las mediciones del mundo macroscópico; la representacion implica el uso de símbolos y ecuaciones que facilitan la comunicación; la interpretación está basada en átomos y moléculas, que pertenecer al mundo microscópicos.
2. El método científico es un procedimiento sistemático en la investigación; se inicia al reunir la información por medio de observaciones y mediciones. En el proceso se diseñan y comprueban hipótesis, leyes y teorías.
3. Los químicos estudian la materia y los cambios que ésta experienta. Las sustancias que componen la materia tienen propiedades físicas únicas que se pueden observar sin que cambie su identidad; también tienen propiedades químicas únicas que, cuando son demostradas cambian la identidad de las sustancias. Las mezclas, ya sean homogéneas o heterogéneas, se pueden separar en sus componentes puros por medios físicos.
4. Los elementos son las sustancias químicas más sencillas Los compuestos se forman por la combinación química de átomos de diferentes elementos en proporciones definidas.
5. En principio todas las sustancias pueden existir en tres estados: sólidos, líquido y gaseoso. La conversión entre estos estados puede realizarse cambiando la temperatura.
6. Las unidades SI se utilizan para expresar cantidades físicas en todas las ciencias, incluyendo la química.
7. Los números que se expresan en notación científica tienen la forma Nx10ⁿ. Donde N es un número entre 1 y 10 y n es un número entero positivo o negativo. Esta expresión facilita el manejo de cantidades muy pequeñas o muy grandes.

Fórmulas empíricas

La fórmula molecular del peróxido de hidrógeno, sustancia que se utiliza como antiséptico y como agente blanqueador para fibras textiles y decolorante de cabello, es H₂O₂. Esta fórmula indica que cada molécula de peróxido de hidrógeno contiene dos átomos de hidrógeno y dos átomos de oxígeno. La relación de átomos de hidrógeno a átomos de oxígeno en esta molécula es de 2:2 o 1:1. La fórmula empírira del peróxido de hidrógeno es HO. En consecuencia, la fórmula empírica indica cuales elementos estan presentes y la relación mínima, en número entero, entre sus átomos, pero no necesariamente indica el número real de átomos en una molécula determinada. Como otro ejemplo, considere el compuesto hidrazina (_N2H₄), que se utiliza como combustible para cohetes. La fórmula empírica de la hidrazina es NH₂, La relación entre el nitrógeno y el hidrógeno es 1:2, tanto en la fórmula molecular (_N2H₄), como en la fórmula (NH₂), solo la fórmula molecular indica el número de átomos de N (dos) y de H (cuatro) presentes en una molécula de hidrazina.

Las fórmulas empíricas son las fórmulas quimicas más sencillas; se escriben de manera que los subíndices de las fórmulas moleculares se reduzcan a los númeors enteros mas pequeños que sea posible. Las fórmulas moleculares son las fórmulas verdaderas de las moleculas. Cuando los químicos analizan un compuesto desconocido, generalmente el primer paso consiste en la determinacion de la fórmula empírica.

Para muchas moléculas, la fórmula molecular y la fórmula empírica son la misma. Algunos ejemplos lo constituyen el agua (_H2O), el amoniaco (NH₃), el dióxido de carbono (CO₂) y el metano (CH₃).