Formulación y nomenclatura: las combinaciones binarias del hidrógeno

Se sabe que casi todos los elementos químicos son capaces de generar compuestos binarios con el hidrógeno, por lo que el número de estos compuestos, denominados hidruros, es tan elevado, y sus propiedades tan diferentes, que resulta casi imprescindible realizar algún tipo de clasificación que facilite su estudio, como la siguiente, basada en la distinta naturaleza del enlace que se establece entre el hidrógeno y el otro elemento:

  • Combinaciones binarias de hidrógeno y un metal: si el metal pertenece a los grupos 1 y 2 de la tabla periódica (elementos del bloque s) el enlace es predominantemente iónico, clasificándose como hidruros salinos (son sólidos cristalinos no conductores de la electricidad y no volátiles); pero con los elementos de los bloques d y f se forman hidruros metálicos, conductores de la electricidad y de composición variable (no estequiométrica).
  • Combinaciones binarias de hidrógeno y un no metal: la mayor parte de los compuestos binarios del hidrógeno con los elementos del bloque p son compuestos moleculares volátiles, razón por la cual se clasifican como hidruros moleculares. Entre ellos, nos encontramos con una serie de hidruros gaseosos, formados con los elementos no metálicos de los grupos 16 y 17, que forman con facilidad disoluciones acuosas ácidas, por lo que se les denomina hidrácidos.

Hidruros salinos e hidruros metálicos

A pesar de las diferentes propiedades de unos y otros, en cuanto a formulación y nomenclatura pueden tratarse de manera conjunta. Sea cual sea el elemento metálico, este siempre tiene una electronegatividad menor a la del hidrógeno, motivo por el cual el metal actúa con un número de oxidación positivo (I, II, III…) y el hidrógeno con su número de oxidación negativo (–I). Según esto:

Al formular los hidruros de elementos metálicos, se escribe en primer lugar el símbolo del metal y, en segundo lugar, el símbolo del hidrógeno, con un subíndice que indica el número de oxidación del metal: MH, MH2, MH3

Estos hidruros se nombran siguiendo la estrategia general de leer la fórmula de derecha a izquierda:

Nomenclatura: hidruro de + nombre del metal

De esta manera podemos nombrar sin problemas los hidruros salinos, en los que el metal posee un número de oxidación único (I o II).

Nomenclatura-hidruros-salinos

Fórmula y nombre de algunos hidruros salinos

Sin embargo, los metales pertenecientes a los bloques d y f suelen actuar con más de un número de oxidación distinto, por lo que tiene que incluirse en el nombre información suficiente para poder distinguir los posibles hidruros:

  • Se pueden emplear prefijos multiplicadores (di–, tri–, tetra–…) para indicar el número de átomos de hidrógeno que aparecen en la fórmula (antigua nomenclatura sistemática).
  • Se puede indicar el número de oxidación con el que actúa el metal, inmediatamente después de citar su nombre, sin dejar espacios y en números romanos (antigua nomenclatura de Stock).
  • Se puede sustituir el número de oxidación por el número de carga, que se corresponde con la carga del catión metálico que participa en el compuesto, expresada mediante un número arábigo y el signo correspondiente (como en la anterior, entre paréntesis y pegada al nombre del metal).

Es importante recordar que esta información adicional solo debe incluirse cuando el metal posee más de un número de oxidación. Veamos algunos ejemplos:

Nomenclatura-hidruros-metálicos

Fórmula y nombre de algunos hidruros metálicos. Aquellos señalados con un asterisco no existen en la naturaleza como tales, aunque se proponen como ejemplo útil en la aplicación de las normas de formulación y nomenclatura.

Aunque aparecen como ejemplos en los libros de texto y en muchos ejercicios de formulación/nomenclatura no se conocen hidruros de los elementos de transición de los grupos 7, 8 y 9 (zona de inexistencia de hidruros, en la que se encuentran el Mn, el Fe y el Co) ni de algunos metales comunes, como Ni, Ag, Hg o Cd.

Hidruros moleculares

Existen hidruros de todos los elementos del bloque p, metálicos o no metálicos, a excepción del bismuto y el polonio. Al formular y nombrar estos compuestos debemos tener en cuenta que en la secuencia según la cual se deben ordenar los elementos, el hidrógeno se encuentra entre los elementos del grupo 15 (la columna del nitrógeno) y los del grupo 16 (la columna del oxígeno). Por ello, la posición del hidrógeno varía de unos a otros:

orden-electronegatividad

  • Con los elementos de los grupos 13, 14 y 15, el hidrógeno se sitúa el último en la fórmula, y se entiende que en ellos actúa con el número de oxidación negativo (–I). Se formulan de manera análoga a los hidruros metálicos: AHn (donde n representa el número de oxidación del elemento A, que en los grupos considerados suele ser III o IV).
  • Con los elementos de los grupos 16 y 17 (calcógenos y halógenos, respectivamente), el hidrógeno ocupa la primera posición en la fórmula, por lo que le corresponderá el número de oxidación positivo (I). Su fórmula general es HnA (donde n representa el número de oxidación del elemento A, que en estos grupos es –I o –II).

En cuanto a su nomenclatura:

Los hidruros de los grupos 13, 14 y 15 se nombran como hidruros del elemento correspondiente, anteponiendo, en su caso, un prefijo multiplicador para indicar el número de hidrógenos en la fórmula .

Los hidruros de los grupos 16 y 17 se nombran como halogenuros o calcogenuros de hidrógeno (para lo cual se añade la terminación -uro al nombre del elemento), sin necesidad de anteponer ningún prefijo multiplicador.

Unos ejemplos servirán para aclararlo:

Nomenclatura-hidruros-moleculares.png

Fórmula y nombre de algunos hidruros moleculares

¿Por qué en unos se añade prefijo multiplicador y en otros no? La clave está en las consideraciones que subyacen tras el orden de los elementos en la fórmula. En los hidruros de los grupos 13, 14 y 15 se asigna al hidrógeno el número de oxidación negativo, por ir situado el último en la fórmula. En consecuencia, el otro elemento debe actuar con un número de oxidación positivo y, dado que este puede ser distinto en cada elemento, debe especificarse de cuál se trata en cada caso. Sin embargo, en los hidruros de los grupos 16 y 17, el hidrógeno va en primer lugar y actúa con número de oxidación positivo, por lo que en este caso el otro elemento es el que actúa con un número de oxidación negativo, y resulta que este es único para cada elemento (–I para los elementos del grupo 17, los halógenos, y –II para los del 16, los calcógenos), por lo que no es necesario especificarlo de ninguna manera en el nombre.

Hidruros progenitores e hidruros derivados

Conviene mencionar que los nombres anteriores corresponden a lo que se denomina nomenclatura de composición, pues solo tiene en cuenta los elementos constituyentes y no la estructura del compuesto. En los hidruros moleculares también se puede emplear la nomenclatura de sustitución, inspirada en la nomenclatura orgánica, que permite ofrecer información sobre la estructura de compuestos derivados de hidruros, en los cuales los hidrógenos se han sustituido por otros elementos o grupos de elementos. Estos hidruros de los que derivan otros compuestos se denominan hidruros progenitores, y tienen asignados los siguientes nombres:

Nomenclatura-hidruros-progenitores

Nombres dados por la IUPAC a los hidruros progenitores

Con estos nombres la IUPAC pretende sustituir los nombres tradicionales que se han venido usando para algunos de estos hidruros (fosfina, arsina o estibina), salvo el de amoniaco, que sigue siendo un nombre aceptado (y ampliamente utilizado) para el NH3. Aunque podemos utilizarlos para referirnos a los respectivos hidruros, su uso está especialmente indicado para nombrar los compuestos derivados de ellos, como:

  • Los hidruros con un número de enlaces distinto al habitual, en los que se indica mediante un superíndice unido a la letra griega λ el número de hidrógenos que aparecen en el compuesto, y separado del nombre mediante un guion. Por ejemplo: λ5–fosfano, para el PH5, o λ6–sulfano, para el SH6.
  • Los hidruros en los que algunos hidrógenos han sido sustituidos por otros átomos (o grupos de átomos). Por ejemplo: triclorofosfano, PCl3, donde todos los hidrógenos del PH3, han sido sustituidos por átomos de cloro.
  • Los hidruros en los que el elemento que no es hidrógeno forma enlaces consigo mismo dando lugar a cadenas (no muy largas, pues son relativamente inestables). En ellos el número de átomos encadenados se indican mediante un prefijo multiplicador situado delante del nombre del hidruro progenitor. Por ejemplo: diazano (N2H4), triazano (N3H5), difosfina (P2H4) o disilano (Si2H6).
disilano

Disilano

¿Y qué ocurre con el H2O? Pues que su nombre común, científico, recomendado y usado siempre es ¡agua! No hay que darle más vueltas. Es más, si nos ponemos rigurosos ni siquiera debería seguir las normas de formulación propuestas para los hidruros, pues al tratarse de una combinación con oxígeno, debería, en todo caso, nombrarse como un óxido (óxido de hidrógeno). Pero no tiene sentido complicar las cosas, y solo habría que utilizar el nombre oxidano cuando se considere un hidruro progenitor del que derivan otros compuestos, como, por ejemplo, el dioxidano (más conocido como peróxido de hidrógeno o, con su nombre común, agua oxigenada):

dioxidano o peróxido de hidrógeno.png

Dioxidano

Hidrácidos

Cuando el hidrógeno se combina con alguno de los elementos no metálicos pertenecientes a los grupos 16 y 17 (calcógenos y halógenos) se obtienen hidruros volátiles que, al disolverse en agua, dan disoluciones de marcado carácter ácido, por lo que se conocen comúnmente como hidrácidos. La IUPAC acepta la nomenclatura tradicional para estos hidruros, especialmente cuando se encuentran en disolución:

Los hidrácidos se nombran con la palabra ácido seguida de un adjetivo formado por la unión de la raíz del nombre del elemento no metálico y el sufijo –hídrico.

Nomenclatura-hidruros-hidrácidos.png

Unas consideraciones finales

Aunque la IUPAC denomina hidruros a todas las combinaciones binarias del hidrógeno, esto no debe asociarse a la existencia real del anión hidruro (H) en el compuesto. En realidad, este anión solo puede considerarse que aparece en los hidruros salinos y, si acaso, en algunos hidruros metálicos (es decir, con los metales menos electronegativos). En estos hidruros el número de oxidación del hidrógeno es, efectivamente, –I.

Por otra parte, merece la pena analizar brevemente la naturaleza del enlace de algunos hidruros moleculares. En ellos, la posición del hidrógeno en la fórmula sigue un orden determinado que, aunque inspirado en el orden de electronegatividad creciente de los elementos, no coincide exactamente con este. Así, nos encontramos con situaciones como la que ocurre en el amoniaco, NH3, en el que el hidrógeno, al situarse en último lugar, parece tener una electronegatividad mayor que la del nitrógeno. Esto no es así, ya que en realidad es el nitrógeno el más electronegativo y, en consecuencia, el que tiene una mayor tendencia a atraer hacia sí los electrones, por lo que su número de oxidación sería negativo y el del hidrógeno positivo, al contrario de lo que indica su fórmula.

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